Путеводитель в мир электроники. Книга 2

Шелестов Игорь Петрович

image l:href="#"/>

Рис. 13.30. Схемы включения ОУ:

_{а — неинвертирующая; б — инвертирующая}

Формулы по которым можно определить коэффициент усиления (k_и) каскада приведены на рисунках. Знак «минус» означает инверсию сигнала. Входное сопротивление усилителя по схеме рис. 13.30, а велико и равно входному сопротивлению микросхемы, а входное сопротивление схемы на рис. 13.30, б — равно резистору R1.

А что если в схеме на рис. 13.30, а

резистор R1 будет очень большим, а R2 — очень маленьким? Тогда она придет к виду, показанному на рис. 13.31.

Рис. 13.31. Повторитель входного сигнала

Это — так называемый повторитель сигнала, использующийся, как и классический транзисторный повторитель, для согласования источника сигнала и нагрузки. Коэффициент передачи такой схемы:

К_u= 1

Входное сопротивление равно входному сопротивлению ОУ. В случае использования в качестве повторителя микросхемы, построенной на основе полевых транзисторов, входное сопротивление может составлять десятки мегаом, как например, у «операционника» КР544УД1А.

Все перечисленные схемы годятся для усиления как переменных, так и постоянных сигналов. Если требуется усиливать только переменные сигналы, причем начиная с какой-то минимальной частоты, для минимизации постоянного смещения можно не использовать балансировочное сопротивление, а построить схему так, как показано на рис. 13.32.

Рис. 13.32. Схема для усиления переменных сигналов

Тогда для постоянного тока усилитель будет обладать свойством повторителя, а переменный сигнал — усиливается в соответствие с правилами построения неинвертирующих схем.

Давайте сразу же попробуем на практике использовать полученные нами знания. Например, можно «оживить» старый кассетный магнитофон или плеер, когда-то сломанный и теперь пылящийся без дела. Важно только, чтобы механическая его часть, называемая лентопротяжным механизмом (ЛПМ), была целой, да крутился электродвигатель. Если в доме не найдется сломанной звуковоспроизводящей техники, можно купить ЛПМ по совсем смешной цене на радиолюбительском рынке.

В составе любого классического магнитофона есть магнитная головка, которая преобразует магнитное поле в электрический сигнал. Осуществляет это преобразование индукционная катушка. Магнитная головка имеет две независимые катушки для воспроизведения стереофонического сигнала или одну — для монофонических записей. Соответственно, стереофоническая головка имеет четыре наружных вывода, а монофоническая — два. Если в вашем распоряжении окажется стереомагнитофон, можете «оживлять» его в стереоварианте, изготовив два идентичных канала усиления звука, если мономагнитофон — достаточно одного канала. Кстати, магнитную головку можно заменить, приобретя ее все на том же радиорынке. Проверять головку на целостность лучше всего «прозвонкой» выводов тестером, включенным на измерение сопротивления.

В магнитофоне имеется еще одна магнитная головка, называемая стирающей. Конструктивно она выполнена так же, но обладает худшими характеристиками, чем головка записи-воспроизведения. Эта головка в кассетном магнитофоне всегда смещена относительно середины кассеты, и ее нужно отключить или вообще убрать.

Для работы нам понадобится источник двухполярного напряжения ±15 В и практически любой операционный усилитель, например из серии К140 или КР544. Мы будем придерживаться типономинала

КР544УД2А. Читатель может также использовать варианты с двухполярным питанием ±2,5 В (К1401УД2А), ±1,2 В (КР1407УД2) или другие низковольтные ОУ. Важно только разобраться в цоколевке микросхемы. И, конечно, необходим УНЧ, например собранный по. одной из приведенных в первой книге схем.

Вначале давайте соберем на макетной плате схему, показанную на рис. 13.33.

Рис. 13.33. Пробный вариант усилителя для магнитофона

Как мы знаем, это — неинвертирующее включение ОУ, причем с достаточно большим коэффициентом усиления (170). Частотная характеристика этого усилителя показана на рис. 13.34 линией «3».

Рис. 13.34. Частотные характеристики канала воспроизведения звука

В чем недостаток такой схемы? Попробуйте включить магнитофон и прослушать звук. Он может оказаться неестественно шипящим, с отсутствием низких частот и хрипами. Первый недостаток мы будем «лечить» чуть позже, а вот хрипы уберем резистором R3 (балансировка), остановив воспроизведение и выставив относительно общего провода сигнал на выходе усилителя как можно более близким к нулевому. Виноват во всем входной ток ОУ, который, усилившись, «загоняет» полезный сигнал близко к напряжению питания.

К счастью, нам не нужно усиливать сигналы постоянного тока, поэтому модернизируем схему так, чтобы избавиться от необходимости балансировать выходной сигнал. Соберем ее по рис. 13.35, пока не устанавливая резистор R1 и конденсаторы С2, С4.

Рис. 13.35. Канал воспроизведения звука с частотной коррекцией

Частотная характеристика приобретет вид «1» (рис. 13.34). Включим протяжку ленты и прислушаемся к звуку. Хрипы исчезли, но сильно «упала» громкость сигнала. Введем элементы R1 и С2 — громкость заметно подросла, хрипы отсутствуют. Теперь по переменному току коэффициент усиления определяется резисторами R1, R3 и R4, а конденсатор С2 «закорачивает» переменный сигнал и не дает проходить постоянной составляющей. Но звук по-прежнему лишен «басов». Введем конденсатор С4, и частотная характеристика приобретет вид «2». Отметим, что начиная с частоты примерно 100 Гц до частоты 3 кГц происходит «завал» коэффициента усиления и затем его стабилизация. На участке стабилизации коэффициент усиления определяется резисторами R3 и R1. Обратите внимание — в этой области частотные характеристики «2» и «3» сливаются в одну линию!

Низкие частоты хуже записываются на магнитную ленту, чем высокие, а значит, чтобы выровнять уровни воспроизведения разных частот, приходится частотную характеристику корректировать, то есть вводить фильтрацию… Но мы забежали немного вперед.

Вернемся к основным вариантам включения ОУ. Очень интересная схема, реагирующая только на разницу напряжения между входами, называется дифференциальной (рис. 13.36).

Рис. 13.36. Дифференциальный усилитель