Рудольф Сворень - Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы

рис. 68, 12

Расчет выходного трансформатора для радиоузла производится так же, как и расчет обычного выходного трансформатора, к которому подключаются два разных громкоговорителя (рис. 74). Роль одного из них будет играть рупор или звуковая колонка, роль другого — все абонентские громкоговорители.

Общее сопротивление абонентской цепи вычисляют, исходя из того, что сопротивление каждого громкоговорителя равно 8 ком. Строго говоря (рис. 30, 8, г), это сопротивление составляет 9 ком (напряжение 30 в, мощность 0,1 вт), но мы считаем, что нагрузка несколько больше, и таким образом учитываем потери. Если применяются громкоговорители мощностью 0,25 вт, то сопротивление каждого из них составляет 3 ком. Нетрудно подсчитать сопротивление и для линейного напряжения 15 в. Чтобы подсчитать входное сопротивление всей линии, а именно оно и служит нагрузкой выходного каскада, нужно сопротивление одного громкоговорителя разделить на общее их число. Это обычный прием для вычисления общего сопротивления одинаковых элементов, соединенных параллельно. Так, например, 20 громкоговорителей мощностью 0,1 вт (сопротивление 8 ком) следует рассматривать как нагрузку с сопротивлением 400 ом, потребляющую мощность немногим более 2 вт.

Сопротивление десятиваттного рупорного громкоговорителя при напряжении 240 в составляет 5,8 ком, при напряжении 120 в— 1,45 ком и, наконец, при 30 в — 90 ом.

В случае когда к радиоузлу подключаются и рупор, и абонентские громкоговорители, выходной трансформатор удобно рассчитывать следующим упрощенным способом.

Сначала нужно проверить, хватит ли мощности усилителя на то, чтобы «прокормить» всех своих потребителей. При нехватке выходной мощности громкоговорители будут работать тише, чем в нормальных условиях. Избыток мощности также нежелателен, так как в этом случае сопротивление анодной нагрузки будет отличаться от оптимального, и в результате несколько повысятся искажения.

Проверив мощность, можно подсчитать примерную величину номинального переменного напряжения UI на первичной обмотке выходного трансформатора.

Для однотактной схемы оно составляет 60 % от постоянного (UI ~= 0,6Uа0), а для двухтактной схемы на 20 % больше постоянного (UI ~= 1,2Uа0). Откуда взялись эти цифры?

Уже говорилось (рис. 53, 2), что коэффициент использования анодного напряжения не может быть больше единицы. Для выходных каскадов усилителей НЧ этот коэффициент обычно составляет 0,9, то есть можно считать, что переменное напряжение на аноде составляет 90 % от постоянного. Но ведь здесь речь идет об амплитуде переменного напряжения — именно она входит в определение коэффициента. Чтобы получить эффективное значение, нужно амплитуду умножить на 0,7 (рис. 30, 9, г). В итоге и получается, что эффективное переменное напряжение на первичной обмотке выходного трансформатора равно 0,6 от постоянного напряжения Uа0 на аноде (0,9·0,7 ~= 0,6). Это для однотактной схемы, а для двухтактной переменное напряжение вдвое больше (0,6·2 = 1,2).

Если известно переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора UI, то нетрудно подсчитать, каким должен быть коэффициент трансформации n, чтобы получить то или иное напряжение на вторичной обмотке (или вторичных обмотках).

Пример. На двухтактный выходной каскад подается постоянное анодное напряжение 250 в; первичная обмотка выходного трансформатора содержит 2000 витков (с отводом от середины). Находим: эффективное переменное напряжение на первичной обмотке UI = 1,26; Uа0 = 300 в; обмотка абонентской линии (30 в) должна иметь 200 витков (коэффициент трансформации n = 0,1), а обмотка рупорного громкоговорителя на 120 в — 800 витков (n = 0,4).

Проверку расчета можно произвести так: по полученным данным выходного трансформатора пересчитать все сопротивления нагрузки в первичную цепь и посмотреть, насколько полученная величина соответствует оптимальному сопротивлению анодной нагрузки для выбранного режима (табл. 13).

Так, если считать, что в предыдущем примере к выходному трансформатору подключается 20 абонентских громкоговорителей по 0,1 вт (UII = 30 в; Rн(II)общ = 400 ом) и «колокольчик» (UIII = 120 в; Rн(III) = 1450 ом), то получится, что общая потребляемая мощность составит 12 вт, а общее сопротивление анодной нагрузки 7,5 ком. Эта цифра получена следующим образом. Сначала мы нашли каждое из сопротивлений, пересчитанных в первичную цепь: Ra(II) = 400 ом: (0,1) 2 = 40 ком; Ra(III) = 1450 ом: (0,4)2 ~= 9 ком. Затем было найдено общее сопротивление в цепи первичной обмотки, исходя из того, что все элементы нагрузки нужно рассматривать как параллельно соединенные сопротивления (рис. 30, 7, г).

Несмотря на то что предложенный путь расчета дает весьма приближенные результаты, им можно пользоваться на практике, особенно тогда, когда есть готовый выходной трансформатор и нужно проверить или пересчитать его вторичную обмотку.

Усилитель, выходные трансформаторы, блок питания радиоузла выбираются из расчета его полной нагрузки — подключения всех потребителей. Однако в реальном случае сопротивление нагрузки радиоузла может резко меняться. Как только из сети выключится несколько громкоговорителей, общее сопротивление немного возрастет. Особенно резко будет меняться сопротивление нагрузки при включении или выключении главного потребителя энергии — звуковой колонки или рупорного громкоговорителя. При этом заметно изменится выходное напряжение и громкость звучания громкоговорителей у оставшихся радиоточек. Кроме того, изменится режим выходных ламп, а из-за этого могут возрасти искажения. В некоторых случаях изменение нагрузки может резко ухудшить тепловой режим ламп. Так, например, при полном отключении нагрузки мощность потерь на аноде будет равна всей потребляемой от выпрямителя мощности. В результате аноды могут сильно раскалиться и лампы выйдут из строя.

(Внимание редактора радиогазеты! Вот к чему могут привести неинтересные передачи!) Поэтому усилитель, особенно мощный, нельзя оставлять без нагрузки, а при налаживании следует включать некоторый ее эквивалент.

Кстати говоря, мы уже встречались с неприятными последствиями изменения сопротивления нагрузки — ведь сопротивление любого электродинамического громкоговорителя меняется с частотой (рис. 14, 4). Было отмечено, что хорошим «лекарством» в этом случае является отрицательная обратная связь, она как бы стабилизирует режим усилительного каскада, ослабляет вредное влияние изменяющейся нагрузки.

Сейчас мы с вами рассмотрим конкретную схему простого школьного радиоузла (рис. 45). Одна из главных задач, которая ставилась при разработке этой радиолюбительской конструкции, состояла в том, чтобы максимально использовать детали, имеющиеся в продаже. Прежде всего это касалось силовых и выходных трансформаторов, для изготовления которых любителю не всегда легко найти нужные трансформаторные пластины и намоточный провод.

Из многих типов силовых трансформаторов, как правило, легче всего достать трансформаторы от радиоприемников первого или второго класса, таких, как «Дружба», «Байкал», «Октава» и др. Эти трансформаторы могут обеспечить мощность выпрямленного тока 10–20 вт, и поэтому с их помощью можно питать усилитель с выходной мощностью 3—12 вт. Нужно сказать, что для школьного радиоузла такой мощности может и не хватить. Так, в частности, даже такая небольшая нагрузка, как 20 радиоточек, установленных в классах, и один «колокольчик», вывешенный у входа в школу, уже требует 12–15 вт. А что делать, если понадобится установить в школьном зале еще две-три звуковые колонки или радиофицировать спортивную площадку? Здесь может понадобиться усилитель с выходной мощностью 20, а то и все 50 вт. Но как совместить требование большой мощности с возможностью использовать только маломощные силовые трансформаторы?

Одним из возможных решений задачи является блочная схема, которая и была выбрана для нашего радиоузла.

В радиоузле имеются два усилительных блока: однотактный усилитель мощностью 5 вт, который мы в дальнейшем будем называть «блок 5У», и двухтактный десятиваттный усилитель — «блок 10У». Первый рассчитан на подключение 20 громкоговорителей, второй — на десятиваттный рупор. Без особых изменении схемы мощность блока 10У может быть повышена до 15 и даже до 20 вт. Для каждого усилительного блока есть свой выпрямитель сравнительно небольшой мощности: для блока 5У — выпрямитель 5В, для блока 10У — выпрямитель 10В. Каждый имеет свой выключатель сети, и поэтому блок 10У можно выключить, не выключая 5У.