Предыдущая статья

Часть 1 . Блоки УКВ аппаратов. Статья 2 . Блоки усилителей НЧ.

Усилители мощности ЗЧ.
Любительские конструкции различнейших вариантов усилителей мощности НЧ можно найти в любом радиолюбительском справочнике и журналах, таких как «Радио», «Радиомир. KB и УКВ», «Радиолюбитель», «Радиоконструктор» и многих других. Так что у радиолюбителя имеется , огромный выбор УНЧ, на любой вкус. , В этой статье я приведу описания тех конструкций, которые сам опробовал и использовал на практике.

Выбирая схему усилителя следует помнить, что для любительских радиостанций совсем не нужны высококачественные УНЧ с огромной полосой пропускания звуковых частот. Для связного приемника необходимая полоса пропускания сигналов НЧ лежит в пределах 300 ... 3000 Герц. Этой полосы вполне достаточно и для качественного приема сигналов человеческими органами слуха и для работы аппаратов цифровой связи.

Все частоты, находящиеся выше или ниже указанного диапазона принесут только вред. Поэтому на входе усилителя непременно должен быть установлен фильтр нижних частот. Кроме того, погасить усиление высоких частот можно подбором корректирующих конденсаторов и резисторов. Можно значительно увеличить чувствительность УНЧ увеличением сопротивления R2 до 120 Ом.

УНЧ на м/сх К174УН7
Микросхемы серии К174 предоставляют радиолюбителю большой выбор различных радиоконструкций. К174УН7 представляет собой усилитель НЧ со следующими параметрами:

• напряжение питания 15 В;

• номинальная выходная мощность 4,5 Вт;

• коэффициент гармоник для выходной мощности 0,05 Вт - 2%, для 4,5 Вт - 10%;

• полоса частот от 40 до 20000 Гц;

• входное сопротивление 50 кОм;

• сопротивление нагрузки 4 Ома;

• коэффициент усиления 40 дБ;

• максимальное амплитудное значение тока в нагрузке 1,75 А;

• максимальное амплитудное значение выходного напряжения 2 В;

• допустимое постоянное напряжение на выводе 7 составляет 15 В;

• допустимое постоянное напряжение на выводе 8 от минус 0,3 до 2 В;

• недопустимо подавать внешнее постоянное напряжение на выводы 5, 6, 12.
Микросхему необходимо ставить на теплоотвод - охладитель.

На рис. 2.1 приведена принципиальная схема УНЧ, выполненного на микросхеме К174УН7.



Этот усилитель имеет широкую полосу пропускания звуковых частот. Поэтому на выходе усилителя непременно должен быть установлен фильтр нижних частот. Кроме того, погасить усиление высоких частот модно подбором корректирующих конденсаторов и резисторов. Можно значительно повысить чувствительность УНЧ увеличением сопротивления R2 до 120 Ом.

Усилитель практически не требует никакой наладки. Впоследствии, после полного изготовления всего радиоприемника с этим УНЧ, можно будет попробовать изменить выходную частотную характеристику подбором величин корректирующих конденсаторов и резисторов (если это будет необходимо!).

В серии К174 есть и другие микросхемы усилителей НЧ, пригодные для связной техники.

УНЧ на транзисторах - вариант 1.
Для любителей работать с транзисторами старых марок привожу испытанную схему простого УНЧ на транзисторах, изображенную на рис. 2.2.



Чувствительность усилителя по входу составляет примерно 0,25В, так что для его нормальной работы в составе радиоприемника требуется между детектором и этим усилителем установить еще один усилитель НЧ, так называемый «предварительный УНЧ», который должен усиливать сигналы, полученные от детектора, до величины 0,25В.
Выходная мощность усилителя примерно 2 Вт, коэффициент гармоник не более 3%, на выходе должен быть громкоговоритель с сопротивлением катушки 5 ... 8 Ом.

Стабилизация режима выходного каскада осуществляется с помощью диода VD1. Диод следует подбирать по критерию получения как можно меньших искажений при малом сигнале на входе. Можно пробовать диоды Д18, Д310 и другие, при этом следует помнить непременное требование: замену диода можно проводить только при выключенном питании.

Усилитель может работать и при более низком напряжении питания. При напряжении питания 9В и сопротивлении громкоговорителя 8 Ом выходная мощность составит примерно 1 Вт, а при напряжении питания 6В - примерно 0.5 Вт

Настройка осуществляется подбором резисторов R1 и R9 таким образом, чтобы величина напряжения на положительном электроде конденсатора С4 была равна половине напряжения питания. При этом величина тока в режиме молчания через транзисторы VT4 и VT5 должна быть в пределах 2...3 мА.

По аналогичной схеме можно сделать УНЧ и на современных транзисторах.

УНЧ на транзисторах - вариант 2.
На рис. 2.3 приведена принципиальная схема еще одного варианта транзисторного УНЧ. Эта схема аналогична схеме УНЧ в разработанной Я. С. Лаповком конструкции базового приемника KB радиостанции. В данной схеме, по сравнению с аналогом, применены другие транзисторы.



Настройка УНЧ заключается в подборе сопротивления R1 до такой величины, чтобы на положительном электроде конденсатора С4 (в общей точке для транзисторов VT3 и VT4) величина напряжения составляла половину от напряжения питания. Также, как и предыдущий УНЧ, этот усилитель нуждается в дополнительном (предварительном) усилителе.

Предварительные усилители НЧ. Предварительный усилитель на транзисторах.

В бытовых радиоприемниках предварительные НЧ усилители обычно дополняют функциями коррекции звуковых частот. В радиоприемниках для связи необходимости в такой коррекции нет, т.к. диапазон воспроизводимых УНЧ связного приемника не должен выходить за пределы диапазона 300 ... 3000 Гц. Поэтому схемы предварительных усилителей могут быть очень простыми. На рис. 2.4 изображена схема простого, но достаточно эффективного в работе транзисторного предварительного усилителя НЧ. Схема представлена в двух исполнениях, которые различаются только структурой примененных транзисторов.



Настройка УНЧ заключается в подборе сопротивления R2 до величины, при которой в режиме молчания величина падения напряжения на резисторе R4 составит ровно половину от величины напряжения питания. Иными словами, напряжение на коллекторе транзистора VT2 должно быть равно половине напряжения питания.

Предварительные УНЧ на микросхемах.
Как правило, разработчик нового радиоприемника стремится так распределить суммарное усиление между его каскадами, чтобы наибольшая доля усиления приходилась на усилители ПЧ и УНЧ. Поэтому понятно стремление радиоконструктора создать УНЧ с максимально возможным усилением. Решить подобную задачу можно с помощью предусилителей НЧ, выполненных на операционных усилителях. На рис. 2.5 изображена одна из возможных схем предусилителя НЧ на операционном усилителе типа К140УД6. Можно использовать также К140УД7, К140УД12 и другие.



Коэффициент усиления изображенного на рис. 2.5 усилителя равен отношению суммы величин (R5+R6) к величине сопротивления резистора R1. Например, если суммарная величина сопротивлений R5 и R6 будет составлять 50 Ом, а величина сопротивления резистора R1 будет равна 10 Ом, то коэффициент усиления будет равен 10.

Настройка усилителя заключается в подборе наиболее удобной величины сопротивления переменного резистора R5. Собственно говоря, переменный резистор здесь не нужен. Подбор можно осуществлять различными постоянными резисторами.

На рис. 2.6 изображена схема предварительного усилителя на микросхеме К548УН1. Эта микросхема представляет собой два одинаковых малошумящих УНЧ.



Параметры усилителя зависят от глубины ООС, которая определяется соотношением сопротивлений резисторов R1 и R3. При значениях сопротивлений, указанных на схеме, усилитель характеризуется следующими параметрами:

• коэффициент усиления напряжения 100 (равен отношению сопротивлений R1/R3),

• входное сопротивление равно 300 кОм,

• выходное - не более 1 Ом,

• высшая рабочая частота не менее 100 кГц.,

• коэффициент гармоник на частоте 1 кГц при сопротивлении нагрузки 10 кОм не более 0,05 %,

• коэффициент шума (измеренный в полосе частот до 23 кГц при сопротивлении источника сигнала 10 кОм) не более 2.


Если повысить коэффициент усиления напряжения до 1000, наивысшая рабочая частота уменьшается примерно до 20 кГц. а коэффициент гармоник повышается до 0,1 %. Корректирующий конденсатор С, включают, если необходимо ограничить диапазон рабочих частот. Показанные в скобках выводы микросхемы относятся ко второму усилителю, расположенному в этом же корпусе.

Вариант комбинированного УНЧ
На рис. 2.7 изображена принципиальная электрическая схема усилителя НЧ, который включает в себя предварительный усилитель на операционном усилителе К140УД6 и усилитель мощности на 5 транзисторах. Особенностью транзисторного усилителя мощности является то, что этот усилитель предназначен для работы в режиме класса АВ, который характеризуется малыми линейными искажениями.



При указанных на схеме величинах радиодеталей. УНЧ обеспечивает выходную мощность порядка 1 Вт и имеет к.п.д. около 60%. Входное сопротивление - около 300 Ом, выходное - 10...20 Ом. Настройка транзисторного усилителя мощности осуществляется подбором сопротивления R8 до такой величины, при которой напряжение в точке соединения коллекторов транзисторов VT4 и VT5 станет равным (в режиме молчания) ровно половине напряжения питания.
Каскад на операционном усилителе особенностей не имеет.

Фильтры НЧ
Как уже было сказано при рассмотрении блок-схемы приемника, после детектирования нужно очистить полученный сигнал от присутствующих в нем побочных частот, т.е. необходима фильтрация сигнала. После детектирования в сигнале непременно будут как высокие (выше 3000 Гц), так и низкие (ниже 300 Гц) побочные результаты детектирования и различные наводки, например, с частотой 50 Гц от источника питания. Кстати, от источника питания при плохой фильтрации могут наводиться частоты и 100 Гц и 200 Гц - это более высокие гармоники от частоты электрической сети 50 Гц.

Фильтровать сигнал по ходу его преобразования в приемнике приходится несколько раз, но здесь рассматриваются схемы низкочастотных каскадов и рассмотрению подлежат именно конструкции полосовых НЧ фильтров.
Основная фильтрация сигнала после детектирования должна осуществляться фильтрами нижних частот (ФНЧ). Международный стандарт устанавливает верхнюю граничную частоту телефонного канала 3400 Гц, что обеспечивает хорошую разборчивость речи. Улучшая помехоустойчивость и селективность приемников, любители довольствуются более узкой полосой с верхней граничной частотой 2700...3000 Гц.

Простейший ФНЧ, устанавливаемый на выходе детектора или последнего (телеграфного) смесителя приемника или трансивера, целесообразно выполнить на LC элементах по так называемой П-образной схеме рис. 2.8.



По моему мнению, это самый эффективный из подобных фильтров и может с успехом применяться даже в приемниках прямого преобразования. Его потери пренебрежимо малы, селективность составляет 23 дБ на удвоенной частоте сигнала среза, и 32 дБ на утроенной частоте этого сигнала. Для больших расстроек она равна 60 дБ на декаду (десятикратное увеличение частоты). Соотношения между элементами фильтра определяются формулами: С1 = С2 = 1/(2*π*fc*R), L1 = R/(π*fc), где fc - частота среза, п-число пи=3,14. Сопротивлением R1 обычно служит входное сопротивление УНЧ. Значения L и С достаточно выдержать с точностью 10%, поэтому настройки фильтр не требует.

В.Т.Поляков, автор книги «Радиовещательные ЧМ приемники с фазовой автоподстройкой», рекомендует создавать небольшой подъем в области верхних частот звукового спектра. Он считает, что такой подъем полезен для улучшения разборчивости, поэтому целесообразно рассчитывать фильтр на сопротивление в 1,5...2 раза меньше реального нагрузочного. Типовые значения элементов для fc = 3 кГц таковы: С1 = С2 = 0,05 мкФ, L1= 0,1 Гн, R = 1 ...2 кОм.

Катушка наматывается на кольцевом магнитопроводе К16x8x4 из феррита 2000НМ и содержит 260 витков любого подходящего изолированного провода. Тороидальные катушки хороши тем, что мало подвержены посторонним магнитным наводкам и чаще всего не требуют экранировки.

Выполнить расчет любых элементов колебательного контура поможет вам программа INDUKTIW, которую можете взять в Интернете на сайте по адресу: http://r3xb-tga.narod.ru/ или http://r3xb.by.ru.

Индуктивностью фильтра может служить и одна из обмоток миниатюрного трансформатора от портативных преемников, лучше всего подходит первичная обмотка выходного трансформатора.
Фильтровать частоты ниже 300...400 Гц обычно нет необходимости - эту роль выполняют разделительные конденсаторы в УНЧ, емкость которых выбирается из условия С = 1/(2*п*fн*R), где fн - нижняя частота звукового спектра, R - входное сопротивление следующего за разделительным конденсатором каскада.

Если у вас в данный момент нет подходящей катушки индуктивности, можно сделать RC-фильтр, заменив катушку резистором на 300 ... 800 Ом. Фильтрация будет несколько хуже, но работоспособность приемника сохранится. В некоторых случаях величину этого резистора можно увеличить до 3 кОм.

Вместо заключения.
В радиолюбительской практике применяется огромное количество самых разнообразных схем. Каждый из нас использует те схемы, которые для него более удобны по имеющемуся набору деталей, или по каким-то иным, только ему понятным причинам. В этом цикле статей я буду приводить те схемы, которые использую в своей практике. Кому-то они понравятся, кому-то нет. Мне совсем не думается, что выбранные мною схемы являются лучшими. Наверняка есть и более удобные схемы на современных радиокомпонентах. Ищите то, что вам будет по душе.

Автор
Тяпичев Г.А.

Продолжение здесь