В подходе к разработке данной акустической системы использован чисто радиолюбительский подход, а именно: изготовление устройства с достаточно высокими параметрами из того, что имеется под рукой – корпуса и согласующего трансформатора от громкоговоря­щего проводного устройства и распространенных микросхем от бытовой аппаратуры, которые мож­но найти в «культурном» слое радиолюбителя, либо купить за чисто символическую цену на «развалах индустриализации» в любом населенном пункте.

Во многих случаях при работе с информацией на персональном компьютере (ПК) вполне доста­точно иметь только активную контрольную акусти­ческую систему (АКАС) небольшой мощности. Один из возможных вариантов изготовления такой АКАС из отслуживших свой срок абонентс­ких пультов (АП) от громкоговорящего проводно­го устройства описан в этой статье на нашем сайте.

В состав АП (рис.1) входили: корпус, динами­ческий громкоговоритель 1ГДШ-4 (8 Ом), согла­сующий трансформатор, переходной конденсатор и кнопка вызова. Вариант использования в качестве источника питания для АКАС одного из напряжений источни­ка питания ПК, с которым он будет работать, да­же не рассматривался, поскольку он чреват возможными негативными последствиями, нес­оизмеримыми по затратам с изготовлением отдельного источника питания. Поэтому основной задачей было максимальное использование имеющихся деталей и узлов собственно АП.

Силовой трансформатор

Габаритная мощность штатного согласующего трансформатора АП при нагрузке его на дина­мический громкоговоритель с мощностью 1 Вт должна быть несколько больше, чем мощность громкоговорителя. Из этого было сделано пред­положение, что он вполне может подойти в каче­стве силового трансформатора для АКАС. Трансформатор был разобран, а геометриче­ские размеры его сердечника измерены. Катушка выходного трансформатора АП была намотана на магнитопроводе Ш12х 12 (S= 1,44 см²). Габаритную мощность силового трансформатора с таким сердечником для частоты 50 Гц можно рас­считать по эмпирической формуле:

Как следует из расчета, разработчик АП мыслил теми же категориями. Отсюда так же следовало, что при КПД усилителя мощности звуковой час­тоты (УМЗЧ), равном 50%, при его питании от та­кого трансформатора вполне можно получить выходную мощность около 0,5 Вт.

Интегральная микросхема усилителя мощности низкой частоты

Поскольку в задачу создания простой АКАС так­же не входил поиск «редких и лучших» интеграль­ных усилителей мощности низкой частоты, которые еще надо было бы где-то искать и зачем-то покупать, то было принято ре­шение использовать не дефицитную микросхему К174УН7, несколько б/у экземпляров которой имелись в наличии.

Следует отметить, что эта МС довольно давно и вполне успешно применялась в серийном производстве радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) в качестве УМЗЧ как радиоприемников, так и телевизоров, а также в радиолюбительских раз­работках, что предполагало ее доступность как радиокомпонента и хорошую повторяемость УМЗЧ в целом. Возможно, именно таким путем, причем даже с некоторыми упрощениями стандартной схемы включения микросхемы, и пошел автор публикации в данной статьи.

Технические параметры микросхемы К174УН7

• Напряжение источника питания 7… 18 В;
• Максимальная выходная мощность на нагруз­ке 4 Ом – 4 Вт;
• Изготовитель допускает работу микросхемы без ради­атора при мощности не более 0,27 Вт.

Важно!

За время выпуска интегральной микросхемы К174УН7, в схемах некоторой РЭА, например, в схеме телеви­зора «Фотон», применялась отличная от нуме­рация ее выводов, суть которой (упрощенно) заключалась в условной нумерации (по умолчанию) правого лепестка теплоотвода, как «вырожденных» 4 и 5 выводов, а левого – как «вырожденных» 12 и 13 выводов. Функциональное же предназначение реальных выводов при этом полностью соответство­вало.

Усилитель звука для колонок ПК

Электрическая схема АКАС показана на рис.2. Учитывая тот факт, что по габаритной мощности даже один выходной трансформатор от АП подходит для использования его в качестве силового для питания двух УМЗЧ с выходной мощностью 2*0,25 Вт, а так же то, что использование АКАС возможно в течение достаточно длительного времени, для повышения надежности устройства было принято простое решение – использовать для каждого УМЗЧ отдельный силовой трансформатор.

Есть еще один момент, о котором следует помнить и который часто «забывают» в погоне за «упрощением» источника питания, – это недопустимость питания УМЗЧ от сетевого нестабилизированного источника питания. При работе с музыкальным сигналом, который имеет достаточно большой динамический диапазон, такое «упрощение» хоть и косвенно, но достаточно ощутимо увеличивает реальные динамические нелинейные искажения УМЗЧ.

Стабилизатор источника питания

Исходя из указанного выше, источник питания УМЗЧ АКАС питается от компенсационного стабилизатора напряжения (КСН). Что касается использования интегральных КСН типа КРЕН или 78хх, то следует отметить, что при перегрузке ток в их выходной цепи не прерывается, а лишь ограничивается на уровне максимального.

Поэтому при использовании КСН без радиато­ра достаточной площади выход из строя как интегральной КСН, так и источника питания в целом только затягивается. Интегральные КСН имеют и еще один «хитрый» параметр – минимальное напряжение между его входом и выходом.

При нарушении этого соотношения (особенно ярко это проявляется при использовании малогабаритных трансформаторов, первичная обмотка которых имеет большое активное сопротивление, что вызывает существенную «просадку» переменного напряжения, которое поступает на выпрямитель) КСН выходит из режима стабилизации со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Поэтому КСН АКАС собран на дискретных элементах. Следует также отметить, что КСН, которые собраны на транзисторах разной проводимости (элемент сравнения – регулирующий элемент), обладают четко выраженными триггерными (защитными) свойствами при возникновении перегрузки, причем эти свойства реализуются без дополнительных схемотехнических решений, а определяются именно используемой схемотехникой [5].

КСН такого типа широко использовались в ис­точниках питания РЭА серийно выпускавшихся радиоприемников и телевизоров. Источник опорного напряжения КСН АКАС со­стоит из стабистора на светодиоде VD1 и стаби­литрона VD2), которые включены последовательно.

Такое решение позволило использовать свето­диод в качестве опорного элемента, светового индикатора наличия напряжения 7 В и в определенной мере скомпенсировать (благодаря противоположному чем у стабилитрона ТКН) температурный дрейф выходного напряжения [6,7], к тому же и сэкономить один балластный резистор.

Конструкция и радиодетали

Расчет количества витков на вольт силового трансформатора проведен по эмпирической фор­муле: 45/S, где:

• 45 – эмпирический коэффициент;
• S- сечение среднего стержня сердечника в см²

Откуда количество витков на вольт равно:

Количество витков первичной обмотки равно: 31,25×220=6875, а количество витков вторичной обмотки равно: 31,25x12x1,2=875. Диаметр провода обмоток также рассчитан по эмпирическому соотношению плотности тока для медною проводника – 4 А/мм2, и был принят (с увеличением в большую сторону) для первичной обмотки диаметром 0,08 мм, а для вторичной – ди­аметром 0,25 мм.

Диодная сборка установлена внутри корпуса, с тыльной стороны громкоговорителя, и прикреплена к нижней части корпуса с помощью резьбовой пары М3 через рассверленное (в квадратном углублении, которое имеется в геометрическом 1 центре корпуса) отверстие диаметром 3,2 мм. На соответствующих выводах диодной сборки VD3 навесным способом закреплен конденсатор  фильтра С9.

Чертеж печатной платы УМЗЧ АКАС показан на рис.З.

Печатная плата УМЗЧ расположена и зафикси­рована внутри корпуса таким образом, чтобы све­тодиод \Ю1 располагался напротив отверстия в заглушке прямоугольного лючка верхней крышки, в котором раньше располагался конструктивный удлинитель кнопки вызова. Внешний вид АКАС с выпрямителем и печатной платой в сборе в открытом состоянии показан на рис.4, а оба блока АКАС в собранном состоянии и соединительными экранированными кабелями – 18 на фото в начале статьи.

[info]К ПК АКАС присоединяется соответствующим стереофоническим штыревым соединителем, от которого к каждой АКАС идет свой патч корд utp коммутационный кабель. Транзисторы VT1, VT2 – в соответствии со схе­мой, с любыми буквенными индексами. Оксидные конденсаторы С1 -СЗ, С6, С8, С9 ти­па К50-35; С4, С5, С7 типа КМ. Постоянные резисторы В1-П7 типа МЯТ, с мощностью согласно электрической схеме. [/info]

Настройка

Перед настройкой желательно предваритель­но измерить параметры силовых трансформа­торов, установить напряжение стабилизации на выходе КСН равным 7 В, а затем провести стати­ческие и динамические испытания УМЗЧ АКАС. Параметры силового трансформатора прове­ряют, отсоединив его от КСН (рис.2) в точке А. Для проведения необходимых регулировок и измерений в КСН и УМЗЧ на печатной плате пре­дусмотрена перемычка, с помощью которой плю­совое напряжения питания подается на МС К174УН7.

На первом этапе проверки ее не уста­навливают. Силовые трансформаторы Т1 и Т1.1 авторско­го экземпляра имели следующие параметры:

• активное сопротивление первичных обмо­ток – около 2 кОм
• ток «холостого хода» (XX) первичной обмотки при подключении ее к сети 220 В / 50 Гц – 8… 10 мА;
• переменное напряжение на вторичной об­мотке в режиме XX – 14 В;
• напряжение на конденсаторе фильтра при от­ключенной нагрузке – 18,7 В;
• напряжение на конденсаторе фильтра при токе потребления от выпрямителя 100 мА – 12,8 В;
• напряжение на выходе стабилизатора при то­ке нагрузке стабилизатора от 0 до 100 мА – 7,1…7,0 В.

Перед проведением измерений параметров КСН вместо резисторов Н4 и П5 устанавливают по­тенциометр номиналом 1,5 кОм, а вместо П7 – пе­ременный резистор номиналом 220 Ом. Положение движка потенциометра 1,5 кОм устанавливают по омметру в соответствии с рис.2. К коллектору VТ1 и общему проводу под­ключают вольтметр, а в разрыв цепи резистора П7 – миллиамперметр.

Подключают схему КСН к штатному выпрямителю. Светодиод М01 при этом должен светиться. С помощью потенциометра, ко­торым временно заменены В4 и В5 (номиналом 1,5 кОм), устанавливают значение выходного на­пряжения равное 7 В. С помощью переменного ре­зистора В7 (220 Ом) устанавливают значение тока через опорные элементы КСН 15 мА.

После этого измеряют величину введенной части пере­менного резистора и заменяют Н7 постоянным ре­зистором требуемого номинала. При желании потенциометр 1,5 кОм также можно заменить 2 постоянными резисторами Я4 и Н5, измерив после установки выходного напряжения КСН сопротивление между движком и выводами этого потенциометра.

Нагружают стабилизатор на резистор с сопро­тивлением 70 Ом (что соответствует току нагруз­ки 100 мА) мощностью 2 Вт. Значение выходного напряжения при этом не должно уменьшаться бо­лее чем на 0,1… 0,2 В.

Проверка триггерных свойств КСН

Включенный стабилизатор нагружают на рези­стор с сопротивлением 28 Ом мощностью 10 Вт, что соответствует току нагрузки 250 мА. При этом светодиод должен погаснуть. Отключение нагруз­ки не должно изменять этого состояния.

Таким об­разом, проверяется срабатывание защиты КСН и сохранение второго устойчивого состояния триг­гера (питание нагрузки отключено). Затем отключают источник питания АКАС от сети, а затем снова включают – светодиод должен светиться. Таким образом, проверяется запуск КСН и выход триггера в первое устойчивое состоя­ние (нагрузка под напряжением).

Измерение тока потребления УМЗЧ в режиме молчания

При напряжении питания 7 В ток потребления у 7 экземпляров б/у микросхем К174УН7 разных лет изготовления (которые имелись в наличии) в режиме молчания не превышал 7…8 мА.

Проверка УМЗЧ под нагрузкой

Подать на вход УМЗЧ (нагруженного на актив­ную нагрузку 8 Ом) от звукового генератора испытательный синусоидальный сигнал с частотой 1 кГц и уровнем -30 дБ. При выходном напряжении 1,5 В искажения на  экране осциллографа должны отсутствовать. Двухстороннее ограничение должно наступить при величине выходного напряжения 2 В. Измерить одинаковость значений напряжения на выходах обоих УМЗЧ. При надобности усиление УМЗЧ (в широких пределах) регулируют изменением номинала резистора R2 каждого из УМЗЧ.

Если учесть, то, что принято считать, что средняя мощность потребления УМЗЧ в режиме музыкального сигнала в среднем соответствует 30% мощности в режиме синусоидального сигнала, то можно сделать вы вод, что для нашего случая источник питания и его нагрузка (УМЗЧ) совместимы.

При среднем положении виртуального регулятора громкости компьютерной программы Wi-namp максимальная амплитуда музыкального сигнала на нагрузке не превышала 1,5 В.
Экспертные акустические испытания показали, что АКАС звучит не хуже современных активных АС промышленного изготовления с интегральными у УМЗЧ.

Биосенсорный контроль нагрева элементов У АКАС после восьмичасового «прогона» усилителей, которые подключены к источнику музыкального сигнала и нагружены на громкоговорители АП, показал, что как корпусы МС К174УН7, так и силовые трансформаторы источников питания ощутимо не нагревались.

Читайте также статьи: Усилитель звука