НОРМИРУЮЩИЕ УСИЛИТЕЛИ

Номинальное выходное напряжение источников звуковых программ, таких как магнитофон или тюнер, составляет около 200 мВ, таким же обычна делают и выходное напряжение микрофонного усилителя и предусилителя — корректора. Проходя через цепи регулировок громкости и баланса оно, как

правило, несколько уменьшается. Вместе с тем номинальное входное напряже-ние таких узлов усилителя, как регуляторы тембра, квадрапреобразователи, усилители мощности, обычно выбирают около 800 мВ.

Для согласования источников звуковых программ со входами предвыход­ных и выходных каскадов усилителя 34 применяют нормирующие усилители. К основным его техническим показателям относятся: входное и выходное со­противление, коэффициент усиления, перегрузочная способность, линейные и нелинейные искажения, отношение сигнал-шум, динамический диапазон, ста­бильность показателей. Нормирующий усилитель имеет плоскую АЧХ в диапа­зоне рабочих частот. Он часто является первым каскадом в тракте усилителя 34, поэтому его шумовые свойства существенно влияют на достижимый дина­мический диапазон всего усилителя в целом. Поэтому здесь применяют специ­альные микросхемы или малошумящие транзисторы, используемые в предусилителе-корректоре или микрофонном усилителе. Можно выполнить этот каскад и на малошумящих ОУ.

Нормирующий усилитель на ОУ К153УД2. Он имеет следующие основные технические характеристики:

Входное напряжение:

номинальное............0,1 В

максимальное ............ 1В

Выходное напряжение:

номинальное............0,8 В

максимальное............8 В

Перегрузочная способность, не менее......20 дБ

Коэффициент гармоник, не более.......0,08 %

Отношение сигнал-шум (невзвешенное) . . . . . 70 дБ

Номинальный диапазон частот........10...50000 Гц

Напряжение питания...........±15 В

Ток потребления............10 ^мА

На рис. 42 показана схема этого нормирующего усилителя с использова­нием ОУ, включенного по схеме неинвертирующего усилителя переменного тока. Усиление зависит от соотношения сопротивления резисторов R3 и R2. Резис­тор R1 определяет входное сопротивление узла. Конденсатор С1, установлен­ный на входе, обеспечивает развязку по постоянному току, конденсаторы С5 и С6 устраняют паразитную связь по цепи питания. Конденсаторы СЗ и С4 необходимы для устойчивой работы усилителя в области высоких частот.

Рис. 42. Принципиальная схема нор­мирующего усилителя на ОУК153УД2

Усилитель собран на унифицированной монтажной плате (см. рис. 32). При монтаже использованы резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы КМ-4, КМ-6, К50-6. Вместо микросхемы К153УД2 можно применить любые ОУ общего при­менения со своими цепями коррекции, например, К140УД7, К140УД8 и др.

Рис. 43. Принципиальная схема нор­мирующего усилителя на микросхеме К548УН1

Налаживание заключается в получении (подбором резистора R2) необхо­димого усиления. При проверке нормирующего усилителя потребуется стаби­лизированный двухполярный источник напряжением ±15 В и током не менее 10 мА.

Нормирующий усилитель на микросхеме К548УН1. Он имеет следующие основные технические характеристики:

Входное напряжение:

номинальное............ 0,1 В

максимальное............ 0,6 В

Выходное напряжение:

номинальное............ 0,8 В

максимальное............ 5 ,В

Перегрузочная способность, не менее...... 15 дБ

Коэффициент гармоник, не более....... 0,1%

Отношение сигнал-шум (невзвешенное)..... 72 дБ

Номинальный диапазон частот........ 10... 50000 Гц

Напряжение питания ........... 24 В

Ток потребления . . . . . ....... 10 мА

Для уменьшения уровня шума нормирующего усилителя, как и других уз­лов, можно использовать малошумящую микросхему К548УН1 (рис. 43), Здесь она включена по схеме неинвертирующего линейного усилителя. Цепь ООС (резисторы R2, R3) определяет режим работы микросхемы по постоянному току. Коэффициент усиления по переменному току зависит от соотношения со­противления параллельно соединенных резисторов R1 и R2 и сопротивления R3. Конденсаторы С1 и СЗ обеспечивают развязку по постоянному току на входе и выходе узла.

Монтаж усилителя, как и предыдущего, выполнен на унифицированной мон­тажной плате (см. рис. 32). В нем использованы резисторы МЛТ-0,125 и кон­денсаторы КМ-6, К50-6.

При настройке усилитель необходимо подключить к стабилизированному источнику питания напряжением 24 В и током не менее 15 мА. После этого, подбирая резистор R2, на выводе 6 микросхемы добиваются напряжения 12 В. Затем подбором резистора R1 устанавливают необходимый коэффициент уси­ления узла.

Нормирующий усилитель на дискретных элементах с большим динамичес­ким диапазоном. Чтобы получить более качественные параметры, когда нет специализированных микросхем, нормирующий усилитель можно выполнить на базе дискретных компонентов, воспользовавшись схемой ОУ на рис. 44. Он имеет следующие основные технические характеристики:

Входное напряжение:

номинальное . ,.......... 0,1 В

максимальное............ 1,8 В

Выходное напряжение:

номинальное . ........... 0,8 В

максимальное............ 14 В

Перегрузочная способность, не менее...... 25 дБ

Коэффициент гармоник, не более....... 0,06%

Отношение сигнал-шум (невзвешенное)...... 75 дБ

Номинальный диапазон частот........ 10... 100000 Гц

Напряжение питания........... ±24 В

Ток потребления............ 12 мА

Приведенный здесь ОУ на дискретных компонентах используется в кор­ректирующем усилителе (см. рис. 27) и в регуляторе тембра (см. рис. 48), где указаны основные особенности его работы. Некоторое отличие данного усилителя состоит в изменении параметров цепи обратной связи RIO, R11, Это связано с получением необходимого коэффициента усиления.

Рис. 44. Принципиальная схема нормирующего усилителя на дискретных элемен­тах с большим динамическим диапазоном

Нормирующий усилитель смонтирован на печатной плате (рис. 28,а) Вместо транзисторов КТ3102Е можно использовать транзисторы КТ342, КТ315: вместо КТ3107Л — КТ361, КТ203. Параметры усилителя при этом несколько ухудшатся. В усилителе использованы резисторы типа МЛТ-0,125, конденсато­ры типа КМ-4, К53-1.

Налаживание усилителя заключается в проверке монтажа и подборе со­противления резистора R10 для получения необходимого коэффициента усиле­ния. Для питания схемы необходим стабилизированный источник напряжения ±24 В и током не менее 15 мА.

ШУМОПОДАВИТЕЛИ

При прослушивании программ нередко при малых уровнях сигнала, и особенно в паузах музыкального произведения, заметен мешающий шум. Для расширения динамического диапазона и уменьшения шумов при воспроизвединии конструкторы создают различные системы шумоподавления. Известные си«стемы шумоподавления можно разделить на два вида. К первому относятся системы с однократным воздействием на сигнал, т, е. работающие только при воспроизведении, к второму — требующие предварительной обработки сигнала ори записи и последующем воздействии при воспроизведении.

К шумоподавителям первого вида относятся устройства понижения шума в паузах, так называемые пороговые шумоподавители, и устройства с исполь­зованием управляемых фильтров — динамические шумоподавители. Типичны­ми их представителями являются пороговый шумоподавитель NFD фирмы Panasonic и шумоподавитель DNL, предложенный фирмой Philips [10]. К ним же относится также эффективная отечественная система динамического шумо­понижения «Маяк» [11]. Основной недостаток этих устройств — частичное по­давление полезного сигнала — связан с принципом их работы.

Наиболее эффективными, но и более сложными, являются компаидерные ус­тройства, относящиеся к второму виду систем шумоподавления. Это, применя­емые в бытовой звукотехнике, системы Dolby (А, В, С), ANRS High Come и др. [12]. Они позволяют значительно снизить шум без ущерба для исходного сигнала. Но из-за того, что в случае их применения необходима двухкратная обработка сигнала, такие системы, как правило, используют в устройствах маг­нитной записи.

В усилителях 34 целесообразно применять шумоподавители первого вида — пороговые и динамические. В простейшем же случае для понижения шума ог­раничивают полосу пропускания ФНЧ (с частотой среза 5 ...7 кГц) и регуля­тором тембра. Так как шумоподавитель вносит заметный вклад в нелиней­ные искажения всего усилительного тракта и ухудшает его динамические ха­рактеристики, то при воспроизведении звуковых программ с качественных но­сителей информации шумоподавитель следует исключать из тракта прохожде­ния сигнала. Для этого в усилителе предусматривают специальный переключа­тель (S6 на рис. 1).

Далее приводятся описания двух простых шумоподавителей для исполь­зования в усилителях 34. Однако применение этого узла в высококачествен­ном усилителе 34 не обязательно.

Динамический шумоподавитель на основе управляемого фильтра. Уста­новлено, что спектр музыкальных сигналов зависит от их громкости таким об­разом, что с уменьшением громкости относительное содержание высокочастот­ных составляющих в сигнале уменьшается. Это дает возможность существенно ослабить уровень высокочастотных шумов за счет управляемого ограничения полосы усилителя в паузах и при малых уровнях сигнала. На управляемом из­менении частотной характеристики тракта звуковоспроизведения основан прин­цип работы динамических шумоподавителей (принцип динамической фильтра­ции).

Основные технические характеристики динамического шумоподавителя:

Номинальное входное напряжение...... 0,8 В

Максимальное входное напряжение...... SB

Перегрузочная способность, не менее..... 20 дБ

Коэффициент передачи на частоте 1 кГц .... 1

Крутизна спада АЧХ в полосе подавления . . . . 10 дБ на октаву

Полоса частот (на уровне — 3 дБ) ...... 20 ... 20 000 Гц

Коэффициент гармоник, не более...... 0,2%

Входное сопротивление......... 100 кОм

Напряжение питания..........±15В

Ток потребления...........10 мА

Рис. 45. Принципиальная схема динамического шумоподавителя на основе управ­ляемого фильтра

Схема этого шумоподавителя приведена на рис. 45. Основным узлом здесь является управляемый ФНЧ, частота среза которого изменяется в широ­ком диапазоне частот от 1 до 20 кГц. Фильтр состоит из элементов R5, R5, С6, С7 и VT1. Управляющее напряжение поступает на затвор транзистора VTI с резистора R10 из выпрямительного каскада на элементах DA2, VD1, VD2. Необходимый коэффициент передачи устройства и согласование с остальными каскадами усилителя обеспечивают элементы DAI, DA3.

Шумоподавитель собран на унифицированной монтажной плате (см. рис. 32). В нем использованы резисторы МЛТ-0,25, СПЗ-22, конденсаторы КМ-5, КМ-6, К53-1. Вместо указанных на схеме можно использовать другие ОУ, например, К153УД1, К140УД7 со своими цепями коррекции.

При настройке шумоподавителя потребуется стабилизированный двухполяр-ный источник питания напряжением ±15 В и током не менее 25 мА. Ее про­изводят в следующем порядке. К выходу шумоподавителя подключают милли­вольтметр переменного тока. Движки всех переменных резисторов должны на­ходиться в нижнем по схеме положении. На вход шумоподавителя подают си­нусоидальный сигнал частотой 5 кГц и уровнем 0,8 В (действующее значение). Резистором R2 устанавливают выходное напряжение около 0,8 В. Подстраивая резистор R8, уменьшают выходной сигнал на 25 дБ (около 45 мВ). Затем ре­зистором R10 увеличивают сигнал на выходе таким образом, чтобы его уровень был на 3 дБ ниже по отношению к 0,8 В (около 0,57 В). На этом налажи­вание шумоподавителя заканчивается.

Пороговый шумоподавитель на микросхемах.Работа пороговых шумопода-вителей основана на принципе автоматического уменьшения усиления в тракте воспроизведения в паузах, когда шумы проявляются наиболее сильно. Для оп­ределения паузы используется различие уровней сигнала и шума. Порог сраба­тывания обычно устанавливают вручную таким, чтобы уменьшение шума не сопровождалось заметным снижением уровня слабых сигналов.

Основные технические характеристики порогового шумоподавителя, выпол­ненного на микросхемах:

Номинальное входное напряжение....... 0,8 В

Максимальное входное напряжение....... 8В

Перегрузочная способность, не менее ...... 20 дБ

Коэффициент передачи на частоте 1 кГц..... 1

Интервал регулировки порога срабатывания .... — 40... — 20 дБ

Коэффициент гармоник.......... 0,2%

Входное сопротивление .......... 100 кОм

Напряжение питания........... ±15 В

Ток потребления............ 15 мА

Рис. 46. Принципиальная схема порогового шумоподавителя на микросхемах

Принципиальная схема этого шумоподавителя приведена на рис. 46. Шу-моподавитель состоит из управляемого делителя, выполненного на резисторе КЗ и транзисторе VT1, устройства управления на микросхеме DA1 и согласу­ющего каскада на микросхеме DA2. Шумоподавитель включается кнопкой SB1. При превышении входным сигналом порога, устанавливаемого резистором R4_t на конденсаторе С5 появляется напряжение, закрывающее транзистор VTL При этом входной сигнал поступает на выход устройства без ослабления. В паузе или когда уровень сигнала меньше, чем порог срабатывания, напряжение на С5 становится положительным (определяется делителем R8, R9), транзистор VT1 открывается и коэффициент передачи уменьшается. Значение коэффициен­та передачи определяется соотношением сопротивлений резистора R3 и канала сток — исток VT1.

Для монтажа шумоподавителя использована унифицированная плата. В ней применяют резисторы типов МЛТ-0,25, СПЗ-22, конденсаторы КМ-4, КМ-6, Кнопка SB1 — П2К с независимой фиксацией или любой переключатель на два положения. Вместо указанных на схеме ОУ можно использовать и другие ОУ общего применения со своими цепями коррекции, например, К153УД1 К140УД7 КНОУД8.

Налаживание шумоподавителя состоит в проверке правильности монтажа. Для работы устройства необходим стабилизированный двухполярный источник питания напряжением ±15 В и током не менее 15 мА. Порог шумоподавле­ния устанавливают при подаче на вход сигнала частотой 1 кГц и уровнем около 8 мВ ( — 40 дБ относительно 0,8 В). Движок резистора R4 должен на­ходиться в таком положении, чтобы при входном сигнале уровнем — 40 дБ напряжение на выходе было равно нулю, а при увеличении входного сигнала на 3 дБ напряжение на выходе шумоподавителя появлялось.