الترانزستورات هى المكونات الرئيسية فى العديد من المكبرات الابتدائية ، ومكبرات القدرة ، ودوائر التحكم فى نغمة الصوت .
أساسيات نظام مكبر الصوت :
يمكن تقسيم نظام مكبر الصوت من حيث وظيفة الدائرة إلى ثلاث أقسام ، كما هو مبين بالشكل التالى : القسم الأول :
أول هذه الأقسام هو "المنتخب / المكبر الابتدائى" selector/preamplifier . وهو يسمح للمستمع لاختيار مصدر إشارة الدخل المطلوب ، كما يتم تلقائيا تطبيق مستوى التكبير المناسب وتصحيح التردد للإشارة لتهيئتها من أجل دائرة القسم الثانى ، وهى التحكم فى "حجم الصوت / النغمة" tone/volume control .
القسم الثانى :
قسم التحكم فى حجم الصوت / النغمة tone/volume control ، تسمح للمستمع بضبط خصائص التردد وسعة خرج الصوت لتناسب الذوق الشخصى . قد يحتوى هذا القسم أيضا على دوائر ترشيح إضافية والمصممة خصيصا للتخلص من مكونات الأشارة الغير مرغوب فيها مثل الخربشة والهمهمة .
القسم الثالث :
القسم الأخير من نظام مكبر الصوت هو "مكبر القدرة" power amplifier . وهو يكون قادرا على إنتاج مستويات قدرة من بضع مئات من الملى واط إلى مئات الواط . يتم تصميم مكبرات القدرة الصوتية لتغطية نطاق (مدى) الترددات المسموعة (الصوتية) مع الحد الأدنى من التشويه . فى الوقت الراهن تشمل معظم المنتجات ذات الجودة العالية على حماية تلقائية ضد زيادة الحمل ، و الانطلاق الحرارى .
الأقسام الثلاثة لنظام مكبر الصوت يتم إمدادها جميعا بالطاقة من مصدر قدرة واحد عادة يكون مدمج بالنظام . جميع الأقسام الثلاثة تتضمن شبكات (دوائر) منفصلة لفصل ارتباط مصدر القدرة لمنع إشارة التداخل الغير مرغوب فيها .
المكبرات الابتدائية البسيطة Simple Preamplifiers :
المكبرات الابتدائية البسيطة Simple Preamplifiers :
دائرة المكبر الابتدائى للصوت تعدل خواص الإشارة بحيث يكون لها استجابة تردد مستقرة وسعة خرج اسمية nominal بالقيمة 100 ملى فولت واللازمة لتشغيل قسم حجم الصوت / النغمة .
إذا تم الحصول على إشارة الدخل من مولف راديو (تيونر) أو مشغل شرائط ، فإن خواص الإشارة عادة ما تكون فى شكل يمكن تغذيتها مباشرة إلى قسم حجم الصوت / النغمة ، دون المرور خلال (متجاوزا) المكبر الابتدائى . لكن ، إذا تم الحصول على الدخل من ميكروفون أو أى جهاز دخل صوتى آخر ، فإنه من المحتمل أن تحتاج إلى المعالجة بالمكبر الابتدائى .
يوجد نوعان أساسيان للمحولات فى الميكروفونات ولواقط الصوت : النوع المغناطيسى أو نوع الكريستال . المحولات المغناطيسية عادة ما تقدم معاوقة خرج منخفضة وحساسية إشارة منخفضة بحوالى 2 ملى فولت . يجب تغذية خرجها إلى مرحلة مكبر ابتدائى بمعاوقة مرتفعة مع كسب جهد يقارب الوحدة .
معظم الميكروفونات لها تقريبا استجابة تردد مسطحة ، لذلك يمكن أن تتوافق مع مراحل التكبير الابتدائى ذات الاستجابة المسطحة البسيطة .
الشكل التالى يبين دائرة مكبر ابتدائى بكسب يساوى الوحدة والتى من شأنها أن تعمل مع معظم الميكروفونات الكريستال أوالسيراميك مرتفعة المعاوقة . الدائرة عبارة عن مكبر "تابع باعث" emitter-follower (أو مجمع مشترك) مع شبكة (دائرة) تسمى "تمهيد" bootstrap مكونة من المكثف C2 والمقاومة R3 (تقنية يتم فيها تطبيق جزء من خرج المكبر إلى دخله بغرض زيادة معاوقة الدخل ) . هذا المكبر له مقاومة دخل قياسية بحوالى 2 ميجا أوم . الدائرة المكونة من المكثف C5 والمقاومة R5 تعمل على فصل المكبر من مصدر القدرة للتيار المستمر .
الأشكال التالية تبين دوائر مكبر ابتدائى بديلة والتى تتوافق مع الميكروفونات المغناطيسية .
فى الشكل الأول : يتم استخدام مرحلة واحدة ، تعطى كسب جهد بالقيمة 46dB (x200) ، وسوف تعمل مع معظم الميكروفونات المغناطيسية .
فى الشكل الثانى : يتم استخدام دائرة بمرحلتين لتعطى كسب جهد بالقيمة 76dB ، وهى معدة من أجل التكبير الابتدائى لخرج الميكروفونات المغناطيسة منخفضة الحساسية جدا .
المكبر الابتدائى الشامل A Universal Preamplifier
معظم أنظمة مكبر الصوت يجب أن يكون بها مكبرابتدائى بالعديد من الخصائص المختلفة . تشمل هذه الخصائص الكسب المرتفع مع الاستجابة الخطية من أجل الميكروفونات المغناطيسية ، والكسب المنخفض مع الاستجابة الخطية من أجل التيونرات ، والكسب المرتفع مع التسوية equalization من أجل خراطيش (كبسولات) الصوت phone المغناطيسية .
لتلبية هذا المطلب الواسع ، فإن معظم مصممو المكبرات يستخدمون دائرة مكبر ابتدائى واحدة كالمبينة بالشكل التالى :
هذه الدائرة فى الأساس هى مكبر خطى بكسب مرتفع ، ويمكن تغيير خصائصه عن طريق التحويل لشبكات (دوائر) ترشيح بالمقاومات فى نظام التغذية العكسية الخاص بها .
على سبيل المثال ، عندما يتم ضبط مفتاح الاختيار على الوضع Mag phono ، يمكن تحديد مصادر المدخلات بواسطة S1-a ، وتحديد مقاومات التحكم فى التغذية العكسية فى كسب الاستجابة الخطية (R8,R9,R10) بواسطة S1-b . يتم اختيار قيم تلك المقاومات بين 10 كيلو أوم و 10 ميجا أوم لتناسب ذوق المستمع . كسب الدائرة سوف يتناسب مع قيمة مقاومة التغذية العكسية . التحكم فى مستوى الصوت Volume Control :
مثال لمشروع عملى لإنشاء مكبر ابتدائى :
ما لم يكن لديك إشارة بسعة كافية فلن تحصل على قدرة الخرج المطلوبة من مكبر القدرة . لهذا السبب نحن بحاجة إلى المكبر الابتدائى ، وخاصة عند استخدام الميكروفون كدخل .
هذا المكبر الابتدائى هو الحل ، فله كسب gain يصل إلى 40dB ، وهو أكثر من كافى من أجل معظم التطبيقات . يمكنك تغيير الكسب عن طريق تغيير مقاومة واحدة فقط . ويمكنك استخدام ميكروفون إلكترليت electrets عن طريق إضافة مقاومة واحدة .
الدائرة الكهربية :
طريقة العمل :
كما هو مبين بالدائرة أعلاه ، هناك اثنين من الترانزستورات ، وهى تشكل زوج من التغذية العكسية بالتيار المستمر ، مع تغذية عكسية سالبة مربوطة من مجمع الترانزستور Q2 إلى مشع الترانزستور Q1 . يتم تطبيق إشارة الدخل خلال المكثف C3 إلى قاعدة الترانزستور Q1 . يتم تعيين جهد الانحياز bias لهذا الترانزستور بواسطة المقاومات R1 و R4 . مرشح التمرير المنخفض المكون من R2 و C1 يزيل الهمهمة والضوضاء غير المرغوب فيها من جهد الانحياز للتيار المستمر . هذا يوفر درجة فصل لمصدر القدرة وعادة ما يكون ضروريا فى دوائر المكبر الابتدائى لضمان أن إشارة الخرج تكون خالية من الهمهمة والضوضاء .
يتم أخذ خرج المرحلة الأولى من مجمع الترانزستور Q1 ومقاومة حمله R3(22K) . يتم تغذية خرج Q1 إلى قاعدة Q2 وتؤخذ إشارة الخرج النهائية من مجمعه خلال المكثف C5 .
يتم تطبيق تغذية عكسية سالبة عن طريق المقاومة R5(2K2) . المكثف C4(1.5nF) الموجود على التوازى مع هذه المقاومة يضمن الاستقرار ويقلل من الضوضاء من تداخل تردد الراديو بالتخلص roll off من الترددات الأعلى من 48kHz .
يتم تعيين الكسب الكلى بواسطة النسبة بين المقاومات R5 و R6 . معادلة الكسب تكون بالشكل التالى : Gain = 1 + (2200/100) = 23 والتى تساوى تقريبا 27 dB .
يمكنك القيام بتغيير R5 لضبط الكسب الكلى إذا لزم الأمر . مع الوضع فى الاعتبار أنه قد تحتاج لضبط C4 كذلك للحفاظ على التخلص (التموج) roll off من نفس التردد المرتفع .
للاستخدام مع الجيتار على سبيل المثال ، يمكنك محاولة R5 = 10k و C4 = 470pF إذا كان هناك كسب غير كافى مع الدائرة المبينة . ومع ذلك ، قد يفضل ترك C4 كما هو مبين للحد من الضوضاء .
المكثف C6 على التوالى مع المقاومة R6 لتعيين استجابة التردد للقيمة 72Hz . هذا يقلل من تأثير تقريب الميكروفون ويقلل من التعرض للضوضاء نتيجة للرياح والتنفس . إذا كنت تحتاج إلى استجابة جهارة bass مسطحة ، ينكنك زيادة قيمة المكثف C6 . السعة 47 uF سوف تعطى نقطة فصل break للتردد المنخفض لحوالى 33 Hz مع 6 dB لكل ثمانى تموجات roll off .
يمكن الإمداد بالقدرة من أى مصدر 6V إلى 12V . عند الجهد 12V يكون التيار المسحوب حوالى 3 ملى أمبير مع عدم التحميل . هذه القيمة تنخفض إلى 2 ملى أمبير عن الجهد 9V . فى حالة استخدام المنبع الرئيسى ، تأكد من التارشيح والتنظيم الجيد للحد من الضوضاء .
خيار الميكروفون الإليكتريت Electret Microphone:
تم عمل حساب استخدام الميكروفون الإليكتريت على الدخل . إذا استخدمت هذا الخيار يتم إضافة المقاومة R9 لتوفير تيار الانحياز للترانزستور نوع FET الموجود داخل الميكروفون الإليكتريت . إذا استخدمت أى نوع آخر من الميكروفونات أو إشارة دخل "لا يتم وضع المقاومة R9" . قائمة المكونات : الإنشاء :
تحقق من المكونات الموجودة بالقائمة المذكورة أعلاه . عادة يكون من السهل إضافة المكونات الأقل ارتفاعا أولا ، بدءا من المقاومات .
تأكد من على الترانزستورات Q1 و Q2 الصحيحة ، وهى ليست متماثلة . ترانزستور منها من النوع NPN فى حين أن الآخر هو من النوع PNP .
أيضا تأكد من الحصول على كل المكثفات الإلكتروليتية بشكل صحيح وتحقق من جهد التشغيل والقطبية .
كما ذكر أعلاه ، إذا كنت تستخدم ميكروفون إليكتريت عندئذ يتم وضع المقاومة R9 أيضا ، وإن لم تستخدمه يجب عدم وضعها . الاختبار :
يتم ربط هذا المكبرالابتدائى إلى مكبر قدرة وسماعة لتجربته . فى البداية تأكد من خفض مستوى الصوت . قم بتوصيل الميكروفون أو مصدر إشارة . إذا لم يكن هناك خرج ، يتم فحص جميع التوصيلات ، وأماكن المكونات ، واتجاهها . أيضا يتم التحقق من وصلات اللحام الردىء . من المفضل استخدام كابل صوت شيلد لأشارة الدخل والوصلة بين المكبر الابتدائى ومكبر القدرة .
المواصفات :
D.C. Input : 6 – 12 V at 2 – 3 mA min.
Maximum output : ~ 2.5 V RMS with 12 V supply
Maximum input : ~ 100 mV RMS (gain = 27 dB)
Frequency resp. : ~ 70 Hz to 45 kHz –3 Db (circuit as shown )
THD at 1V 1kHz : < 0.1 %
S/N ratio : > 75 dBA
التحكم فى مستوى الصوت Volume Control : عادة تقع دوائر التحكم فى مستوى الصوت فى نظام مكبر الصوت بين خرج مرحلة المكبر الابتدائى ودخل دائرة التحكم فى النغمة tone . الشكل أدناه يبين المخطط الصندوقى للشكل والمكان المثالى لمقاومة التحكم فى مستوى الصوت . هذه المقاومة معزولة تماما عن التيار المستمر DC ، من جهة خرج المكبر الابتدائى عن طريق المكثف C1 ، ومن جهة دخل دائرة التحكم فى النغمة عن طريق المكثف C2 . نتيجة لذلك ، فإن تغيير الطرف المتحرك لمقاومة التحكم فى مستوى الصوت R1 ليس له أى تأثير على مستويات انحياز التيار المستمر على أى من الدائرتين . المقاومة المتغيرة R1 ينبغى أن يكون لها خرج لوغاريتمى ، وهذا يعنى ، أن خرجها يجب أن يكون دالة لوغاريتمية بدلا من الدالة الخطية .
التحكم السلبى (الغير فعال) فى النغمة Passive Tone Control
تسمح شبكة (دائرة) التحكم فى النغمة للمستمع لتغيير الاستجابة للتردد بنظام المكبر لتناسب مزاجه أو زوقه الخاص . حيث يمكنه ، على سبيل المثال ، زيادة أو خفض مقاطع التردد المنخفض ( يسمى treble ) للموسيقى للتأكيد على أصوات لمقاطع محددة من الأوركسترا .
عادة تتكون شبكات (دوائر) التحكم فى النغمة من مرشحات مقاومة – سعة والتى يتم من خلالها تمرير الإشارات . ونظرا لأن هذه الشبكات سلبية (غير فعالة) passive ، فإنها تتسبب فى بعض توهين الإشارة . يمكن ، إذا رغبت فى ذلك ، توصيل شبكات التحكم فى النغمة بحلقات التغذية العكسية لمكبرات الترانزستور البسيطة لإعطاء النظام كسب إشارة بشكل عام . وهذا هو ما يعرف بدوائر التحكم الإيجابى (الفعال) active فى النغمة .
فى الشكل التالى :
الشكل (a) يبين شبكة تحكم سلبى فى "جهر" bass النغمة ، والشكل (b) إلى الشكل (d) يبين المكافىء لهذه الدائرة عندما يتم وضع مقاومة التحكم R3 على الأوضاع : أقصى "جهر" bass ، وأقصى "قطع" cut ، و "المسطح" flat على التوالى .
المكثفات C1 و C2 تكون فى الواقع كدائرة مفتوحة عندما يكون التردد عند أدنى قيمة للجهر . يمكن أن نرى من الشكل (b) أن دائرة الزيادة boost تكون مكافئة لمقسم جهد مشكل بواسطة مقاومة 10 كيلوأوم مقسوما على المقاومة 101 كيلوأوم . هذا الترتيب يؤدى إلى قيمة مقاومة منخفضة لحوالى 100 أوم والتى توهن قليلا إشارات الجهر bass فقط .
فى الشكل (c) دائرة القطع cut ، على النقيض ، لها مقسم جهد يساوى 100 كيلوأوم مقسوما على واحد كيلوأوم والذى يعطى توهين أشارة حوالى 40 ديسيبل . وأخيرا ، فى الشكل (d) عندما يتم وضع المقاومة المتغيرة R3 على الوضع المسطح flat ، سوف يكون لها مقاومة 90 كيلوأوم فوق الطرف المتحرك (المنزلق) و10 كيلوأوم تحتها . قيمة مقاومة هذه الدائرة تساوى 100 كيلوأوم مقسومة على 11 كيلوأوم . وتعطى توهين إشارة حوالى 20 ديسيبل على جميع الترددات . نتيجة لذلك ، تعطى الدائرة أقصى زيادة جهر بحوالى 20 ديسيبل أو القطع مقارنة بأشارات الوضع المسطح .
الشكل التالى يبين شبكة (دائرة) التحكم السلبى فى النغمة لعلو الصوت treble (زيادة ثلاثة أضعاف) جنبا إلى جنب مع الدوائر المكافئة لها فى إطار ظروف التشغيل : الحد الأقصى للزيادة أو التعزيز boost ، والحد الأقصى للقطع ، والحد الأقصى للتسطيح . توفر هذه الدائرة أيضا توهين إشارة حوالى 20 ديسيبل عندما تكون المقاومة المتغيرة R3 فى وضع التسطيح (الاستواء) flat ، وتعطى أقصى حد لقيم تعزيز treble أو القطع بحوالى 20 ديسيبل بالمقارنة بأدائها فى وضع الاستواء .
وأخيرا ، الشكل التالى يبين كيف يمكن الجمع بين المخططات السابقة لعمل شبكة تحكم فى النغمة كاملة لكل من bass و treble . تم إضافة المقاومة R5 بالقيم 10 كيلوأوم لتقليل التفاعل الغير مرغوب فيه بين قسمى الدائرة . يمكن أخذ دخل هذه الشبكة من دائرة التحكم فى مستوى الصوت ، ويمكن تغذية خرجها إلى دخل مكبر القدرة .
الضوابط الفعالة (الإيجابية) للنغمة Active Tone Controls
الضوابط الفعالة (الإيجابية) للنغمة Active Tone Controls
يمكن أن تتضمن التغذية العكسية لشبكة التحكم فى النغمة مسار لمكبر ترانزستور بحيث يكون للنظام كسب إشارة كلى (بدلا من التوهين) عندما تكون الضوابط فى وضع الاستواء flat . هذه الشبكات يمكن أن تكون فى شكل مبسط كما فى الدائرة السابقة . الشكل التالى يبين مخطط لدائرة تحكم فعال فى النغمة . بالمقارنة بالأشكال السابقة سوف تكتشف أن قسم التحكم فى الجهر bass هو نسخة مبسطة لما تم استخدامه سابقا . ويمكن أن نرى أن المكثف C1 و المكثف C2 تم استبدالها بمكثف واحد هو C2 بالقيمة 0.039Uf. وبالمثل ، فى نسخة treble تم إزالة المقاومات R1 و R2 . المقاومات R3 و R4 تحقق التوازن فى أداء قسمى دائرة التحكم .
خالط (مازج) الصوت An Audio Mixer :
خالط (مازج) الصوت An Audio Mixer :
خالط الصوت متعدد القنوات هو التعديل الجذاب الذى يمكن إضافته إلى قسم التحكم فى النغمة / مستوى الصوت لمكبر الصوت . هذا الخالط يسمح للعديد من الإشارات الصوتية المختلفة بأن يتم خلطها (مزجها) معا لتشكل إشارة خرج واحدة مركبة . هذا التعديل سوف يكون ذات قيمة إذا ، على سبيل المثال ، أردت أت تسمع جرس الباب الأمامى أو أصوات بكاء طفل فى غرفة الطفل أثناء الاستماع إلى الموسيقى .
الشكل التالى يبين مخطط لخالط صوت ثلاث قنوات والذى من شأنه أن يوفر كسب اجمالى بقيمة الواحد بين الخرج وكل قناة دخل . تتضمن كل دخل على مكثف واحد بالقيمة 0.1 uF و مقاومة بالقيمة 100 كيلوأوم ، لتوفير معاوقة خرج بالقيمة 100 كيلوأوم . يمكن زيادة عدد قنوات الدخل إلى هذا الخالط عن طريق إضافة المزيد من المكثفات والمقاومات بنفس قيم C1 و R1 .
يجب أن يوضع الخالط بين خرج دائرة التحكم فى النغمة والدخل إلى مكبر القدرة . ينبغى أن تؤخذ أحد المداخل من خرج دائرة التحكم فى النغمة ، والمداخل الأخرى إما أن يتم توصيلها بالأرضى أو يتم أخذها من المصدر المطلوب .
أنظمة مكبرات الصوت المرتكزة على الترانزستورات :
