Рудольф Сворень - Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы
Если принять, что самый слабый сигнал должен хотя бы на 10 дб превысить уровень фона, то получится, что усилитель первого класса способен воспроизвести динамический диапазон 36 дб (Рмин меньше Рном в 4000 раз), а усилитель третьего класса — всего 22 дб (по мощности около 200 раз).
Как видите, даже у хороших усилителей динамический диапазон оказывается значительно меньше, чем динамический диапазон воспроизводимых звуков (оркестр до 70 дб). Поэтому звуковые программы, в первую очередь музыкальные, приходится искусственно сжимать, уменьшать интервал между самым громким и самым тихим звуками, между форте-фортиссимо и пиано-пианиссимо. Для грамзаписей принят динамический диапазон 45 дб, для радиовещания 35 дб, для радиовещания на УКВ с частотной модуляцией 40 дб. И хотя по сравнению с естественным динамическим диапазоном (70 дб) эти цифры представляются не очень-то большими, но для их реализации, для воспроизведения сжатого диапазона приходится весьма тщательно налаживать усилитель, принимать всевозможные меры для снижения фона и других электрических шумов.
К основным характеристикам относят также входное и выходное сопротивления усилителя. Входное сопротивление Rвх шунтирует источник сигнала — микрофон, звукосниматель, магнитную головку — и определяет отбираемую от этого источника мощность Рвх. Чем меньше Rвх тем больше мощность, потребляемая во входной цепи (рис. 30, 8, г).
Для каскада, работающего без сеточных токов, а именно так и работают все усилители напряжения, входное сопротивление Rвх практически равно сопротивлению утечки и составляет сотни тысяч килоом. Почти такую же величину имеет входное сопротивление оконечного каскада (усилитель мощности) тогда, когда выбор его рабочей точки (рис. 30, 21, а) исключает появление сеточных токов. Правда, в некоторых случаях оконечный каскад работает с сеточными токами, и в этом случае его Rвх заметно снижается. Здесь действует старый добрый закон Ома: чем больше ток при неизменном напряжении, тем, следовательно, меньше сопротивление цепи.
Выходное сопротивление Rвых каскада определяется двумя параллельно включенными сопротивлениями — нагрузкой Ra (для выходного каскада пересчитывается в анодную цепь) и внутренним сопротивлением лампы Ri. Чем меньше каждое из этих сопротивлений, тем меньше Rвых. Внутреннее сопротивление Ri лампы усилителя мощности (оконечный каскад), работающего на громкоговоритель, подключено (через выходной трансформатор) к звуковой катушке. Мы заинтересованы, чтобы Ri было как можно меньше — в этом случае лампа будет сильнее шунтировать звуковую катушку, будет лучше осуществлять электрическое демпфирование. А это, в свою очередь, срежет резонансные пики на частотной характеристике.
Фильтры и тембры
Почти все регуляторы тембра работают по одному и тому же принципу. Подбираются такие RС-цепи, которые за счет емкостного сопротивления конденсатора имеют разное сопротивление на различных частотах и благодаря этому создают завал или подъем какого-либо участка частотной характеристики. Затем, изменяя R, уменьшают или увеличивают удельный вес, долю емкостного сопротивления в общем сопротивлении цепи и таким образом регулируют степень завала или подъема.
Простейший регулятор тембра можно найти на схеме рис. 35, 1, а. Он в большей или меньшей степени заваливает частотную характеристику в области высших частот.
рис. 35, 1
Можно построить корректирующие цепи для подъема частотной характеристики как в области высших, так и в области низших частот. На схеме рис. 35, 2, а показана простейшая корректирующая цепь, включенная на пути сигнала между усилительными каскадами (участок АБ). Сопротивление RТ несколько снижает уровень сигнала, так как на этом сопротивлении теряется часть UT выходного напряжения первого каскада (Uвых1). Шунтирующий конденсатор СТ подобран так, что на низших и средних частотах его сопротивление намного больше, чем RТ и поэтому общее сопротивление участка АБ примерно равно RТ.
рис. 35, 2
На высших частотах RТ уже заметно шунтировано емкостным сопротивлением, и общее сопротивление участка АБ становится меньше. При этом, естественно, на участке АБ теряется меньшая часть напряжения Uвых1 и на частотной характеристике в области высших частот появляется некоторый подъем (рис. 33).
На схеме рис. 35, 3, а анодная нагрузка первого каскада составлена из двух сопротивлений: Ra и RT, причем одно из них зашунтировано конденсатором СТ. Для начала поясним, почему здесь нужно говорить о шунтировании, каким образом СТ оказывается подключенным параллельно RT. Один конец СТ непосредственно подключен к RT, а другой вывод конденсатора заземлен (соединен с корпусом). Но для переменного тока с корпусом соединен и верхний (по схеме) вывод RT. На этот вывод с выпрямителя подается «плюс» выпрямленного напряжения (+Uв), а «плюс» выпрямителя всегда заземлен через конденсатор фильтра Сф. в (например, рис. 44 и 46). Емкость конденсатора фильтра достаточно велика, и можно считать, что верхний по схеме вывод RT для переменного тока соединен непосредственно с шасси, а значит, и с СТ (рис. 35, 3, б).
рис. 35, 3
Емкость конденсатора СТ подобрана с таким расчетом, чтобы на низших частотах его емкостное сопротивление было достаточно велико по сравнению с RT, а на средних и высших частотах снижало общее сопротивление цепочки. Практически это означает, что на низших частотах общее сопротивление нагрузки, которое складывается из Ra и сопротивления цепочки RT СТ, оказывается больше, чем во всем остальном диапазоне. Благодаря увеличенному сопротивлению нагрузки усиление каскада на низших частотах повышается, то есть на частотной характеристике появляется подъем (рис. 35, 3, в).
Точным подбором корректирующих RС-цепочек удается построить схемы регуляторов тембра, которые позволяют раздельно регулировать частотную характеристику в области высших и низших частот. Удается получить весьма большую степень (глубину) регулировки, в частности от —20 дб до +20 дб. Знак «—» соответствует завалу, а «+» — подъему частотной характеристики. Таким образом, общая глубина регулировки достигает ±20 дб (40 дб), то есть позволяет изменять напряжение сигнала в 100 раз. Так же, как и для громкоговорителей, подъем и завал оценивают по отношению к частоте 1000 гц.
На рис. 35 приведены некоторые схемы раздельной регулировки тембров и соответствующие этим схемам частотные характеристики. Буквой «в» обозначено переменное сопротивление регулировки в области высших частот, буквой «н» — в области низших частот. Некоторые из этих схем применены в усилителях, описанных ниже (рис. 51 и рис. 61). Схемы рис. 35, 4 и 35, 5 построены на тех же принципах, что и простейшие корректирующие цепи.
рис. 35, 4, 5
Вот как работает регулятор тембра высших частот в схеме рис. 35, 5, а. Когда движок регулятора Rв находится в крайнем нижнем положении, сопротивление R6, с которого снимается напряжение Uвx3, зашунтировано конденсатором С4, а это приводит к срезанию высших частот. При верхнем положении движка R4 конденсатор С4 уже не влияет на частотную характеристику — он подключен к R6 через все сопротивление R4. Но в этом случае сопротивление R5 (участок АБ) оказывается зашунтированным конденсатором С3. В результате сопротивление участка АБ для высших частот уменьшается и большая часть переменного анодного напряжения Uвыx2 действует на участке БВ. Это равносильно подъему высших частот. Аналогично поднимает и заваливает частотную характеристику регулятор низших частот, включенный в сеточную цепь лампы. Главный недостаток схемы состоит в том, что многочисленные делители заметно снижают усиление каскада, и поэтому такие регуляторы можно применять только тогда, когда есть достаточный запас усиления.
