книги из ГПНТБ / Козырев А.В. Конструирование любительских магнитофонов

В бытовых магнитофонах применяют также и ряд других мер для снижения уровня фона. К числу их относится заземление средней точ­ ки накальной обмотки силового трансформатора или включение параллельно ей потенциометра, имеющего сопротивление примерно 100 Ом. Движок потенциометра соединяют с общим проводом (шас­

зультаты получаются, если на обмотку накала ламп подать небольшой положительный потенциал порядка 10—40 В. Это осуществляется с

помощью потенциометра, включенного в цепь источника анодного на­ пряжения (рис. 100, в).

Положение движка потенциометра R2 подбирают, как и в преды­ дущем случае, по минимуму фона. Наименьшей чувствительностью к пульсации накального тока обладает пентод 6Ж32П. Цепь накала этой лампы можно питать непосредственно переменным током по схеме рис. 100, б.

Рассмотрим способы борьбы с фоном, обусловленным магнитными

иэлектрическими наводками. Источниками магнитных наводок в маг­ нитофонах являются электродвигатели, реле, электромагниты, остекло­ ванные (проволочные) резисторы, а также трансформатор питания и дроссель фильтра выпрямителя. При размещении усилителя воспро­ изведения -в магнитофоне нужно стремиться, чтобы его входные цепи

ипервый каскад усилителя воспроизведения были меньше подвержены влиянию магнитных полей этих источников.

Чтобы ослабить воздействие помех на сеточный провод, его нельзя делать одиночным, а надо свить с проводом нулевого потенциала и поместить в металлическую оплетку, соединенную с общим проводом (корпусом), и так вести к входному разъему или входному трансформа­ тору. При этом э. д. с , наводимые полем помех в каждом|проводе, будут одинаковыми и скомпенсируют друг друга. Если усилитель воспроиз­ ведения имеет входной трансформатор, его следует поместить в двойной или даже тройной экран из пермаллоя с зазорами между отдельными экранами. Чем меньше габариты входного трансформатора, тем легче его экранировать.

160

Причины электрических наводок — паразитные емкости монтажа. В этом отношении опасны провода от трансформатора питания (особен­ но повышающей обмотки), сетевой шнур, провода питания электродви­ гателя и т. п. Даже сравнительно небольшой емкости между этими проводами и проводами первого каскада усилителя магнитофона до­ статочно, чтобы возникло заметное увеличение фона на выходе уси­ лителя.

Для борьбы с фоном от электрических наводок применяют электро­ статическую экранировку наиболее чувствительных участков монтажа. В качестве экрана используют металлы с большой проводимостью, на­ пример медь.

Собственный шум транзистора в транзисторных усилителях зави­ сит не только от его типа, но и от сопротивления в цепи базы и от ре­ жима работы. Собственный шум транзистора уменьшается с уменьше­ нием сопротивления в цепи базы, эмиттерного тока / э и коллекторного напряжения UK. Однако при уменьшении / э и UK падает коэффициент усиления по току а, что приводит к увеличению шумов транзистора. Таким образом, режим транзистора первого каскада усилителя вос­ произведения приходится выбирать компромиссным путем. Наимень­ ший уровень собственных шумов у маломощных транзисторов получае­ тся при напряжении на коллекторе UK = 0,5 2 В и токе эмиттера 0,1 -f- 0,5 мА. При этом оптимальная величина сопротивления в цепи базы составляет в среднем порядка 1 кОм.

В таком режиме напряжение собственных шумов, приведенное ко входу усилителя для транзисторов типа П13Б, МП39Б, П27А, П28, а также КТ312Б и ГТ322 получается сравнительно небольшим, что поз­ воляет создавать усилители воспроизведения, не уступающие по ка­ честву ламповым схемам.

Оценивать собственные шумы входного транзистора в любительских условиях можно по величине шума на выходе усилителя воспроиз­ ведения. Чем ниже выходной шум при неизменном коэффициенте уси­ ления усилителя, тем лучше транзистор.

Важное преимущество транзисторов перед электронными лампами состоит в том, что вследствие жесткости и миниатюрности конструкции микрофонный эффект в транзисторах отсутствует. Фон, вызванный электрическими и магнитными наводками, а также пульсацией источ­ ника питания оказывается гораздо слабее, чем в ламповых усилителях. Это объясняется тем, что малые габариты деталей транзисторных устройств облегчают их экранировку. Кроме того, низкое напряжение питания позволяет использовать для фильтрации малогабаритные кон­ денсаторы большой емкости и транзисторные фильтры.

Входные цепи

Источник сигнала усилителя воспроизведения — воспроизводя­ щая головка. Поскольку э. д. с. воспроизводящей головки мала, важ­ ная задача при конструировании усилителя воспроизведения заключае-

тся в получении достаточно высокого отношения сигнал/помеха, ко­ торое определяет динамический диапазон воспроизводимых сигналов. Повысить отношение сигнал/помеха можно либо увеличением уровня полезного сигнала на входе усилителя, либо уменьшением собственных помех усилителя, которые в основном определяются входным каскадом.

Рассмотрим пути увеличения полезного сигнала в ламповом усили­ теле воспроизведения. Известно, что э. д. с. воспроизводящей головки при прочих равных условиях пропорциональна числу витков обмотки. Однако при увеличении числа витков обмотки возрастает индуктив­ ность головки, что приводит к увеличению шумов лампы из-за дробового

ти головки может возникнуть в пределах рабочего диапазона частот резонанс напряжений между индуктивностью головки и ее собственной емкостью или емкостью соединительного кабеля и входной емкос­ тью первого каскада.

Второе обстоятельство при выборе индуктивности головки имеет решающее значение. Резонанс во входной цепи стараются расположить за пределами рабочего диапазона частот или, в крайнем случае, на высшей рабочей частоте, поскольку на частотах выше резонансной отдача головки резко падает.

Таким образом, увеличить полезный сигнал на входе усилителя можно, используя воспроизводящую головку с обмоткой, имеющей сравнительно большое число витков. Такие головки называются высокоомными. Схемы входных цепей с непосредственным подключением высокоомной воспроизводящей головки к сетке лампы первого каскада благодаря своей простоте находят применение в бытовых магнитофонах.

В магнитофонах, работающих при низких скоростях движения лен­ ты, возникает значительный спад частотной характеристики в области высоких частот. Резонансная схема включения воспроизводящей го­ ловки может существенно повысить входной сигнал на этих частотах

162

Сг — собственная емкость головки с учетом входной емкости пер­ вого каскада, пФ.

Емкость Сг обычно бывает порядка 100 пФ.

Конденсатор Ср разделительный. Он предотвращает намагничива­ ние головки сеточным током лампы. Яс — резистор в цепи сетки. Его сопротивление должно быть в 5 -г- 10 раз больше резонансного сопро­ тивления цепи головки.

Низкоомные воспроизводящие головки подключаются к первому каскаду лампового усилителя через повышающий трансформатор. Пре­

ки от усилителя, так как из-за малой индуктивности головки резонанс­ ная частота входной цепи будет всегда лежать за пределами рабочего диапазона частот. Симметричность входа при такой схеме делает соеди­ нительный кабель менее чувствительным к электрическим наводкам. Недостаток трансформаторной схемы включения воспроизводящей го­ ловки — усложнение конструкции. Трансформатор приходится тща­

Высокочастотные шумы в трансформаторной схеме получаются, как правило, выше, чем в бестрансформаторной. К термическим шумам обмотки головки добавляются шумы обмоток трансформатора. Выход­ ное сопротивление трансформатора обычно значительно больше, чем сопротивление высокоомной воспроизводящей головки (особенно на средних частотах), поэтому шум за счет дробового эффекта тока сетки лампы первого каскада также получается большим.

Перечисленные недостатки ограничивают применение трансформа­ торной схемы включения воспроизводящей головки в бытовых лампо­ вых магнитофонах.

Остановимся на применении так называемого «каскадного уси­ лителя» в первом каскаде усилителя воспроизведения, позволяющего получить при прочих равных условиях выигрыш в отношении сиг­

обеими лампами, поступает через конденсатор СЗ на следующий кас­ кад усилителя.

По своим усилительным свойствам каскодный усилитель близок к усилителю на пентоде. Его коэффициент усиления значительно больше и. одного триода, а входная емкость — меньше. Важное досто­ инство каскодного усилителя в том, что шумы, обусловленные дробо­ вым эффектом анодного тока и эффектом мерцания, у него меньше на 2 ~ 3 дБ, чем у усилителя на пентоде, имеющего такое же усиление.

При проектировании входной цепи транзисторного усилителя вос­ произведения сталкиваются с аналогичной задачей выбора индуктив­

КЧ15к

Эл-У | СЗ

ХГ50,0х6В

б

Рис. 103

ности головки и схемы первого каскада, обеспечивающих наибольшее отношение сигнал/помеха. Выше указывалось, что в транзисторных усилителях по сравнению с ламповыми уровень фона незначителен и можно говорить об отношении сигнал/шум, а не сигнал/помеха.

Величина индуктивности воспроизводящей головки в транзистор­ ном усилителе также ограничена возможностью возникновения резо­ нанса в пределах рабочего диапазона частот. Однако максимальная индуктивность не получается оптимальной с точки зрения отношения сигнал/шум. Объясняется это тем, что в транзисторе в отличие от электронной лампы собственный шум в большей степени зависит от сопротивления входного источника, т. е. от индуктивности воспроиз­ водящей головки. Для каждого типа транзистора при определенном режиме его работы существует оптимальное значение индуктивности, обеспечивающее наибольшее отношение сигнал/шум. Расчеты и экс­ периментальная проверка показывают, что оптимальная индуктивность получается сравнительно небольшой, что позволяет обойтись без по­ вышающего трансформатора. В усилителях воспроизведения на тран­ зисторах рекомендуется применять воспроизводящие головки с ин­ дуктивностью порядка 50 — 100 мГ.

Рассмотрим несколько распространенных схем первого каскада транзисторного усилителя воспроизведения.

Схема каскада с общим эмиттером, изображенная на рис. 103, а, хотя и используется в бытовых магнитофонах, имеет ряд недостатков.

164

Из-за действия параллельной отрицательной обратной связи (рези­ стор R1) такой каскад имеет сравнительно малое входное сопротивле­ ние. Температурная стабильность каскада также невелика.

Усилитель по схеме рис. 103, б в отличие от предыдущего имеет большее входное сопротивление и лучшую температурную стабилиза­

отрицательную обратную связь по току и служит для согласования

Рис. 104

входного сопротивления каскада с воспроизводящей головкой. Чем больше индуктивность головки L T , тем больше должно быть сопротив­ ление резистора R4.

температурной стабилизации. При выборе сопротивлений резисторов R1 и R2, образующих делитель в цепи базы транзистора, следует иметь в виду, что эффективность температурной стабилизации будет тем выше, чем больший ток протекает через него. Из этих соображений сопротив­ ления резисторов делителя должны быть возможно меньшими. Однако это вызовет увеличение расхода мощности от источника питания и сни­ зит входное сопротивление каскада. Поэтому схему, данную на рис. 103, б, можно использовать только при низкоомных головках, которые во избежание намагничивания постоянным током подключают к базе транзистора через разделительный конденсатор С/. Использование в любительских конструкциях высокоомных головок от ламповых бы­ товых магнитофонов заставляет применять в транзисторных усилителях специальные согласующие каскады, имеющие высокое входное со­ противление. В качестве такого каскада можно использовать эмиттерный повторитель (рис. 104, а).

Из формулы видно, что входное сопротивление получается тем боль­ ше, чем больше сопротивление нагрузки RH в цепи эмиттера и коэффи­ циент усиления по току а. Однако величина входного сопротивления

165

простого эмиттериого повторителя ограничивается шунтирующим дей­ ствием делителя в цепи базы. Для обеспечения температурной стабиль­ ности каскада его сопротивление обычно не должно превышать несколь­ ких десятков килоом. В связи с этим интересна схема эмиттерного по­ вторителя со следящей связью в цепи базы, приведенная на рис. 104, б.

Схема позволяет повысить сопротивление базового делителя по пе­ ременному току до такой величины, что он практически не оказывает влияния на входное сопротивление каскада. При этом сопротивление делителя по постоянному току может быть достаточно малым, обеспе­ CZb-0 чивая высокую температурную стабиль­ ность каскада. Резистор R3 выбирают сравнительно низкоомным (десятки ки­ лоом), чтобы обеспечить необходимый ток базы. По отношению к переменному току его величина искусственно повышается

Следует, однако, отметить, что применение высокоомной воспроиз­ водящей головки с эмиттерным повторителем дает более высокий уро­ вень шумов и требует поэтому тщательного подбора транзисторов.

В ряде бытовых и любительских магнитофонов применяются каска­ ды с непосредственной связью по постоянному току (рис. 105.) Стабили­ зация режима первого каскада достигается за счет отрицательной об­ ратной связи, напряжение которой подается на базу транзистора 77 из эмиттерной цепи второго каскада. Если в этом случае при увеличе­ нии температуры ток через транзистор 77 увеличится, то напряжение

Достоинство схемы — хорошая передача низких частот вследствие отсутствия разделительного конденсатора. Применение двух непосред­ ственно связанных транзисторов позволяет лучше согласовать головку со входом такого каскада, поскольку он имеет достаточно высокое вход­ ное сопротивление.

.166

Частотная коррекция

Одна из отличительных особенностей усилителей для магнитной звукозаписи заключается в том, что они должны иметь опреде­ ленную форму частотной характеристики. Это обусловливается физическими процессами записи и воспроизведения, а также специфи­ ческими искажениями, возникающими в процессе магнитной звукозапи­ си. Основные источники частотных искажений — магнитные головки, ферромагнитная лента и усилители. Устранить эти искажения можно их взаимной компенсацией. Для этого определяют искажения, вноси­

Для одной и той же частоты искажения будут тем меньше, чем больше скорость движения ленты, потому что при данной ширине рабочего за­ зора головки с увеличением скорости движения ленты растет и длина волны записанного колебания. Следовательно, увеличение скорости движения ленты позволяет расширить полосу записываемых частот.

На высоких частотах увеличиваются магнитные потери в головке за счет вихревых токов. Перекос рабочего зазора воспроизводящей го­ ловки также может явиться причиной частотных искажений. Этот дефект стараются свести к минимуму правильной установкой воспроиз­ водящей головки, чтобы ее рабочий зазор был строго параллелен ра­ бочему зазору записывающей головки и перпендикулярен направлению движения ленты.

Таким образом, э. д. с. воспроизводящей головки при воспроизве­ дении записи, сделанной с постоянным остаточным магнитным потоком, сначала возрастает прямо пропорционально частоте, а затем, в области высоких частот, уменьшается (рис. 106).

Частотная характеристика ленты зависит от ее магнитных свойств, толщины, однородности частиц, качества поверхности рабочего слоя и от режима подмагничивания. Так, например, если подмагничивание выбрано оптимальным при большой длине волны сигнала, то увели­ чение толщины рабочего слоя ленты повышает чувствительность на низких частотах и практически не изменяет ее в области высоких ча­ стот, т. е. частотная характеристика ухудшается. Перпендикулярная составляющая поля высокочастотного подмагничивания, которая осо­ бенно снижает остаточную намагниченность в поверхностном слое лен-

167

ты, наиболее важном для высоких частот, также ухудшает частотную характеристику.

Источником частотных искажений может быть и ЛПМ магнитофона.

фических особенностей магнитного способа записи и воспроизведения, позволяет получить суммарную частотную характе­ ристику магнитной записи (кривая / на рис. 107).

Такая характеристика получается при постоян­ ной амплитуде тока в обмотке записывающей голов­ ки и при линейной частотной характеристике уси­ лителя воспроизведения. Очевидно, что для получения равномерного усиления в широком диапазоне

* частот (линия / / ) , частотная характеристика усили- Рис. 107 теля воспроизведения (кривая / / / ) должна быть зер­

кальным отображением кривой /.

Таким образом, для получения неискаженного воспроизведения записанных сигналов в рабочем диапазоне частот, необходима компен­ сация частотных искажений, возникающих в процессе магнитной зву­ козаписи. Компенсация частотных искажений осуществляется путем создания частотных предыскажений в канале записи и с помощью схем частотной коррекции в канале воспроизведения. Полная компенсация частотных искажений только в усилителе записи не применяется, так

сигнала на средних частотах, то пропорционально уменьшится дина­ мический диапазон записи.

Применение полной коррекции только в усилителе воспроизведе­ ния также невыгодно, но уже в отношении высших частот. Большой относительный подъем высших частот приводит к увеличению про­ слушиваемого шума усилителя при воспроизведении и, следовательно, вызывает сужение динамического диапазона. Компенсация частотных искажений распределяется в магнитофонах вполне определенным об­ разом между каналами записи и воспроизведения. При этом, чтобы обеспечить возможность обмена фонограммами, записанными при од­ ной скорости, но на разных магнитофонах, частотная характеристика канала воспроизведения строго нормируется, а характеристика канала записи подбирается таким образом, чтобы при измерении в сквозном канале равномерность частотной характеристики соответствовала бы требованиям ГОСТа для соответствующего класса магнитофонов.

Рассмотрим способ нормирования частотной характеристики канала воспроизведения и ее форму. Канал воспроизведения включает в себя воспроизводящую головку и усилитель воспроизведения. Частотная характеристика реальной головки измеряется значительно сложнее, чем частотная характеристика усилителя воспроизведения. Поэтому

168

для стандартизации частотной характеристики вводят понятие «иде­ альной» воспроизводящей головки, не имеющей щелевых искажений и потерь на вихревые токи.

Электродвижущая сила, вырабатываемая такой головкой при вос­ произведении записи с постоянным остаточным магнитным потоком, прямо пропорциональна частоте. Частотная характеристика «идеаль­ ной» воспроизводящей головки имеет вид прямой линии, проходящей через начало координат с крутизной 6 дБ на октаву (рис. 106, линия 2). Иными словами, э. д. с. «идеальной» воспроизводящей головки увеличи­ вается вдвое при двукратном изменении частоты. Вводят также поня­

ной характеристики остаточного магнитного потока фонограммы, кото­

Частотная характеристика реального канала воспроизведения, составленного из обычной воспроизводящей головки и усилителя с характеристикой, приведенной на рис. 108, очевидно, будет отличать­ ся от характеристики стандартного канала настолько, насколько ха­ рактеристика реальной головки отличается от «идеальной». Если ка­ ким-либо способом узнать эту разницу, то ее можно скомпенсировать в усилителе, отклонившись от характеристики рис. 108 на соответству­ ющую величину. При этом реальный канал воспроизведения не отли­ чался бы по своей частотной характеристике от стандартного. Поэтому используют измерительную сигналограмму или как ее называют из­ мерительную ленту (ЛИР) производства Государственного Дома радио­ вещания и звукозаписи. При создании измерительной ленты изготавли­ вают специальную воспроизводящую головку с частотной характерис­ тикой, близкой к «идеальной», и используют усилитель воспроизведения со стандартизованной характеристикой (для соответствующей скорости ленты).

На измерительную ленту записывают колебания рабочего диапазо­ на частот с таким уровнем, чтобы при воспроизведении их через стан­ дартный канал воспроизведения выходное напряжение на всех часто­ тах оставалось примерно одинаковым.

Если воспроизвести запись измерительной ленты через другой канал

169