Ламповый предварительный стереоусилитель-коммутатор

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА И КОНСТРУКЦИЯ Описываемый здесь усилитель представляет собой систему, довольно близкую по функциям нынешним усилительно-коммутационным устройствам. Потребность в таком усилителе может возникнуть в двух случаях: если радиолюбитель располагает "активными" электроакустическими агрегатами, содержащими мощный оконечный усилитель с собственным питанием, и если создается полный аудиокомплекс, включающий разные по параметрам выходного сигнала источники - магнитофон, телевизор, проигрыватели с динамической и пьезоголовкой звукоснимателя, лазерные проигрыватели, стереотюнер, линия многопрограммного проводного вещания и т.п. Этот усилитель был создан именно для такого (второго) случая. С его помощью можно осуществить необходимые коммутации на едином пульте управления и привести самые разнообразные по характеру сигналы к общему знаменателю. Под этим общим знаменателем подразумевается как нивелирование их уровней, так и частотная коррекция, необходимость в которой возникает при использовании длинных экранированных магистралей от расположенных в разных местах помещения источников. Прежде чем перейти к описанию усилителя, оговоримся, что все сказанное относится только к одному из двух каналов стереоусилителя, поэтому при сборке усилителя, компоновке его узлов, изготовлении печатных плат или выборе коммутационных узлов нужно помнить, что каналов будет два, и принимать соответствующие решения следует с учетом этого. Это надо учитывать и при выборе или изготовлении силового трансформатора, а также элементов выпрямителя. Кроме того, совершенно недопустимо, чтобы после окончания регулировки все без исключения параметры одного канала отличались от аналогичных параметров другого канала более чем на1...2%. Итак, усилитель начинается с 8-позиционного коммутатора, собранного на переключателе типа П2К и предназначенного для коммутации следующих источников звукового сигнала: 1. Динамический микрофон 2. Динамическая головка стереопроигрывателя. 3. Пьезоголовка стереопроигрывателя. 4. Проигрыватель лазерных дисков. 5. Стереомагнитофон. 6. Стерео-УКЗ тюнер или АМ/ЧМ приемник. 7. Телевизор. 8. Трехпрограммная радиотрансляционная сеть. Подключение источников к коммутатору осуществляется посредством стандартных 5-штырьковых цилиндрических разъемов. Каждый из сигналов (кроме сигнала от микрофона) попадает на свой резистивный делитель, нижнее плечо которого сделано переменным. Резистор верхнего плеча заблокирован конденсатором, назначение которого - скомпенсировать затухание высокочастотной части спектра в длинной линии. Номинальное значение этой емкости подбирается опытным путем, так как потери в линии точному определению не поддаются. О том, как это делается, будет сказано дальше. Скорректированный сигнал через другую группу контактов подводится к сетке лампы первого каскада двухкаскадного предварительного усилителя напряжения. Здесь же, на входе усилителя, находится тонкомпенсированный регулятор громкости. Между первым и вторым каскадом включен двухполосный регулятор тембра, регулирующий раздельно участки спектра выше и ниже частоты раздела - 1000 Гц. Этот двухполосный регулятор без каких-либо изменений в схеме можно заменить кланг-регистром и четырехполосным регулятором, примененным в описанном ранее усилителе высшего класса. Сигнал от микрофона, прежде чем попасть на вход первого каскада, предварительно усиливается дополнительным микрофонным каскадом. Каскад собран на малошумящем пентоде типа ЕF-86 (полный отечественный аналог - 6Ж32П). Эта лампа в свое время использовалась в некоторых отечественных магнитофонах (например, "Яуза"). Об особенностях монтажа этого каскада далее будет рассказано более подробно. После усиления вторым каскадом сигнал, снимаемый с анода второго триода, разделяется на два: один поступает на сетку первого оконечного каскада - катодного повторителя, собранного на одной половине двойного триода 6Н6П (VLЗ на схеме рис. 34), другой - на сетку лампы дополнительного усилителя напряжения VL2 6СЗП или 6С4П, после усиления которой сигнал попадает на вход второго оконечного триода - катодного повторителя VLЗ 6Н6П. Для экономии общего числа ламп в усилителе допустимо вместо двух ламп 6СЗП (или 6С4П) в двух каналах использовать один сдвоенный триод типа 6Н1П - по одному триоду на каждый канал. В этом случае необходимо применить антифонную схему питания накала этой лампы постоянным напряжением с дополнительной подпиткой (+15...25 В), как это было сделано в усилителе высшего класса. Таким образом, любой входной сигнал, прежде чем попасть на сетку одного из оконечных катодных повторителей, усиливается в одном случае двухкаскадным, в другом - трехкаскадным предварительным усилителем. Это делается для того, чтобы иметь возможность простым нажатием кнопки переключателя выходов изменять общий коэффициент усиления нашего УЗЧ в n раз, где n - реальный коэффициент усиления дополнительного каскада на лампе VL2. В процессе регулировки усилителя его значение выбирают равным 10, 20 или 50 и соответственно две кнопки переключателя n маркируют "х1" и "х10" (или 20 или 50). Выходные каскады собраны по схеме катодных повторителей, обладающих весьма низким выходным сопротивлением. Это нужно для того, чтобы при прохождении сигнала с выхода предварительного УЗЧ до входа мощного оконечного усилителя не возникало дополнительных потерь и искажений высокочастотной части спектра, особенно если соединительные линии достаточно длинные. Вернемся к дополнительному микрофонному усилителю. Он введен в схему УЗЧ для того, чтобы при желании можно было реализовать довольно модную функцию "караоке", позволяющую осуществлять сольное сопровождение любых фонограмм (с дисков или магнитных носителей). Вместо одного, микрофона на входе могут быть включены три, что расширит сольные возможности до хоровых. Микрофонный каскад имеет собственный независимый регулятор громкости, позволяющий в широких пределах осуществлять микширование своего и сопровождающего музыкальных сигналов. Полная схема этого каскада показана на рис. 35. Строго говоря, микрофонный каскад не обязательно делать ламповым. Сегодня существуют схемы множества микрофонных усилителей на транзисторах и микросхемах, обладающих прекрасными характеристиками, малошумящих и не имеющих, как ламповые, склонности к микрофонному эффекту. Однако их применение повлечет за собой необходимость ввести в общую схему питания дополнительный низковольтный выпрямитель с хорошей фильтрацией, так что в результате общий выигрыш от использования транзисторного микрофонного усилителя может оказаться незначительным или даже нулевым. И еще одна оговорка. В схеме усилителя предусмотрен вход от радиотрансляционной линии, которая сегодня имеется практически в каждом городе и даже районном центре. В больших городах это вещание многопрограммное и включает стереофонические передачи. Если в вашем городе такое проводное вещание существует, целесообразно ввести в схему усилителя дополнительный узел - декодер трех-программного вещания со стереовыходом. Схему такого узла и его конструкцию описывать нет смысла: она стандартная и неоднократно публиковалась (например, в журнале "Радио"). Отметим лишь, что в случае ее применения 8-позиционный переключатель коммутатора входов целесообразно сразу же заменить на 10-позиционный и осуществить коммутацию сигналов от каждого из трех каналов вещания по тому же принципу, что и для одного канала. Для переключения каналов трансляционного вещания можно также ввести дополнительный галетный или кнопочный переключатель на три положения. Вот, пожалуй, и все, что касается схемы усилителя. Конструктивное его оформление на 100% зависит от того, где и как он будет размещен - в составе музыкального центра, в виде отдельного устройства, на отдельном столике, на полке шкафа или рядом с оконечным усилителем и другой аппаратурой комплекса.

 Приведем один из множества возможных вариантов, при котором усилитель выполнен как автономный узел управления всеми аппаратами аудиокомплекса. В отличие от описанного ранее усилителя высшего класса, данный усилитель достаточно компактный и легкий. В связи с этим пришлось отказаться от горизонтального размещения переключателя-коммутатора на передней лицевой панели, поскольку при нажатии на кнопки-клавиши переключателя возможно перемещение по столу всего блока усилителя. Переключатель расположен вертикально и размещен на передней части верхней панели усилителя. Там же размещены и все оперативные органы управления - регуляторы громкости, тембра, стереобаланса, микрофонного микшера. Внешний вид усилителя показан на рис. 36, а панель управления - на рис. 37. Усилитель размещен на одной общей печатной плате, приведенной на рис. 38, на рис. 39 показано размещение деталей и элементов схемы на плате.

 Силовой трансформатор и детали выпрямителя скомпонованы на основании-каркасе, размеры которого некритичны и должны быть определены самим конструктором исходя из числа коммутируемых источников, наличия или отсутствия микрофонного усилителя, блока-декодера проводного стереовещания и других факторов. В конструкции автора над каждой кнопкой коммутатора в верхней панели высверлены отверстия, в которые изнутри вставлены светодиоды красного цвета, подключающиеся при нажатии соответствующей кнопки к источнику напряжения 12 В и сигнализирующие о подключении к усилителю того или иного аппарата. На схеме усилителя эта система не отображена, поскольку формально никакого отношения к нему не имеет. При желании любой радиолюбитель без труда выполнит ее самостоятельно. РЕГУЛИРОВКА И НАЛАЖИВАНИЕ Рассмотрим регулировку усилителя. Сначала при вынутых лампах проверяется работа выпрямителей и наличие напряжений на электродах всех ламп, включая цепи накала. Если с этим все в порядке, все лампы устанавливают на места и после прогрева ламп (около 1 мин) проверяют установившиеся значения напряжений на анодах и катодах всех ламп, а также на экранирующей сетке лампы микрофонного каскада. Эти значения не должны отличаться от указанных на схеме более чем на 5...10%. После этого на сетку лампы VL1 (рис. 34) от звукового генератора подают сигнал частотой 1000 Гц небольшого уровня (20...50 мВ). Это сделано для того, чтобы на выходе первого катодного повторителя установилось любое удобное для отсчета напряжение (например, 0,1 или 0,5 или 1 В). Затем вольтметр переключают с выхода первого катодного повторителя на выход второго, декадным переключателем на выходе звукового генератора уменьшают выходное напряжение в 10, 20 или 50 раз, не трогая при этом ручку плавного регулятора выходного напряжения, и вращением установочного потенциометра R20 на выходе второго повторителя добиваются того же выходного напряжения, что и на выходе первого повторителя. После регулировки , не меняя уровня входного сигнала, убедитесь, что выходные сигналы на обоих повторителях различаются точно в выбранное вами число раз (10, 20 или 50), обозначение которого нанесите краской, гравировкой или декалькоманией на кнопки переключателя выходов: "х1" и "х10" (или соответственно "х20" либо "х50"). Покончив с этим, переходите к основной части регулировки - нивелированию уровней сигналов от различных источников и коррекции частотной характеристики соединительных линий. Методика такой регулировки зависит в значительной мере от того, сумеете ли вы на время этой работы заполучить (приобрести, взять напрокат, переписать) стандартизованные источники звуковых сигналов. Такими источниками на предприятиях, занятых выпуском, ремонтом или эксплуатацией звуковоспроизводящей аппаратуры, а также на радиоцентрах и в домах (студиях) звукозаписи являются тест-пластинки и магнитные тест-фильмы (на кассетах), на которых вместо музыкальных программ с соблюдением требований ГОСТ записаны чистые тона полного частотного ряда звукового спектра от 20 Гц до 20 кГц. Каждая из этих частот воспроизводится реальным источником в течение 20...30 с. За это время надо успеть произвести измерение напряжений на выходе (или входе) усилителя и записать эти значения, после чего по ним построить график частотной характеристики. Этот способ - самый точный и достоверный, так как учитывает степень влияния на общую характеристику всех элементов тракта звуковоспроизведения. Если вам не удастся приобрести тест-пластинки или тест-фильмы, придется воспользоваться вторым методом, хотя и не таким точным, но зато вполне доступным. Состоит он в том, что вместо тест-пластинок и тест-фильмов используется все тот же звуковой генератор. Перед началом регулировки нужно установить регуляторы тембра в положение, соответствующее линейной частотной характеристике. Для этого вначале оба регулятора тембра устанавливают приблизительно в среднее положение. Регулятор громкости при этой и всех последующих операциях должен находиться в положении максимальной громкости (до конца по часовой стрелке), а регулятор стереобаланса - в среднем положении. На вход усилителя подают сигнал частотой 1000 Гц небольшого уровня, чтобы на выходе усилителя установилось удобное для измерения напряжение (например, 0,5 В). Затем, поддерживая напряжение генератора неизменным, переключают частоту на 100 Гц и вращением регулятора нижних частот добиваются на выходе такого же напряжения, что и при частоте 1000 Гц. После этого аналогичным образом уточняют положение регулятора верхних частот, но уже на частоте 10000 Гц. В довершение желательно "пройтись" по всему спектру от 20 Гц до 20 кГц, чтобы убедиться, что выходное напряжение сохраняется относительно равным на всех частотах внутри спектра. Установив все регуляторы в нужное положение, приступают к регулировке коммутационной части усилителя, которую лучше всего начинать с источника с наименьшим выходным напряжением (исключая микрофон). В нашем перечне таким источником, скорее всего, является электродинамическая головка звукоснимателя проигрывателя обычных (не лазерных) дисков. Нажмите на коммутаторе сигналов кнопку "Динамическая головка" и отнесите звуковой генератор туда, где расположен проигрыватель грампластинок. Сигнал от генератора нужно подавать непосредственно в начало кабеля или экранированной линии, соединяющей проигрыватель с нашим усилителем. Еще раз подчеркнем: не на вход усилителя, а на выход звукоснимателя, чтобы, между генератором и усилителем оказался целиком весь соединительный кабель. И еще одно очень важное напоминание: выходное сопротивление генератора должно быть равно (или иметь один порядок) внутреннему сопротивлению источника. Это значит, что если внутреннее сопротивление динамической головки звукоснимателя составляет несколько сотен ом, то переключатель выходного сопротивления генератора должен быть установлен в положение, наиболее близкое к внутреннему сопротивлению источника. Если источником сигнала является пьезоголовка звукоснимателя, имеющая внутреннее сопротивление примерно 0,5 МОм, то между выходом генератора и началом соединительной линии нужно последовательно включить постоянный резистор такого же сопротивления. Чтобы было легче ориентироваться в выходных сопротивлениях различных источников сигнала, в табл. 2 приведены их общепринятые стандартизованные значения. В ней же даны усредненные значения выходных напряжений этих источников на частоте 1000 Гц. Теперь подайте на вход соединительной линии (при отключенной головке звукоснимателя!) сигнал частотой 1000 Гц такого уровня, который является номинальным для данного источника (табл. 2), подключите к выходу первого катодного повторителя ("х1") ламповый вольтметр и вращайте движок установочного потенциометра К 16 (на схеме рис. 33) до получения на выходе некоторого напряжения, принятого за номинальное, скажем, 0,5 или 1 В. После этого при неизменном уровне сигнала от генератора переключите частоту, равную 10 кГц. Это обязательно приведет к некоторому снижению уровня сигнала на выходе, если, конечно, вы правильно установили регуляторы тембра и громкости. Для того чтобы восстановить сигнал с частотой 10 кГц до прежнего уровня, придется экспериментальным путем подобрать емкость конденсатора СИ, включенного параллельно резистору К 15 . На этом регулировку первой из восьми (или десяти) линий можно считать законченной. Аналогично регулируется следующий канал (в нашем случае - пьезозвукосниматель), но теперь на входе линии устанавливается другой уровень сигнала и другой последовательный согласующий резистор в соответствии с таблицей для данного источника. В то же время уровень выходного сигнала на первом катодном повторителе должен сохраняться неизменным для всех источников, что достигается регулировкой установочных потенциометров и подбором емкостей компенсационных конденсаторов.

 Если все регулировки выполнены в соответствии с приведенными рекомендациями и полученные данные совпали с номинальными, регулировку одного канала можно считать законченной. Убедиться в этом проще всего, подключив выход нашего УЗЧ к входу любого оконечного усилителя с акустической системой (вплоть до "адаптерного" входа обычного радиоприемника, если таковой имеется), и при некоторой средней громкости звучания поочередно с помощью переключателя коммутатора подавая на вход реальные фонограммы от всех коммутируемых источников. При этом громкость звучания на слух должна восприниматься относительно одинаковой, с незначительными отклонениями, определяемыми сюжетом фонограмм. Если же сигнал одного из источников по громкости звучания отличается от остальных или обнаруживает явный "завал" характеристики со стороны верхних частот, следует еще раз вернуться к регулировке именно этого конкретного канала. Не исключено, что в процессе регулировки вы пропустили именно этот канал или подавали сигнал от этого источника "не в свою" линию. Вернемся к микрофонному каскаду. Если он выполнен на лампе, постарайтесь по возможности приобрести лампу ЕF-86 производства любой европейской страны (ФРГ, ЧССР, Польши) или США. Она выпускалась многими фирмами под различными торговыми названиями: ЕF-86, Е-7027, Е-7108, ЕF-806S, ЕF-866, Z-729, 6ВК8, 5928, 6267. Что касается отечественного аналога 6Ж32П, он значительно уступает западным лампам, по крайней мере по двум весьма существенным параметрам: уровню собственного фона из цепи накала и склонности к микрофонному эффекту. И если" первый еще можно устранить, осуществляя питание накала лампы хорошо отфильтрованным постоянным напряжением, то для предотвращения микрофонного эффекта не обойтись без "мягкой" подвески лампы (вместе с панелькой) на кольцевой резиновой прокладке-демпфере. Для того чтобы предельно уменьшить возможность возникновения фона из цепи накала, микрофонный усилитель, как правило, делают с заземленным катодом, а автоматическое смещение в этом случае достигается за счет незначительного сеточного тока при наличии сигнала. Именно для этого сопротивление резистора утечки сетки выбирают весьма большим (в нашем случае 5,1 МОм). Это не приводит к заметным нелинейным искажениям, если уровень входного сигнала достаточно мал. Электрический режим лампы микрофонного каскада наименее критичен, поскольку уровни входных сигналов от микрофона весьма малы, и анодный ток при любых обстоятельствах не выходит за пределы линейного участка анодно-сеточной характеристики в верхней ее части. Впрочем, если при налаживании усилителя вы услышите искажения при работе от микрофона, не помешает снять "по точкам" динамическую характеристику каскада и при необходимости изменить положение рабочей точки подбором сопротивления резистора утечки сетки или резистора в цепи экранирующей сетки. Поскольку отечественные резисторы больших номиналов склонны со временем "терять" свое сопротивление чуть ли не до бесконечного, рекомендуем вместо одного резистора 5,1 МОм в цепи сетки лампы установить два параллельно соединенных резистора сопротивлениями по 10 МОм. И наконец, о коммуникациях. Вопрос этот достаточно серьезный, поскольку речь идет о длинных соединительных линиях, подверженных различным внешним наводкам (например, от проходящей параллельно линии силовой сети с напряжением 220 В). Кроме того, мы имеем дело с передачей сигналов весьма низкого уровня (5...200 мВ) и к тому же от источников с большим внутренним сопротивлением (до сотен килоом). Эти два фактора требуют применения специальных мер для предотвращения наводок и наложений на полезный сигнал извне и для исключения взаимного влияния линий от разных источников. Положение усугубляется тем, что разные источники сигнала требуют разных схемных решений. Постараемся дать рекомендации для каждого отдельного случая. Наиболее уязвимы три линии: от динамической головки звукоснимателя, пьезозвукоснимателя и микрофона. Для этих трех источников можно предложить одно общее решение: возьмите тонкий коаксиальный кабель (например, типов РК-50-2-13 (старое наименование РК-19), РК-50-3-13 (РК-55), РК-50-2-21 (РКТФ-91) или РК-75-2-21 с наружным диаметром 4...5 мм и погонной емкостью 70...115 пФ/м) двойной длины (для каждого из коммутируемых источников, кроме микрофона) и поместите два отрезка кабеля нужной длины в одну общую металлическую оплетку, как показано на рисунке. Желательно, чтобы эта общая оплетка также была изолирована, для чего лучше всего всю заготовку протянуть в хлорвиниловую трубку. Чтобы максимально облегчить этот процесс, трубку можно нарезать на несколько частей длиной по 0,5...1 м и надевать их поочередно. Распайку кабелей со стороны источников и со стороны входа усилителя надо делать так, как показано на рис. 41. Для микрофона, поскольку он наверняка будет монофонический, нет необходимости в двух отдельных кабелях, однако использовать оплетку кабеля в качестве другого (нулевого) провода здесь недопустимо из-за неизбежного возникновения фона. Для микрофонной линии, если она больше 1 м, придется изготовить самодельный кабель из двух отдельных проводов - сигнального и нулевого, которые следует поместить в общую экранирующую оплетку. Подключение обоих проводов и оплетки видно из рис. 40. Соединительные линии для стереотюнера, стереомагнитофона и стереопроигрывателя лазерных дисков также можно сделать однотипными, но несколько иными. Здесь в одну общую экранирующую оплетку надо протянуть три разноцветных провода: два сигнальных для левого и правого каналов (например, зеленый и синий) и один более толстый (черный или белый) для общей "земли". Этот кабель вместе с оплеткой желательно поместить в хлорвиниловый чулок. Сигнал от телевизора можно передавать по обычному стандартному одиночному коаксиальному кабелю, используя его оплетку в качестве нулевого провода, поскольку уровень собственного фона самого телевизора не позволяет говорить о действительно высококачественном звуковоспроизведении. Следует иметь в виду, что сигнал звукового сопровождения можно снимать как с выхода УЗЧ телевизора (с зажимов громкоговорителя), так и с нагрузки частотного детектора. В первом случае мы будем иметь дело с низкоомным выходом (единицы ом), и, следовательно, соединительный кабель практически не будет подвержен воздействию внешних наводок и не создаст дополнительных потерь высокочастотной части спектра. 

 При этом, во-первых, уровень выходного сигнала будет полностью зависеть от положения регулятора громкости телевизора и, во вторых, нельзя будет воспроизводить звук только через усилитель, без обязательного звучания самого телевизора. Кроме того, в этом случае мы получим сигнал уже предварительно искаженный низкочастотным усилителем телевизора, не отличающимся, как правило, высоким классом. Лучше воспользоваться вторым способом и снимать сигнал непосредственно с выхода частотного детектора. Для этого придется подвести сигнал от детектора к дополнительному разъему, установить который можно на несущей раме телевизора или в крайнем случае на съемной задней стенке. К этому разъему с помощью штеккера подключить соединительную линию. В этом случае соединительную линию также надо сделать экранированной, с двумя раздельными проводами.

 И наконец, о последней соединительной линии - от радиотрансляционной сети. Особенности этой линии определяются двумя факторами. Первый состоит в том, что внутри жилого помещения ни один из двух проводов не является "нулевым" - оба они равнозначны и каждый из них можно считать сигнальным. Поэтому в коммутаторе в цепь каждого из двух проводов (в том числе и того, который у нас заземлен) включены последовательно балластные резисторы (R1 и R2 на схеме рис. 33). В данном случае потерей сигнала можно пренебречь, поскольку уровень сигнала в линии на один-два порядка больше, чем от остальных источников. Именно поэтому в переключателе коммутатора предусмотрена дополнительная группа контактов, "заземляющая" сигнал от трансляционной линии во всех положениях, кроме последнего восьмого (или трех последних, если всего их десять), во избежание заметных наводок трансляционной программы при работе от других источников. Второе соображение имеет значение только в том случае, если трансляционная линия многопрограммная. Как известно, сигналы дополнительных каналов передаются на достаточно высоких ультразвуковых частотах (19 и 38 кГц), что делает весьма существенными емкостные потери в дополнительной соединительной линии. Именно поэтому трансляционную линию лучше выполнить не экранированной, а использовать для нее обычный тонкий двойной сетевой провод в хлорвиниловой изоляции или телефонный провод (но только обязательно многожильный, поскольку одножильный легко и быстро обламывается). Чтобы исключить заметные наводки этой линии на все остальные, ее желательно вести не в общем пучке с остальными линиями, а отдельно и на некотором расстоянии от других