Глава пятая. Любительские низкочастотные Hi-Fi установки

27. Установки с головными телефонами

В этом параграфе описаны два довольно простых стереофонических усилителя, рассчитанных для работы на головные телефоны. Первый из них собран на лампах, второй - на транзисторах.

Ламповый усилитель, принципиальная схема которого приведена на рис. 64, имеет два одинаковых тракта, состоящих из четырех каскадов по системе "усилитель напряжения - фазоинвертор - предоконечный каскад - оконечный каскад". Такая система редко применяется для маломощных УНЧ, поэтому имеет смысл объяснить этот выбор.

Рис. 64. Принципиальная схема стереофонической установки на радиолампах

Для высококачественного воспроизведения звука на электродинамические головные телефоны необходимо, как показывает опыт, иметь оконечный каскад, обеспечивающий неискаженную выходную мощность не менее 1,0 вт при к.н.и., непревышающем 2% в наихудшей точке.

Хотя это усилитель индивидуального пользования, его нужно рассчитывать по крайней мере на три пары головных телефонов по количеству возможных слушателей, поэтому требуемая неискаженная выходная мощность вырастает до 3-4 вт. Однотактная схема в этом случае оказывается довольно трудно осуществимой и очень не экономичной, поэтому оконечный каскад лучше делать двухтактным.

Мощность, равную 3 вт при к. н. и., не превышающем 1-2%, можно получить в двухтактной ультралинейной схеме на маломощных оконечных пентодах типа 6П15П, 6Ф3П, 6Ф5П. Последняя из ламп наиболее приемлема, так как, во-первых, допускает одинаковые напряжения на аноде и экранирующей сетке, что весьма удобно при ультралинейном включении оконечных ламп, и, во-вторых, содержит в одном баллоне кроме оконечного пентода еще и триод с очень хорошими характеристиками для предварительного усиления.

Последнее обстоятельство позволяет выполнить предоконечный каскад также по двухтактной схеме, что значительно снижает нелинейные искажения, проявляющиеся обычно уже на сетке оконечного каскада. Одновременно оказывается возможным фазоинвертор собрать на одном триоде с разделенными нагрузками, так как при малых уровнях выходного напряжения эта схема инвертора является лучшей.

Если для фазоинвертора использовать один триод лампы 6Н2П, то второй свободный триод сможет выполнять роль первого предварительного усилителя по обычной схеме с общим катодом.

При таком решении требуемые параметры усилителя получаются без труда с достаточными запасами, что позволяет использовать лампы без индивидуального подбора. Кроме того, значительно упрощается регулировка усилителя.

Рассмотрим подробнее схему. Сигнал с выхода звукоснимателя подается с помощью стандартного пятиконтактного разъема на входную цепь канала (правого или левого), состоящую из тонкомпенсированного регулятора громкости и корректирующей цепочки для пьезокерамического звукоснимателя. Тонкомпенсация выполнена по схеме рис. 39, упрощенной путем использования обычных потенциометров без отводов.

Регулировка тембра выполнена по широко распространенной схеме с разделением спектра на два участка - выше и ниже частоты 1000 гц, каждый из которых регулируется своим отдельным регулятором.

Формально усилитель можно разделить на две части. Первая из них кончается выходом регуляторов тембра (точка А на схеме), вторая начинается с этой точки, т. е. с сетки лампы фазоинвертора.

Вторая часть усилителя является широкополосной, Ее частотная характеристика имеет вид горизонтальной прямой. Для получения выходной мощности 4 вт к сетке фазоинвертора нужно подвести сигнал с напряжением 220 мв. Полоса пропускания электрического тракта широкополосной части 10-120000 гц пул неравномерности не более ±2 дб (измерена на эквиваленте нагрузки 10 ом). Номинальная выходная мощность 3 вт при к.н.и. ≤ 2% в наихудшей точке. Эти данные понадобятся радиолюбителю для поэтапного налаживания собранного усилителя.

Сквозные характеристики всего усилителя с входных гнезд следующие: чувствительность 150 мв на частоте 1000 гц, полоса пропускания на уровне 0,7 по напряжению при регуляторах тембра в положении "подъем характеристики" 5-250000 гц, глубина регулировки тембра ±14 дб на частотах ниже 80 гц и ±14 дб на частоте 12 кгц, глубина регулировки стереобаланса ≥ 10 дб, уровень собственных шумов и фона - 65 дб, переходное затухание между каналами при номинальной мощности одного из каналов - 40 дб.

Обратная связь в усилителе комбинированная. Помимо цепей отрицательной обратной связи по току, которой охвачен каждый каскад, кроме входного, имеется общая отрицательная обратная связь по напряжению, охватывающая весь УНЧ, начиная со второго каскада. Первый каскад исключен из области действия обратных связей для того, чтобы не уменьшать пределов регулировки тембра и не искажать характера тонкомпенсации. Такая система позволила получить очень широкую полосу пропускания УНЧ при небольшом к.н.и. и сохранить в то же время достаточную глубину и крутизну регулировок громкости и тембра.

Регуляторы громкости, тембра и стереобаланса вместе с относящимися к ним деталями собраны в отдельной металлической экранирующей коробочке, соединяющейся с печатной платой УНЧ очень короткими экранированными проводами. От длины этих проводов прямо зависит верхняя граница полосы пропускания УНЧ. В описываемой конструкции эта длина не превышает 50 мм.

Для повышения стабильности усилителя выводные лепестки анодов и сеток комбинированных ламп разделены непосредственно на панельках статическими экранчиками-перегородками, сделанными из полосок белой жести размером 5×15 мм. Эта мера предотвращает самовозбуждение усилителя на частотах 100-150 кгц при достаточно глубокой обратной связи.

Схема и конструкция блока питания могут быть любыми. Требуется лишь обеспечить указанные на схеме напряжения и токи. Приведенная на рис. 64 схема блока питания не является обязательной, но для тех, кто будет повторять усилитель полностью по описанию, приводим данные силового трансформатора. Железо Ш-28, толщина набора 40 мм, первичная обмотка состоит из двух секций: 420 + 64) витков провода ПЭВ-0,44 мм и 340 витков ПЭВ-0,31 мм, повышающая обмотка имеет 800 витков провода ПЭВ-0,2 мм, накальная - 26 витков провода ПЭВ-1,0 мм.

Выходной трансформатор собран на сердечнике из железа Ш-28, толщина набора 40 мм. Первичная обмотка состоит из двух секций по 1200 витков провода ПЭВ-0,2 мм с отводами, вторичная разбита на три секции. Технология намотки трансформатора следующая: вначале на каркас наматывают одну секцию вторичной обмотки (30 витков), поверх нее одну секцию первичной обмотки, затем основную часть вторичной обмотки (60 витков провода ПЭВ-1,0 мм с отводами через 15 витков), после нее - вторую секцию первичной обмотки (1200 витков) и, наконец, последнюю секцию вторичной обмотки (30 витков). Для большей наглядности расположение обмоток показано на рис. 65.

Рис. 65. Расположение обмоток на каркасе выходного трансформатора

Налаживание усилителя начинают с проверки исправности блока питания и соответствия фактических режимов указанным на схеме. После этого разрывают монтаж в точке А, отпаивая для этого левый по схеме конец разделительного конденсатора С₉, разрывают в любом месте цепь регулировки глубины обратной связи, идущую на катод фазоинвертора, подключают ко всей вторичной обмотке эквивалент нагрузки в виде постоянного проволочного резистора сопротивлением 10-16 ом и параллельно ему измеритель нелинейных искажений, осциллограф и измеритель выхода (лучше всего ламповый вольтметр с соответствующим частотным диапазоном).

Затем подают сигнал от звукового генератора на отпаянный конец конденсатора С₉, установив частоту сигнала 1000 гц, а уровень таким, чтобы на управляющей сетке одной из оконечных ламп получилось напряжение порядка 4-5 в.

После этого, проверяя ламповым вольтметром поочередно напряжение сигнала на управляющих сетках то одной, то другой оконечной лампы, вращают регулятор балансировки фазоинвертора R₂₀ (не путать с регулятором стереобаланса!), добиваясь полного равенства этих напряжений с точностью до 1%.

Затем, не выключая усилителя, подключают цепь отрицательной обратной связи при среднем положении регулирующего потенциометра R₃₃. Если выходное напряжение на эквиваленте нагрузки при этом уменьшится, значит, фаза обратной связи правильная. Если же выходной сигнал увеличится или усилитель самовозбудится на звуковой частоте, полярность включения выходной обмотки нужно изменить на обратную, заземлив другой, противоположный конец.

После этого с помощью потенциометра R₂₃ устанавливают чувствительность всего усилителя в целом, для чего сигнал от генератора подают на входное гнездо усилителя, конденсатор С₉ припаивают на место, регуляторы громкости и тембра устанавливают в положение максимального усиления, регулятор стереобаланса - точно в среднее положение. На частоте 1000 гц устанавливают выходное напряжение генератора равным 100 мв, а ручку потенциометра R₂₃ вращают до получения на эквиваленте нагрузки номинальной выходной мощности.

По окончании этой регулировки в той же последовательности регулируют второй канал, после чего снимают все характеристики усилителя, сравнивая между собой соответствующие характеристики обоих каналов, а также проверяя, соответствуют ли они приведенным в описании.

Значительные отклонения фактических характеристик от описанных выше могут быть вызваны неправильным включением обмоток выходного трансформатора, неверной полярностью обратной связи, ошибками в номиналах конденсаторов и резисторов и, наконец, ошибками самих измерений (например, неправильным считыванием показаний милливольтметра, неточной балансировкой измерителя нелинейных искажений и т. п.).

Правильно смонтированный усилитель должен заработать сразу и регулируется без труда. Режимы всех ламп указаны на принципиальной схеме, а частотные характеристики изображены на рис. 66.

Рис. 66. Частотные характеристики усилителя. 1 - широкая полоса и максимальная громкость; 2 - узкая полоса; 3 - от точки А (без первого каскада и цепей регулировки тембра)

Вторая установка, принципиальная схема которой приведена на рис. 67, также стереофоническая, содержит два усилительных тракта. Каждый усилитель состоит из четырех каскадов. Выход усилителя - двухтактный, бестрансформаторный на транзисторах типа 1Т403А. Первый каскад предназначается для работы только от электромагнитного или электродинамического звукоснимателя, имеющего по сравнению с пьезокерамическим значительно меньшее выходное напряжение (приблизительно 5-10 мв вместо 0,25-0,5 в) и меньшее внутреннее сопротивление (сотни ом вместо 0,5-2,0 Мом). Если радиолюбитель не предполагает пользоваться таким звукоснимателем, то первый усилительный каскад можно исключить.

Рис. 67. Принципиальная схема стереоусилителя на транзисторах

Усилитель имеет следующие параметры. Чувствительность на частоте 1000 гц со входа I - 10 мв, со входа II - 180 мв. Номинальная выходная мощность 1,5 вт при к.н.и. ≤ 3% на частотах 400, 1000 и 5000 гц. Регулировка громкости тонкомпенсированная, регулировка тембра - плавная раздельная по высоким и низким частотам. Глубина регулировки тембра на частотах 100 и 8000 гц составляет ±10 дб, полоса пропускания 40-22000 гц при неравномерности ±3 дб. Сопротивление нагрузки мало критично в интервале от 4,5 до 20 ом.

Усилитель собран на одной общей печатной плате, изображенной в натуральную величину на рис. 68. По своему усмотрению радиолюбитель может применить все резисторы типа УЛМ-0,12 вт, МЛТ-0,125 вт или МЛТ-0,5 вт. В последнем случае часть из них будет нужно установить вертикально, как при объемном печатном монтаже.

Рис. 68. Печатная плата усилителя

Резисторы R₂₉ и R₃₁ - самодельные, проволочные, намотанные в один ряд на корпусе резисторов типа ВС-0,25 любого номинала. Величина емкости разделительного конденсатора в цепи головных телефонов зависит от величины сопротивления телефонов и нижней границы полосы воспроизведения, однако практически конденсатор емкостью в 2000 мкф достаточен для любых случаев. Его рабочее напряжение должно быть не ниже 20 в.

Налаживание усилителя и снятие его характеристик производятся как обычно за исключением одной особенности, на которую нужно обратить особое внимание. Дело в том, что резистор нагрузки транзистора Т₃ для уменьшения нелинейных искажений разбит на две неравные части, причем сопротивление меньшей из них (R₂₆) составляет всего 68 ом. Это значение очень критично. Малейшие отклонения от него вызывают очень резкое изменение тока покоя транзисторов оконечного каскада вплоть до значений, превосходящих допустимые, например изменение сопротивления этого резистора от 62 до 120 ом приводит к возрастанию тока покоя оконечного каскада от 5 до 80 ма.

При регулировке усилителя на место резистора R₂₆ лучше всего временно установить проволочный потенциометр сопротивлением не более 100 ом, включенный реостатом, и начинать регулировку при его нулевом значении. В цепь питания усилителя должен быть обязательно включен миллиамперметр, по которому надо все время наблюдать за током, потребляемым регулируемым каналом. Второй канал на это время лучше отключить.

При замкнутом резисторе R₂₆ ток покоя одного канала составляет единицы миллиампер. Если это не так, то прежде чем продолжать регулировку, нужно найти и устранить причину несоответствия.

Подбор оптимального сопротивления резистора R₂₆ производят по минимальному значению к.н.и. при очень маленьком сигнале. Обращаем на это особое внимание: наихудшее значение к.н.и. имеет не при максимальной выходной мощности, а при мощности порядка 20-50 мвт. Увеличение значения R₂₆ возможно только до тех пор, пока значение тока покоя оконечного каскада одного канала (т. е. при отсутствии сигнала) не превысит 10-12 ма. После окончания подбора на место регулировочного потенциометра устанавливают постоянный резистор, имеющий точно такое же сопротивление. Нужное значение сопротивления можно получить параллельным включением двух резисторов с различными сопротивлениями.

Оконечные транзисторы размещены на теплоотводящих радиаторах. Их конструкция и форма могут быть любыми. Минимальная суммарная площадь охлаждающих поверхностей каждого радиатора составляет 150 см². На одном из радиаторов в каждом канале устанавливают терморезистор R₂₃ типа ММТ-1, причем точное расположение этого резистора на радиаторе и расстояние между ним и радиатором подбирают опытным путем по получению наилучшей термостабилизации. Дело это довольно кропотливое, однако мы рекомендуем радиолюбителям довести его до конца, чтобы быть спокойным за надежность работы усилителя при изменении окружающей температуры. При правильном выборе места для терморезистора усилитель стабильно работает длительное время в интервале температур окружающего воздуха от -10 до +55°С.

Оба усилителя (ламповый и транзисторный) наиболее целесообразно встроить в небольшую коробку вместе с электропроигрывающим устройством. Такая комбинация, называемая теперь электрофоном, наиболее оправдана для систем с головными телефонами.

Первый усилитель рассчитан на питание от сети переменного тока, поэтому его лучше всего сочетать с отечественными электропроигрывающими платами типа I-ЭПУ-72С, II-ЭПУ-32С или II-ЭПУ-22-4. Второй усилитель можно применить в батарейном переносном электрофоне совместно с платой типа III-ЭПУ-16-3-9, рассчитанной на питание от источника постоянного тока напряжением 9,0 в. Правда, в этой плате устанавливается звукосниматель с обычной монофонической головкой, поэтому ее придется заменить на одну из отечественных стереофонических головок, используемых в перечисленных выше сетевых платах.

Питание второго усилителя - комбинированное. В блоке питания имеется стабилизированный выпрямитель на 24 в, позволяющий электрофону работать от сети переменного тока или от комплекта из 12 батарей типа "Марс" или "Сатурн" с выходным напряжением 18 в. В последнем случае выходная мощность усилителя понижается до 1,0 вт.

Двигатель ЭПУ при работе от сети питается через гасящий резистор от общего стабилизированного выпрямителя, а в батарейном режиме - от полукомплекта батарей, причем в схеме предусмотрен переключатель, позволяющий по мере израсходования энергии батарей изменять напряжение питания двигателя на 1,5 в.

Мы не приводим здесь подробного описания работы и конструкций обоих усилителей, поскольку для квалифицированных радиолюбителей, на которых рассчитана эта брошюра, усилители достаточно просты. Что же касается акустических систем, то их следует рассмотреть подробней.

Дело в том, что хотя описываемые в этом параграфе усилители и названы "системами с головными телефонами", на самом деле это не следует понимать буквально, потому что даже лучшие отечественные головные телефоны ("наушники") имеют частотные характеристики, не только не удовлетворяющие требованиям на Hi-Fi аппаратуру, но непригодные даже для простейших приемников III класса.

Поэтому, предлагая радиолюбителям описываемые усилители, мы имели в виду, что излучатели для них придется изготовлять самостоятельно из обычных малогабаритных громкоговорителей электродинамической системы. Из имеющихся сейчас в продаже наиболее подходящими для этой цели можно считать громкоговорители типов 1ГД4 и 0,5ГД21. И хотя их характеристики далеки от идеальных, тем не менее с ними удается получить удовлетворительное звучание.

Если этих громкоговорителей приобрести не удастся, то в самом крайнем случае для стадии экспериментов можно сделать излучатель из двух громкоговорителей типа 1ГД28 с резонансной частотой 100 гц.

Конструкция оголовья в общем не критична и должна удовлетворять двум условиям: быть удобной для слушателя и обеспечивать возможность регулировки положения громкоговорителей хотя бы в двух направлениях. Сами громкоговорители обязательно нужно поместить в специальные кассеты с мягкой поверхностью, об устройстве которых мы расскажем дальше.

На рис. 69 показаны устройство отдельных деталей и общий вид головных телефонов, изготовленных автором. Оголовье использовано от промышленных головных телефонов к нему шарнирно крепятся корпуса наушников (рис. 69, а), в качестве которых автор использовал пластмассовые чашки от бритвенного прибора наружным диаметром 94 мм.

Рис. 69. Общий вид и детали головных телефонов. а - оголовье с корпусами-держателями телефонов; б - платформа для крепления громкоговорителей с защитной сеткой и уплотнителем; в - громкоговоритель типа 0,5ГД-20; г - собранный узел одного наушника с платформой; д - общий вид полностью собранных телефонов

Эти чашки являются несущими. К ним с помощью трех винтов привинчиваются платформы из плексигласса для крепления громкоговорителей (рис. 69, б). Как видно из рисунка, с наружной стороны к этим платформам приклеены защитная металлическая сетка и уплотняющее кольцо из микропористой резины или поролона.

Внешний вид использованного автором громкоговорителя типа 0,5ГД-20 (от радиоприемника "Сокол-4" или "Спорт-2") приведен на рис. 69, в, а принцип сборки всего узла излучателя понятен из рис. 69, г.

Общий вид полностью собранного комплекта стереофонических головных телефонов вместе с соединительными шлангами приведен на рис. 69, д. После припайки концов соединительного шланга к выводам звуковой катушки громкоговорителей нужно принять меры, предотвращающие отрыв и выдергивание шланга из пластмассовых чашек наушников (например, закрепить конец шланга толстыми нитками или изоляционной лептой).

Несмотря на некоторую кустарность такой конструкции, она довольно удобна в эксплуатации. Разумеется, каждый может изготовить головные телефоны и иначе, по своему усмотрению. Напомним в заключение, что как и в любой другой акустической системе, оба громкоговорителя нужно правильно сфазировать. Для этого их на время включают параллельно и, надев оголовье, подают от звукового генератора сигнал частотой 200-400 гц и очень небольшим уровнем. Переключая полярность одного из громкоговорителей (любого), добиваются большей громкости при неизменном подводимом сигнале.

После окончания фазировки выводные концы шнура должны быть либо четко помечены, либо распаяны на соответствующие штырьки стандартного разъема.