Projekty AVT
Wzmacniacz
W
z
m
a
c
n
i
a
c
z
Wzmacniacz
W
z
m
a
c
n
i
a
c
z
prÄ…dowy
p
r
Ä…
d
o
w
y
prÄ…dowy
p
r
Ä…
d
o
w
y
2652
2
6
5
2
2652
2
6
5
2
do subwoofera
d
o
s
u
b
w
o
o
f
e
r
a
do subwoofera
d
o
s
u
b
w
o
o
f
e
r
a
Wielu melomanów posiada - z racji ogra- do fazy sygnału wejściowego oraz opóz
nie-
niczeń mieszkaniowych - niewielkie zesta- nia w związku z istnieniem rury bass-refle-
wy głośnikowe - tzw. monitory, dlatego ksowej. To wszystko powoduje, że odczuwa-
uzupełniają oni dolną część pasma aku- my bas jako rozmyty, rozlazły, dudniący,
stycznego subwooferem - kolumną odtwa- a mimo pozornie dużej dawki mocy ciągle
rzającą tylko najniższe częstotliwości. Ci brakuje tego solidnego, najniższego basu.
wszyscy, dla których muzyka jest w życiu
ważna, chcieliby słuchać basu takiego ja-
kim on jest naprawdÄ™, a nie buczenia i du-
dnienia. Z kolei, aby siÄ™ do tego stanu zbli-
żyć, potrzebny jest dobry system: filtr -
wzmacniacz - zestaw głośnikowy, którego Fot. 1 Zastosowanie dwóch jedna
cena przyprawia o ból głowy. Ja też lubię kowych głośników w układzie
posłuchać kontrabasu i perkusji, a szastać Rys. 1  tandemu
pieniędzmi nie powinienem; zrobiłem więc
pewne doświadczenie... Rys. 2 Charakterystyka głośnika
Idea
W  normalnym systemie subwoofera, Zróbmy taki eksperyment: zbadajmy kształt
według rysunku 1, mamy filtr dolnoprzepu- prądu płynącego przez głośniki. W tym celu
stowy i wzmacniacz zasilający głośnik umie- trzeba wstawić szeregowo z głośnikami nie-
szczony w obudowie. Ponieważ, jak pokazu- wielki rezystor, na którym spadek napięcia
je rysunek 2, charakterystyka głośnika opada świadczyć będzie o płynącym prądzie. Przy-
w stronę niższych częstotliwości już od ok. najmniej tak mówi prawo Ohma, a dlaczego
100Hz, stosuje się kilka różnych systemów mielibyśmy je kwestionować?
akustycznych, które służyć mają przesunięciu I tutaj ci, którzy dysponują oscyloskopem
możliwie nisko punktu załamania charaktery- Niektórzy ratują się w tym momencie 2-kanałowym, będą zadziwieni. W układzie
styki częstotliwościowej. Powszechnie stoso- podkręcaniem regulatora basu do maksi- z rysunku 1, tylko z dodanym opornikiem rzę-
wanym rozwiązaniem jest układ  bass-re- mum, ale to przeważnie tylko pogarsza spra- du 0,47&! między głośnikiem a masą, podaje-
flex , czyli odpowiednich wymiarów rura wę. Basu nie da się wymusić, jeśli nie ma go my na wejście sygnał sinusoidalny i oglądamy
promieniująca najniższe częstotliwości w fa- na płycie. Możemy starać się jedynie mniej przebieg napięcia na tymże rezystorze na tle si-
zie z membraną głośnika. W ten sposób tro- lub bardziej prawidłowo odtworzyć to, co zo- nusoidy wejściowej. Okazuje się, że w okolicy
chę sztucznie można wzmocnić częstotliwo- stało zapisane na krążku CD. odczuwanej jako niski bas, czyli powiedzmy
ści w okolicy 30-100Hz. Za to poniżej często- Z punktu widzenia poprawności odtwa- 20-60Hz, prąd płynący przez głośniki wcale
tliwości rezonansu mechanicznego głośnika rzania fazy lepsze jest rozwiązanie kolum- nie odzwierciedla sygnału podanego do wej-
w obudowie charakterystyka spada już  na ny subwoofera jako zamkniętej. W tym ścia wzmacniacza. Inne jest wszystko: ampli-
łeb, na szyję i właściwie nic się już nie da przypadku jednak mamy do czynienia tuda, faza i kształt! Pokazuje to fotografia 2.
z tym zrobić. Pokazuje to charakterystyka z charakterystyką częstotliwościową a na Głośnik to dość skomplikowany instru-
b na rysunku 2. Ponadto w okolicy częstotli- rysunku 2. Pewną poprawę daje zastosowa- ment i nie podejmuję się wytłumaczyć do
wości rezonansowej wzrasta wielokrotnie nie dwóch jednakowych głośników w ukła- końca zjawisk, które się tam pojawiają. Wy-
wartość impedancji cewki głośnika i w związ- dzie  tandemu , co pokazuje charakterysty- daje się jednak, że powinno nam bardziej za-
ku z tym maleje prąd płynący w cewce. ka c oraz fotografia 1. leżeć na jak najlepszym odwzorowaniu prądu
A mniejszy prąd - to mniejsze wychylenia Mamy więc w miarę mocny bas, kolumna w cewkach głośników. Bardziej niż na
membrany i mniejsze ciśnienie akustyczne. szybko reaguje na impuls (brak otworu), ale odwzorowaniu napięcia na ich zaciskach.
Aby uzmysłowić sobie, co się dzieje w tym w dalszym ciągu przydałoby się więcej naj- W końcu to prąd powoduje wychylenie
zakresie basu, trzeba jeszcze dodać zmiany niższego basu z zakresu 20-30Hz. I tu doszli- membrany, a nie samo istnienie napięcia na
fazy fali ciśnienia akustycznego w stosunku śmy do sedna sprawy. zaciskach cewki głośnika.
Elektronika dla Wszystkich
Listopad 2002
13
Projekty AVT
W całym tym eksperymencie chciałem aby spadek napięcia na rezystorze pomiaro- zmieniać elementów R i C w samym filtrze,
uzyskać właśnie to - aby odwzorowaniem na- wym był równy sygnałowi wejściowemu co bo przesuwamy charakterystykę b w pionie.
pięcia wejściowego wzmacniacza był prąd do amplitudy, fazy i kształtu, mimo wszelkich Na to samo by wyszło, gdybyśmy zmieniali
głośników, a nie napięcie na głośnikach. przeciwności ze strony głośnika i jego obudo- elementy RC i krzywa ta przesuwałaby się
wy, które chciałyby temu przeszkodzić. w poziomie. Można stosować tu wymyślne
W zależności od zasilania, jakie najwygo- filtry n-tego rzędu, ale uważam, że znacznie
dniej będzie użyć dla dodatkowego wzmacnia- ważniejszą sprawą na tym etapie jest uzyska-
cza, trzeba zaprojektować odpowiedni układ nie prądowego sterowania głośników.
rzeczywisty. Najbardziej prawidłowym wydaje
się symetryczne zasilanie napięciem ą15V. Po-
nieważ na początku użyłem do subwoofera sta-
rego wzmacniacza 50W firmy Braun z demo-
bilu, z jednym napięciem +65V i kondensato-
rem na wyjściu, musiałem nieco przekompo-
nować układ polaryzacji wejść, aby nie robić
Fot. 2 Prąd płynący przez głośniki dodatkowego symetrycznego zasilacza. Zo-
nie odzwierciedla sygnału stańmy jednak przy prostym i przejrzystym za-
podanego do wejścia wzmacniacza silaniu symetrycznym. Rzeczywisty układ bę-
dzie wyglądał jak na rysunku 4.
Dwa rezystory wejściowe (z obu kanałów Rys. 5
Opis układu stereo) i kondensator 330nF tworzą odpowie-
Zastosowałem zatem układ przedstawiony dni filtr górnozaporowy, którego charaktery- Wracajmy zatem do meritum. Po zbudo-
w postaci poglądowej na rysunku 3. stykę (rysunek 5 - b) dobrałem tak, że po zło- waniu układu z rysunku 4 możemy przystąpić
Sygnał wejściowy (z filtru dolnoprzepu- żeniu jej z opadającą w kierunku małych czę- do zbadania jego działania. Na wszelki wypa-
stowego) podany jest nie bezpośrednio na stotliwości charakterystyką akustyczną całej dek proponuję na początku podłączyć głośnik
wejście naszego klasycznego wzmacniacza reszty systemu subwoofera (rysunek 5 - a) usi- przez dodatkowy rezystor rzędu 33&!/5W.
mocy, tylko na wejście nieodwracające do- łuje ona zbliżyć ją do moich potrzeb. Jedno- Układ przy z
le dobranych parametrach lubi siÄ™
datkowego wzmacniacza operacyjnego. Do cześnie w kierunku wyższych częstotliwości wzbudzić na częstotliwości kilku herców, co
jego wejścia odwracającego doprowadziłem odcina ona wyższe partie basu i resztę pasma może się okazać zabójcze dla głośników.
sygnał będący spadkiem napięcia na dodatko- z nachyleniem 6dB/okt. - w zakresie gdzie Oczywiście ten rezystor powinien być włączo-
wym rezystorze połączonym szeregowo z gło- charakterystyka głośnika jest już płaska. Trze- ny między wyjście wzmacniacza a głośnik,
śnikiem (głośnikami). Rezystor ten wtrącony ba poświęcić trochę czasu, aby dobrze  zestro- aby jego wartość - dla pomiaru prądu - nie do-
został w obwód głośnika, aby można było na ić ten filtr z resztą systemu akustycznego, dawała się do rezystora pomiarowego 0,47&!.
bieżąco mierzyć jego prąd. Teraz dodatkowy czyli aby charakterystyka systemu subwoofe- Trzeba zwrócić dużą uwagę na stabilność
wzmacniacz musi wypracować taki sygnał, ra wspólnie z charakterystyką np. monitorów układu - należy zacząć od niewielkiego wzmoc-
zlewały się w jeden dz
więkowy obraz, że nienia dodatkowego wzmacniacza. Można ją re-
tak malowniczo to ujmę. A wspomniana gulować wartością rezystora R6. Małe wzmoc-
 reszta systemu to nie tylko wzmacniacz nienie daje gorsze parametry sygnału wyjścio-
i głośniki, to również pomieszczenie odsłu- wego, ale zapewnia bardziej stabilną pracę. Po-
chowe z całym jego wyposażeniem w firan- tem można zwiększyć wzmocnienie tego stop-
ki, dywaniki, meble itd. nia aż do granicy stabilności, po czym zmniej-
I jeszcze coś na temat filtru: ponieważ szyć je dla bezpieczeństwa o ok. 30%.
jego charakterystyka jest jednostajnie opa- Jak widać z fotografii 3, podczas pierw-
dająca w zakresie słyszalnych częstotliwo- szych prób i pomiarów zastosowałem montaż
ści (rysunek 5 - b), strojenie może polegać  wisząco-pajęczynowy , ale tak mnie intere-
wyłącznie na regulacji wzmocnienia sowały wyniki, że nie myślałem o estetyce.
Rys. 3 wzmacniacza operacyjnego za filtrem za Po dobraniu wzmocnienia możemy podać
pomocą potencjometru P. Nie potrzeba na wejście całego układu sinusoidę o częstotli-
Rys. 4 wościach w zakresie 10-100Hz i zaobserwo-
wać, jak na jej tle zachowuje się napięcie na
rezystorze 0,47&!. Satysfakcja gwarantowana!
Moim zamysłem było to, aby pozostawić
dotychczas używany wzmacniacz basowy
Fot. 3 Montaż  wisząco  pajęczynowy
Elektronika dla Wszystkich
Listopad 2002
14
Projekty AVT
bez żadnych zmian. Na schematach jest on Montaż i uruchomienie
obwiedziony przerywaną linią. Sprzężenie Po testach wykonałem nieco solidniejszy mon-
zwrotne (napięciowe) uwzględniłem w jego taż dodatkowych układów na płytce uniwer-
symbolu, bo ono prawie zawsze istnieje - salnej (fotografie 5 i 6) zamkniętej w małej
w takiej czy innej postaci. Nie musimy się obudowie z tworzywa sztucznego i podłączy-
jednak nim zajmować, bo traktujemy wzmac- łem do  prawdziwego wzmacniacza mocy.
niacz mocy jako odrębne, autonomiczne urzą-
dzenie, które wzmacnia swój sygnał wejścio-
wy. Wzmacnia i napięcie, i prąd, ale w taki
sposób, że jego napięcie wyjściowe odwzo-
rowuje kształt napięcia wejściowego. My zaś
- dla celów naszego doświadczenia - potrze-
bujemy, aby napięcie wejściowe odwzorowa-
ne było przez prąd wyjściowy, ponieważ
przypuszczamy, że tak będzie lepiej.
Ocenę właściwości tego układu pozosta-
wiam Czytelnikom, którzy na pewno zechcą to
sprawdzić. Ja w każdym razie nie wracam do Fot. 5 Montaż na płytce uniwersalnej
poprzedniego - klasycznego - układu. Według
mnie nareszcie mam niski bas, odtworzony Fot. 6
bardziej precyzyjnie, bez niekontrolowanych
 dodatków ze strony głośników i obudowy.
Warto sprawdzić, na ile obecne zasilanie
głośnika odbiega od poprzedniego. Zobacz-
my zatem kształt napięcia na głośniku przy
zmianach częstotliwości w okolicach rezo-
nansu głośnika.
Jak widać z fotografii 4a,b,c,d,e jest on
zdecydowanie inny niż sygnał wejściowy.
Jest inny, niż był w układzie  normalnym . Jak widać na fotografii 7, jest to wybitnej
I musi taki być, jeśli chcemy, aby kształt prą- urody i dobrej jakości piecyk firmy Mitsubi-
du w głośnikach pozostawał taki, jaki jest shi Electric. Duży rezystor 0,47&! umieści-
kształt napięcia zapisany na płycie. Krótko mówiąc: teraz nasz stary wzmacniacz jest łem we wnętrzu wzmacniacza mocy, aby nie
zmuszony do produkowania napięcia wyj- prowadzić dość długich przewodów głośni-
ściowego o takim kształcie, aby prąd w gło- kowych do dodatkowej obudowy.
śniku wyglądał tak, jak chce tego producent Prosty układ dodatkowy według rysunku
płyty. Uzyskane przebiegi przedstawione są 4 można zmontować na niewielkiej płytce
na oscylogramach - fotografia 4a,b,c,d,e. drukowanej, pokazanej na rysunku 6. Moż-
Na początek - dla sprawdzenia działania na w niej wykorzystać różnego typu wzmac-
samego układu sterowania prądowego, poda- niacze operacyjne, np. TL072, niekoniecz-
łem jednak sygnał (sinusoidę) za filtrem. Na nie typ podany na schemacie.
wszystkich zdjęciach sinusoida o stałej am- Ciąg dalszy na stronie 23.
plitudzie przedstawia sygnał zdjęty z oporni-
ka 0,47/5W w obwodzie głośnika, czyli jest Wykaz elementów
to kształt prądu, jaki płynie przez cewkę gło- R1,R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220k&!
R
1
,
R
2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2
2
0
k
&!
R3,R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1k&!
R
3
,
R
5
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
k
&!
śnika. Jego kształt, amplituda oraz faza są
R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100k&!
R
4
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
0
0
k
&!
stałe dla zakresu częstotliwości 10-100Hz,
R6,R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k&!
R
6
,
R
7
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
0
k
&!
R8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,22&!/5W
R
8
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
0
,
2
2
&!
/
5
W
tak samo jak w sygnale podanym na wejście
PR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22k&!
P
R
1
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2
2
k
&!
+ dodatkowego wzmacniacza operacyjnego
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330nF
C
1
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3
3
0
n
F
C2,C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF ceramiczny
C
2
,
C
3
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
0
0
n
F
c
e
r
a
m
i
c
z
n
y
(za filtrem dolnoprzepustowym na rysunku
C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47µF
C
4
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4
7
µ
F
4). Zmieniający się sygnał - to napięcie na
C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF
C
5
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
0
0
n
F
wyjściu wzmacniacza mocy. C6,C7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF ceramiczny
C
6
,
C
7
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
0
0
n
F
c
e
r
a
m
i
c
z
n
y
C8,C9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/25V
C
8
,
C
9
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
0
0
µ
F
/
2
5
V
Ustawienia oscyloskopu: Kanał 1: napię-
C10,C11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10µ/50V
C
1
0
,
C
1
1
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
0
µ
/
5
0
V
cie na rezystorze 0,47&!/5W; 0,2V/dz. Kanał
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4558
U
1
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4
5
5
8
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7815
U
2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
7
8
1
5
2: napięcie wyjściowe wzmacniacza mocy;
U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7915
U
3
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
7
9
1
5
Fot. 4 a, b, c, d, e 2V/dz. Podstawa czasu: 5ms/dz.
Kształt napięcia na głośniku Po tych pomiarach nastąpił kilkutygo-
Komplet podzespołów z płytką jest dostępny
przy zmianach częstotliwości dniowy okres słuchania muzyki w nowym
w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT-
okolicach rezonansu głośnika układzie subwoofera.
Elektronika dla Wszystkich
Listopad 2002
15
CiÄ…g dalszy ze strony 15. z praktykÄ… (chyba tylko pozornie, przez na- wiem dopiero jej wychylenia powodujÄ… zmiany
szą niekompletną wiedzę), tak jak np. ciśnienia akustycznego. Najlepiej byłoby, aby
Podsumowanie w przypadku anten telewizyjnych. fala akustyczna generowana przez głośnik była
Ciekaw jestem Waszych opinii na ten temat, Następnym etapem powinno być zbadanie pod względem amplitudy, fazy i w ogóle kształ-
zarówno teoretycznych, jak praktycznych. rzeczywistego ruchu membrany głośnika, bo- tu zgodna z napięciem wejściowym wzmacnia-
Bo teoria może się tu lekko  rozchodzić cza. Bywają do tego celu stosowane specjalne
Fot. 7 Piecyk firmy Mitsubishi Electric przetworniki przyklejane do membrany, np.
Rys. 6 Schemat montażowy optyczne, które badają rzeczywisty ruch mem-
brany i dają sygnał sprzężenia zwrotnego. Na
razie jednak wydaje mi się, że opisany w arty-
kule sposób przynosi już pozytywne efekty.
Stoi przede mnÄ… pokusa, aby do badania
wychyleń membrany użyć światła (może
wiązki podczerwieni albo światła laserowe-
go), ale zdaje się, że jest to zadanie nieco prze-
rastające możliwości domowego warsztatu.
Marek Klimczak
[e-mail]
Elektronika dla Wszystkich
Listopad 2002
23