3. Место и значение отдельных звеньев в тракте

Каждое звено тракта имеет вполне конкретное и достаточно четко ограниченное назначение. Это значит, что основные функции тракта (усиление сигнала по напряжению и мощности, коррекция частотных искажений, согласование сопротивлений и др.) определенным образом распределены между его звеньями, специально приспособленными для наилучшего выполнения данной функции.

Разумеется, это не означает, что, например, усилитель напряжения не может одновременно выполнять и функцию фазоинвертора, но тем не менее каждому звену присущи одна или несколько вполне определенных функций. В то же время каждое звено, независимо от его назначения и устройства, влияет и на все остальные характеристики тракта в целом, причем чаще всего такое влияние бывает нежелательным и даже вредным.

Именно в этом свете целесообразно проанализировать значение каждого звена в тракте и его оптимальное расположение внутри тракта, так как отдельные звенья тракта могут располагаться в довольно произвольной последовательности, хотя не все такие последовательности будут равноценны по сложности и по величине вносимых искажений.

Прежде всего отделим такие звенья, место которых в любом тракте определяется однозначно. К ним относятся среды "А" и "Б", датчик-преобразователь сигнала источника, акустический преобразователь, усилитель мощности, согласователь нагрузки (чаще всего - выходной трансформатор).

Остальные звенья и элементы тракта могут быть расположены в различных местах тракта. Это - регуляторы уровня сигнала, регуляторы тембра, корректирующие фильтры источников сигнала, усилители напряжения, фазоинверторы, катодные и эмиттерные повторители, различные автоматические регуляторы и устройства и т. п.

Подробный анализ всех звеньев и элементов тракта будет дан в последующих главах, здесь же мы лишь укажем, на какие характеристики и параметры в основном влияет каждый элемент тракта и в какое место тракта это звено лучше всего включить.

Регулятор уровня сигнала (регулятор громкости) является одним из элементов, определяющих уровень шумов в тракте, а следовательно, и его динамический диапазон. При конструировании и изготовлении регулятора основное внимание должно быть уделено недопущению каких бы то ни было наводок на его цепи. Кроме того, надо помнить, что регулятор громкости является единственным элементом тракта, формирующим тонкомпенсацию - автоматическое изменение частотной характеристики тракта в зависимости да положения регулятора громкости, поэтому "кривые равной громкости" от начала до конца должны формироваться и обеспечиваться в самой схеме регулятора.

При конструировании регулятора громкости и схемы тонкомпенсации необходимо учитывать, что большинство регуляторов создают спад частотной характеристики на высоких частотах при уменьшении громкости.

Место включения регулятора в тракте следует выбрать таким, чтобы при положении наибольшей громкости и номинальной выходной мощности сигнал на выходе регулятора на частоте 1000 гц составлял не менее 0,1 в, но в то же время при пятикратном увеличении сигнала не возникали бы нелинейные искажения ни на входе, ни на выходе регулятора.

Так как нелинейные искажения на входе регулятора могут возникнуть только от перегрузки предыдущих каскадов, то регулятор желательно включать как можно ближе к началу тракта, приняв меры по предотвращению наводок. При входном сигнале выше 0,1 в регулятор громкости включают непосредственно на входе УНЧ, если же входной сигнал слишком мал. регулятор включают между первым и вторым каскадами усиления напряжения.

Корректирующие контуры в цепях источников сигнала являются специфическим звеном Hi-Fi трактов. Их назначение - устранение частотных искажений, характерных для каждого отдельного источника, и приведение их частотных характеристик к некоторому "общему знаменателю". Более понятно это можно объяснить так: одно и то же музыкальное произведение, записанное на грампластинке, магнитной ленте или передаваемое по сети проводного вещания должно звучать на выходе тракта совершенно одинаково, причем при переключении источников в идеальном случае не должно возникать необходимости в каких бы то ни было регулировках внутри тракта.

Поскольку все источники сигнала имеют различные выходные параметры (разные уровни, формы частотных характеристик и т. п.), возникает необходимость включать в цепи источников делители напряжения и корректирующие контуры.

На практике чаще всего за эталон принимают идеализированный источник, имеющий выходное сопротивление порядка 0,5-1,0 Мом и горизонтальную частотную характеристику во всем рабочем диапазоне частот тракта и выходное напряжение порядка 100-200 мв, а реальные характеристики всех используемых источников сигнала приводят к этим условно принятым путем соответствующего усиления (для микрофона) или ослабления (для линии проводного вещания) уровня сигнала и формирования частотной характеристики, применяя для этого те или иные частотно-зависимые цепочки (RC, LС, RL).

Регуляторы тембра и переключатели регистров предназначены для плавного или скачкообразного изменения сквозной частотной характеристики тракта. Характеристики и параметры, заданные при конструировании, определяют схему и величины элементов регулятора.

К неизбежным вредным влияниям любых схем регулирования тембра относятся значительное снижение уровня сигнала после регулятора (иногда в 50-100 раз) и увеличение уровня шумов. Если второе влияние удается свести к минимуму рациональным монтажом и экранировкой, то первое приходится компенсировать только дополнительным усилением.

К необязательным, но довольно частым влияниям относится возникновение заметных нелинейных искажений после регуляторов, особенно на граничных частотах между соседними регуляторами. Объясняются они тем, что при чисто синусоидальном сигнале па входе регуляторов RC и LC цепочки схемы регулятора ведут себя только как частотно-зависимые делители напряжения, не искажающие формы сигнала.

Однако, если сигнал на входе схемы регулирования хотя бы ничтожно отличается от синусоидального (к.н.и порядка 0,2-0,5%), то цепочки RC и LC не только делят такие несинусоидальные сигналы, по и интегрируют или дифференцируют, еще больше искажая их форму.

В результате при больших уровнях сигнала на регуляторах тембра искажения на частотах раздела (например, на 1000 гц) могут превысить 2-3%, что совершенно исключает принадлежность такого усилителя к системам Hi-Fi.

Из этих соображений регуляторы тембра стремятся включать как можно ближе к входу усилителя и только из-за опасения больших наводок их включают не непосредственно на входе, а после первого усилительного каскада, где уровень полезного сигнала превышает 1,0 в. Впрочем в ряде транзисторных схем и регуляторы тембра и регулятор громкости выполняют в виде единого блока, включаемого перед УНЧ.

Каскады усиления напряжения нужны только для того, чтобы скомпенсировать все потери уровня сигнала внутри отдельных звеньев тракта и довести его до величины, обеспечивающей нормальную работу оконечных каскадов. А поскольку каждый усилительный каскад неизбежно вносит в усиливаемый сигнал дополнительные искажения и наводки, всегда желательно сводить к минимуму количество каскадов.

К числу наиболее существенных вредных влияний усилительных каскадов относятся создаваемые лампой нелинейные искажения и фон переменного тока с частотой 50 гц, проникающий в усилительный тракт из цепи накала ламп. Подробнее о мерах борьбы с этими явлениями будет сказано в гл. 3.

Согласователи выходных и входных сопротивлений соседних звеньев тракта выполняются в виде катодных или эмиттерных повторителей или трансформаторов. Первые предпочтительнее из-за лучшей частотной характеристики и незначительной разницы напряжений сигнала в первичной и вторичной цепях, однако они могут только понижать сопротивления. Трансформаторы могут как понижать, так и повышать сопротивления, однако при этом значительно меняются и напряжения на его обмотках, что в некоторых случаях бывает нежелательно. Поэтому в усилительных трактах трансформаторы чаще всего используют в качестве выходных согласующих устройств между ламповыми оконечными каскадами и низкоомными громкоговорителями.

Катодные (эмиттерные) повторители чаще используют в схемах выносных органов управления или в качестве входных устройств, если есть опасность значительных и трудно устранимых наводок на вход усилителя или если недопустимо, чтобы транзисторный усилитель шунтировал своим небольшим входным сопротивлением источник низкочастотного сигнала.

Более подробный анализ тех звеньев тракта, место которых обычно однозначно определено (например, оконечный каскад), будет приведен далее.