Радиолюбителю часто приходится сталкиваться с необходимостью “своими ушами” послушать тот или иной сигнал, отметить его местоположение в пространстве (в союзе с датчиком), протестировать радиодиапазоны и помеховую обстановку (с радиоприёмником), оценить балансировку в дифференциальных схемах измерительной аппаратуры…
Лабораторный усилитель звуковой частоты
В отсутствии усилителя приходится только разводить руками или срочно изыскивать УЗЧ, добывать детали для создания такового… Лучше, всё-таки, изготовить такой усилитель и пусть он будет как дежурный: потребуется – взял и применил…
Предлагаю изготовить такой усилитель по одной из ниже приводимых схем и установить его в корпус, на стенках которого разместить: регулятор громкости, гнёзда входа и выхода, гнездо ввода напряжения от внешнего источника питания, выключатель постоянной подачи питания – тумблёр и временной – кнопку с самовозвратом. Металлический корпус УЗЧ является также хорошим экраном, который защищает УЗЧ от прямых внешних наводок, причём алюминиевый или медный корпус экранирует практически только электрическую компоненту электромагнитного поля, тогда как сталь – обе: электрическую и магнитную.
Поэтому целесообразнее изготовить корпус из, например, оцинкованной мягкой стали толщиной 0,5 мм. Питание УЗЧ может быть комбинированным: внутреннее – от гальванической батареи и внешнее – от любого источника стабилизированного питания с напряжением выше, чем у внутренней батареи.
Внутренний источник позволяет, без поиска внешнего, немедленно включиться в работу, при отсутствии фона переменного тока и специфических шумов, которые практически всегда, в той или иной мере, присутствуют в аппаратуре, питаемой от сети переменного тока, зато внешний источник позволяет экономить энергию внутренней батареи, при напряжении выше внутреннего, автоматически отключает последний, при равных напряжениях источники работают параллельно – каждый отдаёт в нагрузку лишь половину потребляемого ей тока (см. ниже – рис. 8).
Лабораторный усилитель предназначен для усиления довольно слабых сигналов: десятки микровольт – десятки милливольт на нагрузку 8…32 Ом и выдаёт максимальную мощность в несколько сотен мВт – для лабораторного УЗЧ это более чем достаточно. В самом деле, чтобы обнаружить и исследовать на слух имеющийся сигнал, не нужны сабвуферы и такая акустическая мощность, при которой грудная клетка вдавливается внутрь туловища (пару раз автор испытывал в своей жизни и такие ощущения)…
Эскиз платы УЗЧ – 1. Вид со стороны печатных проводников. УЗЧ смонтирован на плате из стеклотекстолита, фольгированного с двух сторон. Размеры платы: 70х25х1,5 мм
На рис. 1 приведена принципиальная схема первого УЗЧ, на рис. 2 и рис. 3 приведены эскизы монтажной платы УЗЧ со стороны печатных проводников и со стороны расположения деталей, соответственно. На рис. 4 приведена принципиальная схема второго УЗЧ, на рис. 5 и рис. 6 – эскизы монтажной платы УЗЧ со стороны печатных проводников и со стороны расположения де-
талей, соответственно.
Оба усилителя расположены на одинаковых по размерам платах 70х25х1,5 мм и имеют похожие параметры: усиление 60…80 дБ – у первого меньше, у второго – больше, и с возможностью
увеличения до 100 дБ, путём изменения сопротивлений резисторов в цепи обратной связи DA1.1 и DA1.2. Частотная характеристика усилителей приближена к стандартной связной 300…3000 Гц, но несколько шире…
Рис. 3. Эскиз платы УЗЧ – 1. Вид со стороны установки деталей. Крестами обозначены проволочные перемычки между фольгой общего провода с обеих сторон платы. Конденсаторы С13, С14 и С16 – SMD, типоразмер – 0805…1206 устанавливаются со стороны печатных проводников. Общий провод входа УЗЧ припаивается вблизи от эмиттера VT1, плата соединяется с входным гнездом скрученной парой (общий и фазный провода), при сильных наводках, одновременно двумя проводами наматываются обмотки до заполнения на ферритовом кольце, которое помещается у самой монтажной платы.
Устойчивость усиления у второго усилителя выше из-за лучшей развязки по питанию, несколько меньше у него и шумы, за счёт применения малошумящей ИМС на входе. Для расширения диапазона входных напряжений в большую сторону, может потребоваться регулятор громкости или резистивный делитель напряжения на входе УЗЧ, однако, лучше, если сильный сигнал будет подаваться непосредственно на внутренний регулятор усиления УЗЧ, минуя два каскада предварительного усиления (см. рис. 9), для обеспечения этого нужно предусмотреть отдельный вход или соответствующую коммутацию.
Рис. 6. Эскиз платы УЗЧ – 2. Вид со стороны установки деталей. Крестами обозначены проволочные перемычки между фольгой общего провода с обеих сторон платы. Конденсаторы
С11′ и С12′ – SMD, типоразмер – 0805…1206 устанавливаются со стороны печатных проводников.
В самом деле, если применить непосредственную подачу испытуемого сигнала на внутренний регулятор УЗЧ, то его усиление окажется равным всего 40 дБ, и отключенные предварительные каскады не будут вносить свой шум в усиливаемый сигнал. Усилители могут быть смонтированы в металлических (у автора – оцинкованная мягкая сталь толщиной 0,5 мм) корпусах коробчатого типа, например, размерами: 100х70х30 мм с крышками (рис. 7).
Компоновку можно осуществить под задачи, поставленные конструктором, у автора УЗЧ был изготовлен под конкретную задачу: поиск сетевых проводов под слоем штукатурки. Ещё в 60-70 годах прошлого века приходилось искать токонесущие провода и их обрывы подключением телефонного капсюля со снятой мембраной через экранированный провод на микрофонный вход усилителя записи магнитофона, в его динамике прослушивался фон переменного тока той или иной интенсивности, в зависимости от расстояния до токонесущих проводов.
Рис. 7. Развёртка корпуса лабораторного УЗЧ. Перед тем как сгибать стенки корпуса, в отмеченных кружками местах следует сделать вырезы круглым надфилем или просверлить отверстия диаметром в две толщины листового материала шасси перед вырезом заготовки. Все сгибы осуществляются внутрь заготовки, к узким полоскам производится крепление крышки корпуса из аналогичного материала. Размеры крышки: 100х70 мм.
Времена сейчас другие и усилитель можно смонтировать в маленькой коробочке, вместе с источником питания, во избежание акустических “завязок”, поиск мест залегания проводки нужно осуществлять на головные телефоны (наушники), а точность расположения проводов можно увеличить путём применения датчика с модифицированной апертурой – воспроизводящей или универсальной головки магнитофона, смонтировав её прямо на моно-штекере, который подключается на вход УЗЧ.
Рис. 8. Комбинированное питание УЗЧ: G1…G4 – автономная батарея гальванических элементов, внешний источник питания с бульшим или равным автономной батарее напряжением подключается через диод VDa. Диод VDb способствует независимой от внешнего источника
эксплуатации батареи, этот диод может отсутствовать или на время перемыкаться, для зарядки, если используется автономная батарея аккумуляторов. Для уменьшения потерь, используются диоды Шоттки, например, 1N5817…1N5822
На корпусе УЗЧ расположены гнёзда (входные и выходные), что позволяет оперативно подключать на вход УЗЧ другие источники сигнала и тестировать усиливаемые сигналы через
динамическую головку или акустическую систему (АС) сопротивлением 8…32 Ом. Естественно, чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше выходная мощность УЗЧ и больше, при этом, потребляемый от источника питания ток.
Рис. 9. Возможное использование УЗЧ в качестве микшера. Вход 1 – малосигнальный с дополнительным регулятором Rвх. Вход 2 для более мощного сигнала – нерегулируемый. Rд – дополнительные резисторы служат для согласования двух источников со входом оконечного УЗЧ и обеспечения минимального влияния их друг на друга. Rг – регулятор громкости, ВА1 – нагрузка УЗЧ (динамическая головка, головные телефоны – 8…32 Ом)
Плата УЗЧ устанавливается внутри поперёк корпуса (если нужно, немного подгоняется по длине
с торцевой стороны, имеющей большую ширину фольги общего провода) у его передней (торцевой) стенки, на расстоянии, насколько позволяет высота деталей на плате (деталями к стенке), в центре этой стенки устанавливается регулятор громкости.
В варианте устройства для поиска скрытой электропроводки (см. фото), на левой стенке, установлена кнопка включения питания, на правой – гнёзда для подключения датчика, на задней (торцевой) – гнёзда подключения головных телефонов. Внутрь корпуса вставлен автономный источник питания, состоящий из четырёх гальванических элементов типа АА (316), заключённых в свой диэлектрический корпус.
Рис. 10. Фото экспериментального лабораторного УЗЧ в корпусе без крышки. Вверху (по фото) на корпусе установлены: регулятор громкости УЗЧ, слева – кнопка включения питания, справа – на вход УЗЧ подключена смонтированная на штеккере магнитная головка, в качестве сменного датчика, внизу – подключена нагрузка УЗЧ – головные телефоны. Внутри корпуса видна плата УЗЧ, элементы автономной батареи питания.
Перед установкой платы в корпус нужно отладить усилитель, чтобы он работал безупречно: не
самовозбуждался, что возможно, например, и при питании его от старых полуразряженных батарей, обладающих повышенным внутренним сопротивлением.
Мерой борьбы с этим может быть подключение параллельно гнёздам питания УЗЧ оксидного конденсатора большой ёмкости или набора из нескольких (общая ёмкость порядка 10000 мкФ). Напряжение питания первого усилителя 6…12 В, второго – 7…12 В с ИМС пятивольтового стабилизатора и 3…12 В – без неё.
В статье приводятся два УЗЧ так, как они монтируются на приведённых монтажных платах. Обустройство входов и выходов реальной конструкции, размещённой в металлическом корпусе, зависит от желания радиолюбителя и сферы применения УЗЧ на практике.
Так: питание УЗЧ может быть универсальным – рис. 8, входное устройство УЗЧ может представлять собой регулятор громкости и микшер, причём, вход большого сигнала может производиться непосредственно на DA1 в первом УЗЧ или на DA2 – во втором – рис. 9. Фото лабораторного УЗЧ приведено на рис. 10.
УЗЧ-1 применялся в приёмопередатчике “Бекас-М” [1], УЗЧ-2 – в качестве усилителя для приёмника прямого преобразования [2] – подробности можно взять из первоисточников.
