Michał Gołębiewski, "Stereofoniczny zestaw odtwarzający wysokiej jakości 2x10W"
Radioamator i Krótkofalowiec 5/1970

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 uruchamianie 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

  1. Maksymalna moc wyjściowa przy zniekształceniach nielinearnych w paśmie 40Hz÷16000Hz i Robc = 7,5oma mniejszych od 1% (sygnał sinusoidalny): 2x10W
  2. Charakterystyka częstotliwościowa przy nierównomierności na krańcach pasma 1,5dB: 30Hz÷20000Hz
  3. Regulacja barwy dźwięku względem częstotliwości 1000Hz:
    przy 60Hz: +6dB¸-12dB
    przy 12kHz: +6dB¸-15dB
  4. Tłumienie przesłuchu między kanałami w paśmie 30Hz±16000Hz >=40dB
  5. Regulacja równowagi stereofonicznej (balansu): ±6dB
  6. Opór wejściowy:
    wejście "adapter magnetyczny" - 100K,
    wejście "adapter krystaliczny" - 100K,
    wejście "mikrofon" - 80K,
    wejście "radio" - 1M,
    wejście "dodatkowe" - 0,5M
  7. Napięcie wejściowe dla uzyskania maksymalnej mocy wyjściowej przy f = 1000Hz i Robc = 7,5oma:
    wejście "adapter magnetyczny" - 5mV,
    wejście "adapter krystaliczny" - 70mV,
    wejście "mikrofon" - około 4mV,
    wejście "radio" - 330mV,
    wejście "dodatkowe" - 150mV
  8. Odstęp sygnału od zakłóceń przy maksymalnej mocy wyjściowej: >=50dB
  9. Podskok napięcia wyjściowego przy odłączeniu obciążenia: <=1dB
  10. Zasilanie z sieci: 220V, 50Hz, maksymalny pobór mocy 55W.

Pozostałe parametry przedstawiono w postaci odpowiednich charakterystyk na rys. 7, 8 i 9.

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 P3 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. Zasilanie siatek ekranujących lamp mocy z odczepów transformatora wyjściowego wprowadza ujemne sprzężenie zwrotne. Powoduje to zmniejszenie zniekształceń nielinearnych i obniżenie oporu wewnętrznego wzmacniacza.


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

     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 0,2oma.
     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 sieciowy. 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÷12cm2 (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 wyprostowanym 265V. Uzwojenie żarzenia powinno wytrzymywać obciążenie do 4A. Jest ono zwarte potencjometrem P6 (usuwanie przydźwięku sieci). Transformator sieciowy został nawinięty na rdzeniu od odbiornika "Symfonia".


Rys.4. Schemat ideowy zasilacza

     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 średnica 0,45 aż do wypełnienia korpusu. Dla zwiększenia współczynnika bezpieczeństwa zamiast pojedynczych diod DK62 można użyć połączonych szeregowo dwóch diod DK61, zbocznikowanych opornikami około 1M/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 = 7,5oma)


Rys. 9. Charakterystyki regulacji barwy dźwięku

Konstrukcja wzmacniacza stereofonicznego

     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 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:

  1. przedwzmacniacz,
  2. wzmacniacz końcowy mocy,
  3. zasilacz sieciowy.

     Widok ogólny wzmacniacza oraz od strony podzespołów przedstawiają rys. 10, 11 i 12.


Rys. 10. Widok ogólny wzmacniacza


Rys. 11. Wnętrze wzmacniacza - widok z dołu


Rys. 12. Wnętrze wzmacniacza - widok z tyłu

     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. 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.


Rys.13. Wskaźnik sygnału stereofonicznego

     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~, 4A).
  3. Uruchomić wzmacniacz końcowy. Czynność ta przebiega w następujący sposób: wyjście transformatora głośnikowego należy zamknąć opornikiem obciążenia 7,5oma i odłączyć sterowanie z 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 7,5oma moc nie mniejszą niż 10W, przy sterowaniu go sygnałem sinusoidalnym 200mV w zakresie częstotliwości 40÷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 7,5oma 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 GDW 6,5/1,5. Połączenia głośników z filtrem rozdzielającym o nachyleniu 12dB/okt dokonano jak na rys.14.


Rys. 14. Układ połączeń głośników oraz wymiary korpusu cewki 1

     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 średnica 1,4. Zastosowanie filtru rozdzielającego umożliwia przetwarzanie dużej mocy akustycznej bez nadmiernych zniekształceń i przy lepszej średniej sprawności.
     Głośniki zespołu niskotonowego i wysokotonowego powinny być połączone w taki sposób, aby po wyłączeniu filtru fazy ruchu ich membran były przeciwne. Wpływa to korzystnie na charakterystykę częstotliwościową w odcinku pokrywania się zakresów odtwarzania.
     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 skaju, a wewnątrz wyłożono warstwo 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 podano 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:

  1. pomiar modułu impedancji wejściowej zespołu w całym paśmie częstotliwości,
  2. odtwarzanie różnych częstotliwości w całym paśmie częstotliwości (tzw. "przegwizdanie"), a więc wyłowienie niepożądanych rezonansów bądź "dziur",
  3. odtwarzanie utworów muzycznych z dobrych płyt mikrorowkowych lub innego źródła, a szczególnie utworów na wielką orkiestrę symfoniczną i duże zespoły jazzowe.

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

Wykaz elementów jednego kanału zestawu stereofonicznego

  • Oporniki: (Wszystkie oporniki, oprócz oznaczonych gwiazdką, są typu MŁT 05W 5%)
    R1, 21 - 0,5M
    R2, 5, 15, 18¸ 20, 35, 50 - 1M
    R3 - 56K
    R4, 26, 30 - 68K
    R6, 12, 22, 25 - 0,1M
    R7 - 0,15M
    R10 - 0,56M
    R11, 13 - 0,22M
    R14, 51 - 2,2K
    R16 - 33K
    R17 - 27K
    R23 - 1,2K
    R24 - 0,39M
    R27 - 6,8K
    R28 - 10K
    R29, 34, 44, 47 - 120
    R31 - 0,2M 2%
    R32, 42, 43, 48* - 1K
    R33 - 3,9K 2%
    R36 - 150K 1W 2%
    R37, 38 - 68K 1W 2%
    R39, 40 - 470K 2%
    R41 - 12K 1W
    R45, 46 - 220 1W
    R49 - 5 2W drut.
    R52 - 470K 1W
  • Kondensatory
    C1 - 150pF/100V
    C2 - 560pF/100V
    C3 - 220pF/100V
    C4 - 2200pF/100V
    C5, 7, 14 - 0,1µF/250V 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
    C19 - 0,02µF/25V
    C20,21 - 5µF/350V
    C22 - 430pF/250V
    C23 - 0,1µF/250V
    C24 - 0,022µF/250V Ksf
    C25 - 0,022µF/250V
    C26 - 5µF/350V
    C27,28 - 50µF/25V
    C29 - 430 pF/500V
    C30,34 - 0,022µF/630V
    C32,33 - 100µF/450V
    C34 - 0,1µF/100V
  • Potencjometry
    P1, 2, 3 - PA-102 - 500K/A 1W
    P4 - PA-102 - 500K/C 1W
    P5 - DG101T - 27 1W
    P6 - DG101T - 470 1W
  • Lampy
    L1,  L2 - EF86
    L3 - ECC83
    L4,  L5 - ECL86
    L10 - EM84
    Diody półprzewodnikowe
  • D1,  D2 - DK-62
  • Inne
    B1 - bezpiecznik topikowy 1A
    B2 - bezpiecznik topikowy 0,3A

Literatura:

  1. A.Witort: "Elektroakustyka dla wszystkich" WKŁ Warszawa 1953,
  2. A.Witort: "Amatorskie wzmacniacze elektroakustyczne" WKŁ Warszawa 1968,
  3. M.Słaby, P.Kozłowski: "Przetworniki elektroakustyczne" WKŁ Warszawa 1969.

[informacje praktyczne]

© 2000-2002 FonAr Sp. z o.o. e-mail: waw@fonar.com.pl