Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2009 № 06
В простейшем случае фильтром может служить и сама динамическая головка громкоговорителя — из-за инерционности она просто не может воспроизводить импульсный сигнал с высокой частотой.
К ФНЧ есть одно важное требование: он обязательно должен начинаться с индуктивности, то есть не иметь емкостей, подключенных к выходу ключевых транзисторов. В противном случае для перезаряда этих емкостей через ключи должны будут протекать большие токи, время переключения увеличится, а КПД упадет. Часто в качестве ФНЧ используют обычный дроссель (катушку индуктивности), реактивное сопротивление которой увеличивается с частотой, и она служит препятствием прохождению высокочастотного импульсного тока.
На рисунке 2 изображена схема простейшего УЗЧ класса D, которому не нужен отдельный генератор.
С выхода усилителя на его входы устроены две цепи обратной связи: положительная (ПОС) через резисторный делитель R3R2 и отрицательная (ООС) через интегрирующую цепочку R4C1. Пусть в какой-то момент времени напряжение на выходе усилителя возросло. Это изменение цепью ПОС передается на неинвертирующий вход (+) операционного усилителя (ОУ) и приводит к дальнейшему лавинообразному увеличению напряжения на выходе, пока оно не достигнет максимума, почти напряжения питания. Теперь начинается зарядка конденсатора С1 положительным напряжением с выхода через резистор R4. Когда напряжение на инвертирующем входе (-) станет больше, чем на неинвертирующем входе, ОУ быстро переключится в другое состояние, и напряжение на выходе станет также максимальным, но отрицательным. Конденсатор С1 будет перезаряжаться в отрицательной полярности, и цикл повторится. На выходе появятся симметричные прямоугольные импульсы (со скважностью 2) максимальной амплитуды, а выходные транзисторы ОУ будут работать в ключевом режиме. Период повторения импульсов определяется постоянной времени цепочки ООС, равной R4C1.
Ситуация несколько изменится, если на вход подать сигнал ЗЧ. При его положительной полярности зарядка конденсатора при положительном импульсе будет происходить быстрее, а при отрицательном — медленнее, то есть произойдет модуляция ширины импульсов — ШИМ, в полном соответствии с графиками, показанными на рисунке 4.
Остается лишь профильтровать полученную последовательность импульсов (это делает дроссель Др) и подать усиленный сигнал на громкоговоритель. Экспериментируя с самыми распространенными и дешевыми логическими КМОП микросхемами, автору удалось построить крайне простой усилитель класса D (см. рис. 3).
Его основа — генератор прямоугольных импульсов, собранный на элементах DD1.1 и DD1.2. Работа генератора была описана в статье «Сверхэкономичный индикатор», ЮТ — 2008, № 2, с. 74–77. Частота генерируемых импульсов достигает 60 — 100 кГц. Два других элемента микросхемы соединены параллельно для увеличения отдаваемого тока и использованы как ключевой выходной каскад.
Дросселя ФНЧ не потребовалось, его роль с успехом выполняет индуктивность первичной обмотки выходного трансформатора Тр1, согласующего низкое сопротивление головки ВА1 (обычно 4–8 Ом) со значительно большим выходным сопротивлением усилителя. На входе усилителя установлен регулятор громкости R1. Все эти элементы вместе с корпусом удобно взять от ненужного старого трансляционного громкоговорителя. Микросхемы подойдут серий К174 и К561, типов ЛA7 и ЛE5. Расположение их выводов одинаковое.
Усилитель получился исключительно экономичным: потребляемый ток от шестивольтовой батареи не превосходит 0,2–0,3 мА. Несколько громче усилитель звучит при напряжении питания 9 В. Отдаваемая звуковая мощность, разумеется, невелика и не превосходит 10–20 мВт. Это неизбежная плата за экономичность, но никто не мешает вам подобрать или сконструировать АС высокой чувствительности, громко звучащую и при такой мощности.
Получив столь высокую экономичность, автор просто не мог не попытаться использовать этот усилитель в громкоговорящем детекторном приемнике, уже более 10 лет верой и правдой прослужившем на даче. В нем уже был аналоговый мостовой усилитель класса АВ, собранный на двух транзисторах МП37 и двух МП41. Памятуя хорошее правило — не ломать уже сделанных вещей в надежде на лучшее, я просто собрал новый приемник с усилителем класса D (рис. 4).
Колебательный контур приемника образован емкостью антенны (луч 12 м) и индуктивностью катушки L1 (150–200 витков), настраиваемой стержнем от ферритовой антенны. Постоянная составляющая про детектированного диодом VD1 сигнала, сглаженная дросселем Др1 и накопительным конденсатором большой емкости С4, служит для питания усилителя. Ток и напряжение питания контролируются стрелочными приборами — головкой индикатора записи от магнитофона с током полного отклонения 0,3 мА и обычным вольтметром на 25 В, сделанным из головки на 50 мкА с добавочным сопротивлением 500 кОм.
Переменная составляющая продетектированного сигнала ЗЧ через регулятор уровня R1 и разделительный конденсатор С2 поступает на вход усилителя, описанного выше. Четвертый элемент МС не использован для уменьшения потребляемого тока. Дросселем Др1 послужила первичная обмотка такого же трансформатора от трансляционного громкоговорителя, как и Тр1. Хорошие результаты получаются также с малогабаритными сетевыми трансформаторами («силовичками») от старых блоков питания 220/9 или 220/12 В.
При настройке на радиостанцию «Маяк» 549 кГц приемник заработал даже чуть громче, чем прежний аналоговый, приборы показали 6 В при токе чуть больше 100 мкА, но звук явно носил «цифровой» оттенок. К тому же стал прослушиваться шум в паузах (в аналоговом усилителе его вообще не было), но это удается заметить лишь в полной тишине. В целом, конструкция оказалась вполне работоспособной, и ее можно рекомендовать для экспериментов и дальнейшего улучшения.
В. ПОЛЯКОВ, профессор
ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ
Вопрос — ответ
Говорят, скоро подросткам до 14 лет запретят появляться на улице после 22 часов без сопровождения взрослых. А что делать, если у меня по вечерам тренировки?
Никита Самусев,
г. Краснодар
Действительно, депутаты Госдумы приняли в первом чтении законопроект, согласно которому детям до 14 лет в ночное время будет закрыт доступ в общественные места — бары, ночные клубы, Интернет-кафе и т. д. без сопровождения взрослых.
Видимо, будут милиционеры интересоваться, что делают подростки в столь поздний час и просто на улице, в общественном транспорте. В таком случае надо четко отвечать, кто вы такой, откуда и куда следуете. Неплохо при себе иметь ученический билет, а также справку от родителей, в которой будут указаны ваше полное имя, домашний адрес и мобильные телефоны родителей с указанием их имени и отчества, чтобы милиция могла быстро навести все необходимые справки.
Мама не рaзрешает мне подолгу смотреть телевизор. Говорит, что от него человек устает не меньше, чем от работы за компьютером. Но ведь телевизор — это, вообще-то говоря, средство развлечения, большую часть времени он показывает кинофильмы, концерты, юмористические передачи и т. д.
Наташа Камолова,
г. Воронеж
И все-таки мама права. Как показали исследования наших и зарубежных психологов, телевидение перегружает мозг и нервную систему. Люди, проводящие многие часы у телевизора, особенно в юном возрасте, потом плохо спят по ночам, им снятся кошмары. Кроме того, длительный просмотр телепередач отрицательно влияет на зрение. А если смотреть телевизор еще и во время еды, то вы рискуете заполучить и нарушение процессов пищеварения, приводящее к избыточному весу.
Примерно то же можно сказать и о человеке, который подолгу сидит за монитором, играя в компьютерные игры или «бродя» по Интернету.
Говорят, в стране сокращается число военных училищ, которые готовят офицеров. Не слышали ли вы, какая судьба ждет в таком случае знаменитое Рязанское воздушно-десантное училище?
Александр Строгов,
г. Калуга
Как сообщил журналистом статс-секретарь — заместитель министра обороны генерал армии Николай Панков, с 1 февраля 2009 года на базе 6 военных вузов, в том числе в Военно-космической академии, Московском высшем общевойсковом командном училище, Рязанском воздушно-десантном училище, Военном институте физкультуры и Омском десантном училище, теперь будут готовить сержантов-профессионалов. Срок их обучения меньше, чем у офицеров — 2 года и 10 месяцев.
Это связано с тем, что число офицеров, необходимое Российской армии, в последние годы резко сократилось. Если в советское время ежегодно выпускали 60–65 тыс. лейтенантов, то ныне, поскольку численность наших войск уже сократилась вчетверо, стало требоваться 15–17 тысяч. А вскоре их станет и того меньше — не более 7–7,5 тыс. офицеров взводного и ротного звена в год.
