Zespół Szkół Zawodowych

im. kpt. Władysława Wysockiego

w Białymstoku

Technikum zawodowe

Specjalność: mechanika precyzyjna

Praca Dyplomowa

Temat: Wzmacniacze elektroakustyczne

Prace wykonali:

Paweł Chmielewski

Adrian Dudaryk

Piotr Karłuk

Praca pod kierunkiem:

Mgr Jarosława Raciborskiego

Białystok 2003r.

Spis Treści

1 Wstęp                                                                              3

2 Wzmacniacze                                                                 4

3 Przedwzmacniacze                                                      21

4 Klasy wzmacniaczy                                                     28

5 Parametry wzmacniaczy                                            37

6 Nasz wzmacniacz                                                        45

1 Wstęp

Wychodząc naprzeciw zapotrzebowaniu szkoły grupa uczniów naszej klasy podjęła się kompleksowego nagłośnienia auli.

              Nasza praca polegała na zakupie wzmacniacza mocy. Kupiliśmy go z myślą, że będzie on służył pomocą podczas organizowania na terenie naszej szkoły spotkań - tj. apele, przedstawienia, konferencje, także tych o nieco mniej oficjalnym charakterze. Myślimy, że nasz wzmacniacz znajdzie wiele zastosowań i przyczyni się do umilenia czasu spędzonego w szkole – zarówno uczniom, jak i kadrze nauczycielskiej.

              W dalszej części naszej pracy chcemy pokrótce zapoznać czytelników z informacjami na temat wzmacniaczy, zasady działania, i klasyfikacji na poszczególne grupy.

              W punkcie 6 naszej pracy przedstawimy opis naszego wzmacniacza.

2 Wzmacniacze

Pozornie proste urządzenie — za które uważa się powszechnie wzmacniacz akustyczny — ma tyle różnych własności, że nie­porozumienia na ten temat są częstym zjawiskiem. Postaramy się wyjaśnić niektóre z ważniejszych zagadnień praktycznych, rezygnując z opisu zasad działania i teorii wzmacniaczy oraz głębszego wnikania w problematykę konstrukcyjną, stanowiące osobny spory dział radiotechniki.

Omawiając wejścia i wyjścia wzmacniacza operuje się ciągle pojęciem napięcia: 3 mV, 150 mV, 30 V itd. Jak należy rozumieć te wartości, aby nie popełnić błędu?

Przebiegi odpowiadające audycji są bardzo złożone i niejedna­kowe. Aby znaleźć więc jednolite kryterium do ustalania war­tości napięć i prądów oraz przeprowadzania szeregu pomiarów, przyjęto za podstawę sinusoidalny prąd zmienny. Sinusoidalnie zmienne napięcia pomiarowe otrzymuje się z generatorów aku­stycznych. Stosunek amplitudy do wartości skutecznej dla takie­go napięcia wynosi jak wiadomo: 1/2=1,41. Wobec tego, jeżeli np. największe dopuszczalne napięcie na wyjściu wzmacniacza wynosi 100 V, to amplituda jest równa 141 V. To proste stwier­dzenie ma dużą wymowę praktyczną, oznacza ono bowiem, że amplituda dowolnych przebiegów nie powinna przekraczać tej wartości, jeżeli nie mają być one zniekształcone. Jest więc to wartość wyznaczająca „pułap napięciowy" wzmacniacza. Warto dodać, że moc na wyjściu wzmacniacza może być przy tym mniejsza lub większa od znamionowej, zależnie od kształtu prze­biegu zmiennego; przebieg składający się z wysokich rzadkich impulsów będzie miał podobnie jak i audycja znacznie mniejszą moc skuteczną od przebiegu sinusoidalnego, a przebieg prosto­kątny — moc większą.

Inną jest sprawą to, że wzmacniacz przeciążony energetycznie zacznie po pewnym czasie źle działać lub ulegać uszkodzeniom. Będzie to spowodowane obniżeniem się napięcia anodowego, nadmiernym rozgrzaniem się lamp stopnia końcowego, przegrze­waniem się transformatora w prostowniku itd. Po prostu kon­struktor budując wzmacniacz nie przewidywał pobierania w spo­sób długotrwały tak dużej mocy — większej od znamionowej. W praktyce budowy dużych wzmacniaczy o mocy kilku kilo-woltamperów jest jeszcze inaczej: moc długotrwałego obciążenia wzmacniacza przyjmuje się mniejszą od znamionowej tak, że wzmacniacz może być obciążony pełną mocą tylko np. 2 minuty. Daje to znaczne oszczędności, a nie pogarsza w niczym działania wzmacniacza, ponieważ najgłośniejsze dźwięki audycji nie trwają nigdy dłużej niż kilkadziesiąt sekund, a pomiary wzmacniacza przy pełnej mocy można wykonać w ciągu 1—2 min.

We wzmacniaczach o mocy kilkudziesięciu woltamperów takie oszczędności na ogół nie opłacają się, chociaż zdarza się, że firmy podają niekiedy dwie wartości mocy wzmacniacza: ciągłą oraz krótkotrwałą (skuteczną). Moc krótkotrwała oznacza w tym przy­padku możliwość odtwarzania większej mocy, np. 25 VA, zamiast 20 VA w ciągu krótkich okresów czasu największej głośności.

Jeżeli sprawa jest potraktowana technicznie uczciwie, a nie jako chwyt reklamowy, to koncepcja takiego rozwiązania jest następująca: stosuje się odpowiednio większej mocy tylko ele­menty krytyczne, których nawet krótkotrwałe przeciążenie spo­wodowałoby uszkodzenie; są nimi przede wszystkim lampy sto­pnia końcowego i lampa prostownicza, a więc elementy tanie. Natomiast oszczędza się na transformatorach, które znoszą dobrze pewne krótkotrwałe przeciążenia, oraz na wymiarach i kon­strukcji całości. Oczywiście warunki pracy poszczególnych stopni i elementów dobiera się starannie, biorąc pod uwagę prawidłowe zachowanie się wzmacniacza zarówno w przedziale mocy ciągłej, jak i przedziale największej mocy krótkotrwałej. Taką koncepcję konstrukcyjną można uznać za pożyteczną, jeżeli zmierza ona do podniesienia niewielkim kosztem walorów użytkowych wzmac­niacza.

Na rys. 1-a przedstawiony jest układ zastępczy wzmacniacza akustycznego obciążonego opornością Zob i sterowanego napię­ciem Uwe ze źródła o sile elektromotorycznej Eźr i oporności wewnętrznej Zźr. Źródło jest obciążone opornością wejściową wzmacniacza Zwe wytwarzając na wejściu napięcie Uwe. Oporność wewnętrzna wzmacniacza „widziana" od strony wyjścia (obciąże­nia) wzmacniacza jest równa Zwy, a napięcie na wyjściu — Uwy. Rozważymy ogólne powiązania występujące pomiędzy tymi wiel­kościami.

Wejście wzmacniacza powinno być przystosowane do źródła, w przeciwnym razie mogą wystąpić zupełnie niepożądane zja­wiska. Jeżeli np. oporność Zwe jest wielokrotnie mniejsza od oporności Zźr, to napięcie wejściowe Uwe będzie małe w porów­naniu do Eźr, a co gorsza może się jeszcze silnie zmieniać w za­leżności od częstotliwości, ponieważ zarówno Zwe, jak i Zźr mogą być opornościami pozornymi (utworzonymi z oporności składowych: czynnej, pojemnościowej i indukcyjnej). Drastycz­nym przykładem może być przyłączenie adaptera krystalicznego do wejścia transformatorowego o oporności np. 2000 Ω; coś tam będzie słychać, ale wystąpią bardzo duże zniekształcenia.

Wejście o dużej oporności, rzędu l MΩ, byłoby w zasadzie uniwersalne, gdyby nie pewne poważne mankamenty, które przemawiają za stosowaniem także wejść o średnich i małych opornościach. Wadą wejścia o dużej oporności jest wielka czułość na zakłócenia oraz powiększenie szumów własnych wzmacniacza. Nie jest możliwe także przyłączanie źródła za pomocą długiego kabla, ponieważ jego pojemność spowoduje osłabienie wysokich tonów (w przypadku, jeżeli źródło ma także znaczną oporność wewnętrzną), niezależnie od zakłóceń i ewentualnych sprzężeń, które mogą powstać przy przyłączeniu długiego kabla wprost do obwodu siatkowego wzmacniacza o dużej czułości. Z tych względów wejście o dużej oporności stosuje się wówczas, gdy jest to konieczne ze względów elektrycznych, a połączenia są krótkie. Jeżeli jest to tylko możliwe, zmniejsza się oporność wej­ścia do wartości rzędu 50—100 kΩ; może być przyłączony w tym celu dodatkowy opornik (rys. 1-b).

Układy podstawowe wzmacniacza

Rys.1-a. Główne wielkości charakteryzujące warunki robocze obciążonego na wyjściu wzmacniacza mocy.

Rys.1-b. Zmniejszenie oporności wejściowej przez przyłączenie dodatkowej oporności R.

Rys.1-c. Zastosowanie transformatora wejściowego Tr.

Rys.1-d. Zastosowanie dwukrotnego transformatora za pomocą transformatorów Tr1 i Tr2.

Rys.1-e. Oddzielenie źródła pojemnością C.

Rys.1-f. Zmniejszenie napięcia otrzymanego ze źródła za pomocą dzielnika oporowego (R1 i R2).

Rys.1-g. Zastosowanie korektora RC (przykład).

Rys.1-h. Zastosowanie dodatkowego wzmacniacza.

Eźr – siła elektromotoryczna źródła.

Zźr – oporność wewnętrzna źródła.

Uwe – napięcie wejściowe.

Iwe – prąd wejściowy.

Zwe – oporność wejścia wzmacniacza.

Zwy – oporność wewnętrzna (wyjściowa) wzmacniacza.

Uwy – napięcie wyjściowe wzmacniacza

Iwy – prąd wyjściowy wzmacniacza

Zob – oporność obciążenia

2

Inna sytuacja występuje przy źródle o bardzo małej opor­ności wewnętrznej Zźr, jak np. adapterze dynamicznym z ru­chomą cewką i mikrofonie dynamicznym. Siła elektromotoryczna występująca na końcach cewki drgającej jest bardzo mała, rzędu 0,01—0,5 mV, i trzeba by stosować niezwykle czułe wzmacniacze, aby wysterować je bezpośrednio napięciem o tak małej wartości. Tymczasem źródło takie pracując prawie bezprądowo na dużą oporność byłoby źle wykorzystane pod względem mocy, którą może oddać.

Jeżeli zastosować transformator (rys. 1-c) podnoszący napięcie źródła, to zagadnienie będzie rozwiązane, przy czym po stronie pierwotnej występują wówczas bardzo małe oporności, a więc nie będą groźne ani zakłócenia z pól zewnętrznych, ani szkodliwe pojemności kabla. Możliwe staje się stosowanie długich doprowa­dzeń przewodowych.

W praktyce przy źródłach o bardzo małej oporności (1—30 Ω) i dłuższych połączeniach stosuje się dwukrotne transformowanie (rys. 1-d), pierwsze — w celu przejścia na oporność 200—500 Ω, bardzo wygodną z punktu widzenia długich połączeń za pomocą kabla (pojemności nie grają jeszcze większej roli, a przewody nie muszą być zbyt grube), a następne — w celu podwyższenia napięcia do racjonalnie dużej wartości). Przy małej odległości stosuje...