Практические схемы высококачественного звуковоспроизведения

Рис. 101. Схема заземления псевдоквадрафонического усилителя ЗЧ

Во всех случаях проводники, выходящие за пределы экрана, необходимо делать как можно короче.

На рис. 101 приведена схема заземления псевдоквадрафонического усилв­теля 34. Каждый ФУ выполнен в виде модуля на печатной плате, на кото­рой смонтированы два одинаковых устройства (предусилитель-корректор, фильтр, нормирующий усилитель и т. п.). На каждой из них имеются два изолированных общих провода: 1 — в сигнальной цепи, 2 — в цепи питания,

Наиболее чувствительные участки усилителя — пять входных ФУ — за­землены с использованием двух раздельных общих проводов сигнальных це­пей (корректоры и фильтры соединены с одним проводом, а нормирующий усилитель, шумоподавитель и темброблок — с другим). Цепи нитания этия узлов и квадрапреобразователя подключены к отдельному общему проводу. Общие провода сигнальных цепей квадрапреобразователя и четырех усилите­лей мощности объединены в один. Общий провод .цепи питания каждого уси­лителя мощности отдельный. Особо следует обратить внимание, чтобы вместе с ними в этот жгут не попали слаботочные провода входных цепей. Общие провода измерителей уровня и блоков защиты, как менее чувствительные, объ­единены и проложены отдельно от других. «Земля» шасси служит для под­ключения каркаса и кожуха усилителя к внешней шине. Общие провода сиг­нальных цепей и цепей питания необходимо присоединить к корпусу только в одной точке — в основном источнике питания, т. е. в сетевом выпрямителе. К этой же точке необходимо присоединить экран силового трансформатора.

ЭКРАНИРОВАНИЕ

Функциональный узел, имеющий большой коэффициент усиления (нап­ример, предусилитель-корректор), целесообразно поместить в металлический экран, чтобы исключить влияние на него внешних магнитных и электрических полей. Подходящим материалом для экрана в диапазоне звуковых частот яв­ляется сталь. Следует иметь в виду, что низкочастотные магнитные поля по­мехи труднее поддаются экранированию, чем электрические. Основные потери для магнитных полей составляют потери на поглощение в материале экрана, поэтому здесь применяются магнитные материалы с низким магнитным соп­ротивлением, имеющие достаточную толщину. Экран с толщиной, равной глу­бине скинслоя (например, на частоте 50 Гц, в стали глубина его равна 0,74 мм), обеспечивает уменьшение амплитуды внешнего поля помехи ~9 дБ

(в е раз). Для электрических полей помех звукового диапазона экранирование обус­ловлено, главным образом, отражением. Поэтому здесь необходимо использовать экран из хорошего проводника (медь, ла­тунь и т. п.). Применение стальных экра­нов в аппаратуре, работающей в диапазоне звуковых частот, является компромиссным решением.



Рис. 102.Схема подключения экрана к «земляной» шине
Следует иметь в виду, что при не-правильном подключении экрана к зем­ляной шине, паразитные емкости образуют цепь обратной связи с выхода на вход, и каскад (узел, устройство) может самовозбудиться. Единственно пра­вильное подключение экрана, которое исключает эту нежелательную обратную связь, — подключать экран к общему выводу усилителя, даже если эта точка не имеет потенциала земли (рис. 102).

РАЗВЯЗКА КАСКАДОВ ПО ПИТАНИЮ

Источники и цепи питания постоянного тока ФУ усилительного уст­ройства являются общими. Поэтому надо обратить самое серьезное внимание-на проектирование системы питания, чтобы исключить связи между ФУ через общий источник питания. Любой сигнал переменного тока, возникающий в ФУ или нагрузке, не должен присутствовать на шинах питания и не создавать падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания.

В идеальном случае источник питания должен быть генератором ЭДС с нулевым внутренним сопротивлением. Однако реальный источник имеет конеч­ное внутреннее сопротивление R_i, следовательно, через это сопротивление ис­точника могут образовываться связи между ФУ. Причем эта нежелательная обратная связь усиливается из-за сопротивления соединительных проводников цепей питания. Одновременно они, как и сигнальные проводники, подвержены воздействию электрических и магнитных помех. И здесь применимы те же методы борьбы, которые рассматривались ранее.

В статическом режиме (в режиме постоянного тока) напряжение U_H, пе­редаваемое на нагрузку,

U_н= U_х.х — I_{н max} (R_i+R_{л max}),

где U_x.x — выходное напряжение ненагруженного источника (холостого хода); I_{н max} — максимальный ток нагрузки; R_{л max} — сопротивление соединитель­ной линии.

Чтобы улучшить работу источника при медленном изменении тока нагруз­ки, необходимо улучшить стабилизирующие свойства источника (уменьшить Ri) и соединительные провода брать достаточного сечения. При резком изме­нении тока нагрузки на ДI_н (режим усиления звуковых сигналов — динами­ческий режим) возникают напряжения переходных помех, и результирующее-изменение напряжения на нагрузке оказывается функцией волнового сопротив­ления Z₀ линии передачи, Мгновенное напряжение помехи на нагрузке



тде L_л и С_л — соответственно индуктивность и емкость линии передачи пи­тания.

Волновое сопротивление линии передачи может служить хорошим крите­рием качества для сравнения различных систем разводки питания. Чтобы по­дучить хорошую развязку в динамическом режиме, волновое сопротивление линий передачи должно составлять не более нескольких Ом. Для этого необ­ходимо увеличить С_л и уменьшить L_л. Это достигается использованием плос­ких шин питания, расположенных как можно ближе, между которыми уста­навливается изолирующая прокладка с большой диэлектрической постоянной. Например, два провода круглого сечения с тефлоновой изоляцией, разнесенных на 1,5 диаметра, имеют Z₀=80 Ом. Однако если два плоских проводника ши­риной H=10 мм расположить один над другим и разделить тонкой (толщиной h ==100 мкм) полиуретановой пленкой (е = 7), то волновое сопротивление такой шины будет:



На практике сделать шины передачи с малым zq довольно сложно и до­рого, что вынуждает подключать к нагрузке между шинами питания и земли развязывающий керамический конденсатор емкостью от 0,1 до 1,0 мкФ [19] для обеспечения малого комплексного сопротивления шин питания. Чтобы иск­лючить динамические помехи через источник и дополнительно сгладить пуль­сации питающего напряжения, применяют развязывающие фильтры.

Для развязки слаботочных и чувствительных узлов по цепи питания ис-яользуются резистивно-емкостные и реже индуктивно-емкостные фильтры.

Итак, для улучшения характеристик системы питания, цепи разводки не­обходимо выполнять плоскими шинами; для развязки паразитного сопротивле­ния шины питания, непосредственно на зажимах нагрузки устанавливается ке­рамический конденсатор (с малой собственной индуктивностью) развязки пи­сания; а для развязки отдельных каскадов усилителя устанавливаются RC фильтры.

ВНУТРЕННИЕ ИСТОЧНИКИ ШУМОВ

Если даже исключены все внешние связи ФУ по помехам, все же имеется минимальный уровень собственных {внутренних) шумов. Собственные шумы имеются у всех электронных компонентов, на которых рассеивается иощность. Основными видами собственных шумов являются: тепловые, дробо­вые, контактные, импульсные.

Тепловые шумы возникают в результате теплового движения элект­ронов в веществе резистора и определяют нижний уровень шумов, достижи­мый в ФУ. Действующее значение напряжения тепловых шумов U_т, в разомк­нутой цепи, обусловленное наличием в ней сопротивления R,



где k — 1,38*10^-23 Дж/К - постоянная Больцмана: Т — абсолютная темпера-тура, К; AF — полоса пропускания шумов, Гц; R — сопротивление, Ом. При комнатной температуре (290° К или 17'С): 4kT=1.6*10^-20 Вт/Гц,

Мощность тепловых шумов имеет равномерную частотную характеристику и в любой части спектра при одинаковой полосе имеет одинаковое значение, независимо от R:

P_ш = U²_т/R=4kTДF.

Для уменьшения напряжения тепловых шумов необходимо минимизировать сопротивление и полосу пропускания системы.

Дробовой шум связан с прохождением тока через потенциальный барьер. Он возникает из-за флуктуации среднего значения тока при хаотн-ческой диффузии носителей через базу транзистора и из-за случайного харак­тера генерации и рекомбинации пар электрон — дырка.

Действующее значение тока этого шума



где q=1,6-10-¹⁹ Кл — заряд электрона; 7₀ — среднее значение постоянного тока, А; ДF — полоса пропускания, Гц;



т. е. плотность дробового шума зависит только от значения проходящего тока и не зависит от частоты.

Контактные шумы вызываются флуктуацией проводимости вслед­ствие несовершенства контакта между двумя материалами. Они встречаются в композиционных резисторах, угольных микрофонах, транзисторах и диодах, и т. п., которые содержат множество сплавленных между собой частиц. В силу специфичной частотной зависимости их называют низкочастотными или 1/f шу­мами. Контактный шум I_f:



где А — постоянная, зависящая от вида материала контакта и его конфигу-рации; Т₀ — среднее значение постоянного тока, A; f — центральная частота полосы пропускания, Гц; ДF — полоса пропускания, Гц.

«Вес» контактных шумов из-за характеристики 1/f на низких частотах мо­жет быть очень большой. При исследованиях шумы 1/f наблюдаются даже при сигнале, имеющем период несколько часов. Контактные шумы — главный ис­точник помех в низкочастотных цепях.

Импульсные шумы обусловлены производственными дефектами и их можно устранить, улучшив процессы производства. Эти шумы вызываются дефектами в переходе полупроводникового прибора (обычно в виде метал­лических примесей). Импульсные шумы проявляются как резкие всплески и сопровождаются дискретным изменением уровня. Длительность шумовых им­пульсов колеблется от микросекунд до секунд, их амплитуда превышает амп­литуду тепловых шумов в 2... 100 раз, частотный диапазон составляет 0,01... ... 100 Гц. Так как этот шум связан с наличием тока, то наибольшее напря­жение шумов наблюдается в высокоомных цепях, например, во входной цепи ОУ. Для исключения импульсных помех необходимо обнаружить шумящий элемент и заменить его.

Учитывая, что все рассмотренные здесь источники шумов являются не­коррелированными, то они суммируются на основе правил сложения мощносей, следовательно, суммарное напряжение теплового, дробового, контактного и импульсного шумов определяется как



Для измерения напряжения шумов лучше всего пользоваться широкопо­лосным осциллографом. Основное преимущество осциллографа перед различ­ными вольтметрами в том, что на осциллографе можно наблюдать форму из­меряемого сигнала. При этом можно быть уверенным, что измеряются именно случайные шумы, а не наводки или фон сети частотой 50 Гц.

Действующее значение белого шума равно 1/8 (предполагается, что от­ношение амплитуды к действующему значению шумов составляет 4:1, при этом точность измерений не хуже 1,5%) двойного амплитудного значения сиг­нала, измеряемого на экране осциллографа. (При определении двойной амп« литуды на экране осциллографа один-два пика, которые будут значительно выше всей кривой сигнала, в расчет брать не следует.) Для количественной оценки шумов, вносимых отдельными электронными устройствами, используют коэффициент шума:



Коэффициент шума К_ш можно определить также как

K_щ = A_ВХ/A_ВЫХ,

где А_ВХ=Р_С.ВХ/Р_Ш.ВХ, A_вых = Р_с.вых/Р_ш.вых; т. е. K_ш показывает, во сколько раз отношение сигнал-шум на входе устройства больше отношения сигнал-шум на его выходе. Коэффициент шума многокаскадного усилителя определяется следующим выражением:



где K_ш1 и K_P1 — коэффициенты шума и усиления по .мощности первого каска­да; K_ш2 и K_р2 — те же коэффициенты для второго каскада и т. д.

Из этого уравнения следует, что при достаточном коэффициенте усиления первого каскада суммарный коэффициент шума определяется коэффициентов шума первого каскада.

Для уменьшения уровня помех и шумов в общей системе необходимо ограничивать полосу пропускания усилителя до значения, соответствующего полосе слышимых звуковых сигналов. Поэтому в начале тракта необходимо устанавливать фильтры, ограничивающие полосу слышимых частот. Полоса пропускания последующих ФУ выбирается из условия обеспечения высокого качества их динамических характеристик (линейность фазо-частотной характе­ристики, высокая крутизна переходной характеристики и т. п.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Атаев Д. И., Болотников В. А. Унификация в радиолюбительских конструк­циях. — Радио, 1983, № 12, с. 32 — 35.

2. Пикерсгиль А., Беспалов И. Феномен «транзисторного звучания». — Радио, 1981, № 12, с. 36 — 38.

3. Банк М. У. Параметры бытовой приемно-усилительной аппаратуры и мето­ды их измерения. — М.: Радио и связь, 1982. — 136 с.

4. Лихницкий А. М., Школьников Р. М. Применение метода компенсации для измерения параметров усилителя низкой частоты. — Техника средств свя­зи. Сер. ТРПА, 1981, № 1, с. 25 — 34.

5. Атаев Д. И., Болотников В. А. Подавление помех и шумов в усилителях 34. — Радио, 1984, № 4, с. 43 — 45, № 5, с. 35 — 36.

6. Атаев Д. И., Болотников В. А. Предусилители-корректоры для магнитного звукоснимателя. — Радио, 1982, № 4, с. 38 — 40.

7. Эфруси М. М. Микрофоны и их применение. — М.: Энергия, 1974. — 88 с.

8. Терехов А. О регулировании громкости. — Радио, 1982, № 9, с. 42 — 43.

9. Орлов П., Приходько А. О регулировании громкости в стереофонических усилителях. — Радио, 1980, № 6, с. 44 — 45.

10. Кинг Г. Руководство по звукотехнике: Пер. с англ. — Л.: Энергия 1980 — 384 с.

11. Изаксон И., Николаенко А., Смирнов В. Динамический фильтр «Маяк». — Радио, 1982, № 12, с. 34 — 36.

12. Боздех И. Конструирование дополнительных устройств к магнитофонам: Пер. с чешск./Под ред. Б. Я. Меерзона. — М.: Энергоатомиздат, 1981. — 304 с.

13. Кононович Л. М., Ковалгин Ю. А. Стереофоническое воспроизведение зву­ка. — М.: Радио и связь, 1981. — 184 с.

14. Берендюков Ю., Ковалгин Ю., Синицын А., Егоров А. Квадрафония или система ABC? — Радио, 1982, № 9, с. 44 — 48.

15. ГОСТ 21185 — 75. Измерители уровня квазипиковые. Типы и основные пара­метры. Методы испытаний.

16. Никонов А. В., Папернов Л. 3. Измерители уровня звуковых сигналов — М.: Радио и связь, 1981. — 112 с.

17. Рачев Д. Вопросы любительского высококачественного звуковоспроизведе­ния: Пер. с болг. — Л.: Энергоатомиздат, 1981. — 184 с.

18. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ — Изд 2-е — М.: Мир, 1984. — 598 с.

19. Атаев Д. И., Болотников В. А. Выбор пассивных элементов для тракта 34. — Радио, 1985, № 6, с. 44 — 46, № 7, с, 38 — 39.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие

Основные технические показатели и характеристики усилителей звуко­воспроизведения

Общие сведения

Показатели качества

Селекторы входных сигналов

Предусилители-корректоры для магнитного звукоснимателя

Микрофонные усилители

Фильтры

Регуляторы громкости, баланса и режима «Интим»

Нормирующие усилители

Шумоподавнтели

Регуляторы тембра, эквалайзеры

Квадрапреобразователи

Усилители мощности звуковой частоты

Узлы контроля уровня выходных сигналов

Узлы защиты звуковых колонок

Источники питания

Практические способы подавления помех и шумов в усилителях ЗЧ .

Источники помех

Защита проводов

Заземление

Экранирование

Развязка каскадов по питанию

Внутренние источники шумов

Список литературы

ББК 32.871

А 92

УДК 681.842:64
Редакционная коллегия:

Б. Г. Белкин, В. М. Бондаренко, В. Г. Борисов, Е. Н. Геништа, А.В.Горо­ховский С А. Ельяшкевич, И. П. Жеребцов, В. Г. Корольков,А. Д Смир­нов, Ф. И. Тарасов, Ю. Л. Хотунцев, Н. И. Чистяков
Атаев Д. И., Болотников В. А.

А 92 Практические схемы высококачественного звуковос­произведения. — М.: Радио и связь, 1986. — 136 с.: ил. (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1109).
Рассматриваются показатели качества и конкретные отдельные взаимно совместимые функциональные узлы (корректоры, фильтры, шумоподавители и т. п.) высококачественных усилителей звуковой частоты, выполненных на транзисторах, микросхемах и других полупроводниковых приборах отечест­венного производства. Описываются функциональные узлы, позволяющие строить широкий набор усилительных устройств, оптимальных по различным показателям качества.

Для подготовленных радиолюбителей.

ББК 32.871

2402020000 — 136

А----------------69—86

046(01)-86
Рецензенты: Л. А. Галченков и канд. техн. наук Ю. И. Крылов
Научно-популярное издание
ДЖАВАНШИР ИСМАИЛ ОГЛЫ АТАЕВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ БОЛОТНИКОВ
ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО ЗВУКОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
Руководитель группы Массовая радиобиблиотека И. Н. Суслова

Редактор А. И, Гусев

Обложка художника А. С. Дзуцева

Художественный редактор Н. С. Шеин

Технический редактор Т. Н. Зыкина

Корректор Г. Г. Казакова
ИБ N 1200
Сдано в набор 14.03.86 Подписано в печать 18.11.86

Т-23703 Формат 60х90 1/1б Бумага тип. № 2 Гарнитура литературная

Печать высокая Усл. печ. л. 8,5 Усл. кр.-отт. 8,75 Уч. -изд. л. 10,63 Тираж 120000 экз. (1 завод: 1 — 60000 экз.) Изд. № 21173 Зак. № 43 Цена 80 к. Издательство «Радио и связь». 101000 Москва, Почтамт, а/я 693

Московская типография № 5 ВГО «Союзучетиздат» . 101000 Москва, ул. Кирова, д. 40

OCR Pirat