Текст книги "Энциклопедия радиолюбителя"

Автор книги: Виктор Пестриков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 13 (всего у книги 30 страниц)

18.4. Громкоговорящая приставка к телефону

Используя микросхему К174УН7 в ее типовом включении, можно построить громкоговорящую приставку к телефону (рис. 18.8). Приставка будет полезна для людей со слабым слухом или когда содержание разговора желательно услышать окружающим.

Рис. 18.8. Принципиальная схема громкоговорящей приставки к телефону

На входе УЗЧ включен повышающий трансформатор Т1, первичная обмотка (с меньшим количеством витков) которого включена в разрыв одного из проводов телефонной сети. При разговоре ток, протекающий в этом проводе, проходит через первичную обмотку I трансформатора Т1 и индуцирует во вторичной обмотке колебания звуковой частоты. Колебания через переменный резистор (регулятор громкости) R1 и конденсатор С1 поступают на вход микросхемы DA1, где усиливаются до необходимого уровня громкости.

Питание приставки производится от простейшего блока питания, состоящего из трансформатора Т2, двухполупериодного выпрямителя VD1 и сглаживающего пульсации выпрямленного напряжения, конденсатора С10. В качестве трансформатора Т1 используется выходной трансформатор от любого радиоприемника. Сетевой трансформатор Т2 – унифицированный ТПП224 или любой другой, вторичная обмотка которого дает 10…12 В. В приставке используются те же типы конденсаторов и резисторов, что и в предыдущей конструкции. Выключатель SA1 – малогабаритный типа ПТВ-18, держатель плавкого предохранителя FU1 – ДПВ.

Детали УЗЧ размещают на печатной плате и вместе с блоком питания размещают в корпусе подходящих размеров, например, в корпусе абонентского громкоговорителя. Первичную обмотку трансформатора Т1 включают в разрыв одного из телефонных проводов возле корпуса телефонного аппарата или соединительной розетки, а вторичную – экранированным проводом длиной 1,5…2 м с резистором R1 (входом усилителя). При включении приставки в сеть в динамике должен прослушиваться ровный шум, а при касании среднего вывода переменного резистора должен появиться громкий звук фона переменного тока. Все это свидетельствует о работоспособности приставки. Если теперь снять трубку с телефонного аппарата, в громкоговорителе послышится телефонный сигнал готовности к набору номера. При появлении акустической связи между микрофоном телефонной трубки и динамиком приставки следует повернуть ось переменного резистора R1 до ее срыва. Приставку следует включать при телефонном разговоре, так как она реагирует как на сигнал вызова, так и на работу номеронабирателя.

Шаг 19
Радиоэлектронные конструкции на операционных усилителях

Общая характеристика ОУ

Операционный усилитель (ОУ) считается наиболее универсальной аналоговой интегральной микросхемой, которую можно использовать в самых разнообразных радиоэлектронных конструкциях, усилителях радиочастоты и звуковой частоты, различных генераторах и т. д. Операционный усилитель характеризуется такими основными параметрами: напряжением питания, потребляемой мощностью, чувствительностью, коэффициентом усиления, полосой пропускания и выходной мощностью.

Многоцелевой операционный усилитель обычно состоит из входного дифференциального каскада, усилителя напряжения, схемы сдвига постоянного уровня и усилителя мощности. Входной каскад выполняется по схеме дифференциального усилителя и имеет два входа: вход 1 – называемый инвертирующим (на схемах обозначается «0», ранее «—») и вход 2 – неинвертирующим (на схемах особого обозначения не имеет, ранее обозначался «+»). При одновременной подаче одинаковых сигналов на входы ОУ, выходной сигнал практически отсутствует. Операционные усилители, как правило, рассчитаны на питание от двухполярного источника питания, что позволяет упростить задачу компенсации смещения нуля на выходе усилителя и предотвратить появление нежелательной постоянной составляющей в нагрузке.

Описание схемы ОУ

Основная схема включения ОУ носит название масштабного усилителя и представлена на рис. 19.1 (цепи питания и коррекции не показаны).

Рис. 19.1. Принципиальная схема масштабного усилителя

Входное сопротивление усилителя равно R1. Коэффициент усиления ОУ регулируется изменением сопротивления резистора R2 или R1.

Для подавления паразитных ВЧ колебаний введена частотно-зависимая отрицательная обратная связь, ее создает конденсатор С1. Действие этой связи начинает проявляться на частотах приблизительно равных 1/2πR1·С1 и выше. При расчетах коэффициента усиления ОУ на этих частотах необходимо учитывать емкостное сопротивление конденсатора С1, который шунтирует резистор R2. Действие корректирующих цепей, состоящих из резисторов и конденсаторов, состоит в снижении коэффициента усиления ОУ или уменьшении фазового сдвига в нем. В настоящее время отечественная промышленность выпускает огромное множество самых разнообразных операционных усилителей. Операционные усилители выпускаются в двух вариантах: в цилиндрическом корпусе (например, К140УД1Б) и прямоугольном (например, КР140УД1Б). Ниже приведем конструкции радиоэлектронных устройств на самых распространенных ОУ.

19.1. Двухполярный нерегулируемый источник питания на дискретных элементах

Радиоэлектронные конструкции на ОУ можно питать как от однополярного, так и двухполярного источников питания. Лучшие результаты работы конструкции получаются при их питании от двухполярного источника. Поэтому рассмотрим практическую схему двухполярного источника питания. Источник питания собран на дискретных элементах и состоит из двух однотранзисторных стабилизаторов напряжения, подобных тем, которые были использованы в схеме блока питания, рассмотренной в разделе 9 (рис. 9.2).

Описание схемы

Схема двухполярного источника питания приведена на рис. 19.2.

Рис. 19.2. Принципиальная схема двухполярного нерегулируемого источника питания на дискретных элементах

Основу схемы составляют три обычных стабилизатора напряжения на одном транзисторе. Особенностью схемы является наличие стабилизатора напряжения на транзисторе VT3. Наличие этого каскада диктуется следующими соображениями. Из схемы видно, что стабилизаторы на транзисторах VT1 и VT2 не имеют защиты от короткого замыкания. В случае же короткого замыкания выхода верхнего по схеме плеча эмиттер VT1 замыкается с эмиттером VT2 и на нижнем плече относительно «общего» провода появляется напряжение минус 24 В. Такая ситуация может привести к выходу из строя питающей аппаратуры. Для предотвращения такой опасности и введен по минусу питания каскад на транзисторе VT3.

Для работы источника необходим силовой трансформатор, дающий на вторичной обмотке напряжение 27…30 В. Для этой цели подойдет унифицированный трансформатор ТП8-18-220-50 с магнитопроводом ШЛ16x25. Детали питающего устройства кроме трансформатора собраны на печатной плате из одностороннего фольгированного текстолита размером 95x35 мм (рис. 19.3).

Рис. 19.3. Печатная плата (а) и монтаж на ней деталей (б) двухполярного нерегулируемого источника питания на дискретных элементах

Для обеспечения нормального температурного режима работы транзисторов следует для них изготовить теплоотводы из дюралюминия. При исправных деталях и правильной сборки устройство начинает сразу работать. Устройство особой наладки не требует, желательно проконтролировать вольтметром величины выходного напряжения и если оно отличается от требуемого, то надо подобрать стабилитроны VD5, VD7 и резисторы R1 и R2.

19.2. Двухполярный регулируемый блок питания на микросхемах

В лаборатории радиолюбителя желательно иметь двухполярный регулируемый блок питания, что позволяет питать радиоэлектронные устройства с различным напряжением. Схема такого блока питания, собранного на двух микросхемах и одном транзисторе, представлена на рис. 19.4.

Рис. 19.4. Принципиальная схема двухполярного регулируемого блока питания на микросхемах

Блок содержит небольшое число деталей и позволяет регулировать выходное напряжение в пределах ±5…15 В при выходном токе до 1 мА. С выходной обмотки силового трансформатора Т1 снимается напряжение 13…15 В и поступает на выпрямитель с удвоением напряжения, диоды VD1 и VD2. Для сглаживания пульсаций напряжения выпрямителя используются конденсаторы С1…С4. Двухполярный стабилизатор напряжения собран на основе однополярной микросхемы DA1, у которой напряжение стабилизации составляет 5 В. Регулировка выходного напряжения блока питания осуществляется переменным резистором R2.

Детали

Детали в блоке в основном промышленного изготовления за исключением печатной платы. Трансформатор любой, главное, чтобы его первичная обмотка была рассчитана на 220 В, а вторичная давала напряжение 13…15 В. Диоды VD1 и VD2 любые другие выпрямительные нежели на схеме со значением среднего прямого тока от 3 А при напряжении не менее 25 В. Постоянные резисторы типа МЛТ-0,25, а переменный – СП4-1 или аналогичный. Конденсаторы С1 типа К50-35, С2 – К50-16, С5 – К50-6, С3 и С4 – танталовые емкостью не менее 1 мкФ. При использовании оксидных конденсаторов – их емкость должна быть более 25 мкФ. Транзистор VT1 серии КТ818 с любой буквой или любой другой с допустимым током коллектора не менее 3 А. Указанный на схеме операционный усилитель можно заменить на К(Р)140УД6А (или Б) или К153УД6.

Вместо микросхемы, указанной на схеме, можно использовать К142ЕН5А или К(Р)142ЕН5В. Детали блока питания кроме трансформатора монтируют на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размером 50x65 мм (рис. 19.5). Транзистор VT1 и микросхему DA1 следует через слюдяные прокладки закрепить на теплоотводах. Блок, собранный из исправных деталей, в наладке не нуждается и готов к работе.

Используя данное схемное решение блока питания, можно изготовить блок и на большее напряжение, до 25 В, для этого нужно только подобрать соответствующий транзистор VT1, микросхему DA1 и значения сопротивлений резисторов R1…R3.

Рис. 19.5. Печатная плата (а) и монтаж на ней деталей (б) двухполярного регулируемого блока питания на микросхемах

19.3. Усилитель звуковой частоты на операционном усилителе К140УД1Б

Операционные усилители находят широкое применение в усилителях звуковой частоты, их применение ограничено, в основном, каскадами предварительного усиления. Это связано с тем, что ОУ среднего класса отдают в нагрузку не более 150 мВт и для увеличения выходной мощности приходится применять мощные выходные каскады на дискретных элементах. Схема простого усилителя звуковой частоты с использованием операционного усилителя приведена на рис. 19.6.

Рис. 19.6. Принципиальная схема усилителя звуковой частоты на операционном усилителе

Усилитель предназначен для совместной работы с УКВ – тюнером. Его выходная мощность 6 Вт на нагрузке сопротивлением 3 Ом. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики в интервале частот 20 Гц… 20 кГц составляет 2 дБ. Входное сопротивление – 13 кОм. Резистором R11 устанавливается чувствительность усилителя в пределах 200 мВ…1 В. Транзисторы выходного каскада работают без начального смещения. Благодаря глубокой отрицательной связи с выхода усилителя на инвертирующий вход микросхемы искажения типа «ступенька» в усилителе отсутствуют. Налаживание усилителя заключается в установке резистором R2 на выходе микросхемы нулевого потенциала при отсутствии входного сигнала и подборе корректирующей цепочки R6, С2 таким образом, чтобы не было возбуждения по высокой частоте. Все детали усилителя монтируются на печатной плате размером 90x50 мм. Транзисторы VT3 и VT4 устанавливают на радиаторы из дюралюминия размером 40x20x3 мм. Для питания усилителя подойдет блок питания, собранный по схеме на рис. 19.2.

19.4. Электромузыкальный инструмент на операционном усилителе К140УД1Б

Описание схемы

Использование особенностей конструкции ОУ позволяет построить электромузыкальные инструменты (ЭМИ) различной сложности. Схема простейшего музыкального инструмента на ОУ приведена на рис. 19.7.

Рис. 19.7. Принципиальная схема электромузыкального инструмента на операционном усилителе К140УД1Б

Он состоит из импульсного низкочастотного генератора на микросхеме DA1 и усилителя звуковой частоты на транзисторе VT1, нагрузкой которого является электродинамическая головка ВА1. Генератор собран по мостовой схеме. Напряжение на выходе микросхемы DA1, благодаря положительной обратной связи, образованной резисторами R25, R26, скачком переключается между двумя уровнями. Переключение происходит в момент, когда напряжения на входах ОУ равны. Диапазон рабочих частот генератора задается конденсатором C1. При положительном выходном напряжении C1 заряжается через резистор R25. Как только напряжения на входах 9 и 10 сравниваются происходит переключение ОУ в противоположное состояние. Напряжение на выходе 5 становится отрицательным и конденсатор С1 разряжается через резистор R25. И так при каждом равенстве напряжений на входах ОУ происходит переключение генератора. Изменение частоты генератора происходит при подключении к входу 10 клавишами S1…S24 подстроечных резисторов с разным сопротивлением. Для устранения характерных щелчков в громкоговорителе во время пауз включен диод VD1. Выходной каскад музыкального инструмента выполнен по схеме транзисторного ключа, так как ОУ работает в импульсном режиме. Питание инструмента осуществляется от блока питания, собранного по схеме рис. 19.2.

Детали

Сердце музыкального инструмента – ОУ К140УД1Б может быть заменен на КР140УД1Б (рис. 19.8).

Рис. 19.8. Внешний вид ОУ К140УД1Б (а) и КР140УД1Б (б) и их принципиальная схема (в) (в скобках номера выводов КР140УД1Б)

Вместо транзистора КТ608Б могут быть использованы КТ601…КТ603, КТ801 с любым буквенным индексом. Диод VD1 серии Д9, Д18. Постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, подстроечные – СПЗ-16. Конденсатор С1 неполярный типа КМК. Динамическая головка любая мощностью 0,1…0,5 Вт.

Детали ЭМИ собираются на небольшой печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5…2 мм. Подстроечные резисторы R1…R24 располагаются на отдельной печатной плате размером 195x20 мм. Электронный инструмент изготовляют в виде пианино или используют имеющееся игрушечное пианино. Устройство клавиатуры пианино представлено на рис. 19.9.

Рис. 19.9. Устройство клавиатуры электромузыкального инструмента на операционном усилителе:

_{1 – корпус ЭМИ; 2 – клавиша; 3 – ось крепления клавиши; 4 – соединительные провода; 5 – стойка; 6 – контактная пара}

В качестве контактных пар под клавишами используются контакторы от вышедших из строя электромагнитных реле. На задней панели пианино устанавливается динамическая головка и гнездо для подключения источника питания. Настраивают ЭМИ с помощью камертона, вращая подвижный контакт подстроечного резистора, добиваются звука необходимой тональности.

19.5. Операционные усилители в радиоприемных устройствах

Описание схемы на К140УД1А

Использование операционных усилителей в радиоприемниках позволяет создавать устройства с высокой чувствительностью, благодаря их сравнительно высокому коэффициенту усиления. На рис. 19.10 представлена схема миниатюрного радиоприемника на одном операционном усилителе типа К140УД1А.

Рис. 19.10. Принципиальная схема радиоприемника на одном операционном усилителе

Приемник рассчитан на прием мощных средневолновых радиостанций, расположенных от места приема на расстоянии до 100 км. Операционный усилитель в представленной схеме выполняет сразу несколько функций: усиливает колебания высокой частоты, детектирует их и усиливает сигнал звуковой частоты. Выделенный колебательным контуром L1, С1 радиочастотный сигнал через катушку связи L2 подается на вход операционного усилителя DA1. Режим работы операционного усилителя DA1 определяется резистором R1. С выхода операционного усилителя, вывод 5, сигнал звуковой частоты через конденсатор С3 подается на наушники BF1. Имеющийся в схеме конденсатор С2 служит для перевода одного из каскадов операционного усилителя в режим детектирования. Конденсатор С5 подключается в случае возбуждения радиоприемника.

Детали

В приемнике используются миниатюрные конденсаторы и резисторы. Конденсатор переменной емкости С1 можно взять от любого карманного приемника, с соответствующими пределами изменения емкости. В магнитной антенне используется ферритовый стержень прямоугольного сечения 15x3 мм и длиной 55 мм марки 400НН. Для СВ катушка L1 содержит 92 витка, a L2 – 5 витков провода ПЭЛ 0,15 намотанных виток к витку на бумажной гильзе, свободно перемещающейся по ферритовому стержню. Для прослушивания радиопередач используются стереонаушники подобные тем, что подключаются к плейерам. Вместо стереонаушников при необходимости можно подключить микротелефон типа ТМ-2М или капсюль ДЭМШ-1 А. В качестве источника питания радиоприемника используется батарея типа «Крона».

Детали приемника размещаются на небольшой печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм, которая вместе источником питания помещается в пластмассовую коробочку (рис. 19.11). Налаживание радиоприемника заключается в подборе сопротивления резистора R1 в пределах 1… 1,8 МОм, при котором приемник имеет максимальную громкость звучания.

Рис. 19.11. Печатная плата (а) и монтаж на ней деталей (б) радиоприемника на операционном усилителе

Описание схемы на К157УД2

Промышленность выпускает микросхемы, которые в одном корпусе содержат два операционных усилителя, в частности К157УД2. Хотя микросхема предназначена для низкочастотных устройств, она неплохо работает в радиоприемниках прямого усиления на СВ и ДВ и, что очень важно, при низком напряжении питания 2…3 В. Это позволяет построить миниатюрный радиоприемник, который не нуждается в предварительном макетировании. Схема такого приемника приведена на рис. 19.12.

Рис. 19.12. Принципиальная схема радиоприемника на микросхеме К157УД2

Для простоты приемник имеет фиксированную настройку на одну радиостанцию, наиболее лучше слышимую в данной местности. Можно конечно ввести и плавную настройку на радиостанцию, установить конденсатор переменной емкости, как в предыдущей конструкции приемника, но тогда габариты приемника возрастут. Ток, потребляемый приемником, составляет около 3 мА.

Приемник содержит: входные цепи, усилитель радиочастоты, диодный детектор, усилитель звуковой частоты. Входные цепи приемника состоят из магнитной антенны WA1 и катушки связи с усилителем радиочастоты на операционном усилителе DА1.1. Сигнал радиостанции, выделенный входным контуром L1, С1, через катушку связи и конденсатор С2 поступает на вход ОУ DA1.1 (УРЧ). После усиления сигнал с вывода 13 подается на детектор, собранный на диодах VD1, VD2, включенных по схеме удвоения выходного напряжения. Нагрузкой детектора по постоянному току служит обратное сопротивление его диодов. С выхода детектора сигнал звуковой частоты через разделительный конденсатор С6 поступает на вход усилителя звуковой частоты, собранного на ОУ DA1.2. С выхода УЗЧ сигнал через конденсатор С8 подается на наушники BF1.

Детали

Детали в приемнике используются малогабаритные. Резисторы МЛТ-0,125, конденсатор С8 К50-6, остальные КМ-5. Для магнитной антенны используется ферритовый стержень длиной 55 мм и 08 мм. Катушка L1 содержит 80 витков провода ЛЭШО 10x0,07, катушка связи L2 имеет 15 витков провода ПЭЛШО 0,12. Для питания приемника используется два последовательно соединенных аккумулятора типа Д-0,06. Выключатель питания может быть любого типа, малогабаритный.

Большая часть деталей, радиоприемника смонтирована на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Вид печатной платы и размещение на ней деталей показано на рис. 19.13.

Рис. 19.13. Печатная плата и размещение на ней деталей радиоприемника на микросхеме К157УД2

Правильно собранный приемник при использовании исправных радиокомпонентов наладки не требует и после включения питания начинает сразу работать. Необходимо только изменением емкости конденсатора С1 настроиться на требуемую радиостанцию.

Приемник не имеет регулятора громкости. Для изменения громкости звука необходимо вращать корпус приемника.

19.6. Проверка годности операционных усилителей

Для того чтобы быть уверенными в пригодности операционного усилителя для радиоэлектронного устройства и не мучиться с налаживанием, его следует проверить хотя бы с помощью пробника, схема которого представлена на рис. 19.14.

Рис. 19.14. Принципиальная схема пробника для проверки работоспособности операционных усилителей (ОУ)

С помощью пробника можно проверить практически все наиболее часто используемые в практике радиолюбителя ОУ, кроме тех, выходное сопротивление которых сравнимо или больше сопротивления резистора R7, например, микромощные ОУ К140УД12, К153УД4.

Описание работы пробника

Проверяемый операционный усилитель подключается к гнездам разъема XS1, например, как ОУ К140УД2 на схеме. В результате получаем релаксационный генератор, который вырабатывает прямоугольные импульсы (меандр) с частотой 1…2 Гц. Питание генератора осуществляется от параметрического стабилизатора R1, D1. Если ОУ годный, то заработает генератор и начнет вспыхивать в такт с частотой генерируемых импульсов светодиод HL1. В противном случае генератор работать не будет, а светодиод в зависимости от причины неисправности будет либо гореть непрерывно, либо вовсе не вспыхнет.

Детали

В пробнике можно применить такие детали, кроме указанных на схеме, транзисторы КТ312А…КТ312В, КТ315А, КТ315В…КТ315И, КТ503А…КТ503Е, диоды КД521А…КД521Г, КД103Б, стабилитрон Д814Г или ему подобный. В качестве разъема XS1 используется монтажная панель для микросхем, тип корпуса 2103.16.

Все детали устройства монтируются на печатной плате размером 60x40 мм, вырезанной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1…1,5 мм (рис. 19.15). Правильно собранный пробник особой наладки не требует.

Рис. 19.15. Печатная плата (а) и монтаж на ней деталей (б) пробника для проверки ОУ