Рис.1. Схема магнитофона "Яуза-20" (прототип "Uher" серии "1000", ФРГ) из журнала Радио, 1965г., №11, стр.40 , Рис.1.
Кинематическая схема, как и в прототипе, не очень удачная, с горизонтальным расположением электродвигателя и с коническими фрикционными передачами на подкассетные узлы.
Из-за малого коэффициента усиления h21э и его большого разброса у советских транзисторов тех времён предварительный усилитель четырёхкаскадный вместо трёхкаскадного в прототипе, а в оконечном каскаде применены квазикомплементарные двухтранзисторные схемы Дарлингтона и Шиклаи вместо двух комплементарных транзисторов в прототипе.
Оконечный УНЧ выполнен по по схеме Лина с дополнительным каскадом предварительного усиления по схеме с общим эмиттером. Выходной каскад выполнен на квазикомплементарной паре: двухтранзисторный Дарлингтон + двухтранзисторный Шиклаи. Раскачивающий каскад (драйвер) выполнен на несимметричном однотранзисторном усилительном каскаде с общим эмиттером.
Рис.2. Снимок модели оконечного УНЧ магнитофона "Яуза-20" в Circuit Simulator'е.
Адрес модели в Circuit Simulator'е
Рис.3. Результат вычисления THD THDMETR'ом (синусоидальный сигнал на входе с частотой 1 кГц и с уровнем -3 дБ (приблизительно в 2 раза меньше) от максимального и FFT (Быстрое Преобразование Фурье, БПФ) от усиленного сигнала).
THD оказался равным:
THDR%=3.2452108564% (THDF%=3.2469210360%), что, по современным меркам, очень много.
Рис.4. Результат вычисления FR (АЧХ) НЧ Фурье-спектрометром FRMETR (логарифмический Sweep от 100 Гц до 12.8 кГц и FFT от логарифмического свипа).
Выше 300 Гц имеется наклон АЧХ около 10дБ/декаду, вероятно из-за частотнозависимой RC-цепи в цепи ООС, а выше 10 кГц и вовсе завал.
Однотранзисторные усилительные каскады просты и дёшевы, но, по природе своей, нелинейны и имеют большие нелинейные искажения, поэтому в современной высококачественной аппаратуре постепенно переходят на симметричные усилительные каскады, имеющие значительно меньшие нелинейные искажения и значительно большее усиление по напряжению.
Магнитофоны "Яуза-20" и ему подобные катушечные магнитофоны своё уже отслужили, но вполне пригодны для опытов изучающим электронику и механику, а в некоторых случаях и для записи и воспроизведения различных низкочастотных сигналов. Кроме этого, если добавить переключатель, включающий только электронику без включения электродвигателя, то их можно использовать в качестве универсальных усилителей с высокой чувствительностью для усиления различных низкочастотных сигналов, например, с микрофонов, со звукоснимателей различных электромузыкальных инструментов, таких, как электрогитары и др., с проводного радио (радиотрансляции) и др., а если добавить переключатель, подключающий при воспроизведении и микрофон, то и для караоке.
Опыт 1.
THD оконечного УНЧ магнитофона "Яуза-20" можно уменьшить, применив в раскачивающем каскаде (драйвере) вместо несимметричного однотранзисторного усилительного каскада симметричный двухтранзисторный усилительный каскад на комплементарной паре транзисторов (транзистор П11, комплементарный транзистору П41, в те времена уже был). Для этого в схему добавляются: 1 транзистор П11, 1 электролитический конденсатор 10мкФх12В и 5 резисторов (7.5 кОм, 1.5 кОм и 3 по 100 Ом), а два резистора по 62 Ома удаляются и двухтранзисторные Дарлингтон и Шиклаи выглядят так же, как и в оконечном УНЧ магнитофона "Романтик".
Несимметричный однотранзисторный усилительный каскад с общим эмиттером имеет усиление по напряжению не более коэффициента усиления транзистора h21e (несколько десятков), симметричный же двухтранзисторный усилительный каскад с общим эмиттером имеет усиление по напряжению до 5000 и более, но только при высокоомной (около 10 кОм) нагрузке, поэтому он хорошо подходит там, где после него стоит каскад с высокоомным входным сопротивлением, например, эмиттерные повторители, Дарлингтоны, Шиклаи, "параллельные" усилители и другие каскады с высокоомным входом. Большим недостатком советских транзисторов был низкий коэффициент усиления h21e. Применение симметричных двухтранзисторных усилительных каскадов на комплементарных парах транзисторов могло бы решить эту и многие другие проблемы схемотехники тех времён.
Рис.5. Снимок модели модифицированного оконечного УНЧ магнитофона "Яуза-20" в Circuit Simulator'е.
Адрес модели в Circuit Simulator'е
Кроме симметричного драйвера, в модифицированном оконечном УНЧ применено токовое управление выходным каскадом, которое невозможно при несимметричном однотранзисторном драйвере и при котором не требуются цепи смещения (диод Д5 Д7Г) и их термостабилизация. Модифицированный оконечный УНЧ работает в режиме 100% ("чистого") класса B с точным 180° и быстрым переключением тока в выходных каскадах.
Из-за двухпетлевой отрицательной обратной связи напряжение в средней точке модифицированного оконечного УНЧ устанавливается автоматически, т.е., при правильной сборке, модифицированный оконечный УНЧ начинает работать сразу и в какой либо регулировке не нуждается.
Рис.6. Результат вычисления THD THDMETR'ом.
THD оказался равным:
THDR%=0.1989055989% (THDF%=0.1989059924%), т.е. в
3.2452108564%/0.1989055989%≈16.3 раза меньше, чем в исходном УНЧ.
Максимальная неискажённая мощность увеличилась с 770 мВт до 1.012 Вт (в 1.3 раза).
Опыт 2.
Имеет бОльшую значимость для подготовленных радиолюбителей изучающих усилители с токовой отрицательной обратной связью.
Оконечный УМЗЧ магнитофона "Яуза-20", по построению каскадов, является усилителем с токовой отрицательной обратной связью (ООС) с двумя несимметричными однотранзисторными входными каскадами, которые можно сделать-выполнить и симметричными двухтранзисторными на комплементарных парах транзисторов. В сумме эти два симметричных каскада (дифференциальный симметричный усилитель с последовательным (вертикальным) питанием по постоянному току и симметричный драйвер с общим эмиттером) образуют токовый конвейер, что свидетельствует, что конструкторы-схемотехники тех времён были на верном пути, вот только не додумались применить симметричные двухтранзисторные усилительные каскады на комплементарных парах транзисторов.
Рис.7. Снимок модели 2-й модификации оконечного УНЧ магнитофона "Яуза-20" в Circuit Simulator'е.
Адрес модели в Circuit Simulator'е
Рис.8. Результат вычисления THD THDMETR'ом.
THD оказался равным:
THDR%=0.1526607610% (THDF%=0.1526609389%), т.е. в
3.2452108564%/0.1526607610%≈21.257 раза меньше, чем в исходном УНЧ.
Неискажённая максимальная мощность увеличилась с 770 мВт до 1.257 Вт (в 1.63 раза).
Приложение 1.
Файлы THDMETR'а Ver.2022-09-06 для скачивания
#унч #симметричные каскады #усилитель лина #умзч #оконечный умзч #электроника #симметричный драйвер #аналоговая электроника #схемотехника #усилители с токовой ООС
