Самая ответственная операция

Заключительным этапом создания какой‑либо радиолюбительской установки, в том числе и звуковоспроизводящей, является ее налаживание. Это и есть самая ответственная операция, которая выявляет основные достоинства и недостатки схемы и конструкции, дает возможность «выжать» высокие качественные показатели.

Бывает так, что аккуратно смонтированный усилитель или радиоузел сразу же после включения в сеть начинает хорошо работать, и в дальнейшем улучшить его характеристики почти не удается. Значительно чаще установка не сразу проявляет все свои способности. Приходится довольно долго возиться – подбирать режимы ламп, регулировать глубину обратной связи, проверять детали, менять некоторые монтажные цепи, – прежде чем удается получить обещанные в описании качественные показатели. И конечно, весьма вероятно, что из‑за ошибки в монтаже первое же включение усилителя может вызвать какую‑нибудь аварию с шумом и даже с дымом – пробой конденсатора, подгорание сопротивления, а иногда и повреждение весьма ответственных деталей, в частности силового трансформатора.

Заранее никто не знает, как развернутся события, что произойдет с усилителем, как он будет работать (если вообще будет!) после включения. Поэтому главную операцию – налаживание– лучше всего начинать с тщательной проверки монтажа, причем до, а не после включения аппаратуры в сеть.

Помимо обычной проверки монтажа по принципиальной или монтажной схеме, нужно убедиться в отсутствии коротких замыканий или обрывов в цепях питания. Для этого прежде всего подключите омметр к сетевой вилке при разомкнутом выключателе сети Вк_с (рис. 79, а) – омметр должен показать бесконечно большое сопротивление. После этого можно замкнуть выключатель сети, и, если все в порядке, омметр покажет сопротивление сетевой обмотки – обычно 100–300 ом.

Кроме того, нужно проверить, не соединились ли каким‑нибудь образом сетевые провода с корпусом (шасси) усилителя (рис. 79, б , омметр показывает разрыв цепи).

Очень важно убедиться в отсутствии замыканий в цепи выпрямленного анодного напряжения. Не включая усилитель в сеть, омметром определяют сопротивление между «плюсом» и корпусом (рис. 79, в ). Оно должно составлять несколько сот и в крайнем случае несколько десятков килоом. Пониженное сопротивление чаще всего бывает из‑за чрезмерно большой утечки конденсаторов фильтра выпрямителя или конденсаторов развязывающих фильтров, а также из‑за замыкания какой‑либо «плюсовой» цепи на корпус.

Проверив цепи питания и еще раз (как говорится, на дорогу!) взглянув на монтаж, попробуйте включить усилитель в сеть. Первые несколько минут внимательно следите за тем, как он себя ведет: достаточно ли ярко светятся катоды всех ламп, не почернело ли какое‑нибудь сопротивление, не пахнет ли горелым… Если сразу же после включения появляются тревожные симптомы, то нужно немедленно выключить усилитель и не включать его до тех пор, пока не будет найдено повреждение или ошибка в монтаже. То же самое нужно сделать, если после включения систематически перегорает предохранитель, – это говорит о том, что усилитель потребляет слишком большую мощность, по‑видимому, из‑за короткого замыкания в какой‑либо цепи.

Рис. 79. Проверка, подготовка к включению и налаживанию усилителя сводятся к некоторому комплексу сравнительно простых операций.

Но предположим, что включение усилителя прошло благополучно и можно попробовать, «дышит» ли он. Для этого при введенном регуляторе громкости достаточно прикоснуться отверткой, проводом или просто пальцем к входному гнезду, к верхнему лепестку самого регулятора, – словом, к любому участку сеточной цепи первой лампы (рис. 79, г ). При этом, если усилитель «жив», вы услышите сильный фон. Это «подает голос» слабый электрический сигнал – напряжение, наведенное сетью переменного тока на отвертке, проводе или на вашей руке и прошедшее по всему усилительному тракту.

Но может случиться и так, что вам не понадобится проверять работоспособность усилителя – он сам заявит о себе, начав «реветь» сразу же после включения. Это может произойти в результате самовозбуждения, потому что существуют не предусмотренные, так называемые паразитные обратные связи, охватывающие один или несколько каскадов. На каких‑то частотах паразитная обратная связь оказывается положительной, с выхода на вход каскада (или группы каскадов) сигнал поступает в фазе, и усилитель превращается в генератор (рис. 43). Кстати говоря, вполне вероятной причиной самовозбуждения может быть неправильное включение обмотки выходного трансформатора, с которой снимается напряжение отрицательной обратной связи. Может случиться, что после переключения выводов этой обмотки (рис. 39, 1 ) самовозбуждение сразу исчезнет. Это значит, что обратная связь была положительной и лишь после переключения выводов стала отрицательной.

Поиск и устранение конкретных причин самовозбуждения – дело нелегкое. Прежде всего стоит проверить, не связаны ли каскады через цепи питания. Для этого можно увеличить емкость фильтра выпрямителя С_ф2 либо подать питание на первые каскады через дополнительный фильтр R^*_фС^*_ф . Кроме того, целесообразно проверить и другие развязывающие элементы, например конденсаторы, соединяющие экранные сетки с корпусом. Иногда можно устранить самовозбуждение, несколько снизив усиление одного из предварительных каскадов. Для этого можно увеличить гасящее сопротивление (понизить напряжение на экранной сетке) либо уменьшить сопротивление анодной нагрузки. Среди других эффективных мер нужно назвать включение антипаразитного сопротивления в цепь сетки выходного каскада (R''_c2 ), некоторое увеличение емкости, шунтирующей первичную обмотку выходного трансформатора; введение дополнительных цепей отрицательной обратной связи в первых каскадах: R_o.сС_o.с либо отключение С_к (рис. 79, и ). И конечно, очень важно при поиске и устранении причин самовозбуждения обращать самое серьезное внимание на монтаж, на возможность паразитных связей между анодными и сеточными цепями ламп. Часто бывает так, что причиной самовозбуждения оказывается какой‑нибудь неудачно расположенный или лишний, болтающийся «без дела» проводник, незаземленный экран, плохая пайка в цепи развязывающих фильтров, слишком близкое соседство деталей и особенно проводов сеточных и анодных цепей.

В ряде случаев самовозбуждение усилителя происходит не на звуковых (слышимых) частотах, а на ультразвуковых, вплоть до нескольких тысяч мегагерц. Не нужно думать, что неслышимое самовозбуждение не приносит вреда – оно резко меняет режимы ламп и приводит к сильнейшим искажениям звукового сигнала. Обнаружить сверхзвуковую генерацию можно с помощью осциллографа или милливольтметра, включенного на выход усилителя (милливольтметр – прибор, снабженный ламповым либо транзисторным усилителем и измеряющий благодаря этому очень малые переменные напряжения).

Можно обнаружить самовозбуждение и с помощью вольтметра постоянного напряжения. Его подключают к аноду или к цепи автоматического смещения (рис. 79, ж, и ), а затем замыкают на землю управляющую сетку через конденсатор емкостью в несколько тысяч пикофарад. Если при этом показания вольтметра меняются, значит, каскад работает с самовозбуждением – замыкание сетки снимает с нее переменное напряжение, а это, в свою очередь, приводит к изменению режима лампы.

Другое неприятное явление, с которым можно столкнуться сразу же после включения усилителя, – сильный фон переменного тока. В этом случае опять‑таки нужно вооружиться терпением и найти источник неприятностей. Иногда эту операцию облегчают, поочередно вытаскивая лампы, начиная с первой. В остальном же руководство к поискам выглядит просто: ищите незаземленные экраны и сердечники трансформаторов, корпусы металлических ламп, переменных сопротивлений, ищите неэкранированные провода с низким уровнем сигнала, сеточные цепи, слишком близко расположенные к проводам сетевого тока (например, к накальным), проверяйте фильтр выпрямителя.

Наряду с такими шумными неприятностями, как самовозбуждение и фон при предварительной проверке усилителя вас может ожидать сюрприз совсем другого рода – мертвая тишина. Это значит, что сигнал не проходит со входа на выход и в усилительном тракте где‑то существует разрыв. Поиск его можно начать с проверки режимов ламп (рис. 79, д, е, ж, з, и ) – ведь, если на анод или на нить накала не подается напряжение, лампа не усиливает, а значит, не передает сигнал со своего входа на выход. Затем обычно проверяют исправность цепей, начиная с самого конца – с выходного трансформатора и громкоговорителя. Чаще всего при этом обнаруживается какая‑нибудь смешная ошибка, например не подключенный вывод сопротивления. Бывают, правда, и весьма каверзные повреждения, например, такие, как обрыв вывода переходного конденсатора С_с2 .

Но вот наконец все неприятности позади, усилитель спокойно работает и не только гудит при прикосновении к сетке, но уже неплохо воспроизводит граммофонные записи. Насладившись первыми успехами, порадовав родственников и соседей, вы можете переходить к заключительному этапу налаживания – к «выжиманию» высокого качества звучания. Здесь возможны два принципиально различных варианта: первый – у вас есть контрольно‑измерительные приборы; второй – у вас нет контрольно‑измерительных приборов. Мы рассмотрим первый вариант налаживания и попутно будем давать некоторые рекомендации тем, для кого этот вариант, к сожалению, неприемлем.

Трудно рекомендовать какой‑либо обязательный порядок измерения параметров и доводки усилителя. По‑видимому, стоит начать с измерения номинальной выходной мощности и определения чувствительности. Для этого вместо звукоснимателя включают звуковой генератор (ЗГ) и подают с него небольшое – десятки милливольт (на микрофонный вход – 1 мв) – напряжение U_вх с частотой 1000 гц. Постепенно увеличивая входной сигнал, следят за картинкой на экране осциллографа (рис. 79, м). Значение U_вх при котором начнут появляться искажения, можно считать чувствительностью усилителя, а напряжение на звуковой катушке громкоговорителя – номинальным выходным напряжением U_{вых. ном} . Теперь нетрудно подсчитать и номинальную выходную мощность (рис. 31, б ).

Если в вашем распоряжении нет осциллографа и звукового генератора, то проверить чувствительность и выходную мощность можно подручными средствами, сняв так называемую амплитудную характеристику усилителя.

Для этого с накальной обмотки напряжение 6,3 в подают на делитель, составленный из постоянного сопротивления R' = 150 ком и переменного R'' = 10 ком (рис. 79, к ). Нетрудно подсчитать, что на всем переменном сопротивлении действует 1/16 часть накального напряжения, то есть примерно 400 мв (0,4 в). Разделив весь угол поворота оси переменного сопротивления R" на восемь частей, изготовив небольшую шкалу и закрепив на оси простейшую стрелку, вы получите своеобразный калиброванный генератор сигналов.

Теперь, постепенно увеличивая U_вх (вращением ручки R" ), следите за изменением выходного напряжения – его можно измерять обычным авометром (рис. 79, к, л ). В итоге вы сможете построить амплитудную характеристику – график, который покажет, как меняется U_вых при изменении U_вх .

До тех пор пока график линеен, то есть имеет вид прямой линии, можно считать, что все хорошо, так как выходной сигнал послушно следует за входным. Загиб амплитудной характеристики соответствует области нелинейных искажений (сравните с амплитудной характеристикой громкоговорителя, рис. 15). По началу загиба вы и определяете чувствительность (по положению стрелки на шкале R" ), а также U_{вых. ном} и P_{вых. ном} . Учтите, что полученные результаты могут оказаться несколько заниженными, так как на низших частотах, в том числе и на сетевой частоте 50 гц, частотная характеристика усилителя обычно имеет некоторый завал.

Предложенные способы, конечно, не дают возможности строго определить номинальную мощность и чувствительность. Для этого нужно было бы точно измерять К_н.и с помощью особого прибора – измерителя нелинейных искажений (рис. 31, г ). Однако оба способа позволяют оценить выходные данные усилителя и в случае необходимости подобрать оптимальное сопротивление нагрузки. Подобную операцию любители выполняют редко, но она настолько важна, что стоит коротко сказать, как это делается.

Сопротивление анодной нагрузки R_а особенно важно сделать оптимальным для выходной лампы, которая вырабатывает выходной сигнал и в большей степени определяет нелинейные искажения всего усилителя. Оптимальная величина R_а для той или иной лампы указана среди ее основных параметров (рис. 80, табл. 13).

Рис. 80. Параметры и схемы цоколевки некоторых электронных ламп.

Однако в реальном случае из‑за применения отрицательной обратной связи и выбора пониженных (или повышенных) напряжений оптимальное значение R_а может несколько отличаться от рекомендованного. Как быть в этом случае? Разумеется, неудобно подбирать оптимальную нагрузку, меняя выходные трансформаторы или громкоговорители. Иногда, предвидя операцию по подбору R_а , делают секционированную вторичную обмотку выходного трансформатора, а затем пробуют подключать громкоговоритель к различным отводам.

Но можно поступить еще более строго – заранее определить оптимальную величину R_а для выбранной схемы и выбранного режима лампы, затем с учетом этой величины изготовить (или переделать готовый) выходной трансформатор. Для определения оптимальной нагрузки вместо громкоговорителя включают проволочный реостат и снимают амплитудные характеристики для нескольких значений R_зв . (рис. 50). В итоге получают график, который показывает, как меняется U_вых при изменении нагрузки. По этому графику и находят оптимальное значение R_a .

Если имеется измеритель нелинейных искажений, то можно найти R_a , соответствующее минимальному значению К_н.и . Минимальные искажения, как правило, бывают при мощности несколько меньшей, чем максимальная. Поэтому оптимальным следует считать сопротивление нагрузки на 10–15 % меньшее, чем было определено из условий максимальной мощности. Подбирая оптимальную нагрузку, целесообразно одновременно найти удачный режим выходного каскада, в частности тщательно подогнать смещение. Кстати говоря, с подбора смещения следует во всех случаях начинать подгонку режимов любого каскада.

С помощью звукового генератора нетрудно снять частотную характеристику усилителя – изменяя частоту входного сигнала (U_Bx), нужно измерять уровень выходного (U_вых ). Эту операцию лучше вначале проводить при отключенных цепях обратной связи. Затем, проверяя частотную характеристику, можно постепенно вводить обратную связь, подбирать элементы коррекции и регулировки тембра. Напоминаем, что частотная характеристика, так же как и другие показатели, определены нами для электрического тракта, то есть не учитывают «последнего слова» громкоговорителей. Чтобы получить характеристики, снятые по звуковому давлению, то есть оценивающие всю звуковоспроизводящую установку, нужен измерительный микрофон с милливольтметром (рис. 15, 16). Все акустические измерения обычно проводят в специально оборудованной камере.

Несколько слов об особенностях налаживания двухтактных выходных каскадов. Здесь одна из главных задач – добиться симметрии плеч. Для проверки симметрии можно сетку одной из ламп двухтактного каскада отсоединить от фазоинвертора и подключить к сетке второй лампы. В этом случае при идеальной симметрии выходное напряжение должно быть равно нулю.

Можно было бы еще многое рассказать об особенностях налаживания конкретных схем усилителей, о влиянии тех или иных элементов схемы на качественные показатели. Однако подобный рассказ в большей степени был бы повторением того, что уже известно из предыдущих разделов книги. Ведь налаживание усилителя – это своего рода экзамен, который хотя и является продолжением учебы, но в основном сводится к проверке уже накопленных знаний. Этот экзамен всегда проходит успешно, если поняты и прочувствованы физические основы работы усилителей и принципы построения усилительных схем.

Для подтверждения сказанного приведем несколько примеров.

Включенный усилитель молчит, и в поисках повреждения вы начали проверку режимов ламп. При этом оказалось, что на аноде одной из первых ламп напряжение значительно больше указанного на схеме и равно общему анодному напряжению U_в . Таким образом на сопротивлении нагрузки R_а вообще нет падения напряжения, а это в принципе может быть только в двух случаях, если R_а = 0 или если I_а = 0 (U =I ·R !).

Вторую причину легко сразу же исключить с помощью омметра. Что же касается отсутствия анодного тока, то оно, в свою очередь, может быть вызвано несколькими причинами: обрывом в анодной цепи (одна из вероятных причин обрыва – повреждение сопротивления), обрывом в катодной цепи, запиранием лампы (например, из‑за обрыва в цепи управляющей или экранной сетки), неисправностью самой лампы.

После того как вы мысленно составили «черный список» – перечень возможных повреждений, неисправность в усилительном каскаде легко найти самыми простыми средствами.

Другой пример. При проверке режимов оказалось, что напряжение смещения на катодном сопротивлении равно нулю. Сначала убедитесь, что анодный ток не равен нулю (то есть, что нет повторения предыдущего случая). Проверьте напряжение на аноде – если оно меньше, чем U_в , то, значит, анодный ток есть. Теперь остается единственное предположение: R_к = 0. Вероятнее всего, что в этом «виноват» пробитый конденсатор С_к , который даже при исправном R_к накоротко замыкает участок «катод – корпус».

Наконец, еще пример. При работе со звукоснимателем усилитель развивает нормальную мощность уже при небольшом угле поворота регулятора громкости. Дальнейший поворот регулятора приводит к сильным нелинейным искажениям. Проверяете чувствительность – она оказывается значительно выше нормы и составляет 30–50 мв (должно быть 150–250 мв). Имеющийся запас усиления можно немедленно пустить в дело – создать дополнительные цепи обратной связи, уменьшить сопротивления анодной нагрузки, сопротивления утечки сетки и тем самым несколько расширить частотную характеристику.

При нехватке усиления нужно, наоборот, ослабить обратную связь (лучше всего зашунтировав конденсаторами сопротивления в катодных цепях первых ламп) или, в крайнем случае, повысить сопротивление нагрузки реостатных каскадов.

Заканчивая разговор о самой главной операции – налаживании, хочется сказать несколько ободряющих слов тем, кому придется выполнять ее по второму варианту – без измерительных приборов. Помимо рекомендаций, сделанных несколько раньше, вы можете выполнять почти все операции, для которых нужны измерительные приборы. Низкочастотным генератором для вас будет проигрыватель с хорошей записью большого оркестра, а индикатором выхода – собственное ухо. Конечно, такая замена не является эквивалентной: то, что могут показать приборы, не всегда удается уловить на слух. И все же после хорошей тренировки вы наверняка научитесь замечать даже незначительные подъемы и завалы частотной характеристики усилителя, небольшие изменения коэффициента нелинейных искажений.

Чтобы налаживать усилители и акустические агрегаты на слух, нужно прежде всего иметь слух, нужно чувствовать музыку, не только слушать, но и слышать звучание музыкальных инструментов и певческих голосов.

Только вы, пожалуйста, не поймите сказанное так, будто музыкальность – это средство, а высококачественная аппаратура звуковоспроизведения – это цель. Скорее, все наоборот– мы добиваемся высокой верности воспроизведения, чтобы во всей полноте услышать настоящую музыку.

Понимание музыки, чувство музыки – это одно из самых замечательных человеческих качеств. Вот как образно, как страстно об этом сказал Шекспир:

Тот, у кого нет музыки в душе.

Кого не тронут сладкие созвучья,

Способен на грабеж, измену, хитрость;

Темны, как ночь, души его движенья

И чувства все угрюмы, как Эреб;

Не верь такому.

Стремление к музыке, ощущение гармонии и ритмов заложено в самой человеческой природе и безусловно связано с тем, что человек живет в богатейшем мире звуков. Сама же музыка – это одно из величайших духовных богатств цивилизации. И справедливому распределению этого богатства, приобщению многих миллионов людей к сокровищам музыкальной культуры помогают скромные усилители и радиоузлы, с некоторыми из которых вы познакомились в этой книге.

[1]При быстрых колебаниях струны человек, разумеется, не успеет выполнить всех этих операций, но это не значит, что они вообще не выполнимы. Существуют электронные приборы, например, осциллографы, которые успевают «следить» за быстрыми процессами и строить их графики.

[2]Как видите, слово «тон» имеет два значения: оно относится к высоте звучания и является своего рода музыкальной единицей частотного интервала. Два значения имеет и слово «октава»: определяет полный комплект звуков (нот) от «до» до «до», а также интервал между частотами, одна из которых в два раза больше другой.

[3]В квадратных скобках указан порядковый номер рекомендуемой книги или журнальной статьи по списку, приведенному в конце книги.

[4]В современном рояле сила натяжения одной струны достигает 50–55 кг, а всех струн – 12 г.

[5]В этой шутке есть доля правды. При чрезмерно большом токе, то есть при перегрузке громкоговорителя, иногда случается, что диффузор или катушку буквально срывает с места.