Внешняя активная акустика для КВ трансивера
Акустика собиралась в подарок радиолюбителю, работающему в эфире на простеньком трансивере FT-840. Основная задача заключалась в дополнительном сужении полосы пропускания звукового тракта. При применении LC фильтров максимальная расчётная ширина полосы пропускания по уровню -3 dB получилась около 3,5 кГц (с примерными границами от 230 Гц до 3,8 кГц) и минимальная около 2,7 кГц (300 Гц – 3,0 кГц).
Имеется возможность коррекции наклона АЧХ, ослабляющая уровни сигналов НЧ относительно частоты 2 кГц на 6 dB.
Выходная мощность усилителя – 1 Вт / 8 Ом.
Питание акустики – 220 В. Питание усилителя — 12 В.
Размеры корпуса – 180х224х292 (ширина, высота, глубина), внутренний свободный объём около 5,5 литров. Корпус сделан из ДСП толщиной 16 мм.
Корпус.
С изготовления корпуса всё и началось. Конечно, предварительно оценил наличие свободного пространства около трансивера, прикинул, где и как должна находиться акустика, её минимальный объём с учётом электронных внутренностей и нарисовал чертёж (рис.1) в программе sPlan . Файл для измерения размеров и редактирования находится в приложении к тексту.
Как обычно, в гараже хранится достаточное количество подходящих материалов, выбрал обрезки из ламинированной ДСП (рис.2) – меньше мороки с финишной обработкой.
Распустил обрезки по чертежу, в местах соединений просверлил 4-х миллиметровые «проходные» отверстия в плоскостях и 2-х миллиметровые в торцах заготовок. На плоскостях раззенковал углубления под шляпки саморезов (рис.3 и рис.4).
Всё соединил саморезами длиной 32 мм и с большим шагом резьбы (рис.5 и рис.6).
После сборки понадобилось подровнять некоторые выступающие торцы и слегка завальцевать углы (рис.7).
«Балеринки» для вырезания большого отверстия под динамик не нашёл, пришлось сверлить по окружности множество мелких отверстий (рис.8). Затем тем же сверлом аккуратно раскрошил перемычки между отверстиями, в итоге получилось большое и достаточно ровное окно (рис.9).
Так как динамик будет крепиться к передней стенке «снаружи», то для увеличения пространства между стенками отверстия и диффузором, с помощью электролобзика придал отверстию некоторую конусность (рис.10). Расчеты никакие не проводил, всё делал «на глазок». Примерный угол – около 25 градусов, диаметр отверстия снаружи корпуса 115 мм, внутри – около 130 мм.
Для крепежа утапливаемого дна нарезал несколько деревянных планок сечением 10х10 мм (рис.11). Они будут прикреплены к внутренним стенкам корпуса, а уже к ним будет прикручиваться днище.
На этом все крупные «гаражные работы» закончены, остались более мелкие – сверление различных отверстий, изготовление лицевой панели и др.
«Домашние» работы начал с крепления планок. Две, длиной по 220 мм, прикручены к боковым стенкам, одна, длиной 145 мм – к задней. На переднюю стенку ничего крепить не стал, так как где-то здесь будут расположены переключатели и регулятор громкости. На ту сторону планок, которая будет соприкасаться с корпусом, нанёс слой клея ПВА, посыпал его мелкими опилками (для заполнения неровностей) и прикрутил к корпусу шурупами длиной 25 мм (рис.12, рис.13 и рис.14).
Место крепления планок выбрано так, чтобы при окончательной сборке между ними и днищем можно было положить уплотняющую прокладку толщиной 2-3 мм (рис.15).
По периметру днища просверлены четыре «глухих» 8-ми миллиметровых отверстия глубиной около 8-10 мм, в них вставлены пластиковые ножки, взятые из старого компьютерного корпуса (рис.16 и рис.17). Те две ножки, что у передней стенки, отнесены подальше от края.
Пока количество отверстий на передней стенке и их формы не известны, корпус можно отложить в сторону и заняться электронной схемой.
Электроника.
Схема представлялась несложной – фильтрацию сигналов проводить с применением LC фильтров с низкими входным и выходным сопротивлениями. Перед ними желательно поставить эмиттерный повторитель. На выходе схемы – микросхемный усилитель мощностью от 1 до 3 Вт. Питание сделать трансформаторное, однополярное, напряжением 12-15 В.
Во время поиска комплектующих, в руки попалась старая компьютерная акустика с подходящим трансформатором и усилителем низкой частоты. Из платы (рис.18) были так же взяты диоды выпрямителя и фильтрующий конденсатор. Затем с платы были удалены «лишние» детали, она была обрезана для получения меньших размеров (на рисунке 21 видны примерные габариты) и использована в качестве УНЧ.
После макетирования, проверок и настроек, получилась схема, показанная на рисунке 19. Здесь сигнал с трансивера через ФНЧ R1C1 поступает на эмиттерный повторитель на транзисторе VT1. Каскад имеет коэффициент передачи 0,7 и полосу пропускания по уровню -3 dB примерно от 5 Гц до 20 кГц. Далее, через развязывающий конденсатор С4, сигнал поступает на вход LC фильтров и одновременно на резисторный делитель R8R9. Из точки соединения этих резисторов (при включении переключателя S5 в верхнее положение) берётся сигнал для режима «Обход». При нижнем положении движка выключателя сигнал берётся с выхода LC и RC фильтров, характеристики которых были предварительно смоделированы в программе RFSim99. Частоты среза выбраны немного избыточными исходя из того, что в приёмном тракте трансивера уже есть фильтрация и выбор таких же значений частот среза приведёт к большему, чем расчётному, сужению полосы пропускания.
На элементах R6C5L1C6C7L2C8 выполнен фильтр ВЧ, обеспечивающий подавление на низких частотах. Переключателем S1 выбирается нужная частота среза (230/300 Гц). Нагрузкой фильтра являются резистор R7 и входное сопротивление следующего фильтра C9L3C10C11L4C12C13. В режекторных контурах L3C10 и L4C12 используются катушки индуктивности 30 мГн с отводами на 20 мГн. Коммутируя эти отводы переключателями S2 и S3, можно менять резонансные частоты контуров и, соответственно, частоту среза фильтра (3/3,8 кГц). Резистор R10 является частью нагрузки фильтра совместно с цепями дополнительной фильтрации C14R11C15R12R13C17. Первые четыре элемента – фильтр высоких частот, который позволяет изменять наклон частотной характеристики во всей полосе пропускания. Его включение и выключение выбирается переключателем S4. Фильтр низких частот R13C17 – дополнительная фильтрация ВЧ шумов и, в основном, конденсаторы С16 и С17, так же как и С1, являются подавителями ВЧ сигналов, которые могут наводиться на более-менее длинные проводники во время включения трансивера на передачу.
Примерный вид АЧХ разных режимов фильтров показан на рисунке 20. Графики были сделаны при одном из вариантов настройке фильтров (рис. 21) программой SpectraPLUS при подаче на их вход сигнала «белый шум».
Вернёмся к схеме. После переключателя S5 сигнал с движка переменного резистора R14 («Громкость») подаётся на вход усилителя низкой частоты. Усилитель, как и каскад эмиттерного повторителя, питается от источника стабилизированного напряжения 12 В, выполненного на микросхеме LM7812. Элементы «обвязки» С25 и С26 стоят для предотвращения возбуждения микросхемы. Электролитический конденсатор С24 – на выходе стабилизатора и, так как на плате усилителя в цепи питания уже стоит конденсатор ёмкостью 1000 мкФ, то номинал С24 не критичен, но всё же не менее 330-470 мкФ. Конденсатор С27 – фильтрует напряжение, выпрямленное диодным мостом VD1-VD4. Диоды зашунтированы керамическими конденсаторами C28-C31, подавляющими как ВЧ помеху, проходящую через сетевой трансформатор Tr1, так и помеху, возникающую в мосту во время переключения диодов. Трансформатор хоть и был взят из старой околокомпьютерной акустики, но оказался неплохого качества изготовления и с достаточно малым током потребления в режиме холостой работы – около 15 мА. Напряжение на его первичную обмотку подаётся через предохранитель F1 и сетевой выключатель S6 (взят со старого компьютерного блока).
Конструктив
На рисунке 22 показана передняя стенка акустики с вырезанным дополнительным прямоугольным отверстием под пластину, на которой будут закреплены переключатели и резистор регулировки громкости. Видны выфрезерованные углубления, в которых будут «утоплены» пластина и динамик. Углубления сделаны с помощью сверлильного станка с ограничение вертикального хода сверла (можно и с помощью дрели с насадкой на сверло для ограничения глубины высверливания отверстий) – высверливается множество рядом расположенных отверстий, затем перегородки между ними разрушаются и полученная поверхность выравнивается с помощью ножа, напильника или цикли. Два маленьких отверстия с одним побольше между ними справа вверху – это место установки сетевого выключателя S6.
Расположение отверстий на крепёжной пластине соответствует установке тумблеров МТ1 и резистора типа СП3-4 или СП3-33 (рис.23). Вместо двух одиночных переключателей S2 и S3 можно поставить один спаренный МТ3. Пластина – жесть толщиной 0,6 мм от корпуса всё того же старого компьютера. В местах крепления переключателей и резистора содрана краска для обеспечения гальванического контакта всех установочных элементов между собой. На этапе распайки проводников, между корпусом резистора и выводом «земля» припаяна короткая перемычка. Таким образом, через корпус резистора создаётся соединение пластины и переключателей с общим проводом схемы.
Так как пластина устанавливается «снаружи» корпуса, то крепление на неё переключателей и переменного резистора нужно проводить после окончательного соединения всех проводников «внутри» корпуса (рис.24). Затем пластина прижимается по углам короткими саморезами (рис.25).
Собранная акустика, но без финишной отделки, показана на рисунке 26. В таком виде она «поработала» несколько дней с разными приёмниками для оценки звучания и для проверки работоспособности. В итоге, полоса пропускания в режиме «Широкая полоса» была немного расширена в сторону НЧ путём увеличения ёмкости конденсатора С6 до 2 мкФ.
Накладные передняя и задняя панели сделаны из стеновой МДФ панели толщиной 5,5 мм. Размер передней панели – 180х224 мм, задней – 173х215. Отверстие под защитную сетку динамика сделано так же, как и для самого динамика – по контуру просверлено множество отверстий (рис.27) и перегородки между ними удалены.
Сетка взята от какой-то из магнитол «Вега», выпрямлена, заново загнута и обрезана по нужным размерам (рис.28). В качестве формы использован другой динамик с такими же размерами.
Затем все швы и углубления были покрыты автомобильной шпатлёвкой (рис.29), через 10-20 минут её излишки срезаны сапожным ножом с широким лезвием, им же отциклёванны и корпус обработан наждачной бумагой.
Внешний вид после наклейки винилискожи, но без окраски накладных панелей и, естественно, без нанесённых надписей, показан на рисунке 30. С цветом передней панели пока не определились, да и красить на улице или в не отапливаемом гараже уже не получиться – очень холодно.
На рисунке 31 показаны АЧХ, снятые через микрофон при подаче на акустическую колонку сигнала «белый» шум. «Пики» на НЧ – это звуковые помехи, попадающие на микрофон со стороны (шум за окном, шум системного блока компьютера, стоящего со снятой боковой крышкой и др.) «Гребёнка» на ВЧ – это электрические помехи на микрофонный усилитель и кабель от работающего рядом увлажнителя воздуха. При кажущейся недостаточности «крутизны» на НЧ скате, на слух при работе со всеми применяемыми аппаратами всё было нормально. На графике режима «Обход» видно, что при применении динамика 15ГД-11А получается уже близкая к «нужной» АЧХ звука, так как рабочие частоты динамика по паспорту 200 Гц – 5 кГц.
Детали и замена.
Никаких особых ограничений по применению деталей нет, все детали заменяемы на подобные и даже просто близкие по номиналу. Транзистор VT1 – КТ315, КТ342, КТ3102, КТ503 с любыми буквами, но желательно, чтобы со статическим коэффициентом передачи тока более 70, а лучше более 100. В случае применения транзисторов с предельным постоянным током коллектора 40 мА (КТ315Ж, КТ315И) или 50 мА (КТ342), сопротивление резистора R5 следует увеличить до 270-300 Ом.
Все катушки намотаны в ферритовых «чашках» СБ-32 с регулируемым сердечником. Проницаемость у «чашек» была разная, количество витков сильно варьировалось, поэтому индуктивность лучше контролировать исходя из имеющегося феррита.
Микросхема стабилизатора напряжения VR1 – любого изготовителя, можно поставить и 15-ти вольтовую (тогда обязательно увеличение сопротивления R5). В качестве радиатора для стабилизатора используется длинная П-образная медная (алюминиевая) пластина размерами 30х70 мм или готовый подходящий по габаритам радиатор.
Микросхема усилителя низкой частоты – любая, должна обеспечивать 1-3 Вт выходной мощности на применяемой динамической головке. В приложении к тексту находится файл разводки печатной платы в формате программы LAYOUT 5 для Лазерно-Утюжной Технологии, в нём разведены дорожки для применения в качестве УНЧ микросхемы TDA2003 (рис.32). Но разведены они с учётом пайки всех деталей со стороны медного покрытия и в случае их установки «как обычно», потребуется переразвести участок с микросхемой. Для всех остальных деталей это не критично, даже для стабилизатора VR1.
Печатную плату можно не изготавливать по ЛУТ, а просто порезать её медное покрытие на квадратики 10х10 мм (сетка на рисунке 33) и к ним припаивать детали, а гальванические связи делать с помощью перемычек из припоя и проводников нужной длины. При применении ЛУТ в программе нужно включить «зеркальный» режим.
Переключатели S1…S5 – МТ1, можно П2Т-1 или другие, вплоть до П2К, но тогда лучше импортные. Сетевой выключатель S6 – любой, рассчитанный на напряжение не менее 250 В и ток не менее 5 А, например, импортный МR-2.
Входного разъёма на звуковом входе нет – экранированный сигнальный кабель «моно» на одном конце имеет штекер minijack 3,5”, другим концом впаивается напрямую в плату фильтров. В акустику он заходит через отверстие в днище.
Все применяемые резисторы – марки МЛТ-0,25. Конденсаторы С25,С26,С28…С31 – керамические, остальные неполярные – плёночные, например, марок К73-17, К73-9 или импортные MPP, PMD. Электролитические конденсаторы С2, С4 и С24 – любые подходящие по размеру и близкие по номиналу, на напряжение 16 В. Конденсатор С27 должен быть на 25 В, а лучше 35 В. Это зависит от выходного напряжения вторичной обмотки трансформатора, которое может быть в пределах 12-22 В.
Габаритная мощность трансформатора – не менее 15-20 Вт, ток во вторичной обмотке не менее 0,5 А, а лучше 0,8 А. Диоды в VD1…VD4 – 1N4001…1N4007 или другие, рассчитанные на напряжение не менее 50 В и ток 1 А.
Предохранитель F1 для удобства обслуживания желательно установить в колодке на задней стенке, но можно и просто впаять в нужном участке цепи внутри корпуса акустической колонки.
Наладка, настройка, переделка.
Сначала можно настроить фильтры – питания для них не надо, достаточно на вход (плюсовая обкладка С4) подать «белый» шум сгенерированный программой SpectraPLUS, а сигнал с выхода фильтров (с верхнего контакта R14) подать обратно на вход звуковой карты. Регулируя сердечники катушек, выставить нужные частоты срезов. Резисторы R6, R7 и R10, помеченные звёздочками, могут нуждаться в подборе в случае появления большой неравномерности в полосе пропускания (это обычно это связанно с увеличенным омическим сопротивлением обмоток катушек). Номинал резистора R9 лучше подбирать на слух уже в конце всех настроек, включая и выключая режим «Обход» — в звуке не должно быть большого различия в громкости.
Повысить крутизну низкочастотного ската можно установкой дополнительной катушки индуктивности 300 мГн параллельно конденсатору С8. Получится контур с частотой режекции около 140 Гц.
При использовании 12-тивольтового стабилизатора, подбором R3 нужно выставить на эмиттере транзистора напряжение около 6-7 В, при 15-тивольтовом стабилизаторе – выставить 7,5-8,5 В.
Всё остальное в настройке не нуждается.
Усилитель мощности можно питать не от стабилизатора, а подключить напрямую к конденсатору С27. Но тогда, скорее всего, понадобится увеличение ёмкости С27. В таком включении выходная звуковая мощность повысится. Так же можно совсем не применять стабилизатор напряжения, а питать транзисторный повторитель через RC фильтр.
Источник