Wzmacniacz do tuby
W artykule tym przedstawiamy konstrukcję wzmacniacza akustycznego przeznaczonego do współpracy z mikrofonem i tubą nagłaśniającą.
W niektórych przypadkach zachodzi konieczność nagłośnienia mowy (odczytywanych tekstów, komunikatów, itp.) w sytuacji gdy jedynym źródłem energii jest samochodowy akumulator 12 V, a o dostępie do sieci 230 V możemy tylko pomarzyć. W takich sytuacjach przychodzi z pomocą przedstawiony w tym artykule wzmacniacz współpracujący z tubą nagłaśniającą i dowolnym mikrofonem pojemnościowym (np. od radiostacji CB). Całość składa się z następujących bloków funkcjonalnych:
wzmacniacza mikrofonowego wykorzystującego ½ US2,
układu załączania sygnału akustycznego zbudowanego z KT1, L1, R14, i SW1,
układu przedwzmacniacza sterującego końcówką mocy, zbudowanego z ½ US2,
końcówki mocy US1 oddającej do obciążenia o impedancji 4Ω moc znamionową 20 W przy zasilaniu napięciem 12 V.
Opis układu
Sygnał z mikrofonu pojemnościowego jest doprowadzany do wejścia nieodwracającego wzmacniacza US2A zawartego w układzie US2. Wzmacniacz ten posiada w swej pętli sprzężenia zwrotnego elementy o nieliniowej charakterystyce w postaci diod detekcyjnych ostrzowych w celu przynajmniej częściowego wyeliminowania zależności poziomu sygnału wyjściowego od odległości mikrofonu od źródła. W konsekwencji sygnały słabe są wzmacniane bardziej niż silne pochodzące z niewielkiej odległości. Na wyjściu wzmacniacza znajduje się kondensator oddzielający składową stałą napięcia i potencjometr umożliwiający odpowiednią regulację poziomu sygnału wyjściowego. Dalej jest umieszczony niezwykle prosty układ załączania sygnału akustycznego w postaci przekaźnika wykonanego z kontaktronu KT1 i nawiniętego na nim uzwojenia L1. W momencie zamknięcia przycisku SW1 umieszczonego przy mikrofonie zaczyna płynąć prąd przez L1, a wytworzone w cewce pole magnetyczne zamyka styki kontaktronu, co powoduje podanie sygnału użytecznego na wejście przedwzmacniacza US2B. Wartość prądu płynącego przez L1 jest ograniczana przez rezystor R14 do wartości około 5mA. Dalej sygnał użyteczny jest wzmacniany w przedwzmacniaczu do wartości umożliwiającej prawidłowe wysterowanie końcówki mocy w układzie US1. Przedwzmacniacz posiada możliwość regulacji wzmocnienia za pośrednictwem rezystora nastawnego R9 umożliwiającego zmianę wzmocnienia układu od 1 do 23 (zakres regulacji od 0 dB do 27 dB) co daje możliwość ustawienia parametrów sygnału użytecznego w każdych warunkach eksploatacji układu. W dalszej kolejności sygnał jest podawany na potencjometr regulacji siły dźwięku R1. Ze ślizgacza R1 sygnał jest podawany na końcówkę mocy zawartą w układzie US1. Końcówka ta składa się z dwóch wzmacniaczy operacyjnych pracujących w pełnym układzie mostkowym (full bridge aplication) dzięki czemu istnieje możliwość uzyskania stosunkowo dużej mocy wyściowej (około 20 W mocy znamionowej oddawanej do obciążenia) przy stosunkowo niskim napięciu zasilającym 12 V. Na uwagę zasługuje pozornie dziwny dla większości wzmacniaczy operacyjnych sposób realizacji pętli sprzężeń zwrotnych obydwu wzmacniaczy układu US1. Wynika on stąd, że wejścia wzmacniaczy układu TDA2005 (podobnie jak TDA2004) są spolaryzowane stałoprądowo wewnątrz struktury układu i nie powinny być już podłączane do żadnych zewnętrznych układów rezystorowych, zmieniających optymalne, dobrane przez producenta punkty pracy całości. Rezystory R3, R4, R5, R6 tworzą zewnętrzne pętle sprzężeń zwrotnych końcówki mocy, kondensatory C5, C6, realizują sprzężenia typu bootstrap, natomiast kondensatory C1, C2, C3, C4, C9, oddzielają składowe stałe wewnętrznych dzielników napięcia zawartych w US1. Elementy R5, R7, C7, C8, zabezpieczają wzmacniacz przed wzbudzeniem się przy dołączonej indukcyjności obciążenia w postaci głośnika dynamicznego lub tuby głośnikowej. Rezystor R2 powinien mieć optymalną, zalecaną przez producenta układu wartość 120 kΩ, której nie należy zmieniać.
Montaż i uruchomienie
Montaż układu wzmacniacza rozpoczynamy od wykonania płytki drukowanej przedstawionej na rys.2. Płytka została tak zaprojektowana aby można ją było wykonać pisakiem „do druku” z końcówką 0,5 mm. Oczywiście bardziej zaawansowani Czytelnicy mogą wykonać tą płytkę metodą fotochemiczną przy użyciu powszechnie dostępnych w handlu odczynników w aerozolu. W wykonanej płytce należy w pierwszej kolejności powiercić wszystkie otwory. Następnie należy dopasować montaż mechaniczny płytki, obudowy, i radiatora chłodzącego końcówkę mocy US1. Dobrze będzie jeśli wykonana przez nas płytka będzie posiadać po obu stronach niewielki margines, w którym będzie można powiercić otwory montażowe pod śruby M3 lub M4 służące do zamocowania mechanicznego całości w obudowie. Jako obudowę można zastosować tanią obudowę z tworzywa, lub lepiej wykorzystać jakąś gotową obudowę wykonaną z metalu. Zyskamy wtedy możliwość wykorzystania tylnej metalowej płytki czołowej obudowy w charakterze radiatora. Na przedniej ściance obudowy montujemy gniazdo mikrofonowe np. stosowane w radiostacjach CB, oraz potencjometr siły dzwięku R1 wyposażony w wyłącznik napięcia zasilającego. W ten sposób uzyskamy możliwość łatwego i wygodnego włączania wzmacniacza. Jeżeli zastosowany potencjometr będzie bez włącznika to powinniśmy umieścić dodatkowo na płytce czołowej osobny wyłącznik zasilania. Na tylnej ściance obudowy montujemy gniazdo przyłączeniowe do tuby, i gniazdo zasilania +12V (np. w postaci dwóch par gniazdek bananowych), oraz radiator, którego umieszczenie będzie zależeć od usytuowania końcówki mocy. Montaż elementów na płytce drukowanej rozpoczynamy od wlutowania zwor oznaczonych na schemacie montażowym na rys.3 jako ZW. W dalszej kolejności montujemy pozostałe elementy pozostawiając na sam koniec końcówkę mocy TDA2005. Końcówkę tą należy przed zamontowaniem dopasować pod względem montażu mechanicznego do powierzchni radiatora, i dopiero wtedy wlutować w płytkę. Pozwoli to na uniknięcie niepotrzebnych naprężeń mechanicznych w konstrukcji. Po pomyślnym zmontowaniu płytki sprawdzamy jeszcze raz dokładnie całość i jeżeli nie stwierdzimy żadnych błędów w montażu możemy przystąpić do uruchomienia wzmacniacza. W tym celu podłączamy prowizorycznie w miejsce głośnika rezystor 4 - 10Ω, przełącznik SW1 do punktów oznaczonych na płytce SW1, i jakiś mikrofon pojemnościowy. Potencjometry R1, R9, R16, ustawiamy w środkowych położeniach. Następnie podłączamy napięcie 12 V z akumulatora lub z zasilacza o wydajności prądowej co najmniej 2 A. Teraz sprawdzamy działanie wzmacniacza mikrofonowego obserwując na ekranie oscyloskopu przebieg na końcówce 7 układu US2, mówiąc jednocześnie do mikrofonu spokojnym równym głosem. Jeżeli wszystko jest w porządku podłączamy sondę oscyloskopu do prowizorycznie zamontowanego rezystora zastępującego głośnik lub tubę i załączamy przełącznik SW1. Teraz mówiąc do mikrofonu i obserwując przebieg na oscyloskopie dokonujemy odpowiednich regulacji potencjometrami R9, i R16. Po wykonaniu tych czynności możemy uważać nasz układ za wstępnie uruchomiony. Teraz należy umieścić całość w obudowie i połączyć przewodami montażowymi płytkę z elementami umieszczonymi na przedniej i tylnej płytce czołowej obudowy. Do gniazda mikrofonowego od radiostacji podłączamy zarówno przewód do mikrofonu pojemnościowego jak i przewód przełącznika SW1 który normalnie jest umieszczany przy mikrofonie. Sposób połączenia gniazda powinien być taki sam jak w radiostacji aby można było zamiennie wykorzystywać ten sam mikrofon. Pozostaje nam jeszcze przeprowadzenie ostatecznej próby przy podłączonej tubie lub głośniku, i w razie konieczności dokonanie korekcji ustawień R9, i R16
Uwagi końcowe
Jeżeli zechcemy wykorzystać mikrofon dynamiczny zamiast pojemnościowego to szeregowo z cewką mikrofonu należy połączyć kondensator o pojemności 100 - 500 nF. W przeciwnym bowiem razie nastąpi zwarcie wejścia nieodwracającego wzmacniacza US2A przez niewielką rezystancję mikrofonu (typowo 600Ω) i układ nie będzie działał. Wzmacniacz mikrofonowy posiada nieliniową charakterystykę wzmocnienia dzięki diodom D1, D2. Jeżeli zechcemy zrezygnować z tej właściwości to rezygnujemy z montażu D1, i D2, lutując w miejsce D1 zworę, natomiast R17 można wtedy zwiększyć do 22kΩ. Jeżeli do wzmacniacza zakupimy gotowy mikrofon od CB bez wtyczki na końcu kabla mikrofonowego, to przy montażu wtyczki na kabel i gniazda we wzmacniaczu należy zadbać aby wszystkie połączenia były zgodne ze standardem w radiostacjach. W przeciwnym bowiem razie stracimy możliwość zamiennego wykorzystywania mikrofonu przy dwóch urządzeniach.
Mariusz Janikowski
Bc107@Poczta.Onet.Pl