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

Если вы собираете эту схему, должен предупредить вас, что усилители очень чувствительны к любым электрическим колебаниям, а не только к тем, которые вы желаете услышать. Любые электрические помехи будут воспроизводиться в виде различных скрипучих и жужжащих звуков, и эта проблема усугубится, если вы соедините компоненты чрезмерно длинными проводами.

Перемычки со штекерами на концах крайне нежелательны в схеме усилителя, поскольку они ведут себя как радиоантенны. Я попытался по возможности уменьшить длину проводов на макетной плате (см. рис. 5.44) и рекомендую вам сделать то же самое. Единственное место, где длина провода не играет роли, – выход микросхемы, куда вам необходимо подключить провода к катушке и динамику.

Рис. 5.44. Макет экспериментальной аудиосхемы

Для катушки индуктивности идеально подойдет обмоточный провод 22-го калибра или тоньше (диаметром 0,64 мм или меньше), но вы получите заметные результаты и при использовании 30-метровой катушки монтажного провода 22-го калибра, а 60 метров монтажного провода, который я предлагал в предыдущем эксперименте, окажутся еще лучше.

Рис. 5.45. Расположение и номиналы компонентов экспериментальной аудиосхемы

Теперь, прежде чем подать питание на макетную плату, пожалуйста, проверьте три ползунковых переключателя в нижней части схемы и убедитесь в том, что все они находятся в нижнем положении. Другими словами, переключите их к низу макетной платы. Также установите два подстроечных потенциометра на половину их рабочего диапазона.

Вы можете подать питание для этого устройства от сетевого адаптера или от 9-вольтовой батареи, стабилизация необязательна. Тем не менее, если вы используете адаптер, он может создавать гудение. Уменьшить этот эффект можно, подключив конденсатор емкостью 1000 мкФ (или больше) между двумя шинами питания макетной платы. Если вы питаете устройство от батареи, то потребление энергии усилителем ограничит срок работы батареи до 2–3 часов, а некоторые звуковые фильтры будут слегка понижать напряжение, что повлияет на частоту звука, создаваемого таймером 555.

Как только вы подключите питание, то должны услышать какой-либо звуковой тон. Если сигнала нет, то первым делом при поиске неисправностей вы должны отключить верхний вывод конденсатора емкостью 220 мкФ от выхода таймера 555 и быстро коснуться проводами динамика между этим выводом и отрицательной шиной. Если вы снова ничего не услышали, значит, неправильно подключили таймер. Если какой-то звук появился, то ошибка связана с микросхемой усилителя LM386. Проверьте, что вы не ошиблись при подключении питания к выводам микросхемы LM386. Контакты питания расположены иначе, чем у логических микросхем.

Все равно нет звука? Выньте верхнюю часть короткой перемычки слева от микросхемы LM386 выше потенциометра на 10 кОм. Коснитесь конца этого провода пальцем, и вы должны услышать свистящие или жужжащие звуки, потому что он ведет ко входу усилителя (контакту 4). По-прежнему ничего? Попробуйте подключить динамик между отрицательным выводом конденсатора С6 и отрицательной шиной источника питания. С6 – это разделительный конденсатор, подключенный напрямую к выходу микросхемы LM386. Если ни одна из этих попыток не увенчалась успехом, вам придется тщательно прозвонить всю схему мультиметром, проверяя напряжение.

Опыты со звуком

Предполагаю, что ваша схема теперь настроена и работает. Я объясню функции компонентов, прежде чем предложу попробовать кое-что еще. Обратимся к схеме устройства (рис. 5.43) и макетной плате (рис. 5.44).

Конденсатор С1 вместе с подстроечным потенциометром 1 МОм задает частоту таймера. Если вы захотите услышать звук выше 5 кГц, можно использовать конденсатор емкостью 0,0068 мкФ (6,8 нФ).

Конденсатор С5 является разделительным. Он имеет большую емкость и поэтому будет «прозрачным» для широкого диапазона частот. Он предназначен для блокировки постоянной составляющей с выхода таймера 555, поскольку вам требуется усилить только колебания, а не основное напряжение.

Конденсатор С6 – это еще один разделительный конденсатор, защищающий динамик от постоянного тока, который идет от усилителя.

Конденсатор С7 соединяет выход усилителя с отрицательной шиной, когда вы нажимаете кнопку рядом с ним. Номинал конденсатора С7 подобран так, чтобы он замыкал верхние частоты на землю. Без этих частот звук, воспроизводимый динамиком, становится более мягким.

Конденсатор С4 включается и выключается ползунковым переключателем S3. Когда вы устанавливаете его ползунок вверх, звук от таймера 555 проходит через конденсатор С4 к усилителю. Поскольку емкость С4 мала, он не пропускает нижние частоты, делая звук «суше» и резче.

Наиболее сложная часть схемы связана с катушкой индуктивности. Мне хотелось, чтобы вы услышали различие между параллельным и последовательным подключением катушки к динамику. Переключатели S1 и S2 дают вам возможность такого выбора, как показано на рис. 5.46 и 5.47. Когда катушка подключена параллельно динамику, иногда говорят, что она шунтирует динамик.

Рис. 5.46. Переключатели S1 и S2 позволяют вам подключить внешнюю катушку последовательно или параллельно динамику

Рис. 5.47. С помощью S1 и S2 можно также закоротить катушку и отключить динамик от усилителя

Здесь у вас много возможностей для экспериментов, особенно если учесть то, что вы можете регулировать частоту и громкость звучания во время исследования различных фильтров. Вы также можете проверить эффект от одновременного применения двух фильтров. Например, нажмите кнопку, чтобы подключить шунтирующий конденсатор С7, который срезает верхние частоты, и одновременно переключателем S3 включите в цепь конденсатор С4, срезающий нижние частоты. У вас получится полосовой фильтр, называемый так потому, что он пропускает лишь узкую полосу частот среднего диапазона.

Подстроечный потенциометр 10 кОм внизу слева служит регулятором громкости, но вы обнаружите, что он работает корректно только в средней части диапазона. При крайних положениях движка потенциометра схема может самовозбуждаться. Это характерно для усилителей. Для решения проблемы добавляют конденсаторы большой и малой емкости в различных участках схемы. Я не стал беспокоиться по этому поводу, потому что для наших целей вполне хватит средних значений сопротивления.

Конденсаторы и катушки индуктивности в этой схеме работают в качестве пассивных элементов. Они только подавляют определенные частоты, но не усиливают сигнал. Более сложные системы содержат транзисторы для активной фильтрации, но для них требуется гораздо больше компонентов.

Форма колебаний

Если вы дунете в горлышко бутылки, то услышите сочный звук, вызванный вибрацией воздуха внутри бутылки. Если бы вы могли графически изобразить звуковые волны, то убедились бы, что они имеют плавную закругленную форму. Если бы вы могли замедлить время и нарисовать график переменного напряжения в домашней сетевой розетке, он выглядел бы аналогично.

Если бы вы могли измерить скорость маятника, который медленно качается из стороны в сторону в вакууме, и нарисовать график зависимости скорости от времени,