Книга Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт

фильтр, следует подобрать высококачественные конденсаторы из полиэфирного пластика (они неполярные, более надежные и прослужат дольше, чем электролитические аналоги) и катушку индуктивности с точно рассчитанными размерами и числом витков, чтобы получить требуемую частотную характеристику. На рис. 5.53 изображен неполярный конденсатор из полиэфирного пластика, а на рис. 5.54 – разделительная катушка индуктивности, которую я купил в интернет-магазине eBay за 6 долларов. Мне было интересно узнать, как она устроена, и поэтому я разобрал ее.

Рис. 5.53. Высококачественный полиэфирный пленочный конденсатор

Рис. 5.54. Что интересного мы обнаружим внутри этой катушки?

Рис. 5.55. Изолента удалена, теперь видна катушка из обмоточного провода

Рис. 5.56. Катушка индуктивности для разделительного аудиофильтра состоит лишь из пластмассового каркаса и обмотки

Сначала я снял черную виниловую ленту, которая закрывала обмотку. Внутри оказался обычный медный обмоточный провод с тонким покрытием из шеллака или из полупрозрачного пластика (рис. 5.55). Я размотал этот провод, сосчитав при этом число витков. На рис. 5.56 показан провод и каркас, на котором он был намотан.

Итак, технические характеристики этой катушки для разделительного аудиофильтра таковы: 12 метров медного обмоточного провода 20-го калибра, образующего 200 витков на небольшом пластмассовом каркасе.

Вывод: аудиокомпоненты окружены неким «таинственным» ореолом. Их цена зачастую завышена, и вы вполне можете самостоятельно изготовить катушку индуктивности, если будете ориентироваться на указанные параметры и затем скорректируете их под свои нужды.

Допустим, вы хотите установить в своем автомобиле очень мощные низкочастотные динамики. Сможете ли вы создать собственный фильтр так, чтобы они воспроизводили только нижние частоты? Конечно – потребуется лишь добавить больше витков, пока катушка индуктивности не станет срезать необходимую часть верхних частот. Проверьте только, что сечение провода достаточно большое, чтобы он не перегревался, когда вы пустите по нему звуковую мощность в 100 ватт и выше.

Вот еще одно устройство, о котором стоит серьезно подумать: светомузыка. Вы можете сделать отвод от выхода стереосистемы и с помощью фильтров разделить аудиочастоты на три канала, подключив к каждому отдельную группу цветных светодиодов. Красные светодиоды будут светиться при низких тонах, желтые – при средних, а зеленые – при высоких (цвет можете подобрать на свой вкус). Последовательно со светодиодами можно подключить импульсные диоды, чтобы выпрямить переменный ток, и резисторы, чтобы ограничить напряжение на светодиодах, скажем, до 2,5 В (когда громкость музыки максимальная). С помощью мультиметра выясните, какой ток проходит через каждый резистор, и умножьте это значение на величину падения напряжения на резисторе, чтобы найти рассеиваемую мощность и убедиться, что резистор способен ее выдержать, не сгорев.

Аудиосистемы – это обширная область для любителей проектировать и создавать электронные устройства самостоятельно.

Эксперимент 30. Искажение звука

Давайте попробуем собрать еще один вариант схемы из эксперимента 29. Он продемонстрирует еще одну важную особенность звука: искажение.

Что вам понадобится

• Установка из эксперимента 29, собранная на макетной плате (см. рис. 5.44).

• Транзистор серии 2N2222 (1 шт.)

• Резисторы номиналами 330 Ом (1 шт.) и 10 кОм (1 шт.)

• Конденсаторы емкостью 1 мкФ (2 шт.) и 10 мкФ (1 шт.)

Модификация схемы

Мы внесем лишь незначительные изменения в предыдущую схему. Необходимо добавить транзистор, два резистора и три конденсатора. На рис. 5.57 показаны новые компоненты в верхней части макетной платы, а ранее установленные компоненты обесцвечены.

На рис. 5.58 приведены те же компоненты и их номиналы в соответствующей секции схемы, остальные компоненты опущены.

Транзистор 2N2222 перегружает вход микросхемы LM386, в то время как конденсаторы С8 и С9 емкостью 1 мкФ ограничивают нижние частоты, чтобы усилить искажение звука.

Конденсатор C10 предназначен для увеличения коэффициента усиления LM386. Это особенность данной микросхемы: если добавить конденсатор между выводами 1 и 8, коэффициент усиления возрастает с 20 до 200.

В результате «несчастная» микросхема усилителя несет двойную нагрузку. Вполне естественно, что это скажется на качестве воспроизведения звукового сигнала.

Рис. 5.57. Дополнительные компоненты, увеличивающие искажение звука

Рис. 5.58. Номиналы дополнительных компонентов на схеме

Внесите изменения в схему и подайте питание. Ранее на выходе было слышно небольшое жужжание, поскольку форма сигнала приближалась к прямоугольной. Но теперь, если вы поэкспериментируете с подстроечными потенциометрами 10 кОм и 1 МОм, выходной сигнал может зазвучать как гитара Джими Хендрикса.

Если результат чересчур экстремальный, можно заменить резистор 330 Ом другим, с более высоким номиналом. Но что же, собственно, здесь происходит?

Ограничение сигнала

При разработке аппаратуры Hi-Fi инженеры усердно трудились над усовершенствованием воспроизведения звука. Они стремились к тому, чтобы сигналы на входе и выходе усилителя были идентичны по форме и различались только по амплитуде. Уровень выходного сигнала должен быть достаточным для обеспечения заданной громкости звука в динамиках. Малейшее искажение формы сигнала считалось неприемлемым.

Никто не мог даже представить, что в погоне за максимально возможными искажениями новое поколение рок-гитаристов будет «истязать» их идеально спроектированные ламповые усилители.

Если заставить радиолампу (или транзистор) усиливать синусоидальный сигнал, выходя за пределы возможностей компонента, то ему не хватит мощности, а верх и низ кривой окажутся срезанными. В результате сигнал становится больше похож на прямоугольный, а, как я объяснял в эксперименте 29, для такого сигнала характерно резкое и дребезжащее звучание. Для рок-гитаристов, которые пытаются придать своей музыке оригинальность, резкость звучания является желательной особенностью.

Рис. 5.59. Когда синусоидальный сигнал (вверху) проходит через усилитель, который находится за пределами рабочего режима, то сигнал искажается (внизу)

Глядя на рис. 5.59, можно понять, что происходит. Пока напряжение на выходе остается в пределах рабочего диапазона усилителя (верхняя часть рисунка), сигнал воспроизводится достоверно. Однако если размах входного сигнала на усилителе увеличивается до такого уровня, что выходит за пределы рабочего диапазона (эти участки кривой выделены серым цветом). Поскольку мощность усилителя ограничена, он обрезает сигнал, как показано на рисунке внизу.

Рис. 5.60. Эта педаль Vox Wow-Fuzz была одной из первых «примочек», специально создающих тот вид искажения, от которого аудиоинженеры пытались избавиться десятилетиями

Для рок-гитаристов ограничение амплитуды звучит хорошо, и для создания этого эффекта были придуманы педальные приставки. Один из примеров подобного устройства показан на рис. 5.60.

История создания гитарных приставок

Группа «The Ventures» в 1962 году впервые записала сингл «The 2000 Pound Вее»