Автомобильные магнитолы

Журнал "Радио", номер 7, 1999г.
Автор: А.Шихатов, г. Москва

Продолжение. Начало см. в "Радио",1999,#4 "Радио",1999,#5 "Радио",1999,#6

    ТРАКТ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

    Тракт ЗЧ автомагнитолы - это именно то, что нередко определяет ее класс в оценке потребителя. Различия в структуре и параметрах радиоприемных трактов и дек мало кому понятны, тем более, что в моделях одного семейства они практически отсутствуют. Сервисные функции также в основном стандартны. Главное же, что отличает магнитолы, это - построение тракта ЗЧ.

    Поскольку в магнитоле как минимум два источника сигнала (тюнер и магнитофонная дека), то тракт ЗЧ начинается с коммутатора сигналов. В самых дешевых аппаратах он в явном виде отсутствует - выходы обоих источников сигнала объединяются на резистивном смесителе или на регуляторе громкости, а активизация одного из них осуществляется только включением его питания. Так как выходные каскады источников сигнала с отключенным питанием обладают достаточно высоким выходным сопротивлением, их взаимное влияние исключено. Однако это возможно лишь при невысоких уровнях сигнала - несколько десятков милливольт, в противном случае резко возрастут нелинейные искажения тракта. В более совершенных трактах используют диодные коммутаторы. В качестве примера рассмотрим схему, примененную в магнитолах "Pioneer" серий KEH23xx, KE28xx (рис. 9).

    Сигнал от радиоприемного тракта с уровнем порядка 100 мВ нормируется с помощью делителей R1VD1R3, R2VD2R4 и поступает на вход усилителя, выполненного на транзисторе VT1 по схеме с общим эмиттером (на схеме показан только один канал усилителя). Диодные ключи VD1, VD2 открываются постоянной составляющей сигнала (разделительные конденсаторы на выходе радиоприемного тракта отсутствуют). Цепочки R1C1, R2C2 одновременно осуществляют коррекцию сигнала и дополнительную фильтрацию остатков пилот-тона.

    Сигнал от УВ с уровнем около 50 мВ проходит на вход усилителя на VT1 через диодные ключи VD3, VD4. Открывающее напряжение на них поступает через резисторы R5, R6 с цепи R7C3 при включении ЛПМ. На выходе УВ имеются разделительные конденсаторы С4 и С5. Сигнал с уровнем около 200 мВ с выхода усилителя приходит на пассивный двухполосный регулятор тембра по схеме Баксандала. Затем, в зависимости от уровня сложности магнитолы, сигнал через регуляторы громкости и баланса приходит на вход УМЗЧ либо непосредственно, либо через линейный усилитель с усилением 20 дБ, выполненный на сдвоенном ОУ (монтируется на дополнительной плате). Последнее обстоятельство вызвано тем, что в магнитолах "младших" серий применяются микросхемы УМЗЧ чувствительностью 50 мВ, а в "старших" - 500 мВ, имеющие более высокие параметры.

    Во избежание искажений напряжение сигнала в диодных коммутаторах не должно превышать 100 мВ. В более совершенных трактах коммутация сигнала выполняется ключами на полевых транзисторах. Часто для этой цели используют цифровые микросхемы CD4052 (аналог К561КП1). Допустимый уровень сигнала в этом случае увеличивается до 1 В. Подобное решение применялось в магнитолах "Supra", "Philips" и др. Для подключения внешних источников сигнала (например, CD-плейера) в недорогих моделях магнитол установлен наружный аудиоразъем для штекера на 3,5 мм (с размыкаемыми контактами), в более сложных коммутация сигнала с внешнего входа выполняется электронными коммутаторами.

    Регуляторы громкости и тембра используют как традиционные, с переменными резисторами, так и электронные. Последние в настоящее время практически вытесняют переменные резисторы, поскольку при массовом производстве себестоимость электронных регуляторов существенно ниже.

    Двухполосные регуляторы, как правило, выполняют пассивными, при этом величина подъема АЧХ ограничена 6...8 дБ во избежание перегрузки УМЗЧ. Регуляторы громкости обычно обеспечивают простую тонкомпенсацию (переменный резистор с одним отводом), но величина коррекции при малой громкости выбирается несколько больше, чем в "домашней" аппаратуре. Следует заметить, что диапазон регулирования громкости для автомобильной аппаратуры, с учетом шума в салоне без принятия мер по звукоизоляции, составляет не более 35...40 дБ, поэтому начальный участок регулятора громкости остается невостребованным.

    В качестве примера пассивного узла регулировок приведем схему, примененную в магнитоле "Philips-410" (рис. 10). Она достаточно проста и не требует дополнительных пояснений.

    В тракте ЗЧ некоторых магнитол вместо регуляторов тембра используют трех- или пятиполосный графический эквалайзер. Такие конструкции нельзя считать удачными, так как для коррекции акустических дефектов, присущих салонам автомобилей, их возможности явно недостаточны, надежность же малогабаритных движковых регуляторов оставляет желать лучшего.

    Несравнимо большими возможностями обладают электронные эквалайзеры. Они выполнены на основе микросхем с управлением по шине I2C (например, TEA6360 производства Philips). Узел коммутации источников сигнала и регулировок с такими эквалайзерами теперь также собирают на микросхемах с управлением по шине I2C (TDA7312 производства SGS-Thomson, TDA8425, TEA6320, TEA6321, TEA6330 производства Philips и других аналогичных микросхем).

    Помимо регуляторов громкости и тембра в УЗЧ магнитол предусмотрены другие функции и регулировки. Практически все современные модели магнитол имеют четырехканальный звуковой тракт - два передних (фронтальных) стереоканала и два задних (тыловых). Это не квадрафоническая система, как думают некоторые пользователи, и сигналы передних и задних каналов ничем, кроме уровня, не отличаются.

    Поскольку встроенные в магнитолы усилители не в состоянии обеспечить высокую мощность, в большинстве современных моделей предусмотрены линейные выходы для подключения внешних УМЗЧ. В простых моделях имеется только одна пара линейных выходов (обычно они обозначены как тыловые), а в более сложных - две пары (фронтальные и тыловые). В магнитолах высокого класса также есть отдельный линейный выход для низкочастотного (сабвуферного) канала, уровень сигнала на котором не зависит от распределения уровней между фронтальными и тыловыми каналами. Уровень суммарного (монофонического) сигнала на этом выходе регулируется независимо. В некоторых моделях при этом возможно изменение частоты среза ФНЧ.

    Все линейные выходы снабжены буферными каскадами, как правило, на ОУ. При уровне сигнала на линейном выходе около 0,5 В они включены повторителями, а для более высокого уровня сигнала - усилителями. В связи с ужесточением требований к уровню помех в аудиосистеме (главным образом, изза наводок от бортовой сети автомобиля) в последнее время наметилась тенденция к увеличению уровня сигнала на линейных выходах до 4 и даже 8 В, а в самых совершенных системах введены дифференциальные выходы. Повышение уровня сигнала до таких значений требует применения повышенного напряжения питания для буферных каскадов, поэтому в подобных системах предусмотрен встроенный преобразователь напряжения.

    Для регулировки распределения сигнала между передними и задними каналами используют специальный регулятор - фейдер (Fader). Его характеристика регулирования такова (рис. 11), что при перемещении регулятора из крайнего положения к среднему уровень сигнала введенного канала снижается незначительно, а выведенного - наоборот, быстро растет. После прохождения среднего положения картина меняется на обратную.

    В магнитолах, выполняющих функцию основного блока аудиосистемы, размещен усилитель мощности. Некоторые аппараты высокого класса предназначены для использования с внешним усилителем мощности и встроеннолях магнитол УМЗЧ выполнялся на дискретных элементах, то уже с середины 70-х годов широко применяют микросхемы - сначала гибридные, а затем и интегральные. В настоящее время усилители мощности выполняют исключительно на ИМС. Практически все УМЗЧ (кроме моделей с выходной мощностью до 4...5 Вт) сейчас выполняют по мостовой схеме.

    Практически все современные аппараты со встроенными усилителями, кроме самых дешевых, могут работать на две акустические системы - переднюю (фронтальную) и заднюю (тыловую). У встроенных усилителей два или четыре канала, причем в последнем случае их мощность может быть различной. Акустические системы первых автомагнитол "простоты ради" монтировали на задней полке салона, поэтому четырехканальные аппараты "по инерции" имели мощный усилитель (2x20...25 Вт) для тыловых каналов и маломощный (2x5...7 Вт) для фронтальных. В настоящее время каналы по мощности равноценны, хотя еще попадаются модели, выполненные "по старинке" (например, несколько последних моделей производства корпорации LG Electronics).

    В двухканальных усилителях распределение сигнала между передними и задними громкоговорителями производят на выходе усилителя, что приводит к потерям мощности на механическом регуляторе (мощном переменном резисторе или переключателе). Подобное решение имеет смысл, только при использовании мостового усилителя мощности - в противном случае мощность усилителя будет слишком мала. Такая конструкция родилась на заре автомобильной аудиотехники и в современных моделях уже практически не встречается. В качестве примера рассмотрим регуляторы, примененные в магнитолах "Pioneer" серий KEH23xx, KE28xx, а также в аппаратах других производителей (на рис. 12 упрощенно показан один канал).

    Переменный резистор-переключатель устроен таким образом, что в среднем его положении движок замкнут с крайними выводами. При перемещении движка из среднего положения одна из секций вводится в цепь громкоговорителя. Сопротивление секции - около 180 Ом, что позволяет снизить уровень сигнала на нем практически до нуля. Усилитель магнитолы можно использовать в двух вариантах - в двухканальном (в этом случае выходная мощность достигает 25 Вт на канал) и в четырехканальном (11 Вт на канал). Собственно регулятор имеет достаточно массивную конструкцию с ребрами охлаждения.

    В магнитолах с четырехканальным усилителем проблемы потери мощности нет, здесь регулировки производятся на входе усилителей мощности (как правило, электронным регулятором, реже - переменным резистором). Рассмотрим схему такого узла (рис. 13), примененную, например, в магнитолах "Sony 1253" и ей подобных.

    Собственно фейдер (R1 - R5) в данном случае представляет собой не что иное, как изобретенный еще в 50-е годы панорамный регулятор, распределяющий сигнал одного источника между двумя усилительными каналами. Такой усилитель также может использоваться как двух- или четырехканальный. При двухканальном включении входы усилителей замыкают между собой, усилитель становится мостовым с максимальной выходной мощностью 2x25 Вт. Фейдер при этом практически не влияет на коэффициент усиления. При четырехканальном включении каждый из каналов работает независимо, а оксидный конденсатор C1 образует "виртуальную землю". Выходная мощность магнитолы при этом - 4x12 Вт.

    Подобное построение сейчас применяют только в самых дешевых моделях магнитол. В современных аппаратах каждый из четырех усилительных каналов выполнен по мостовой схеме, а фейдер входит в состав микросхемы-регулятора звукового тракта. При использовании современной магнитолы в двухканальной конфигурации два оставшихся канала просто оставляют неподключенными. Соединять между собой выходы каналов для увеличения мощности недопустимо!

    В качестве усилителей мощности в автомагнитолах применяют ИМС TDA2003, TDA2004 (одноканальные), TDA1719, TDA1521 (двухканальные), TA8210, TA8221, TDA1554, TDA1556 (двухканальные мостовые). В последних моделях магнитол используются четырехканальные мостовые УМЗЧ, выполненные на микросхеме TDA7384.

    Мостовые усилители используют в автомагнитолах неспроста. Максимальную выходную мощность можно реализовать в том случае, когда размах напряжения сигнала становится равным напряжению питания. На практике это невозможно, так как напряжение насыщения транзисторов не позволяет довести выходной сигнал до напряжения питания. Наиболее простой способ увеличить выходную мощность - снизить сопротивление нагрузки. Однако у этого способа есть недостатки:

    - дополнительные потери в соединительных проводах между усилителем и нагрузкой;

    - увеличение тока нагрузки приводит к снижению максимального выходного напряжения;

    - увеличение тока нагрузки приводит к росту искажений;

    - ухудшение демпфирования может привести к росту резонансного "горба" на АЧХ.

    Одно время в магнитолах высокого класса использовались гибридные усилители мощности серии STK, предназначенные для работы с нагрузкой 2, 1 и даже 0,5 Ом. Их потенциальные возможности могли быть реализованы только при работе совместно со специальными низкоомными головками, поэтому распространения такие усилители не получили.

    Более удобным оказалось включение двух усилителей по мостовой схеме (когда один из них инвертирует фазу). Громкоговоритель подключают к их выходам непосредственно без разделительных конденсаторов, что в известной мере способствует повышению качества звучания. Выходное напряжение на нагрузке оказывается вдвое больше, поэтому при одном и том же напряжении питания и нагрузке выходная мощность усилителя по мостовой схеме теоретически оказывается в 4 раза больше, чем у отдельно взятого канала (практически она несколько ниже, поскольку с ростом тока нагрузки снижается максимальное выходное напряжение). По такой схеме выполнены усилители мощности практически всех современных моделей, кроме самых дешевых.

    Наряду с достоинством - большей выходной мощностью - мостовым усилителям свойственны и недостатки. Прежде всего, это - повышенный примерно в 1,2...1,7 раза по сравнению с исходными усилителями коэффициент гармоник и вдвое худший коэффициент демпфирования. Казалось бы, коэффициент гармоник изменяться не должен, но на практике увеличение происходит из-за различия характеристик реальных (даже выполненных на одном кристалле) усилителей. Ухудшение демпфирования объясняется тем, что выходные сопротивления усилителей складываются.

    Кроме того, поскольку нагрузка подключается к выходам без разделительных конденсаторов, ее провода находятся относительно массы под постоянным напряжением, поэтому случайное замыкание нагрузки на массу может привести к выходу усилителя из строя. В современных интегральных УМЗЧ есть встроенные системы защиты от подобных неприятностей, но микросхемы старых серий были недостаточно надежны.

    Но есть класс усилителей, буквально рожденный для автомобилей. Это УМЗЧ, в которых выходной каскад работает в режиме H (с изменяемым напряжением питания). Толчком для разработки таких усилителей послужило то, что реальный звуковой сигнал имеет импульсный характер и средняя мощность намного ниже максимальной. В основе устройства лежит обычный усилитель, включенный по мостовой схеме, а "изюминка" - в удвоении напряжения питания с помощью накопительного конденсатора большой емкости, который подзаряжается от основного источника питания. На пиках мощности этот конденсатор подключается последовательно с основным источником. Напряжение питания выходного каскада усилителя на доли секунды удваивается, позволяя ему справиться с передачей пиков сигнала и почти вчетверо увеличить максимальную мощность.

    Пример усилителя такого класса - УМЗЧ на микросхеме TDA1560Q, пригодной для этого режима работы. Она развивает выходную мощность 40 Вт на нагрузке 8 Ом при напряжении питания 14,4 В.

    К сожалению, производители такой аппаратуры, сообщая об этом, умалчивают о существенном недостатке. Максимальная мощность усилителей в режиме H зависит от емкости накопительных конденсаторов и частоты сигнала. Чем меньше их емкость, тем меньше "прибавка" мощности на низких частотах, т. е. как раз там, где она особенно нужна.

    Из приведенных на рис. 14 графиков хорошо видна зависимость максимальной выходной мощности от емкости накопительных конденсаторов. Совершенно очевидно, что упрятать батарею конденсаторов внушительной емкости (2x10 000 мкФ для каждого из четырех каналов!) внутрь стандартного корпуса трудно, поэтому заявленная производителями магнитол мощность 4x40 Вт обеспечивается лишь на средних и высших частотах.

    (Окончание следует)







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.