«РЫЧАГ» ДЛЯ ЗВУКА

Если бы великого ученого древности Архимеда (доведись ему вдруг очутиться в нашем веке) попросили создать электрический усилитель звука, то он скорее всего стал бы разрабатывать аналог… памятного сейчас каждому школьнику рычага, коим готовился когда-то перевернуть землю. И не исключено, что при беглом знакомстве с азами электрорадиотехники остановился бы на повышающем трансформаторе. Ведь подобно рычагу, умножающему приложенное к длинному плечу усилие, это устройство действительно способно дать на выходе многократно увеличенное напряжение сигнала, подводимого к первичной обмотке от микрофона (см. рис.).

Только вот радость от такой «находки» быстро растает при подсоединении электромеханического преобразователя электрического тока в звук — громкоговорителя: уровень его на выходе окажется ниже, чем на входе (перед микрофоном). Потому что даже идеальный (без внутренних потерь) трансформатор, увеличивая напряжение, во столько же раз уменьшает величину тока. Мощность же на выходе, равная произведению названных электрических параметров, остается неизменной. Кстати, ту же картину являет рычаг: рост силы на коротком плече сопровождается пропорциональным сокращением пути, на котором она действует, отчего работа (и мощность) не может возрасти.

Чтобы действительно усилить звук, нужно принципиально иное техническое решение: когда у слабого входного сигнала появляется-таки возможность управлять относительно большой мощностью, поступающей от вспомогательного источника электрической энергии. Одним из средств, позволяющих реализовать это на практике, является получивший ныне самое широкое распространение полупроводниковый прибор, именуемый транзистором. Вариант его включения показан на иллюстрации.

Переходы эмиттер-база и база-коллектор у транзистора подобны диодам. Причем эмиттерный переход включен в проводящем направлении, а коллекторный — в запирающем (т.е. его сопротивление постоянному току достаточно велико). Напряжение, поданное от источника электропитания через резистор R1 на базу, способно снизить сопротивление коллекторного перехода. И тогда в цепи коллектор-эмиттер начнет протекать ток. Да так, что даже незначительное приращение 1_Б вызывает сильное возрастание 1_н. Стало быть, если к базе транзистора подвести слабосильный сигнал от микрофона, в выходной цепи (на резисторе R3) возникнут мощные колебания, в точности повторяющие все нюансы того, что на входе.

Эффектное подтверждение сказанному автор встретил еще сорок лет назад, в экспериментах с первым отечественным транзистором серии П1Б, только что появившимся в продаже. Собранный на этом полупроводниковом приборе простейший однокаскадный усилитель (с «наушниками» на выходе) был подсоединен к детекторному приемнику с комнатной антенной, не обнаруживавшему ранее каких-либо «признаков жизни» из-за удаленности передающих станций от места приема. Каково же было изумление, когда при включении самодельной радиоустановки с «фитюлькой»-транзистором возник, словно из ничего, громкий и чистый звук!

Вообще-то на практике входной сигнал порой бывает настолько слаб, что усилительных способностей одного транзистора оказывается недостаточно. В таком случае необходимо последовательное наращивание усиления. Например, в многокаскадном усилителе. Однако если в каждом каскаде ограничиться транзистором с одними лишь названными выше резисторами в базовых и коллекторных цепях, усилитель будет работать недостаточно устойчиво, обнаруживая сильную зависимость как от параметров самих полупроводниковых приборов (к сожалению, имеющих зачастую большой разброс), так и от напряжения питания, влияния окружающей температуры. Вот и приходится для стабилизации режима работы в эмиттерную цепь транзисторов включать по резистору, а смещение на базу обеспечивать делителем напряжения (эти дополнительные цепи на иллюстрации показаны пунктиром).

В некоторых случаях R2 работает совместно с термистором — прибором, имеющим обратную зависимость сопротивления от температуры. Применяют также и стабилизацию напряжения питания посредством специальных диодов — стабилитронов. В результате этих и иных ухищрений многокаскадная схема обрастает большим количеством вспомогательных элементов, обслуживающих работу транзисторов-усилителей.

Для упрощения технологии изготовления электронных изделий и повышения их надежности в последние годы все более широкое применение находит агрегатирование ряда элементов, сообща выполняющих определенную функцию. Делается это зачастую в виде типовых конструкций — микросхем. В отличие от готового, например, усилителя в состав последних не включают радиоэлементы, которые несложно поставить рядом, подбирая их комбинацию в зависимости от требований к частотной характеристике, усилению и другим показателям конкретного изделия.

Ну а теперь, ознакомившись вкратце с тем, как возрастает сигнал и строится усилитель, вполне осознанно возьмемся за решение задачи, гипотетически предложенной уважаемому Архимеду, — создание электронного устройства усиления речи, называемого радиомегафоном. Без него трудно обойтись при проведении спортивных, общественных мероприятий, в аварийных ситуациях. Конечно же, устройство это должно быть полностью автономным и «вполне носимым».

Исходя из возможностей доступных нам источников питания, ограничимся приемлемой мощностью усилителя до 2 Вт. Такую мощность обеспечит использование готовой микросхемы К174 УН14, если на ее вход подать соответствующую «раскачку». Например, сигнал от каскадов предварительного усиления. Причем этот предусилитель легко собрать самим: на двух транзисторах (см. рис.).

Бросается в глаза, что в самом начале усилительного тракта на предлагаемой принципиальной электрической схеме (между микрофоном ВМ1 и предусилителем) стоит трансформатор Т1, аналогичный уже рассмотренному ранее и не получившему тогда одобрения. Но здесь — случай иной: повышающий трансформатор, имея достаточно высокое выходное сопротивление, служит только для согласования низкоомного микрофона со входом усилителя. К тому же, повышая напряжение подводимого сигнала, такой трансформатор работает подобно архимедову рычагу.

Транзисторы VT1 и VT2 непосредственно связаны по постоянному току, а их режим стабилизирован (за счет отрицательной обратной связи между эмиттерным резистором R5 и базой первого транзистора). И если по какой-то причине коллекторный ток VT2 попытается вырасти, то возросшее падение напряжения на R5 приоткроет дополнительно VT1, отчего напряжение на его коллекторе снизится (как и на связанной с ним базе VT2). В результате последний прикроется, ограничив ток практически до исходного уровня.

С нагрузки предусилителя — резистора R4 — сигнал поступает на вход микросхемы DA1. В ней «спрятаны» не только несколько каскадов усиления (в том числе мощный двухтактный — на выходе), но и защита от перегрузок, тепловая защита. Нагрузкой же служит динамическая головка ВА1.

Внешние цепи (с RC элементами), связывающие выход и вход микросхемы, задают частотную характеристику и устойчивый режим усиления. В итоге микросхема способна работать в довольно широком диапазоне питающих напряжений и сопротивлений нагрузки. И если последние будут, соответственно, находиться в пределах 9 В и 8 Ом, то выходная мощность составит около 1,3 Вт. А при 12-вольтовом питании и 4-омной нагрузке она возрастет уже до 4 Вт.

Все детали радиомегафона (за исключением микрофона, динамической головки и источника питания) собираются на монтажной плате, покрытой с одной стороны медной фольгой (см. илл.). Плата рассчитана на установку резисторов МЛТ-0,25, конденсаторов К50-5, КЛС и КТ.

Трансформатор — «выходник» от приемника «Селга-404». При отсутствии «настоящего» динамического микрофона можно взять излучающую динамическую головку практически от любого карманного приемника, лишь бы тот был мощностью 0,1 …0,25 Вт с сопротивлением звуковой катушки 8…10 Ом. А в качестве звукоизлучателя как нельзя лучше подойдет головка 2ГД35, имеющая сопротивление 4,5 Ом (или близкая к ней по параметрам). Батарею питания целесообразно составить из шести элементов 373. Но можно воспользоваться и 343-ми, либо взять аккумуляторы емкостью порядка 0,2 А • ч.

Следующий этап работы — изготовление корпуса радиомегафона. Самое простое — это склеить его из картона и хорошенько покрыть каким-нибудь водостойким лаком. Прочнее и долговечнее будет конструкция, в которой картонный каркас усилен стеклотканью на «эпоксидке». Основные размеры рупора применительно к звуковоспроизводящей головке указанного типа даны на иллюстрации.

Особое внимание следует уделить размещению и амортизации микрофона (чтобы не возникала акустическая обратная связь между ним и звукоизлучателем). Для этого микрофон помещается в гнездо, выложенное губчатой резиной и поролоном. Ну а что касается диффузоров головки и микрофона, то для защиты их от механических повреждений (а также — от попадания дождевых капель) устанавливается на некотором расстоянии от этих бумажных деталей тканевая сетка (можно — марлевая).

Конечно, заманчиво скомпоновать все узлы радиомегафона в едином блоке, используя, к примеру, рукоятку для размещения в ней не только платы с электронной начинкой, но и батареи электропитания. Только вот пользоваться таким устройством будет, увы, не так хорошо, как хотелось бы. Ведь «на весу» придется удерживать массу, которая через небольшое время покажется обременительной. Лучше, видимо, поместить источник электропитания с усилителем в отдельном футляре, носимом через плечо на ремне. А с рупором пусть их свяжет гибкий кабель удобной длины. Причем сам рупор можно снабдить карабином, пристегиваемым к ремню, когда радиомегафон не используется.

В заключение нельзя не сказать несколько слов о «мелочи», которая может оказаться весьма полезной при работе с радиомегафоном в темное время суток. Это — о лампочке накаливания EL1, включаемой кнопкой на корпусе рупора. Устройство само по себе действительно нехитрое, но позволит рассмотреть в темноте справочный текст, схему расположения объекта и т.п. Кроме того (если мощность EL1 близка к мощности усилителя), по свечению лампочки можно определить степень разряженности батареи и заранее позаботиться о резервном источнике электропитания.

П. ЮРЬЕВ