Радиоузлы: вход и выход

Основа школьного радиоузла (РУ) небольшой мощности – это усилитель низкой частоты, очень похожий на уже знакомые нам усилители радиограммофонов и радиол. Отличительные особенности радиоузла – это его входные и выходные цепи (рис. 67, 68). Вход конструируется так, чтобы можно было вести через радиоузел несколько видов передач – подавать на усилитель сигналы с микрофона, звукоснимателя, магнитофона, радиоприемника или с линии радиотрансляционной сети. Что же касается выходных цепей, то они должны быть рассчитаны на подключение разных потребителей: абонентских громкоговорителей (радиоточек), а также мощных излучателей звука – звуковых колонок или рупорных громкоговорителей.

Рис. 67. Радиоузел представляет собой обычный усилитель низкой частоты с необычными входными и выходными цепями; ко входу могут подключаться различные источники сигнала (микрофон, звукосниматель, приемник, трансляционная линия, магнитофон), а к выходу – различные потребители (группы абонентских громкоговорителей, мощные рупорные громкоговорители, звуковые колонки).

Прежде чем рассматривать возможные схемы входных цепей, несколько слов о тех требованиях, которые к ним предъявляются.

Переход с одного вида передач (программ) на другой должен осуществляться быстро и легко. Лучше всего, если смену программ можно будет производить какими‑либо переключателями. При этом нужно так уравнять входные сигналы, чтобы при смене программ не менялась выходная мощность усилителя и не приходилось всякий раз подгонять уровень громкости. Очень удобно, если, помимо общего регулятора усиления (уровня) – так в радиоузле принято называть регулятор громкости, каждый источник сигнала будет иметь свой самостоятельный регулятор. Такие регуляторы, в частности, позволят вести эффектный вид передач – речь на фоне музыки. В этом случае одновременно включаются микрофон и звукосниматель (магнитофон), причем в то время, когда диктор говорит, уровень музыкальной программы устанавливают очень небольшой, а во время пауз повышают его, и музыка звучит во весь голос. И, наконец, последнее требование– схема и конструкция входной цепи должны быть продуманы так, чтобы вход радиоузла был как можно лучше защищен от наводок и не превратился в источник сильного фона.

Одна из возможных схем входной цепи показана на рис. 68, 1 . Эта схема построена в расчете на применение динамического микрофона, который дает напряжение порядка 3 мв (табл. 7). Все остальные источники входного сигнала – звукосниматель, приемник, радиотрансляционная сеть, – как известно, дают значительно большее напряжение, и поэтому они подключены ко входу усилителя через делители, составленные из двух сопротивлений: R' и R". Каждый делитель подобран так, что уменьшает напряжение источника примерно до 3 мв, до того уровня, который дает микрофон. Благодаря этому при переключении программ низкочастотное напряжение, поступающее на вход усилителя радиоузла, практически не меняется.

рис. 68 , 1

Если известно, какое напряжение дает источник сигнала (U_сиг ), то легко рассчитать делитель по простейшим формулам (рис. 68, 2, а, б, в ), задавшись величиной R' . Это сопротивление следует выбирать достаточно большим (10 ком – 1 Мом), чтобы оно не шунтировало источник сигнала, не снижало величину U_сиг . Включив в качестве R" переменное сопротивление, мы получим для каждого источника сигнала отдельный регулятор уровня. Он позволит плавно изменять входное напряжение от нуля до величины U _вх (3 мв). Каждый такой регулятор полезно снабдить простейшей шкалой, а на оси переменного сопротивления закрепить стрелку – указатель уровня.

рис. 68 , 2

Смена программ в нашей схеме осуществляется обычным переключателем (П₁ ) с двумя подвижными контактами. Установив этот переключатель в верхнее (по схеме) положение, можно вести передачу – речь на фоне музыки. При этом, разумеется, хотелось бы плавно менять уровень сигнала, который идет от звукоснимателя, то есть регулировать уровень музыки. Для такой регулировки можно использовать переменное сопротивление R''_зв (рис. 68, 3, а ). Но одновременно с ним необходимо ввести сопротивление R_м . Если этого сопротивления не будет (рис. 68, 3, б ), то, уменьшая уровень музыки, то есть опуская вниз (по схеме) движок R''_зв , мы будем все сильнее и сильнее шунтировать микрофон, так как он фактически подключен непосредственно к нижней части R''_зв . Опустив движок в крайнее нижнее положение, мы замкнем микрофон накоротко и не услышим ни музыки, ни речи. Сопротивление R_м должно быть в 5–10 раз больше чем R''_зв . В этом случае общее сопротивление цепочки, подключенной параллельно микрофону (R_м + R_зв ), всегда будет оставаться достаточно большим и при регулировке уровня музыки напряжение, поступающее с микрофона, практически меняться не будет.

Несколько сложнее выглядит схема, где раздельно регулируется уровень сигналов с микрофона и со звукоснимателя (рис. 68, 4 ). Здесь уже в схему вводятся два постоянных сопротивления: R₂ и R₅ . Первое из них предохраняет от закорачивания звукосниматель, второе – микрофон. Сопротивление R₆ – общий регулятор уровня.

Можно предложить еще одну схему одновременного включения микрофона и звукоснимателя, где их взаимное влияние друг на друга практически исключено (рис. 68, 5 ). Здесь каждый из сигналов действует в своей сеточной цепи, а встречаются они лишь в общем сопротивлении анодной нагрузки.

рис. 68 , 5

Другая схема раздельного включения микрофона и звукоснимателя приведена на рис. 68, 6 .

рис. 68 , 6

Она построена, исходя из того, что сигнал с микрофона во много раз слабее, чем сигнал со звукоснимателя. Первый каскад (Л₁ ) – микрофонный усилитель – поднимает уровень сигнала, поступающего с микрофона (3 мв), и доводит его до уровня сигнала, который дает звукосниматель (150 мв). После этого оба сигнала совместно путешествуют по всему усилительному тракту на равных правах. Сопротивление R_c2 играет примерно ту же роль, что и R_м в схеме 68, 3, а, – оно ослабляет влияние регулятора R_зв на уровень сигнала, поступающего с микрофонного усилителя. Если бы не было R_c2 , то, опустив движок R_зв в крайнее нижнее положение, мы одновременно замкнули бы накоротко (для переменного тока) анод лампы Л₁ .

рис. 68 , 3

На первый взгляд может показаться, что R_c2 заметно ослабляет сигнал звукоснимателя. В действительности это не так. На эквивалентной схеме входной цепи (рис. 68, 6, в ) видно, что R_c2 вместе с условным входным сопротивлением лампы R_вх и входной емкостью С_вх образует делитель напряжения. Если лампа работает без значительных сеточных токов (для усилителя напряжения это условие обязательное – напряжение на сетке никогда не заходит в положительную область и I_с составляет доли микроампер), то величина R_вх чрезвычайно велика. Обычно она составляет несколько мегом. Это непосредственно следует из закона Ома (рис. 30, 5, ж ): чем меньше ток в каком‑либо участке цепи, тем, следовательно, выше его сопротивление.

Емкостное сопротивление конденсатора С_вх также весьма велико. Если предположить, что входная емкость составляет 2 пф (входная емкость лампы обычно не превышает десятых долей пикофарады, но мы делаем прибавку на емкость монтажа), то даже на частоте 10 кгц емкостное сопротивление составит 8 Мом (рис. 30, 10, е ). Одним словом, сопротивление верхней части делителя оказывается во много раз меньше, чем сопротивление участка сетка – катод, и поэтому напряжение, которое поступает со звукоснимателя, в основном действует на этом участке, то есть между сеткой и катодом.

Схема рис. 68, 6, а применяется почти во всех небольших радиоузлах, рассчитанных на подключение динамического микрофона. В тех случаях, когда почему‑либо к радиоузлу нужно подключить микрофон с более высоким уровнем сигнала (пьезоэлектрический, электромагнитный), может быть применена одна из ранее приведенных схем, в частности схема рис. 68, 4 . Дополнительный каскад (микрофонный усилитель) при этом, разумеется, не нужен. Сигнал с микрофона можно подавать на тот же вход, что и сигнал со звукоснимателя.

рис. 68 , 4

Одна из возможных схем включения угольного микрофона показана на рис. 68. 7 . На этой схеме питание микрофона осуществляется от анодного выпрямителя. Элементы делителя R'_м и R''_м подбираются так, чтобы на микрофоне действовало заданное постоянное напряжение.

рис. 68 , 7

Несколько слов о подключении к радиоузлу приемника и магнитофона. Проще всего, конечно, подвести к входной цепи радиоузла сигнал прямо с выхода приемника или магнитофона. Напряжение можно снять непосредственно со вторичной обмотки выходного трансформатора (рис. 68, 8, а ) и, уменьшив его в 10–20 раз, подать на тот же вход, к которому подключен звукосниматель. Такой способ имеет один существенный недостаток: все искажения, которые возникают в выходном каскаде усилителя НЧ приемника (магнитофона) – а именно этот каскад является основным источником частотных и нелинейных искажений, – будут подаваться на вход радиоузла.

рис. 68 , 8, а

Уменьшить искажения можно двумя путями. Во‑первых, можно так рассчитать делитель R'_п и R''_п ,чтобы сам приемник мог работать при очень небольшом уровне выходного сигнала. В этом случае, как известно, нелинейные искажения в выходном каскаде невелики (рис. 66).

Рис. 66. Для оценки усилителя важно сопоставить выходную мощность и соответствующий ей коэффициент нелинейных искажений; при пониженной мощности нелинейные искажения уменьшаются.

Другой путь несколько сложнее: сигнал следует отводить не от выходного, а от какого‑либо предварительного каскада. Удобно снимать низкочастотное напряжение с катодного сопротивления R_к предоконечного каскада (рис. 68, 8, б ), если, разумеется, от этого сопротивления можно отключить блокировочный конденсатор С_к .

рис. 68 , 8, б

Напряжение на R_к может составлять несколько десятых долей вольта, и, значит, его смело можно подавать на вход звукоснимателя. Можно получить необходимый сигнал в сеточной цепи выходного каскада, включив последовательно с существующим сопротивлением R'_c дополнительное сопротивление R''_c и создав таким образом делитель напряжения R'_cR''_c . Делитель этот необходим для того, чтобы емкость соединительных проводов С_вх не оказалась подключенной непосредственно к сетке лампы и не шунтировала сеточную цепь в области высших частот (рис. 37).

Радиоузел, как правило, ретранслирует передачи только местной радиостанции, и поэтому вместо настоящего приемника можно применить простенький самодельный приемник с фиксированной настройкой на одну волну. При достаточно сильном сигнале местной станции можно обойтись детекторным приемником (рис. 68, 9, а ). С хорошей антенной удается получить на нагрузке детектора низкочастотное напряжение в несколько милливольт, и его вполне можно подавать на микрофонный вход радиоузла. В качестве L₁ можно взять длинноволновую либо средневолновую катушку (в зависимости от того, на какой волне работает местная радиостанция) от любого фабричного приемника. Можно намотать катушку самому на картонном каркасе, например на охотничьей гильзе. Для длинных волн нужно намотать 300 витков, для средних – 90 витков провода диаметром 0,12–0,15 мм.

рис. 68 , 9, а

Настройку контура производят подбором числа витков L₁ и емкости С₂ , а окончательную подстройку – конденсатором С₃ . Если в контуре имеется сердечник, то можно обойтись и без подстроечного конденсатора. Чтобы хоть приближенно можно было судить о необходимой емкости С₂ , удобно вместо него временно подключить обычный конденсатор переменной емкости. После того как вы добьетесь резонанса, по положению ротора (подвижные пластины) можно будет ориентировочно определить необходимую емкость конденсатора С₂ . Напоминаем, что увеличение емкости, так же, как и увеличение индуктивности, снижает резонансную частоту контура (удлиняет волну).

При недостаточно сильном сигнале местной станции можно собрать приемник с усилителем высокой частоты (рис. 68, 9, б ). Улучшение избирательности и чувствительности такого приемника легко получить с помощью положительной обратной связи. Катушка обратной связи L₂ содержит 5–25 витков любого провода и расположена рядом с контурной катушкой. При налаживании следует менять местами концы катушки L₂ и подбирать величину сопротивления R₃ , добиваясь наибольшей громкости и устойчивой работы каскада. Для повышения устойчивости наряду с положительной обратной связью введена еще и отрицательная за счет сопротивления R₄ .

рис. 68 , 9, б

Уделив внимание входным цепям радиоузла, посмотрим теперь, каковы особенности его выходных цепей.

Очень часто выходной каскад усилителя радиоузла работает на два вида нагрузки: на линию, к которой подключены абонентские громкоговорители, и на линию, к которой подключен мощный рупорный громкоговоритель или звуковая колонка (рис. 68, 10, а ). В связи с этим в выходном трансформаторе имеются, как минимум, две вторичные обмотки, которые дают два разных по величине напряжения: 30 в (для некоторых типов абонентских громкоговорителей 15 в), и 120 в (240 в). Если рупорный громкоговоритель предполагается установить на небольшом расстоянии, скажем, не более 10–15 м, – то его можно питать напряжением 30 в и, таким образом, ограничиться выходным трансформатором с одной обмоткой.

рис. 68 , 10, а

Все абонентские громкоговорители подключаются к линии параллельно, подобно тому, как подключаются потребители (лампочки, плитки, холодильники и т. п.) к электросети. При таком подключении каждый из потребителей может стать источником аварии на всей линии. Стоит, например, произойти короткому замыканию в одном из громкоговорителей, как сразу же замолчат все его «коллеги», так как вся линия окажется замкнутой накоротко. Чтобы предотвратить такую неприятность, в электросетях широко пользуются плавкими предохранителями. Как только произойдет короткое замыкание (в патроне лампочки или в проводе утюга), немедленно сгорит предохранитель на щитке электросчетчика или даже в одной из штепсельных розеток, и поврежденный (короткозамкнутый) участок отключится от общей линии.

В радиотрансляционных сетях предохранители применяют только для больших групп громкоговорителей или для сравнительно мощных потребителей (рупор). Отдельные абонентские громкоговорители снабжают ограничительными сопротивлениями (рис. 68, 10, г, д ).

рис. 68 , 10, г, д

В этом случае при коротком замыкании в цепи самого громкоговорителя линия уже не будет замкнута, так как между ее проводами окажутся включенными ограничительные сопротивления. Внутри помещения провода абонентской линии прокладывают на большой высоте (под потолком) и непосредственно возле проводов линии устанавливают коробочку с ограничительными сопротивлениями. Обычно в каждый провод включают сопротивление R_ог около 70 ом. На линиях школьного радиоузла в виде исключения ограничитель можно и не ставить, рассчитывая на то, что все радиоточки расположены поблизости и любое повреждение можно сравнительно быстро найти и устранить. Правда, по «закону бутерброда» (бутерброд падает на пол всегда маслом вниз!) повреждение может произойти во время самой интересной, самой важной передачи. И вот тут‑то вы пожалеете о том, что в свое время поленились поставить ограничительные коробки.

Весьма удобно, когда абонентские громкоговорители разбиты на сравнительно небольшие группы. Так, например, целесообразно сгруппировать громкоговорители, расположенные на одном этаже школьного здания (рис. 68, 10, б ).

рис. 68 , 10, б

Это позволит в случае необходимости целиком отключать ту или иную группу. Кроме того, конечно, в каждом громкоговорителе должны быть предусмотрены возможность отключения от линии (штепсельная розетка) и регулировка громкости (рис. 68, 11 ). Вместо обычной штепсельной розетки можно применить простейший выключатель, вмонтированный в корпус громкоговорителя. Некоторые типы регуляторов громкости одновременно являются и выключателями (рис. 68, 11, а ).

рис. 68 , 11

Работу усилителя проще всего контролировать с помощью обычного громкоговорителя, установленного в помещении радиоузла. Если в выходном трансформаторе имеется низковольтная обмотка, то непосредственно к ней можно подключить звуковую катушку громкоговорителя. Можно использовать и трансляционный громкоговоритель с выходным трансформатором, подключив его к общей абонентской линии.

Когда ведется передача с микрофона и он установлен в самом помещении радиоузла, то пользоваться контрольным громкоговорителем уже нельзя (рис. 69).

Рис. 69. Звуковые волны, попадая из громкоговорителя в микрофон, создают акустическую обратную связь – связь выходных цепей усилителя с входными через воздушную среду. При сильной акустической связи возникает самовозбуждение звуковоспроизводящей системы.

Созданные им мощные звуковые колебания попадут в микрофон и, усилившись, вновь пойдут на громкоговоритель. Так возникнет обратная связь громкоговоритель – микрофон. На какой‑то частоте эта связь наверняка окажется положительной, и вся система возбудится (проще говоря, «завоет») – радиоузел превратится в генератор. Вот почему при работе с микрофонами контроль следует вести только с помощью головных телефонов‑наушников.

Очень удобно контролировать работу радиоузла с помощью какого‑либо оптического индикатора. Это может быть стрелочный прибор, например миллиамперметр постоянного тока с выпрямителем (рис. 68, 12, а ) из любых полупроводниковых диодов. Такой индикатор можно подключить ко вторичной, а через конденсатор и к первичной обмотке выходного трансформатора. При этом сопротивление R^*_д подбирается с таким расчетом, чтобы при нормальной громкости стрелка совершала колебания на среднем участке шкалы. Чтобы ослабить рывки стрелки, можно зашунтировать прибор конденсатором емкостью в несколько десятков тысяч пикофарад.

Другой простейший индикатор – неоновая лампочка (рис. 68, 12, б ). Она загорается лишь после того, как напряжение превысит некоторый порог зажигания. Для распространенных неоновых лампочек этот порог составляет 60–80 в, и поэтому лампочку нужно подключать только к той обмотке, где действует достаточно большое напряжение. Если в выходном трансформаторе нет высоковольтной обмотки для рупорного громкоговорителя, то лампочку‑индикатор можно подключить непосредственно к аноду выходной лампы. При небольшом напряжении (тихий звук) лампочка не загорается, а непрерывно вспыхивает и меняет яркость в такт с изменением выходного сигнала. Характер свечения устанавливают подбором сопротивлений делителя R₁R₂ .

Можно собрать индикатор выходного сигнала с «глазком» – лампой 6Е5С или 6Е1П (рис. 68, 12, в ). Питается лампа от выпрямителя самого радиоузла, и на ее сетку подается предварительно выпрямленный низкочастотный сигнал. Сопротивления делителя подбирают с таким расчетом, чтобы теневой сектор почти полностью закрывался при номинальном напряжении на выходе радиоузла. Несколько уменьшив R₃ и С₃ , можно добиться того, что во время передачи ширина теневого сектора будет непрерывно меняться в такт с изменением уровня выходного сигнала.

рис. 68 , 12

Расчет выходного трансформатора для радиоузла производится так же, как и расчет обычного выходного трансформатора, к которому подключаются два разных громкоговорителя (рис. 74). Роль одного из них будет играть рупор или звуковая колонка, роль другого – все абонентские громкоговорители.

Общее сопротивление абонентской цепи вычисляют, исходя из того, что сопротивление каждого громкоговорителя равно 8 ком. Строго говоря (рис. 30, 8, г ), это сопротивление составляет 9 ком (напряжение 30 в, мощность 0,1 вт), но мы считаем, что нагрузка несколько больше, и таким образом учитываем потери. Если применяются громкоговорители мощностью 0,25 вт, то сопротивление каждого из них составляет 3 ком. Нетрудно подсчитать сопротивление и для линейного напряжения 15 в. Чтобы подсчитать входное сопротивление всей линии, а именно оно и служит нагрузкой выходного каскада, нужно сопротивление одного громкоговорителя разделить на общее их число. Это обычный прием для вычисления общего сопротивления одинаковых элементов, соединенных параллельно. Так, например, 20 громкоговорителей мощностью 0,1 вт (сопротивление 8 ком) следует рассматривать как нагрузку с сопротивлением 400 ом, потребляющую мощность немногим более 2 вт.

Сопротивление десятиваттного рупорного громкоговорителя при напряжении 240 в составляет 5,8 ком, при напряжении 120 в– 1,45 ком и, наконец, при 30 в – 90 ом.

В случае когда к радиоузлу подключаются и рупор, и абонентские громкоговорители, выходной трансформатор удобно рассчитывать следующим упрощенным способом.

Сначала нужно проверить, хватит ли мощности усилителя на то, чтобы «прокормить» всех своих потребителей. При нехватке выходной мощности громкоговорители будут работать тише, чем в нормальных условиях. Избыток мощности также нежелателен, так как в этом случае сопротивление анодной нагрузки будет отличаться от оптимального, и в результате несколько повысятся искажения.

Проверив мощность, можно подсчитать примерную величину номинального переменного напряжения U_I на первичной обмотке выходного трансформатора.

Для однотактной схемы оно составляет 60 % от постоянного (U_I ~= 0,6U_а0 ), а для двухтактной схемы на 20 % больше постоянного (U_I ~= 1,2U_а0 ). Откуда взялись эти цифры?

Уже говорилось (рис. 53, 2 ), что коэффициент использования анодного напряжения не может быть больше единицы. Для выходных каскадов усилителей НЧ этот коэффициент обычно составляет 0,9, то есть можно считать, что переменное напряжение на аноде составляет 90 % от постоянного. Но ведь здесь речь идет об амплитуде переменного напряжения – именно она входит в определение коэффициента. Чтобы получить эффективное значение, нужно амплитуду умножить на 0,7 (рис. 30, 9, г ). В итоге и получается, что эффективное переменное напряжение на первичной обмотке выходного трансформатора равно 0,6 от постоянного напряжения U_а0 на аноде (0,9·0,7 ~= 0,6). Это для однотактной схемы, а для двухтактной переменное напряжение вдвое больше (0,6·2 = 1,2).

Если известно переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора U_I , то нетрудно подсчитать, каким должен быть коэффициент трансформации n , чтобы получить то или иное напряжение на вторичной обмотке (или вторичных обмотках).

Пример. На двухтактный выходной каскад подается постоянное анодное напряжение 250 в; первичная обмотка выходного трансформатора содержит 2000 витков (с отводом от середины). Находим: эффективное переменное напряжение на первичной обмотке U_I = 1,26; U_а0 = 300 в; обмотка абонентской линии (30 в) должна иметь 200 витков (коэффициент трансформации n = 0,1), а обмотка рупорного громкоговорителя на 120 в – 800 витков (n = 0,4).

Проверку расчета можно произвести так: по полученным данным выходного трансформатора пересчитать все сопротивления нагрузки в первичную цепь и посмотреть, насколько полученная величина соответствует оптимальному сопротивлению анодной нагрузки для выбранного режима (табл. 13).

Так, если считать, что в предыдущем примере к выходному трансформатору подключается 20 абонентских громкоговорителей по 0,1 вт (U_II = 30 в; R_н(II)общ = 400 ом) и «колокольчик» (U_III = 120 в; R_н(III) = 1450 ом), то получится, что общая потребляемая мощность составит 12 вт, а общее сопротивление анодной нагрузки 7,5 ком. Эта цифра получена следующим образом. Сначала мы нашли каждое из сопротивлений, пересчитанных в первичную цепь: R_a(II) = 400 ом: (0,1) ² = 40 ком; R_a(III) = 1450 ом: (0,4)²~= 9 ком. Затем было найдено общее сопротивление в цепи первичной обмотки, исходя из того, что все элементы нагрузки нужно рассматривать как параллельно соединенные сопротивления (рис. 30, 7, г ).

Несмотря на то что предложенный путь расчета дает весьма приближенные результаты, им можно пользоваться на практике, особенно тогда, когда есть готовый выходной трансформатор и нужно проверить или пересчитать его вторичную обмотку.

Усилитель, выходные трансформаторы, блок питания радиоузла выбираются из расчета его полной нагрузки – подключения всех потребителей. Однако в реальном случае сопротивление нагрузки радиоузла может резко меняться. Как только из сети выключится несколько громкоговорителей, общее сопротивление немного возрастет. Особенно резко будет меняться сопротивление нагрузки при включении или выключении главного потребителя энергии – звуковой колонки или рупорного громкоговорителя. При этом заметно изменится выходное напряжение и громкость звучания громкоговорителей у оставшихся радиоточек. Кроме того, изменится режим выходных ламп, а из‑за этого могут возрасти искажения. В некоторых случаях изменение нагрузки может резко ухудшить тепловой режим ламп. Так, например, при полном отключении нагрузки мощность потерь на аноде будет равна всей потребляемой от выпрямителя мощности. В результате аноды могут сильно раскалиться и лампы выйдут из строя.

(Внимание редактора радиогазеты! Вот к чему могут привести неинтересные передачи!) Поэтому усилитель, особенно мощный, нельзя оставлять без нагрузки, а при налаживании следует включать некоторый ее эквивалент.

Кстати говоря, мы уже встречались с неприятными последствиями изменения сопротивления нагрузки – ведь сопротивление любого электродинамического громкоговорителя меняется с частотой (рис. 14, 4 ). Было отмечено, что хорошим «лекарством» в этом случае является отрицательная обратная связь, она как бы стабилизирует режим усилительного каскада, ослабляет вредное влияние изменяющейся нагрузки.

Сколько угодно

Сейчас мы с вами рассмотрим конкретную схему простого школьного радиоузла (рис. 45). Одна из главных задач, которая ставилась при разработке этой радиолюбительской конструкции, состояла в том, чтобы максимально использовать детали, имеющиеся в продаже. Прежде всего это касалось силовых и выходных трансформаторов, для изготовления которых любителю не всегда легко найти нужные трансформаторные пластины и намоточный провод.

Из многих типов силовых трансформаторов, как правило, легче всего достать трансформаторы от радиоприемников первого или второго класса, таких, как «Дружба», «Байкал», «Октава» и др. Эти трансформаторы могут обеспечить мощность выпрямленного тока 10–20 вт, и поэтому с их помощью можно питать усилитель с выходной мощностью 3–12 вт. Нужно сказать, что для школьного радиоузла такой мощности может и не хватить. Так, в частности, даже такая небольшая нагрузка, как 20 радиоточек, установленных в классах, и один «колокольчик», вывешенный у входа в школу, уже требует 12–15 вт. А что делать, если понадобится установить в школьном зале еще две‑три звуковые колонки или радиофицировать спортивную площадку? Здесь может понадобиться усилитель с выходной мощностью 20, а то и все 50 вт. Но как совместить требование большой мощности с возможностью использовать только маломощные силовые трансформаторы?

Одним из возможных решений задачи является блочная схема, которая и была выбрана для нашего радиоузла.

В радиоузле имеются два усилительных блока: однотактный усилитель мощностью 5 вт, который мы в дальнейшем будем называть «блок 5У», и двухтактный десятиваттный усилитель – «блок 10У». Первый рассчитан на подключение 20 громкоговорителей, второй – на десятиваттный рупор. Без особых изменении схемы мощность блока 10У может быть повышена до 15 и даже до 20 вт. Для каждого усилительного блока есть свой выпрямитель сравнительно небольшой мощности: для блока 5У – выпрямитель 5В, для блока 10У – выпрямитель 10В. Каждый имеет свой выключатель сети, и поэтому блок 10У можно выключить, не выключая 5У.

Особенность схемы состоит в том, что блок 5У является вполне законченным маломощным радиоузлом и может работать самостоятельно. Именно в этом блоке сосредоточены все регулировки, к нему подключаются все источники сигнала. Что же касается блока 10У, то это лишь своего рода умощнитель. Он получает программу с выхода пятиваттного усилителя и без него работать не может. В случае необходимости к пятиваттному усилителю 5У можно подключить не один, а несколько одинаковых блоков 10У (разумеется, каждый со своим выпрямителем!) и таким образом в несколько раз повысить общую выходную мощность радиоузла.

Выходной каскад блока 5У собран на лампе 6ПЗС, которую при необходимости без каких‑либо изменений схемы блока можно заменить и другой аналогичной лампой, например, 6П14П. Такая «старая» лампа 6ПЗС выбрана потому, что, по сравнению с другими широко распространенными выходными лампами, она отдает несколько большую мощность. А в блоке 5У каждый лишний ватт выходной мощности – это возможность дополнительного подключения еще 10 громкоговорителей. Попутно заметим, что к усилителю можно подключить и большее число громкоговорителей, чем это следует из нормы 0,1 вт на каждый громкоговоритель. Однако не забудьте, что при значительной перегрузке усилителя вам придется мириться с заметным уменьшением громкости каждой радиоточки. Это произойдет не только за счет увеличения числа «едоков», но также из‑за уменьшения «общего котла» – дело в том, что при перегрузке падает выходная мощность усилителя.

Первый каскад в блоке 5У – это микрофонный усилитель, собранный на пентоде 6Ж8. Два последующих каскада – обычные усилители напряжения, собранные на двойном триоде 6Н8С. Микрофонный усилитель «по совместительству» является еще и простейшим приемником. Детектирование сигнала происходит в сеточной цепи лампы, а в анодной цепи на сопротивлении R₃ выделяется усиленное низкочастотное напряжение. Конденсатор С₂₀ «срезает» и не пропускает к следующему каскаду высокочастотные составляющие продетектированного сигнала.

С анодной нагрузки Л₁ низкочастотное напряжение (это может быть усиленный сигнал с приемника либо с микрофона) подается на второй, затем и на третий каскад усилителя напряжения. Напряжение со звукоснимателя подается непосредственно на сетку второго каскада (левый триод лампы Л₂ ). В сеточную цепь третьего каскада включен общий регулятор уровня R₁₂ . Кроме того, имеются отдельные регуляторы уровня в цепи микрофона (R₁ ) и звукоснимателя (R₈ ). Регулировка уровня при приеме радиостанций осуществляется сопротивлением R₁₂ . Напряжение на анод лампы Л₁ подается через дополнительный фильтр R₄C₄ , так как для первого каскада требуется особо тщательная фильтрация выпрямленного напряжения. Кроме того, фильтр R₄C₄ предотвращает паразитную, обратную связь между каскадами через цепи питания. Без этого фильтра, а часто, к сожалению, и с ним может возникнуть самовозбуждение усилителя.

Все сопротивления регуляторов уровня объединены с выключателями. Один из них, Вк₃ , объединенный с общим регулятором уровня R₁₂ , включает радиоузел в сеть, то есть подает напряжение на силовой трансформатор Тр₃ . Два других выключателя, Вк₁ и Вк₂ (совмещены с регуляторами уровня R₁ и R₈ ), замыкают накоротко колебательный контур приемника. Контакты обоих выключателей разомкнуты только тогда, когда движки регуляторов находятся в крайнем нижнем положении, то есть тогда, когда ни с микрофона, ни со звукоснимателя на вход усилителя сигнал не поступает. Схема позволяет вести передачу – речь на фоне музыки. Для выключения микрофона либо звукоснимателя достаточно опустить в крайнее нижнее положение соответствующий регулятор уровня R₁ или R₈ . Магнитофон можно включить в те же гнезда, что и звукосниматель. Лучше, конечно, установить для магнитофона дополнительную пару гнезд, а его сигнал с помощью делителя уравнять с сигналом звукоснимателя (рис. 68). Таким же образом подводится к радиоузлу сигнал с настоящего радиоприемника. Весьма удобно ввести в схему переключатель программ (рис. 68, 1 ). Но не забывайте, что этот переключатель находится в цепи с низким уровнем сигнала и поэтому очень «боится» наводок. Все провода, идущие к нему, а иногда сам переключатель нужно тщательно экранировать.

Питание блока 5У осуществляется от обычного кенотронного выпрямителя, в котором используется силовой трансформатор от приемника «Урал‑57». Как уже говорилось, возможно использование любого другого аналогичного трансформатора. Фильтр выпрямителя трехзвенный. В первое звено желательно вместо сопротивления R₁₉ включить дроссель. Теперь несколько слов об особенностях схемы и конструкции блоков 5У и 5В.

Выбранная упрощенная схема переключения программы имеет некоторые недостатки: сопротивления R₁ и R₈ нужно подобрать с таким расчетом, чтобы они полностью выключали микрофон и звукосниматель. В некоторых экземплярах сопротивлений движок не доходит до самого конца графитовой дужки, и вместо полного выключения они будут давать лишь резкое уменьшение уровня входного сигнала.

При включении микрофона к входной цепи лампы Л₁ оказывается подключенным конденсатор С₃ , который несколько заваливает частотную характеристику в области высших частот. Для того чтобы свести к минимуму этот завал, емкость С₃ должна быть как можно меньше. Кроме того, желательно уменьшить сопротивление R₂ , а также включить между ним и конденсатором еще одно сопротивление в 20–50 ком. Данные всех перечисленных деталей лучше всего уточнить при налаживании приемника, так как эти данные в значительной степени зависят от частоты принимаемой станции. В некоторых случаях может понадобиться включить между анодом и конденсатором дополнительное фильтрующее сопротивление 10–20 ком.

Если окажется, что в усилителе имеется значительный запас усиления, то имеет смысл несколько уменьшить сопротивления нагрузки R₃ и R₉ . Можно ввести отрицательную обратную связь, исключив конденсаторы С₈ и С₁₀ . И конечно, при первой же возможности следует охватить отрицательной обратной связью выходной каскад. Для этого нужно сопротивление R ₁₅ заменить делителем и на нижнюю его часть подать (через гасящее сопротивление, рис. 39, 6 ) напряжение с низковольтной обмотки трансформатора Тр₁ .

Выходной трансформатор Тр₁ блока 5У должен давать напряжение 30 в, которое поступает на абонентскую линию. В этом трансформаторе имеется низковольтная обмотка II на 2–5 в для включения контрольного громкоговорителя или головных телефонов. К этой обмотке можно также подключить стрелочный индикатор уровня. В тридцативольтовой обмотке имеются две одинаковые секции IIIa и IIIб , каждая из которых дает напряжение 15 в относительно средней точки. Это сделано в расчете на то, что с Тр₁ противофазные (опять‑таки относительно средней точки) напряжения будут подаваться непосредственно на сетки двухтактного выходного каскада мощного усилителя. Таким образом, выходной каскад блока 5У одновременно является фазоинвертором для блока 10У. При анодном напряжении 250 в и классе усиления АВ переменное (эффективное) напряжение на сетке каждой лампы 6П14П должно составлять 7,5 в. Оно снимается с отводов (на схеме не указаны) от половины каждой секции IIIa и IIIб . Но если вы захотите получить от блока 10У большую мощность (при более высоком анодном напряжении, вплоть до 20–30 вт), его необходимо перевести в класс усиления АВ₂или даже В₂. Для этого нужно увеличить отрицательное смещение (до 15–17 в) и повысить переменное напряжение на сетках. В этом случае сигнал на сетки ламп нужно будет подавать не с отводов, а с крайних выводов обмотки III, и в сеточную цепь каждой лампы включить последовательное ограничительное сопротивление 200–500 ом.

В качестве Тр₁ используется выходной трансформатор от радиолы «Дружба» («Люкс»). Его первичная обмотка остается без изменений – она полностью включается в анодную цепь лампы 6ПЗС. Вторичную обмотку нужно частично заменить. Дело в том, что вторичная обмотка этого трансформатора разбита на две части и одна из них для уменьшения индуктивности рассеивания помещена между секциями первичной обмотки. Внутренняя часть вторичной обмотки, естественно, остается, и она используется в качестве обмотки II. Наружная часть вторичной обмотки удаляется, и вместо нее укладывается обмотка III с тремя отводами. После переделки трансформатор Тр₁ имеет следующие данные: сердечник Ш‑19Х28; обмотки I – 2280 витков провода ПЭ‑0,15; II – 70 витков провода ПЭ‑0,38; III (новая обмотка) – 150 + 150 + 150 + 150 витков провода ПЭ‑0,31. Совершенно очевидно, что для изготовления Тр₁ можно взять и любой другой трансформатор с аналогичным сечением сердечника и аналогичной по числу витков и сечению провода первичной обмоткой. Во всех случаях обмотка III (полностью) должна содержать примерно в четыре‑пять раз меньше витков, чем обмотка I. Иными словами, коэффициент трансформации должен быть примерно равен 0,25–0,2.

К особенностям выпрямителя 5В нужно отнести сопротивление R₂₀ . По нему проходит весь анодно‑экранный ток усилителя 5У, и на этом сопротивлении возникает постоянное напряжение 12–16 в. Точная величина этого напряжения определяется режимом ламп усилителя, а значит, и данными силового трансформатора Тр₃ .

Напряжение, возникающее на R₂₀ , «минусом» подается на сетки ламп блока 10У и служит у них отрицательным смещением. Это напряжение не зависит от режима самого блока 10У, и поэтому его принято называть независимым или, иначе, фиксированным смещением. Независимое смещение, в отличие от автоматического (за счет анодного тока, проходящего по сопротивлению, включенному в катодную цепь), позволяет установить любой класс усиления, в том числе и класс В. Кроме того, переход с автоматического смещения на независимое несколько повышает выходную мощность усилительного каскада (табл. 13). Напряжение, которое терялось на катодном сопротивлении, теперь добавляется к общему напряжению между анодом и катодом. Чтобы тщательно отфильтровать постоянное напряжение, которому суждено попасть на управляющие сетки ламп, применяется эффективный фильтр C₁₈R₂₁ . На частоте 100 гц (самая низкая, а значит, и самая опасная частота пульсации) емкостное сопротивление конденсатора примерно в 1000 раз меньше, чем сопротивление фильтра R₂₁ .

Блок 10У представляет собой двухтактный усилитель, собранный по обычной схеме. В качестве выходного трансформатора без всякой переделки используется силовой трансформатор от приемника «Рекорд‑53». Его сетевая обмотка выполняет роль обмотки I выходного трансформатора Тр₂ ; средней точкой служит отвод «110 в». С повышающей обмотки (в нашем трансформаторе Тр₂ это обмотка II) снимается низкочастотное напряжение 120 в, которое подводится к рупорному громкоговорителю. Вполне возможно применение и другого трансформатора в качестве Тр₂ . Если в анодные цепи ламп Л₁ и Л₂ будет включаться сетевая обмотка бывшего «силовика», то нужно убедиться в том, что обе ее секции намотаны одним и тем же проводом. Если же на роль Тр₂ будет выбран силовой трансформатор, рассчитанный на двухполупериодный выпрямитель, то повышающую обмотку, имеющую отвод от средней точки, можно использовать в качестве обмотки I, а сетевую – в качестве обмотки II. Во всех случаях накальная обмотка силового трансформатора (обмотка III трансформатора Тр₁ ) нужна для того, чтобы охватить усилительный каскад отрицательной обратной связью по напряжению.

Обратная связь подается с выхода блока 10У на вход оконечного каскада блока 5У. Такая схема обратной связи весьма проста и удобна: подбором сопротивления R₁₆ можно легко менять напряжение обратной связи. Однако приведенная схема обладает одним серьезным недостатком – посторонние гармоники, которые возникают в блоке 10У в чистом виде, попадают на выход блока 5У. Здесь эти гармоники совсем не нужны – им «не в кого стрелять», нечего компенсировать. Вот почему при такой схеме отрицательная обратная связь уменьшает искажения в блоке 10У и, к сожалению, увеличивает искажения в блоке 5У. Опыт показывает, что искажения возрастают не очень сильно, всего на 1–2 %, и с этим, пожалуй, можно мириться. Но после того как радиоузел налажен, можно попробовать избавиться от этих добавочных искажений, изменив схему отрицательной обратной связи. Проще всего применить схему, где анод и управляющая сетка связаны непосредственно через последовательную RC‑цепочку (рис. 39, 6 ). Емкость конденсатора должна составлять около 0,001 мкф, а сопротивление – 50–200 ком.

Существует и другой, более радикальный путь: можно снабдить блок 10У отдельным фазоинвертором и освободить от этой работы выходной каскад 5У. Для этого на самой панели 10У устанавливается еще одна лампа – любой триод или пентод небольшой мощности, и в его анодную цепь включается междуламповый трансформатор с сечением сердечника 2–3 см². Первичная обмотка трансформатора должна содержать около 1000–1500 витков провода ПЭ‑0,1 (и толще), вторичная – примерно столько же витков, но с отводом от середины. Чтобы трансформатор не вносил значительных частотных искажений, его первичную обмотку нужно сильно зашунтировать, подключив параллельно ей сопротивление 10–20 ком. Такой трансформатор можно изготовить на базе любого выходного трансформатора, удалив с него вторичную обмотку и несколько уменьшив число витков первичной обмотки. Напряжение на сетку фазоинвертора подается с делителя, включенного в сеточную цепь лампы Л₃ вместо R₁₅ . В качестве R₁₅ целесообразно применить переменное сопротивление. С его помощью можно менять переменное напряжение на сетках ламп Л₄ и Л₅ .

Основная схема усилителя (рис. 45) позволяет менять режим только подбором постоянного смещения (регулируется сопротивлением R₂₀ ).

Схема выпрямителя 10В, по‑видимому, не требует никаких пояснений. Здесь, так же как и в блоке 5В, используется силовой трансформатор от приемника «Байкал». Возможно применение любого другого аналогичного трансформатора. В частности, силовой трансформатор от «Дружбы» позволит заметно поднять постоянное напряжение, а значит, и выходную мощность.

Конструктивно радиоузел выполнен в виде четырех блоков, размещенных на деревянной раме. Панели для каждого блока изготовлены из трехмиллиметровой фанеры. Панель блока 5У желательно сделать из листового алюминия или стали толщиной 1–2 мм. В этом случае основные детали размещаются на фанерной плите с лепестками. В каждом блоке имеются монтажные гребенки (на рис. 45 они обозначены зеленым), через которые блоки соединяются между собой. Кроме того, на панелях имеется большое число монтажных лепестков.

Рис. 45 , 1

Рис. 45 , 2

Рис. 45 , 3

Рис. 45 , 4

Рис. 45 , 5–7

Рис. 45 , 8

Рис. 45. Простой школьный радиоузел.

Сверху весь радиоузел закрывают кожухом, в котором обязательно должны быть сделаны вентиляционные отверстия. Однако верхняя панель (точнее, верхние панели – у каждого блока своя небольшая панель) закрывается кожухом не полностью. Остается открытой передняя часть панелей, где установлены регуляторы уровня, выключатели, сигнальные лампочки. Здесь же удобно установить какой‑либо из индикаторов выхода. Лучше, конечно, для каждого усилительного блока иметь свой индикатор, но в крайнем случае можно обойтись и одним индикатором, подключая его то к одному, то к другому выходу. Сзади усилителя остается открытой небольшая часть верхних панелей, где находятся зажимы для подключения абонентской линии, идущей к мощному громкоговорителю, и предохранители блоков питания.

Радиоузел может быть установлен в любом помещении, но, конечно, помещение это нужно выбирать так, чтобы в пего попадало как можно меньше шума [18]. Дверь нужно тщательно обить плотной материей. Над дверью надо повесить светящийся транспарант: «Тише. Микрофон включен».

С помощью простейшего реле можно сделать так, что этот транспарант будет включаться одновременно с микрофоном. Кроме хорошей изоляции от посторонних внешних шумов, полезно также улучшить акустические характеристики самого помещения радиоузла. Когда передача идет из обычной, не приспособленной для этого комнаты, у звука появляется неприятная гулкость. Происходит это потому, что в микрофон попадают звуковые волны, отраженные от стен, потолка, пола. Вот эти отраженные волны, которые особенно сильны в пустом помещении, попадают в микрофон с некоторым опозданием и ухудшают качество звучания.

Помещение, специально подготовленное для радио‑ или телевизионных передач, называют студией. Акустическая подготовка студии весьма сложна: в ней устанавливают большие щиты, с помощью которых направляют движение звуковых волн; стены студии закрывают многослойными звукопоглощающими покрытиями. Да и сама архитектура студии определяется необходимыми акустическими характеристиками.

Разумеется, для школьного радиоузла трудно построить студию со сложным акустическим оформлением, однако установить в ней несколько звукопоглощающих щитов весьма полезно. Простые щиты можно сделать из двух деревянных реек, на которые набиты листы фанеры или картона. В фанере (или картоне) нужно сделать большое число отверстий диаметром около 1 см. Вместо дырчатой фанеры (картона) еще лучше применить материал с неровной поверхностью, например картонные (бугристые) прокладки для упаковки яиц.

Нужно сказать, что акустические характеристики таких прокладок весьма высоки, и они представляют собой прекрасный материал для покрытия стен студии.

Настоящие студии отделены от помещения, где находится усилительная аппаратура, и техник может видеть дикторов и артистов только через звуконепроницаемое окно. На школьном радиоузле можно обойтись и без этой «роскоши» – установить всю аппаратуру в самой студии (рис. 67, 70).

Рис. 70. Помещение, откуда ведутся радиопередачи (студия), полезно оборудовать звукопоглощающими щитами; звукопоглощающим материалом целесообразно покрыть стены; студия должна быть тщательно изолирована от внешних шумов.

И, наконец, последнее замечание.

Очень плохо, если велосипедист невнимателен на дороге, – это может иметь весьма неприятные последствия. Но, конечно, в десять, в сто раз опаснее, если растяпа сядет за руль автомобиля или автобуса, в котором едет много пассажиров. Вот почему на автобусах могут работать только водители высокого класса, имеющие большой опыт. Всякий, кто решился построить школьный радиоузел, может сравнить себя с шофером автобуса – в ваши руки попадает техника, оценку которой будет выставлять большое число людей. Вы можете как угодно относиться к постройке своего собственного приемника, но к изготовлению и монтажу радиоузла должны отнестись с максимальным вниманием, все работы выполнять аккуратно, тщательно проверять надежность креплений, паек, не жалеть времени на налаживание усилителей.

С некоторыми простейшими методами налаживания, позволяющими «выжать» из усилителя нужную мощность и свести к минимуму различные виды искажений, вы познакомитесь в конце следующей главы.

Глава V