Текст книги "Энциклопедия радиолюбителя"

Автор книги: Виктор Пестриков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 30 страниц)

3.4. Громкоговорители

Общая характеристика

Громкоговорители сейчас чаще называют сокращенно по названию одного из широкораспространенных типов громкоговорителей, электродинамического – «динамик». Основные конструкции громкоговорителей такие же как и у телефонных наушников, но есть и оригинальные конструкции. Громкоговоритель обычно состоит из двух основных частей: головки и акустического оформления. Головка громкоговорителя преобразует электрические сигналы в акустические и является самостоятельным узлом громкоговорителя. Громкоговорители могут содержать одну или несколько излучающих головок, необходимое акустическое оформление, пассивные электрические устройства (фильтры, трансформаторы, регуляторы и др.). Применение акустического оформления позволяет повысить качество излучения звука. Головки различаются как по принципу действия, так и по конструкции.

Громкоговорители и электроакустические головки характеризуются такими основными параметрами: номинальной мощностью, номинальным диапазоном частот, частотной характеристикой, полным электрическим сопротивлением, стандартным звуковым давлением и др.

Громкоговорители обычно делят по следующим основным признакам:

• принципу электромеханического преобразования сигналов в акустические;

• типу РЭА, где они используются;

• ширине воспроизводимого диапазона частот;

• мощности;

• величине сопротивления звуковой катушки;

• конструкции механико-акустической системы.

В настоящее время наиболее широкое распространение имеют электродинамические, электростатические, ленточные и изодинамические громкоговорители.

Электродинамические громкоговорители

Электродинамические громкоговорители катушечного типа имеют наибольшее распространение. Принцип их действия основывается на взаимодействии магнитных полей токов звуковой катушки и постоянного магнита. В зависимости от величины тока в катушке происходят ее колебания. Диффузор, жестко соединенный со звуковой катушкой, повторяет эти колебания и заставляет колебаться окружающий воздух, создавая тем самым звуковые волны. В зависимости от способа создания магнитного поля различают громкоговорители с постоянным магнитом и с подмагничиванием. Преобладающими в РЭА являются электродинамические головки прямого излучения (диффузорные).

Классификация этих головок обычно производится в зависимости от воспроизводимого диапазона частот:

Широкополосные от 50…100 Гц до 16…20 кГц. Для улучшения воспроизведения высших частот такие головки часто имеют дополнительный диффузор в виде небольшого конуса, вклеенного в основной диффузор головки. Головки с номинальной мощностью 3…4 Вт воспроизводят наиболее широкий диапазон частот, а малой мощности – более узкий.

Низкочастотные от 20…40 Гц до 500… 1000 Гц, головки имеют значительные размеры и рассчитаны на подведение электрической мощности 5…50 ВЧА. Эффективность излучения низших частот возрастает с увеличением размера диффузора и повышения гибкости подвижной системы.

Среднечастотные 300…500 Гц до 5000…8000 Гц.

Высокочастотные 1000…5000 Гц до 16000…30000 Гц.

Мощность среднечастотных и высокочастотных головок меньше, чем у широкополосных. Это связано с тем, что в реальном звуковом сигнале, содержащем речь, музыку, максимальную энергию несут звуки низших частот.

Использовать электродинамические головки прямого излучения без акустического оформления не рекомендуется. В этом случае происходит резкое ослабление излучения низших частот звукового диапазона.

Головки прямого излучения электродинамического типа имеют достаточно высокие параметры и относительно просты по конструкции. И это при том, что КПД у них довольно низкий и меньше, чем у электромагнитных головок.

Маркировка

Маркировка отечественных громкоговорителей основывается на буквенно-цифровой системе. В нее входят несколько элементов: на первом месте стоит цифра, указывающая номинальную мощность в вольтамперах, на втором – буква Г – громкоговоритель, за ней буква, соответствующая типу электромеханической системы преобразования электрических сигналов в акустические (Д – динамическая, Л – ленточная, Э – электростатическая, П – пьезоэлектрическая и т. д.). Цифры (одна или две), стоящие после этих букв, обозначают номер разработки громкоговорителя данного типа. После номера иногда стоят цифры, соответствующие частоте механического резонанса подвижной системы в герцах. В конце маркировки встречаются буквы Т или Е (Т – тропическое исполнение, Е – для работы при повышенных вибрациях).

Отечественная промышленность выпускает громкоговорители разных типов, различной мощности в зависимости от их применения: для массовых приемников, телевизоров и магнитофонов, для вещания на площадях, улицах и для прочего. Радиолюбители при конструировании радиоэлектронной аппаратуры чаще используют электродинамические громкоговорители, так как они являются более доступными в плане приобретения.

Качество работы громкоговорителя обычно проверяют на слух. Для этого прослушивают качественную фонограмму при достаточной громкости. Звуковоспроизведение должно быть чистым. Не должно быть заметных частотных искажений, хрипов и дребезжания (нелинейные искажения). У хороших громкоговорителей неравномерность частотной характеристики не превышает 10 дБ. Для низкочастотных и широкополосных головок частота резонанса в зависимости от конструкции составляет 30… 100 Гц. Ниже частоты резонанса головка практически не излучает звук. Поэтому, чем ниже частота резонанса, тем лучше качество головки. Наиболее низкую частоту резонанса имеют головки с резиновым гофром диффузора.

Схемы включения громкоговорителей в каскады радиоэлектронных устройств

Громкоговорители могут включаться в радиоэлектронные схемы с помощью трансформатора, конденсатора или непосредственно в выходную цепь. Включение громкоговорителей через трансформатор в транзисторный УЗЧ показано: на рис. 3.14 – однотактный выходной каскад, рис. 3.15 – двухтактный выходной каскад, трансформатор T1 намотан на сердечнике из пермаллоя Ш4х6 мм, обмотки I_а и I_б содержат но 200 витков ПЭВ-2 0,12, а II обмотка имеет 90 витков ПЭЛ 0,25. Автотрансформаторное включение громкоговорителя (рис. 3.16) позволяет повысить мощность выходного каскада примерно в 1,5 раза по сравнению с трансформаторным и расширить полосу воспроизводимых частот до 150… 10000 Гц. В схеме трансформатор Т1 и автотрансформатор Т2 намотаны на сердечниках из пермаллоя ШЗхб мм. Трансформатор T1 намотан проводом ПЭЛ 0,06, I обмотка содержит 1580 витков, II обмотка – 800 витков с отводом от середины. Автотрансформатор Т2 имеет общее число витков 1000, с отводами от 400, 500 и 600 витков. Секции намотаны проводом: 1–2 ПЭЛ 0,09, 2–3, 3–4 ПЭЛ 0,21, 4–5 ПЭЛ 0,09.

Рис. 3.14. Принципиальная схема однотактного транзисторного УЗЧ с трансформаторным выходом

Рис. 3.15. Принципиальная схема двухтактного транзисторного УЗЧ с трансформаторным выходом

Рис. 3.16. Принципиальная схема двухтактного транзисторного УЗЧ максимальной мощностью 0,150 Вт с автотрансформаторным включением громкоговорителя

Громкоговоритель можно включать в УЗЧ и без выходного трансформатора. Варианты включения громкоговорителя без трансформатора в транзисторные УЗЧ показаны на рис. 3.17. В схеме рис. 3.18 в качестве громкоговорителя использован наушник ДЭМ-4М, а в схеме рис. 3.19 – самодельный громкоговоритель на базе электромагнитного микрофона ДЭМШ-1А. К мембране микрофона припаяна игла, которая соединяется с диффузором. Интересна схема рис. 3.20, где в коллектор и эмиттер выходного транзистора включены громкоговорители.

Рис. 3.17. Принципиальная схема однотактного транзисторного УЗЧ с непосредственным включением громкоговорителя:

_{а – в эмиттерную цепь выходного транзистора; б – в коллектор выходного транзистора с питанием 1,5 В}

Рис. 3.18. Принципиальная схема однотактного транзисторного УЗЧ с использованием электромагнитного микротелефонного капсюля ДЭМ-4М в качестве громкоговорителя

Рис. 3.19. Принципиальная схема однотактного транзисторного УЗЧ с использованием громкоговорителя, изготовленного на базе электромагнитного микрофона ДЭМШ-1А

Рис. 3.20. Принципиальная схема однотактного транзисторного УЗЧ с непосредственным включением двух громкоговорителей, одного в коллектор, а другого в эмиттер выходного транзистора

Включение громкоговорителя в двухтактный бестрансформаторный транзисторный УЗЧ показано на рис. 3.21. Некоторые такие схемы рассчитаны на высокоомные громкоговорители (рис. 3.22, а). В этой схеме переходной трансформатор Т1 намотан на сердечнике Ш4 с толщиной набора 9 мм. Все обмотки трансформатора намотаны проводом ПЭВ 0,06, первичная обмотка I содержит 2500 витков, а каждая из вторичных обмоток II и III содержат по 350 витков. В принципе можно использовать готовый переходной трансформатор от любого малогабаритного транзисторного радиоприемника, разделив его вторичную обмотку на две изолированные секции. Если нет такого громкоговорителя и конденсатора большой емкости, то имеющийся низкоомный громкоговоритель включают по схеме рис. 3.22, б. В этой схеме трансформатор Т1 намотан на сердечнике Ш4x8 мм, I обмотка – 900 витков ПЭВ 0,09, II – 100 витков ПЭВ 0,23. У вторичной обмотки делается несколько выводов с целью лучшего согласования с нагрузкой. С аналогичной целью используется автотрансформатор в УЗЧ с двухтактным выходным каскадом на транзисторах одной проводимости, схема которого представлена на рис. 3.23. Трансформатор Т1 намотан на сердечнике Ш3х6 мм, обмотка содержит 200 витков провода ПЭВ-1 0,23 с отводом от середины.

Рис. 3.21. Принципиальная схема двухтактного транзисторного УЗЧ максимальной мощностью 0,5 Вт с бестрансформаторным выходом и двумя источниками питания

Рис. 3.22. Принципиальная схема двухтактного транзисторного УЗЧ максимальной мощностью 0,1 Вт с бестрансформаторным выходом, с одним источником питания:

_{а – включение громкоговорителя через конденсатор С4 большой емкости,}

_{б – включение громкоговорителя через конденсатор С1 небольшой емкости}

Рис. 3.23. Принципиальная схема транзисторного УЗЧ с максимальной мощностью 0,16 Вт с двухтактным выходным каскадом на транзисторах одной проводимости и включением громкоговорителя через автотрансформатор

Шаг 4
Учимся читать схемы радиоэлектронных устройств

Зная общий вид радиодеталей, можно конечно в некоторой мере разобраться в устройстве радиоэлектронного устройства, но все равно радиолюбителю придется нарисовать на бумаге контуры деталей и соединение между ними. Еще в прошлом веке с целью сохранения конструктивных и схемных решений радиоустройств пионеры радиотехники делали их рисунки. Если посмотреть на эти рисунки, то можно увидеть, что они выполнены на очень высоком художественном уровне. Это делали обычно сами изобретатели, если имели способности или приглашенные художники. Рисунки конструкций и соединение деталей делались с натуры. Чтобы не затрачивать больших средств на рисование радиотехнических устройств и облегчить труд конструкторов начали делать рисунки с упрощениями. Это позволило значительно быстрее повторить конструкцию в другом городе или стране и сохранить схемные решения для потомков. Первые начерченные схемы появились в начале XIX столетия. Детали рисовали подробно. Так, например, катушку индуктивности в 1905 году изображали в изометрии, то есть в трехмерном пространстве, со всеми подробностями, каркасом, намоткой, количеством витков (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Эволюция условного графического изображения катушки индуктивности на электрических схемах

В конце концов изображения деталей и их соединений стали делать условно, символично, но сохраняя при этом их особенности. В 1915 г. рисунок схем упростился, перестали изображать каркас, вместо этого стали применять линии разной толщины для подчеркивания цилиндрической формы катушки. Через 40 лет катушка уже изображалась линиями одной толщины, но еще с сохранением первоначальных особенностей ее вида. Только в начале 70-х годов нашего столетия катушку начали изображать плоской, то есть двумерной, а радиоэлектронные схемы стали приобретать свой нынешний вид. Вычерчивание сложных радиоэлектронных схем очень трудоемкая работа. Для ее выполнения необходим опытный чертежник-конструктор.

С целью упрощения процесса вычерчивания схем американский изобретатель Сесиль Эффингер в конце 60-х годов XX века сконструировал печатную машинку. В машинке вместо обычных букв были вставлены обозначения резисторов, конденсаторов, диодов и т. д. Работа по изготовлению радиосхем на такой машинке стала доступной для выполнения даже простой машинистке. С появлением персональных компьютеров процесс изготовления радиосхем значительно упростился. Теперь, зная графический редактор, можно на экране компьютера нарисовать радиоэлектронную схему, а затем ее распечатать на принтере. В связи с расширением международных контактов условные обозначения радиосхем усовершенствовались и сейчас они не очень отличаются друг от друга в разных странах. Это делает радиосхемы понятными для радиоспециалистов во всем мире. Условными графическими обозначениями и правилами исполнения электрических схем занимается третий технический комитет Международной электротехнической комиссии (МЭК).

В радиоэлектронике используются три типа схем: блок-схемы, принципиальные и монтажные. Кроме этого, для проверки радиоэлектронной аппаратуры составляют карты напряжений и сопротивлений. Блок-схемы не раскрывают особенностей ни деталей, ни количества диапазонов, ни количества транзисторов, ни того, по какой схеме собраны те или другие узлы, она дает только общее представление о составе аппаратуры и взаимосвязи ее отдельных узлов и блоков. На принципиальной схеме изображают условные обозначения элементов прибора или блоков и их электрические соединения. Принципиальная схема не дает представления ни о внешнем виде, ни о расположении деталей на плате, ни о том, как расположить соединительные провода. Это можно узнать только из монтажной схемы. Следует отметить, что на монтажной схеме детали изображаются так, чтобы своим видом напоминать реальные свои очертания. Для проверки режимов работы радиоэлектронной аппаратуры используют специальные карты напряжений и сопротивлений. На этих картах величины напряжений и сопротивлений указываются относительно шасси или заземленного провода.

В нашей стране при вычерчивании радиоэлектронных схем руководствуются государственным стандартом, сокращенно ГОСТ, который указывает, как следует условно изображать те или иные радиодетали. Для более легкого запоминания условных обозначений отдельных элементов радиоэлектронной аппаратуры их изображения содержат характерные особенности деталей. На схемах рядом с условным графическим изображением ставится буквенно-цифровое обозначение. Обозначение состоит из одной или двух букв латинского алфавита и цифр, указывающих порядковый номер этой детали на схеме. Порядковые номера графических изображений радиодеталей ставятся исходя из последовательности расположения однотипных символов, например, в направлении слева направо или сверху вниз. Латинские буквы указывают тип детали, С – конденсатор, R – резистор, VD – диод, L – катушка индуктивности, VT – транзистор и т. д. Возле буквенно-цифрового обозначения детали указывается значение ее основного параметра (емкость конденсатора, сопротивление резистора, индуктивность и т. п.) и некоторые дополнительные сведения.

Наиболее употребительные условные графические изображения радиодеталей на принципиальных схемах приведены в табл. 4.1, а их буквенные обозначения (коды) даны в табл. 4.2.

В конце позиционного обозначения может быть поставлена буква, указывающая на его функциональное назначение, табл. 4.3. Например, R1F – резистор защитный, SB1R – кнопка сброса.

Для повышения информационной насыщенности печатного издания в научной и технической литературе по радиоэлектронике, а также на различных схемах, относящихся к этой области знаний, применяются условные буквенные сокращения устройств и протекающих в них физических процессов. В табл. 4.4 приведены наиболее употребительные сокращения и их расшифровка.

Глава II
ЭТАПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

«Но я не привык тратить время попусту. Осмотрел яхту со всех сторон, бросил за борт штормтрап, взял топор, рубанок, кисть. Заподлицо обтесал борта в тех местах, где остались сучья, закрасил.»

А. Некрасов. Приключения капитана Врунгеля.

Шаг 5
Мастерская радиолюбителя

Из истории открытия электромагнитных волн видно, что для экспериментального подтверждения их существования недостаточно было таланта и усидчивости исследователя, понадобилось еще умение мастерить, слесарные навыки и другое. Так, Генрих Герц в школьные годы увлекался столярным и токарным ремеслом. Он даже ходил в воскресную ремесленную школу. Когда через некоторое время Г. Герц стал известным ученым, то его старый учитель, узнав об этом, сказал: «Жаль! Из него вышел бы прекрасный токарь». Для того, чтобы повторить исследования Г. Герца, сделать антенну, сконструировать хороший приемник, нужно не только знать принципы их работы, но и иметь навыки изготовления соответствующих плат, выполнения монтажа, и уметь сделать красивый корпус.

5.1. Приборы и инструменты

Радиолюбитель, который собирает разные радиоэлектронные устройства, выполняет различного рода работы. Из общего объема работ большая часть составляют электромонтажные работы, далее идут механические и только потом наладка аппаратуры. Для монтажных работ используют паяльники разной мощности (рис. 5.1), отвертки, круглогубцы, бокорезы, нож, пинцет и ножницы (рис. 5.2).

Рис. 5.1. Типы паяльников для различных радиотехнических работ:

_{а – 90 Вт для пайки крупногабаритных деталей и проводов большого сечения;}

_{б – 45…50 Вт…. для монтажа ламповой и телеаппаратуры;}

_{в – 30…40 Вт….для пайки малогабаритной аппаратуры и конструкций на печатных платах}

Рис. 5.2. Инструмент, используемый при пайке радиоэлектронных устройств: кусачки, пинцет, круглогубцы

Мощность электрического паяльника для монтажа малогабаритных электронных и радиотехнических устройств составляет 30…40 Вт. Лучше, если имеется в комплекте низковольтный паяльник, который питается от сети через понижающий разделительный трансформатор с заземленной вторичной обмоткой. Такой паяльник не только уменьшает опасность перегрева полупроводникового прибора или печатной платы, но и еще обезопасит от попадания на его корпус напряжения сети. При монтаже радио и телеаппаратуры на лампах пользуются паяльником мощностью 45…50 Вт. Для пайки крупногабаритных деталей и проводов большого диаметра используют паяльник мощностью 90 Вт.

Для настройки контуров следует пользоваться отверткой из изоляционного материала, а также специальной индикаторной палочкой, которая имеет на одном конце феррит, а на другом кусочек латуни или меди. В комплекте инструментов обязательно должны быть плоскогубцы, которые используют для изгиба провода и выводов деталей при подготовке их к монтажу во время монтажа или в других случаях. При монтаже транзисторных устройств необходимо пользоваться пинцетом, чтобы не было перегрева деталей. Имея дело с электрическим током, необходимо всегда помнить об опасности поражения током, поэтому на металлические ручки инструментов, которые используются для электромонтажных работ, необходимо надеть изоляционные трубочки.

Для механических работ радиолюбитель должен иметь тиски, различные напильники, слесарную ножовку, молоток, сверла, плашки, метчики, а также линейку и транспортир. После окончания работ напильники обязательно необходимо почистить. Их нельзя бросать и класть один на другой. Для того, чтобы продлить срок службы напильников, новые напильники рекомендуется сначала применять для опиловки только мягких металлов: меди, алюминия, а более старые – для стали и очень старые – для чугуна. Керн используют для разметки массивных металлических деталей, а также для наметки центров отверстий для сверления.

Сверление малых отверстий делают с помощью дрели и сверл разного диаметра. При нарезке резьбы метчик вставляют в четырехгранное отверстие воротка. Направлять метчик необходимо вертикально. Для того, чтобы стружка была короткой и легко отделялась, сначала делают один оборот по ходу резьбы, а потом пол оборота назад, потом снова один оборот по ходу и т. д. В некоторых случаях при нарезке резьбы в мягких металлах и пластмассах можно использовать стальной болт с необходимым размером резьбы. Конец болта на расстоянии 2…3 мм необходимо спилить на конус и трехгранным напильником пропилить 3…4 режущие кромки по длине болта.

В мастерской радиолюбителя необходимо иметь самый простой измерительный прибор – авометр (ампервольтомметр), без которого наладить аппаратуру и проверить режим работы практически невозможно. Желательно также иметь и более сложные приборы – осциллограф, звуковой генератор, генератор высокой частоты, ламповый вольтметр и т. д. В крайнем случае для проверки работы электрических цепей можно использовать простые приборы-индикаторы. С помощью пробников проверяют прохождение тока в электрических цепях, обрыв в обмотках и замыкания в конденсаторе.

В настоящее время, помимо традиционных магнитоэлектрических приборов, в лабораториях радиолюбителей заняли свое постоянное место и цифровые мультиметры. Широкий ассортимент цифровых мультиметров, в зависимости от цены, позволяет каждому интересующемуся электроникой выбрать себе подходящий прибор. Для радиолюбительских целей, оптимальным соотношением цены и возможностей удовлетворяют цифровые мультиметры серии Voltcraft. Вся информация в мультиметрах выводится на дисплей. Основными функциями для мультиметра являются измерения постоянного и переменного напряжения и тока, сопротивления с одновременной проверкой цепи на короткое замыкание и частоты. Важной особенностью этих приборов является наличие автоматического выбора диапазона измерений, то есть отпадает необходимость механических переключений во время работы. В цифровых мультиметрах имеется встроенный логик-тестер, который позволяет быстро выполнить проверку логических уровней в статическом режиме, исходя из заданного напряжения питания. У некоторых типов приборов имеются простые генераторы прямоугольных импульсов на несколько фиксированных частот для тестирования различных радиоэлектронных схем. Помимо этого, некоторые модели приборов позволяют измерять емкость, индуктивность, температуру с помощью внешнего термодатчика и проверять исправность транзистора. Еще одна особенность современных универсальных приборов: практически все мультиметры могут быть подключены к персональному компьютеру через последовательный порт. Некоторые модели в дополнение к основному дисплею имеют еще дисплей для индикации вспомогательных ведичин. Даже перечисление некоторых функциональных возможностей мультиметров говорит об их универсальности и незаменимости в радиолюбительских разработках.

Столярные и покрасочные работы в практике радиолюбителя занимают относительно небольшое место. К ним относят, например, изготовление и покраску корпуса для громкоговорителя, корпуса для приемника и другое. Поэтому необходимо иметь простой столярный инструмент – пилу, рубанок, лобзик. Для покрасочных работ необходимо иметь небольшие кисточки. Для обработки дерева, пластмасс и мягких металлов используют стеклянную наждачную бумагу, а для твердых металлических сплавов – корунд, карборунд, наждак. Чем крупнее зерна абразива, тем грубее получается поверхность. Сорт шлифовальной бумаги можно определить по цвету абразивного материала: стекло – прозрачное, наждак имеет черный или темно-серый цвет, карборунд – разные оттенки зеленого цвета. Рабочий стол радиолюбителя может быть разной конструкции, в зависимости от конкретных условий и требований любителя. На рабочем столе нельзя делать тяжелые работы – рубить металл или тесать доски.

Инструмент и рабочее место необходимо содержать в чистоте. После окончания работы инструмент складывают в соответствующее место. Никогда не спешите во время работы: хороший мастер все делает быстро, но не спешит, его скорость – результат умения, опыта и знаний. Придерживайтесь правил техники безопасности, не работайте в галстуке. Засучивайте рукава рубашки, если они без манжет.