Stereofoniczny zestaw odtwarzający wysokiej jakości 2x10W

Szczegóły
Kategoria: Radioamator i Krótkofalowiec
Odsłon: 10692


Stereofoniczny zestaw odtwarzający wysokiej jakości 2x10W
mgr inż. Michał Gołębiowski, Radioamator i Krótkofalowiec 1970/05
(Opis dotyczy modelu wykonanego na zlecenie redakcji i praktycznie wypróbowanego przez konstruktora)

   Mimo szybkiego postępu techniki tranzystorowej w dalszym ciągu dość często wykonywane są przez radioamatorów urządzenia elektroakustyczne wyposażone w lampy elektronowe. Taki stan rzeczy uzasadnia wciąż jeszcze wysoki koszt elementów półprzewodnikowych oraz fakt, że uruchomianie układów tranzystorowych jest na ogół trudniejsze i bardziej kłopotliwe od ich odpowiedników lampowych oraz wymaga dobrej znajomości zagadnienia i dużego doświadczenia praktycznego.

   Niniejszy opis jest adresowany do średnio zaawansowanych radioamatorów, którzy mają już pewne osiągnięcia w budowie urządzeń elektroakustycznych i chcieliby stosunkowo tanim kosztem dorobić się zestawu odtwarzającego wyższej jakości.

Dane techniczne wzmacniacza stereofonicznego

Działanie wzmacniacza stereofonicznego

   Układ wzmacniacza można podzielić na dwie części:

  1. stopnie wejściowe kształtujące charakterystykę częstotliwościową i umożliwiające uzyskanie odpowiedniego oporu wejściowego oraz wzmocnienia napięciowego,
  2. wzmacniacz końcowy (mocy).

   Schemat ideowy przedwzmacniacza przedstawiono na rys. 1. Między liniami przerywanymi przedstawiony jest tylko jeden kanał: dla uzyskania całości należy tę część rysunku powtórzyć.


Rys. 1. Schemat ideowy przedwzmacniacza (pokazano kanał "A")

   Wzmacniacz ma 5 wejść: dodatkowe dla radioodbiornika, mikrofonu, przetwornika magnetycznego i przetwornika krystalicznego. Przełączanie wejść, a także obwodów sprzężenia zwrotnego dokonywane jest za pomocą 4-sekcyjnego 5-położeniowego przełącznika Pk1 - A i B.

   Każdy kanał przedwzmacniacza ma dwa stopnie wzmocnienia napięciowego z pentodami EF86 o małym efekcie mikrofonowania. Elementy korekcji charakterystyk częstotliwościowych znajdują się w pierwszym stopniu i są włączone między anodę a siatkę lampy. Dzięki silnemu sprzężeniu zwrotnemu uzyskano mały opór obwodu siatki sterującej lampy, co wydatnie zmniejsza napięcia zakłócające. Oporniki R1÷R5 włączone szeregowo z odpowiednimi wejściami realizują dopasowanie do danego typu przetwornika. Wartości tych elementów dobrano pod względem przystosowania wzmacniacza do współpracy z szerokim asortymentem przetworników elektroakustycznych.

   Drugi stopień wzmocnienia został zbudowany tak, aby uzyskać maksymalne wzmocnienie. Napięcie wyjściowe za układem regulacji barwy dźwięku jest równe około 200mV. W układzie regulacji barwy dźwięku zastosowano sprzężone potencjometry liniowe P2 A i B oraz P2 A i B. Dzięki ich charakterystyce uzyskuje się liniowe zmiany charakterystyk częstotliwościowych w funkcji obrotu potencjometrów.

   Regulator balansu (równowagi stereofonicznej) stanowią sprzężone przeciwnie potencjometry liniowe P1 A i B, co umożliwia wyrównanie wzmocnienia obu kanałów bez zmiany ogólnej mocy oddawanej wspólnie przez oba kanały.

   Regulacja wzmocnienia odbywa się za pomocą podwójnego potencjometru logarytmicznego P4 A i B.

   Wzmacniacz wyposażono ponadto w dwa filtry kształtujące charakterystykę częstotliwościową: "szumowy" i "tętnieniowy" włączane przełącznikiem Pk2 A i B. Zmieniając wartość elementów RLC członów kształtujących wchodzących w skład tych filtrów, można oddziaływać na kształt charakterystyk (rys. 5).

   Przełącznik Pk3 A i B umożliwia pracę obu kanałów w systemie stereofonicznym, a także zmianę kanałów miejscami lub łączenie ich równolegle dla odbioru monofonicznego.

   Zniekształcenia nielinearne wnoszone przez przedwzmacniacz nie przekraczają w normalnych warunkach pracy 0,15%. Odpowiednie charakterystyki częstotliwościowe przedstawia rys. 6.

   Stopień mocy (rys. 2) jest wzmacniaczem przeciwsobnym kl. AB, w którym pracują systemy pentodowe lamp ECL86 w układzie ultralinearnym.


Rys. 2. Schemat ideowy wzmacniacza końcowego (pokazano kanał "A")

Zasilanie siatek ekranujących lamp mocy z odczepów transformatora wyjściowego wprowadza ujemne sprzężenie zwrotne. Powoduje to zmniejszenie zniekształceń nielinearnych i obniżenie oporu wewnętrznego wzmacniacza.

   Lampa ECC83, wspólna dla obu kanałów, pracuje jako wzmacniacz napięciowy, zaś części triodowe lamp ECL86 tworzą odwracacz fazy. Sprzężenie pomiędzy stopniem wejściowym a odwracaczem fazy jest bezpośrednie, aby zmniejszyć błędy przesunięć fazowych przy najmniejszych częstotliwościach, a przez to zwiększyć stabilność wzmacniacza.

   Cały wzmacniacz końcowy objęty jest pętlą silnego ujemnego sprzężenia zwrotnego, biegnącego z wyjścia transformatora do katody lampy ECC83. Sprzężenie to zmniejsza zniekształcenia nielinearne do około 1% oraz ustala opór wyjściowy wzmacniacza na około 0,2Ω.

   Przy budowie wzmacniacza szczególną uwagę trzeba zwrócić na prawidłowe wykonanie transformatorów wyjściowych. Ze względu na działanie ujemnego sprzężenia zwrotnego powinny one przenosić częstotliwości do około 100kHz, a więc odznaczać się małą indukcyjnością rozproszenia. Sposób wykonania transformatora ilustruje rys. 3.


Rys. 3. Transformator wyjściowy. Uzwojenia nawinięto drutem DNE.
a - schemat uzwojeń, b - sposób nawijania

    Poszczególne rozmieszczenie sekcji, ich początków i końców, powinno być symetryczne, a liczby zwojów analogicznych sekcji, szczególnie uzwojenia wtórnego, ściśle jednakowe. Dla spełnienia tego warunku transformator powinien być wykończony bardzo starannie, a nawijanie wykonane z odwracaniem korpusu - jak to wynika z rys. 3. Najlepiej, aby sekcje miały parzystą liczbę warstw, wówczas wyprowadzenia znajdują się przy zewnętrznej ściance korpusu. Jeżeli w żaden sposób nie można uzyskać pełnych warstw, to ostatnią warstwę niepełną rozciąga się na całą długość uzwojenia lub lepiej zdecydować się na proporcjonalną zmianę liczby zwojów, dobór innej średnicy drutu. albo zastosowanie innego rdzenia.

   Transformator wyjściowy najkorzystniej jest nawinąć na rdzeniu o przekroju 9÷12 cm2 (np. od transformatora sieciowego odbiornika "Tatry"). Poszczególne warstwy należy izolować bibułką kondensatorową, a sekcje podwójną warstwą ceratki olejowej.

   Czułość wzmacniacza końcowego bez sprzężenia zwrotnego jest równa około 8mV, a po zamknięciu pętli sprzężenia zwrotnego - 200mV.

   Zasilacz sieciowy (rys. 4) pracuje w konwencjonalnym układzie prostownika dwupołówkowego i dostarcza prąd średni 150mA przy napięciu wyprostowanym265V. Uzwojenie żarzenia powinno wytrzymywać obciążenie do 4A. Jest ono zwarte potencjometrem P6 (usuwanie przydźwięku sieci).


Rys. 4. Schemat zasilacza sieciowego.

   Transformator sieciowy został nawinięty na rdzeniu od odbiornika "Symfonia". Może być użyty również inny rdzeń o przekroju środkowej kolumny co najmniej 12cm2. Dławik można wykonać wykorzystując w tym celu transformator głośnikowy od odbiornika "Stolica" lub podobny o przekroju około 4cm2. Uzwojenie nawijać masowo przewodem DNE Ø0,45mm aż do wypełnienia korpusu. Dla zwiększenia współczynnika bezpieczeństwa zamiast pojedynczych diod DK62 można użyć połączonych szeregowo dwóch diod DK61, zbocznikowanych opornikami około 1MΩ/0,5W.


Rys. 5.Charakterystyki członów kształtujących
a - filtr tętnieniowy, b - filtr szumowy


Rys. 6. Zależność napięcia wejściowego w funkcji częstotliwości
1 - wejście "radio", 2 - wejście "adapter magnetyczny"


Rys. 7. Charakterystyka zniekształceń nielinearnych wzmacniacza w funkcji mocy wyjściowej
(procent zawartości harmonicznych)

Rys. 8. Charakterystyka zniekształceń nielinearnych wzmacniacza w funkcji częstotliwości(Uwaga: Robc = 7,5Ω)

Rys. 9. Charakterystyki regulacji barwy dźwięku

 Konstrukcja wzmacniacza

   Wzmacniacz wraz z zasilaczem sieciowym umieszczono w obudowie drewnianej o rozmiarach 640x210x350mm (skrzynka od odbiornika "Arkona"). Na płytę czołową wprowadzono następujące elementy regulacyjne: przełącznik Pk1 A i B (przełącznik klawiszowy z odbiornika TV "Opal"), przełączniki Pk2 A i B, Pk3 A i B (przełącznik klawiszowy od odbiornika TV "Lazuryt"), regulatory barwy dźwięku, balansu oraz wzmocnienia, jak również umieszczono wyjścia głośnikowe obu kanałów i lampkę kontrolną sieci. Na ścianie tylnej umieszczono gniazda wejściowe, zacisk uziemiający oraz bezpieczniki zasilacza.

   Montaż urządzenia wykonano w trzech podzespołach, a mianowicie:

   Widok ogólny wzmacniacza oraz od strony podzespołów przedstawiają rys. 10, 11 i 12. Widoczny na zdjęciu elektronowy wskaźnik dostrojenia ("oko magiczne") jest przeznaczony do sygnalizacji pracy dekodera FM, który może być wmontowany jako przystawka do opisywanego wzmacniacza, lub też może pracować jako wskaźnik sygnału stereofonicznego w układzie jak na rys. 13.


Rys. 10. Widok ogólny wzmacniacza.


Rys. 11. Wnętrze wzmacniacza - widok z dołu.


Rys. 12. Wnętrze wzmacniacza - widok z tyłu.


Rys. 13. Wskaźnik sygnału stereofonicznego.

   Wskaźnik działa w ten sposób, że jeśli z obu kanałów A i B przychodzi jednakowy sygnał, to rozświetlona część ekranu wskaźnika nie zmienia swojej powierzchni, w przeciwnym razie powierzchnia rozświetlona ulega zmianom.

   Aby uniknąć wpływu sygnałów zakłócających, przedwzmacniacz zamknięto w oddzielnym pudełku z blachy aluminiowej, gdzie umieszczono również pierwszy stopień wzmocnienia wzmacniacza końcowego (lampa ECC83). Obudowę przedwzmacniacza przymocowano do płyty czołowej urządzenia.

   Niski poziom szumów i przydźwięku osiągnięto stosując staranny i przemyślany montaż, a więc łącząc poszczególne elementy do wspólnej szyny uziemiającej, połączonej z chassis w pobliżu zasilacza sieciowego, jak również stosując jak najkrótsze połączenia. Ze względu na szerokie pasmo przenoszenia należy użycie przewodów ekranowanych ograniczyć do koniecznego minimum.

   Wzmacniacz mocy oraz zasilacz sieciowy zmontowano bezpośrednio na chassis. Transformator sieciowy zaekranowano magnetycznie i umieszczono tak, aby jego pole rozproszone możliwie mało wpływało na pierwszy stopień przedwzmacniacza.

Uruchomienie

   Uruchamiając urządzenie należy wykonać następujące czynności:

  1. Sprawdzić prawidłowość montażu całego urządzenia.
  2. Uruchomić zasilacz sieciowy, tj. sprawdzić prawidłowość napięć przy obciążeniu nominalnym (+265V, 150mA oraz 6,3V napięcia zmiennego, 4A).
  3. Uruchomić wzmacniacz końcowy. Czynność ta przebiega w następujący sposób: wyjścia transformatora głośnikowego należy zamknąć opornikiem obciążenia 7,5Ω i odłączyć sterowanie przedwzmacniacza. Jeżeli wzmacniacz będzie oscylował na częstotliwości ponadakustycznej, należy dobrać odpowiednio elementy C22 i C29. Jeśli oscylacje powstają na częstotliwości podakustycznej, należy zwiększyć pojemności C21, C26 w filtrach odsprzęgających. Odłączenie opornika obciążenia nie powinno powodować przepięć w transformatorze wyjściowym. Jeżeli jednak zjawisko to występuje należy zmniejszyć wartość opornika tłumiącego R48. Następnie ustala się symetrię prądów anodowych części pentodowych lamp ECL86, odpowiednio nastawiając potencjometr P5. 
    Oporniki R37 i R38 powinny być wysokostabilne z tolerancją 5%. Wartości tych oporników należy zmierzyć przed montażem i większy z nich wstawić w miejsce R38. Najlepsze warunki pracy osiąga się, gdy różnica między wypadkowymi oporami anodowymi triod ECL86 wynosi 3%. Jak z tego wynika, również oporniki R39 i R40 powinny być odpowiednio dobrane.
    Prawidłowo działający wzmacniacz końcowy powinien dostarczać do obciążenia 7,5Ω moc nie mniejszą niż 10W, przy sterowaniu go sygnałem sinusoidalnym 200mV w zakresie częstotliwości 40Hz÷16000Hz, bez zauważalnych zniekształceń nieliniowych i oscylacji pasożytniczych.
  4. Uruchomienie przedwzmacniacza. Polega ono na sprawdzeniu prawidłowości napięć w punktach charakterystycznych, skontrolowaniu działania regulatorów barwy dźwięku, balansu i wzmocnienia. Szumy i przydźwięk sieciowy sprawdza się po przyłączeniu wzmacniacza końcowego na oporniku obciążenia 7,5Ω przy pełnym wzmocnieniu.

Obudowy głośnikowe

   Wzmacniacz współpracuje z dwoma zespołami głośników. W każdej obudowie znajdują się dwa głośniki GD20/5F lub GD31-21/5 oraz dwa głośniki GDW6,5/1,5. Połączenia głośników z filtrem rozdzielającym o nachyleniu 12dB/okt dokonano jak na rys. 14. Częstotliwość graniczna filtru wynosi około 4000Hz. Indukcyjność cewki L=0,4mH, pojemność kondensatora C=4μF. Na korpusie bez rdzenia, przedstawionym na rys. 14, nawinięto 125 zwojów przewodu DNE Ø1,4mm. Zastosowanie filtru rozdzielającego umożliwia przetwarzanie dużej mocy akustycznej bez nadmiernych zniekształceń i przy lepszej średniej sprawności.


Rys. 14. Układ połączeń głośników oraz wymiary korpusu cewki L.

   Głośniki i filtry umieszczono w obudowie dwukomorowej o rozmiarach: 750x350x230mm. Zastosowanie tego typu obudowy zapewnia odtwarzanie szerokiego pasma częstotliwości przy użyciu średniej klasy głośników. Obudowa wykonana została z płyt wiórowych o grubości 10mm. Z zewnątrz wyklejono ją warstwą skayu, a wewnątrz wyłożono warstwą waty mineralnej o grubości 2cm.

   Całość konstrukcji wykonano bardzo starannie, pasując dokładnie elementy konstrukcyjne, skręcając je w wielu miejscach wkrętami do drewna i zalewając spoiny żywicą epoksydową Epidian 5. Krawędzie i naroża dodatkowo wzmocniono za pomocą kołków i listew. Otwory (tunele) wykonano z okrągłych rur bakelitowych o średnicy 70mm i długości 180mm. Rozmieszczenie głośników i najważniejsze rozmiary obudowy pokazano na rys. 15.


Rys. 15. Obudowa głośnikowa.

   Głośniki niskotonowe przykręcono od wewnętrznej strony obudowy wkrętami do metalu, zaś głośniki wysokotonowe umieszczono "płytko", aby nie tworzył się kanał w grubej ściance obudowy i również przymocowano wkrętami do metalu.

   Dokładne zbadanie zespołu głośnikowego jest trudne i możliwe tylko w laboratorium elektroakustycznym. Dlatego też trzeba ograniczyć się do następujących prób:

   Obudowa dwukomorowa została opisana w książce A. Witorta "Elektroakustyka dla wszystkich".

Wykaz elementów jednego kanału zestawu stereofonicznego

Oporniki

Wszystkie oporniki, jeśli nie oznaczono inaczej, są typu MŁT 0,5W 5%.

R1, 21 - 0,5MΩ
R2, 5, 15, 18÷20, 35, 50 - 1MΩ
R3 - 56kΩ
R4, 26, 30 - 68kΩ
R6, 12, 22, 25 - 0,1MΩ
R7 - 0,15MΩ
R8, 9 - 0,56MΩ
R10 - 5,6MΩ
R11, 13 - 0,22MΩ
R14, 51 - 2,2kΩ
R16 - 33kΩ
R17 - 27kΩ
R23 - 1,2kΩ
R24 - 0,39MΩ
R27 - 6,8kΩ
R28 - 10kΩ
R29, 34, 44, 47 - 120Ω
R31 - 0,2MΩ 2%
R32, 42, 43, 48 - 1kΩ
R33 - 3,9kΩ 2%
R36 - 150kΩ 1W 2%
R37, 38 - 68kΩ 1W 2%
R39, 40 - 470kΩ 2%
R41 - 12kΩ 1W
R45, 46 - 220Ω 1W
R49 - 5Ω 2W drutowy
R52 - 470kΩ 1W

Kondensatory

C1 - 150pF/100V
C2 - 560pF/100V
C3 - 220pF/100V
C4 - 2200pF/100V
C5, 7, 14 - 0,1μF/250W KSF
C6 - 25μF/12V
C8 - 8μF/350V
C9 - 4700pF/25V
C10 - 3300pF/25V
C11 - 6200pF/25V
C12 - 820pF/100V
C13 - 25μF/12V
C15 - 0,1μF/250V
C16 - 560pF/100V
C17 - 8200pF/25V
C18 - 2200pF/25V
C19 - 0,02μF/25V
C20, 21 - 5μF/350V
C23 - 0,1μF/250V
C24 - 0,022μF/250V KSF
C25 - 0,022μF/250V
C26 - 5μF/350V
C27, 28 - 50μF/25V
C29 - 430pF/500V
C30, 34 - 0,022μF/630V
C32, 33 - 100μF/450V
C34 - 0,1μF/100V

Potencjometry

P1, 2, 3 - PA-102 - 500kΩ A 1W
P4 - PA-102 - 500kΩ C 1W
P5 - DG 101T - 27Ω 1W
P6 - DG 101T - 470Ω 1W

Lampy

L1, L2 - EF86
L3 - ECC83
L4, L5 - ECL86
L10 - EM84

Diody półprzewodnikowe

D1, D2 - DK62

Inne

B1 - bezpiecznik topikowy 1A
B2 - bezpiecznik topikowy 0,3A

Literatura

Udostępnił ku radości lampomaniaków" Grzegorz 'gsmok' Makarewicz