Следует отметить, что практически все обладатели различных типов головных телефонов тех времён так или иначе, по меньшей мере, однажды проводили их доработку. На этот раз было принято решение изготовить активные стереотелефоны с приёмным Bluetooth- модулем и УЗЧ с выходными каскадами на миниатюрных стержневых лампах.
Номинальная выходная мощность такого УЗЧ — 2×10 мВт, измерение проводились ваттметром приобретенном в магазине электротоваров. Эффективный рабочий диапазон частот по звуковому давлению — 63… 16000 Гц (оценивался на слух без заметного спада уровня сигнала). В УЗЧ применены лампы 1Ж29Б-В, работающие в режиме класса А. Эти лампы обладают рядом преимуществ, а потому, равно как и другие стержневые лампы с напряжением накала 1,2/2,4 В советского производства [3, 4], пользуются заслуженной популярностью, в частности, у немецких радиолюбителей [5—7].
Во-первых, это малый ток накала (66 мА для 1Ж29Б-В), что очень важно в нашем случае с точки зрения автономного питания. Во-вторых, точка перегиба анодной ВАХ у большинства стержневых ламп лежит в интервале 15…20 В. Поэтому при малом анодном напряжении они обеспечивают удовлетворительную линейность и высокий КПД в усилителях мощности.
В-третьих, при малых значениях рабочего тока анода (единицы миллиампер) практически не проявляется эффект подмагничивания магнитопровода выходного трансформатора и повышается экономичность каскада. В-четвёртых, оптимальное положение рабочей точки устанавливается автоматически за счёт постоянного напряжения накала на катоде.
При этом для большинства типов таких ламп не требуется подача дополнительного смещения на управляющую сетку. И, наконец, рабочая температура баллона лампы 1Ж29Б-В не превышает +40 °С, что позволяет разместить их непосредственно в корпусе головных телефонов без принятия специальных мер по отводу тепла и монтажу.
Современный уровень развития преобразователей напряжения позволяет получить напряжение 24…27 В и более при их питании от источников постоянного напряжения 3…5 В. Напряжение 24…27 В является достаточным для нормальной работы некоторых типов ламп, обеспечивает достаточную линейность каскада и в то же время ограничивает максимальную выходную мощность и, следовательно, звуковое давление на уровне, рекомендованном САНПиН при прослушивании музыкальных произведений [8].
Таким образом, появляется возможность использовать для питания устройства распространённые Li-ion аккумуляторы с номинальным напряжением 3,7 В типоразмера 18650.
Схема устройства показана на рис. 1. Выходные каскады собраны по типовой схеме на лампах VL1, VL2 в пентодном включении. Резисторы в цепях экранирующих сеток имеют значительно меньшее, по сравнению с типовым, сопротивление, что обусловлено пониженным анодным напряжением.
В качестве выходных трансформаторов использованы понижающие трансформаторы для блоков питания на Ш-образных магнитопроводах. Такое решение обусловлено следующими соображениями. Поскольку выходной каскад работает в режиме класса А, а из-за малой мощности исключена возможность насыщения магнитопровода, секционирования обмоток не требуется. Подмагничивание постоянным током практически отсутствует, поэтому можно применить магнитопровод без зазора.
Также удовлетворяется стремление к максимальному сокращению материальных и временных затрат. Первой особенностью УЗЧ является схема включения накала ламп. По постоянному току половины нити накала каждой лампы соединены параллельно, с подачей напряжения накала 1,2 В на “среднюю” точку (вывод 1) относительно “внешних” выводов 4 и 6.
Это, как уже было отмечено, задаёт рабочий режим лампы. А цепи накала первой и второй ламп по отношению к источнику питания включены уже последовательно. Благодаря этому становится возможным сохранить ток накала 66 мА, вдвое повысив напряжение источника питания накала до 2,4 В. По переменному току катод лампы VL1 подключён к общему проводу через конденсатор С5.
Его ёмкость должна быть достаточно большой для обеспечения равномерной АЧХ в области НЧ. Резистор Я. может понадобиться для выравнивания токов каскадов путём небольшой коррекции напряжения накала одной из ламп. Сигналы ЗЧ поступают на управляющие сетки ламп VL1 и VL2 через конденсаторы С3 и С6 от Bluetooth-модуля A3. Этот модуль может быть любым с выходным напряжением 34 200 мВ и подходящими габаритами, позволяющими разместить его в корпусе устройства.
Большинство таких модулей этим условиям соответствуют. Однако следует иметь в виду, что, как правило, они обладают повышенным уровнем помех и паразитных излучений, и радиолюбители часто сталкиваются с проблемой согласования их с внешними УМЗЧ. Это проявляется в виде постоянного “зуда” и других посторонних звуков ненормированной интенсивности, хорошо слышимых в паузах между фонограммами.
Единственной действенной мерой является питание Bluetooth-модуля A3 от отдельного источника питания в сочетании с ВЧ-фильтром на дросселе, две обмотки которого включают в разрыв сигнальных цепей, а третья — между общими проводами УЗЧ и модуля. Сигнал ВЧ-помехи с выхода Bluetooth-модуля A3 при этом эффективно подавляется. так как поступает на обмотки дросселя в противофазе.
Реализация этого способа является второй особенностью устройства. На схеме это дроссель L1, имеющий три обмотки (одна — в цепи общего провода. две — сигнальные для каждого канала). В авторском варианте применен Bluetooth-модуль (9), совмещенный на одной плате с интегральным УЗЧ класса D на микросхеме РАМ8403 (10]. Сигналы левого (L) и правого (R) каналов снимают подключением соответственно к выводам 7 и 10 этой микросхемы.
Функция УМЗЧ сохранена, и его мощные выходы выведены на дополнительные внешние разъемы, установленные на корпусе устройства (на схеме не показаны, так как в общем случае их наличие не обязательно). Таким образом, данное устройство может быть использовано так же, как компактный усилитель класса D с выходной мощностью 3 Вт на канал. Для этого на корпусе установлены гнезда (на схеме не показаны).
Заметим, что применение некачественного приёмника может сделать проблему повышенного уровня помех неразрешимой. В этом случае имеет смысл вспомнить про старый добрый способ беспроводной передачи звука с высоким качеством посредством УКВ-радиоканала Такой способ можно реализовать с помощью миниатюрного УКВ-стереоприемника, размещенного в корпусе телефонов, и УКВ-передатчика, например, описанного в [11].
Стоимость комплектующих сравнима для обоих случаев, но удобство пользования и универсальность способа с УКВ-каналом несколько ниже. С другой стороны, появляется возможность прослушивания радиопередач. Питание ламповых каскадов осуществляется от аккумулятора G2. В качестве источника анодного напряжения используется преобразователь напряжения А4 (12] или аналогичный с выходным напряжением 27±3 В. Ток каждого анода лампы — 1.1 ±0.1 мА.
Для питания цепей накала служит простой стабилизатор напряжения на транзисторе VT1. В качестве источника образцового напряжения используется светодиод HL1 синего свечения с прямым падением напряжения 2,8 В, одновременно выполняющий роль индикатора питания. С эмиттера VT1 напряжение 2.4 В поступает на цепь накала ламп. Конденсатор С5 служит для исключения бросков тока накала при включении.
Bluetooth-модуль А4 питается от отдельного аккумулятора G1 типоразмера 16340 меньших габаритов и емкости. При этом оба аккумулятора снабжены отдельными выключателями питания SA1 и SA2, что дает возможность использовать встроенный в Bluetooth – модуль УЗЧ без включения лампового усилителя.
Ещё одной полезной функцией Bluetooth-модуля A3 является контроль напряжения аккумулятора G1. При его понижении ниже предельного уровня периодически формируется характерный предупреждающий сигнал. Степень разрядки аккумулятора G2 определяется косвенно, по яркости свечения индикатора и максимальной громкости звука.
Аппаратный регулятор уровня громкости на устройстве предусмотрен, поскольку эта функция, как и эквалайзер, обычно программно реализована в источнике сигнала. Зарядка аккумуляторов G1 и G2 осуществляется от двух идентичных контроллеров зарядки А1 и А2 [13]. Цепи их питания независимы, и каждый из них снабжён своим разъемом для подключения зарядного устройства (XS1 и XS2 соответственно).
При зарядке, разумеется, контакты соответствующего выключателя SA1 и SA2 должны быть замкнуты, внешний источник питания, используемый для питания контроллеров А1 и А2. должен обеспечивать напряжение +5 В при токе нагрузки до 1 А. Общий потребляемый устройством ток — 75 ± 5 мА, что соответствует продолжительности работы без зарядки аккумулятора не менее 30 ч.
Детали: Транзистор — любой кремниевый структуры n-р-n с допустимым током коллектора не менее 100 мА, рассеиваемой мощностью 0.5 Вт и более (без теплоотвода) и статическим коэффициентом передачи тока более 50. Оксидные конденсаторы — К50-35, К50-68, остальные — керамические К10-176 или аналогичные импортные. Постоянные резисторы — С2-23Н, С2-ЗЗН, МЛТ или импортные MF. Дроссель L1 намотан изолированным монтажным проводом на кольцевом ферритовом ВЧ-магнитопроводе от драйвера КЛЛ.
Обмотка выполнена в три провода без скручивания, равномерно распределена по поверхности кольца и содержит 10…20 витков изолированного одно- или многожильного провода сечением по меди 0,1 0,25 мм². Число витков подбирают по максимальному подавлению помех от Bluotoolh-модуля.
Применены аккумуляторы типоразмеров 18650 емкостью 2400…3600 мАч (G1) и 16340 емкостью 500…2200 мАч (G1). Следует отметить, что аккумулятор второго типа не может быть заменён Li-ion гальваническим элементом типоразмера CR123 несмотря на идентичность размеров. Номинальное напряжение этого гальванического элемента — 3 В. что недостаточно для работы Bluetooth-модуля.
Выключатели тумблеры П1ТЗ-2В, П1Т1-1В, П1Т4-2В, МТ-1В или любые миниатюрные, с максимальным коммутируемым током не менее 1 А. Разъемы питания XS1 и XS2 — гнезда 2.5 мм DJK-048 (DS-026). Трансформаторы Т1 и Т2 — сетевые, понижающие, с напряжением вторичной обмотки 9 В с отводом посередине и выходным током до 200 мА. Они выполнены на броневых пластинчатых магнитопроводах, аналогичных типоразмеру Ш-9 с шириной центрального стержня 9 мм, его высотой 22,5 мм и общими размерами пластины 36х31,5 мм.
Толщина набора — 12 мм. Первичная обмотка содержит 5600 витков эмалированного высокопрочного провода (аналога ПЭВ-1) диаметром 0,06 мм. Вторичная обмотка – 2х115 витков аналогичного провода диаметром 0.25 мм. Намотка — послойная, виток к витку. Первичная и вторичная обмотки размещены в отдельных секциях на пластмассовом каркасе. Рекомендуемые размеры трансформатора — около 35×30х30 мм.
Следует отметить, что типоразмер Ш-9 не является распространенным. Однако он существует и часто встречается в импортных трансформаторах. Расширенный перечень размеров типовых Ш-образных трансформаторных магнитопроводов приведен в [14] или [15]. Наиболее близким является стандартный типоразмер Ш-10а (табл. 2 в [16]). При его использовании никаких изменений в моточные данные ТВЗ вносить не надо.
Применение трансформатора с меньшими габаритами будет, естественно, сопровождаться уменьшением индуктивности первичной обмотки и “завалом” низких частот, а также увеличением индуктивности рассеяния и соответственно ухудшением звучания на ВЧ.
При подключении нагрузки сопротивлением 8 Ом используется только половина обмотки. Полное включение вторичной обмотки может использоваться при использовании других динамических головок с сопротивлением катушек по 32 Ом.
Если планируется использовать только половину вторичной обмотки, ее целесообразно заменить, намотав 100 витков проводом ПЭВ-1 0,47 с целью снижения сопротивления постоянному току. В случае использования штатной обмотки по той же причине следует использовать ее часть с меньшим сопротивлением.
Налаживание: проводить подборку ламп по току анода и накала необязательно, хотя это, конечно, способствует лучшему симметрированию каскадов и улучшению баланса каналов. Обычно ток анода автоматически устанавливается в интервале 1,1 ± 0,2 мА, и его подстройку в интервале ± 10 % добиваются подключением резистора R, параллельно нити накала лампы с большим анодным током и подборкой этого сопротивления. Для примера такое включение резистора для лампы VL2 показано на рис 1.
Перед включением цепей накала эмиттер VT1 подключают к общему проводу через эквивалент нагрузки (резистор мощностью 0,5 Вт и сопротивлением 43…100 Ом) и удостоверяются в том, что напряжение на эмиттере VT1 — 2.4 ± 0.2 В. При необходимости добиваются нужного напряжения подборкой резистора R1 в интервале 43. .130 Ом и заменой светодиода HL1 или включением последовательно с ним дополнительного диода КД522Б (1N4148).
Перед подключением анодных цепей нужно установить выходное напряжение преобразователя напряжения А4 27 ± 3 В. В работоспособности модулей зарядки, аккумуляторов и в соответствии режимов зарядки [17—19] убеждаются до их установки в головные телефоны.
Конструкция. Устройство, как уже понятно из описания, имеет модульную конструкцию, что вполне соответствует рекомендациям (4] и отличается от классического блочного исполнения ламповых усилителей. Взаимное расположение модулей и отдельных элементов внутри корпусов показано на рис. 2 и рис. 3 В корпусе левого телефона (рис. 2). кроме динамической головки 1. размещены аккумуляторы 2 и 3. выключатели питания 4 и 5. модули зарядных контроллеров 6 и 7. разъёмы питания 8 и трансформатор 9.
В корпусе правого телефона размещены динамическая головка 10, плата УЗЧ 11 со стабилизатором напряжения накала и индикатором питания 12. Bluetooth-модуль 13, преобразователь напряжения 14 и второй трансформатор 15, а также дроссель 16 и выходные разъемы интегрального УЗЧ 17. Ламповый УЗЧ собран на монтажной плате размерами 50х30 мм. Ввиду простоты конструкции печатная плата не разрабатывалась, и каждый радиолюбитель может разместить их в соответствии со своими представлениями о правильной компоновке ламповой звуковой техники. Лампы “уложены” на плату.
Все дополнительные элементы размещены в непосредственной близости от них. Так как нагрев баллонов незначителен, особых мер по отводу тепла и взаимному расположению частей и соединительных проводов с этой точки зрения не предъявляется. В нижней части корпуса сделано несколько отверстий диаметром 3.5 мм для пассивной вентиляции.
Общая рекомендация по взаимному размещению плат модулей — максимально возможное удаление преобразователя напряжения от Bluetooth-модуля и минимальная длина соединительных проводов. Из-за установки трансформаторов динамические головки смещены в сторону на 3…5 мм. На качество звука это влияния не оказывает. Благодаря расположению светодиода ни рядом с Biuetooth-модулем можно наблюдать мигание размещенного на его плате индикатора работы сквозь прозрачный корпус светодиода HL1 при выключенном стабилизаторе.
Динамические головки, платы и аккумуляторы кропят в корпусе с помощью термоклея. Соединения между частями устройства выполнены гибкими изолированными проводами. Ввиду значительно увеличившейся массы (примерно до 350 г) конструкцию целесообразно дополнить мягким оголовьем Имеющиеся амбушюры заполняют новым поролоном или синтипоном. Внешний вид телефонов показан на рис. 4
