Читаем Юный техник, 2008 № 11 полностью

Экономичность напрямую зависит от устройства, воспроизводящего звук. Малогабаритные акустические системы (АС) требуют максимальной электрической мощности для получения равной громкости звука и меньше всего подходят для наших целей. Большие АС работают значительно громче при небольшой подводимой мощности. Но лучше всего использовать телефоны — и другим не мешаешь, и слышно громко. Но и телефоны (наушники) бывают разными! Производители телефонов (как, впрочем, и радиоприемников, плееров и т. д.) ратуют за качество звука, но вовсе не озабочены проблемой экономичности.

Посмотрим, от чего зависит чувствительность телефонов. Сила, действующая на мембрану (или звуковую катушку) пропорциональна магнитному потоку, а он, в свою очередь, определяется произведением тока на число витков катушки (ампер-витки, создающие магнитодвижущую силу). Следовательно, катушки телефонов должны содержать как можно больше витков тонкого провода, тогда и ток потребуется минимальный. Но телефоны получаются высокоомными. Их производить сложнее, поэтому выпускают их все меньше, хотя раньше почти вся связная аппаратура комплектовалась высокоомными телефонами. Рекомендую разыскать такие телефоны, используя радио-рынки и, возможно, знакомых, особенно ветеранов радиолюбительства. Сопротивление каждого телефона (указано на корпусе) может быть от 1600 до 2200 Ом, а двух телефонов, соединенных последовательно, 3,2…4,4 кОм. Качество звука в этих телефонах похуже (сказывается жестяная мембрана), но чувствительность высока.

Теперь обратимся к схемотехнике. Хорошие результаты (большое усиление при малом количестве деталей) дает трехкаскадный транзисторный усилитель с непосредственной связью между каскадами.

В Германии выпускалась даже подобная микросхема. Упрощенная схема усилителя показана на рисунке 1.

Здесь базы транзисторов VT2 и VT3 непосредственно соединены с коллекторами предыдущих транзисторов, а, как известно, кремниевый транзистор открывается при напряжении на базе около 0,5 В. Таким же будет и коллекторное напряжение VT1 и VT2. Ничего страшного, транзисторы прекрасно работают и при таком напряжении! На коллекторе же VT3 напряжение должно равняться примерно половине напряжения питания, при этом усилитель отдает максимальный неискаженный выходной сигнал.

Ток выходного транзистора VT3 определен сопротивлением телефонов: например, при токе 1 мА падение напряжения на телефонах составит 4,4 В, тогда усилитель надо питать от 9-вольтовой батареи. Все транзисторы охвачены единой цепью отрицательной обратной связи (ООС) через резистор R3, она стабилизирует их режим по постоянному току. Стабилизация осуществляется так: пусть по каким-то причинам коллекторное напряжение VT3 возросло, тогда увеличившийся ток через резистор R3 сильнее открывает транзистор VT1, и напряжение на его коллекторе падает, закрывая транзистор VT2. Его коллекторное напряжение возрастает, открывая транзистор VT3, его ток и падение напряжения на телефонах увеличиваются, и режим приходит в норму.

Усиление этого простого УЗЧ достигает нескольких тысяч, а при использовании транзисторов с большим коэффициентом передачи тока В_ст — десятков тысяч. Но есть один недостаток: ток предварительных каскадов хоть и невелик (доли миллиампера), но дополнительно нагружает батарею питания. Явилась мысль использовать и этот ток на пользу — для питания базовой цепи следующего транзистора. Это можно сделать, чередуя транзисторы с разной проводимостью и используя первые два каскада в режиме микротоков (рис. 2).

Как видим, коллекторный ток транзистора VT1 служит током базы VT2, а его коллекторный ток, в свою очередь, током базы VT3 и надобность в резисторах нагрузки отпадает. Все потребление определяется теперь током выходного транзистора VT3, который подбором резистора R3 выставляют в пределах 0,2…0,3 мА. Ток VT2 гораздо меньше, а ток VT1 — еще меньше.

Надо заметить, что в режиме микротоков В_ст заметно падает. Напряжение на коллекторе VT3 больше половины напряжения питания, но при работе на индуктивную нагрузку это допустимо — ограничение сигнала при больших амплитудах получается довольно симметричным. В то же время, даже брошенные на стол наушники звучат достаточно громко. При подборе режима полезно руководствоваться следующим: коллекторное напряжение VT3, поделенное резисторами R2, R3 и приложенное к базе первого транзистора, должно составлять около 0,5 В.

Два слова об остальных деталях УЗЧ. Конденсатор С3 предотвращает самовозбуждение усилителя при сильно разряженной батарее с высоким внутренним сопротивлением — ведь сопротивление конденсатора большой емкости для переменного тока мало. Конденсатор С2, шунтируя телефоны, ограничивает полосу пропускания усилителя со стороны высоких частот и «срезает» шипящие призвуки в шуме и помехах.