Школьный радиоузел РУШ-1М: Методическая разработка к лабораторной работе N7 по курсу ''Радиотехника''

Волгоградский государственный педагогический университет Кафедра теоретической физики Лаборатория радиотехники

Лабораторная работа №9 Школьный радиоузел РУШ – 1М.

Волгоград, 1998

1

Лабораторная работа №9 Школьный радиоузел РУШ-1М. Цель работы. Ознакомление с устройством радиоузла РУШ - 1М, правилами его эксплуатации, основными качественными характеристиками. Радиоузел сельских школ РУШ-1М предназначен для озвучивания классных помещений и обеспечения двухсторонней громкоговорящей связи между оператором радиоузла и абонентом. Радиоузел служит для усиления речевых и музыкальных программ, оповещения, музыкального сопровождения и т.д. и позволяет при формировании и трансляции программ производить разноуровневое смешивание фонограмм, поступающих на различные входы РУШ, в том числе и наложение на них дикторских текстов. Сформированная программа с помощью коммутационного устройства распределяется выборочно или одновременно по абонентам, подключенным к внешней сети. В качестве источников входного сигнала каждой из программ могут быть использованы: 2 микрофона, проигрыватель, магнитофон, трансляционная сеть и радиоприемник. Внешний вид радиоузла приведен на рисунке 1. В зависимости от возможного числа подключенных абонентов в состав его могут входить: 1 (для 15 абонентов), 2 (для 30 абонентов), или, 3 блока (для 45 абонентов), рис.1. Один из блоков – базовый (П-59) и используется всегда. Два других (П-60) одинаковы и используются для расширения эксплуатационных возможностей РУШ. Каждый из блоков включает в себя однотипный усилительный тракт и коммутационные устройства, с помощью которых может быть подключено до 15 абонентов. Одинаковые наборы возможных источников входного сигнала и условия их использования позволяют в каждом из блоков формировать одну из равноценных между собой программ. Поэтому при использовании одного блока абоненты могут получать только одну программу (тракт формирования других отсутствует), при двух - одну из двух, при трех - одну из трех программ, сформированных соответствующими блоками. Выбор передаваемой слушателю программы будет определяться нажатием кнопки с ее номером из группы взаимосвязанных кнопок1 (рис.1), отведенных на пульте коммутационного устройства для данного абонента. Информационные источники подключаются к РУШ через разъемы10, расположенные на задней стенке устройства. Каждый из них может быть подключен к усилительному тракту с помощью соответствующей клавиши 2, (снабженной условным обозначением входа), расположенной на передней панели радиоузла. Уровень сигнала и его соотношение с другими источниками устанавливается на слух с помощью расположенных над клавишами регулирующих ручек 3. Здесь каждой клавише соответствует свой регулятор, исключение составляют три последние клавиши, при нажатии любой из которых уровень выставляется одним и тем же регулятором ( , , ). Поэтому одновременно к усилителю могут быть подключены с регулировкой уровня их сигналов два микрофона , Звукосниматель и либо магнитофон , либо радиоприемник . Либо трансляционная сеть . Регуляторы 4 предназначены для корректировки тембра звучания по низким и высоким частотам и действуют одновременно на все входные сигналы. Включение напряжения питания блока производится кнопкой 5 и сопровождается световой индикацией 6. На панели коммутационного устройства (передняя панель РУШ) каждому абоненту отведена группа из 4-х взаимосвязанных кнопок 1 и расположенного рядом светового индикатора. Номер каждой кнопки соответствует номеру коммутируемой ею программы. Красная кнопка "Связь" позволяет при наличии у абонента дополнительного пульта, состоящего из громкоговорителя и кнопки вызова оператора

2 РУШ, обеспечить с ним двустороннюю связь. Подключение абонента к РУШ для передачи программы и связи производится через распределительное устройство, соединяемое с блоком с помощью разъемов. "Программа"(11) и "Связь"(12), находящихся на задней панели. Кроме того, там же расположены: разъем межблочного соединения "Ш12"(13); два предохранителя "2А"(14) для: защиты выходного каскада усилителя от перегрузки и сетевой предохранитель; клемма заземления "корпус"; гнездо "лин. выход" (15) для подключения блока П-60. Отличительной особенностью базового блока П-59 является наличие в нем трактов формирования двусторонней громкоговорящей связи между оператором и абонентом. Разговор между ними может состояться только при наличии этого блока, хотя число таких абонентов, подключаемых кнопкой "Связь" из соответствующей группы кнопок 1, может быть увеличено с использованием одного (до 30) или двух блоков П-60 (до 45). В состав узла формирования громкоговорящей связи входит контрольный громкоговоритель, который с помощью группы кнопок 7 может быть подключен для прослушивания любой из трех программ, либо нажатием красной клавиши "Связь" переводится в режим связи с абонентом. Вызов абонента осуществляется голосом. Регулятор 8 позволяет устанавливать требуемый уровень громкости, а кнопка 9 управляет направлением разговора. При ее нажатии контрольный громкоговоритель П-59 начинает использоваться как микрофон. Говоря в него можно передать абоненту сообщение. При отпускании кнопки громкоговоритель П-59 используется для принятия информации от абонента, громкоговоритель пульта связи которого теперь переключается в микрофонный режим. Таким образом, направлением разговора можно управлять только с пульта П-59. Число одновременно подключенных с помощью коммутационного устройства для разговора корреспондентов не должно превышать двух. Если же инициатором разговора является абонент, то для вызова оператора радиоузла он должен нажать кнопку на своем пульте связи. При этом на передней панели РУШ включается соответствующий световой индикатор и звонит звонок. Расположенный на задней панели П-59 тумблер "звонок" позволяет отключать звуковую сигнализацию вызова абонентом оператора. Наличие там же гнезда "магн. запись"(16) - предназначено для подключения магнитофона с целью записи (при необходимости) текста разговора. При использовании одновременно 2-х или 3-х блоков РУШ (П-59 и блоки П-60) они соединяются между собой с помощью разъема Ш-12. Каждый из блоков необходимо включить в сеть переменного тока 220В, а к его входам подключить источники формирования одной (для каждого своей) программы. Распределение программ у абонентов производится нажатием кнопок 1 на соответствующем ему участке коммутационной панели. При этом необходимо помнить, что число одновременно нажатых кнопок каждой программы не должно превышать 15. Это ограничивается максимальной выходной мощностью усилительного тракта программы. При необходимости число одновременно подключаемых абонентов можно увеличить, если два, либо все три блока отдать под усиление одной программы. В этом случае внешние источники программы подключаются к одному блоку, а на последующие сформированную программу передают соединяя гнездо "лин.выход" этого блока с магнитофонным, либо входом радиоприемника другого блока. Тогда на первом блоке (П-59) абоненты включаются кнопкой 1, на втором -2, на третьем -3.

3

Технические характеристики РУШ-1М. 1.

Усилительный тракт пульта П-59 и блоков П-60 имеет 2 выхода: основной , с номинальной мощностью 20Вт (30В на нагрузке 45 Ом) и линейный выход с выходным напряжением 250±50мВ на нагрузке 10 кОм. 2. Тракт связи пульта П-59 имеет номинальную выходную мощность 0,25Вт при нагрузке в 8 Ом. 3. Диапазон частот усилительного тракта от 80 Гц до 12500 Гц с неравномерностью частотной характеристики не более 6 дб при нулевых положениях регулятора тембра. 4. Тракт связи пульта П-59 имеет диапазон частот от 300 до 6000 Гц со спадом частотной характеристики 7±3 дб в начале диапазона. 5. Регуляторы тембров низких и высоких частот обеспечивают плавную регулировку частотной характеристики в пределах 16дб на частотах 100Гц и 1000Гц. 6. Коэффициент гармоник : • По усилительному тракту не более 3% • По тракту связи не более 5 % во всем диапазоне частот при номинальной мощности. 7. Пульт П –59 и каждый блок П-60 имеют 6 входов для подключения источников сигнала: a) два микрофонных входа с номинальным входным напряжением 1 мВ и входным сопротивлением не менее 1 кОм; b) вход проигрывателя с номинальным напряжением 250мВ при сопротивлении не менее 500 кОм; c) вход магнитофона с номинальным входным напряжением 250 мВ при входном сопротивлении 10 кОм; d) вход радиоприемника с номинальным входным напряжением 250 мВ при входном сопротивлении 10 кОм ; e) вход трансляции с номинальным входным напряжением 10В при входном сопротивлении не менее 6 кОм. 8. Напряжение помехи на выходе усилителя: по усилительному тракту не более 300мВ, по тракту связи не более 14 мВ. 9. Радиоузел имеет выход «магн. запись» с напряжением 250 мВ на нагрузке в 1 кОм. 10. Питание осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50Гц.

Основные характеристики усилительных устройств Как уже упоминалось, основным узлом РУШ является усилитель звуковой частоты (УЗЧ), поэтому приведенные основные характеристики радиоузла определяются соответствующими показателями УЗЧ. Рассмотрим их. 1. Номинальная выходная мощность - наибольшая мощность сигнала, выделяющаяся в нагрузке, при которой обеспечиваются все качественные показатели усилителя : U2 Pном = вых.ном Rн 2. Максимальная неискаженная выходная мощность сигнала, выделяющаяся в нагрузке, при которой он еще не ограничен по амплитуде. В любом усилителе максимально возможная амплитуда напряжения на нагрузке определяется разностью между напряжением питания плеча ( E n ) и остаточным напряжением ( U ост ) его выходных транзисторов. При достижении выходным колебанием этого

4 значения (рис.2) дальнейшее увеличение сигнала не приводит к увеличению амплитуды U вых , а лишь искажает форму колебания . Это выражается в обрезании полуволн синусоиды (рис. 2). Поэтому максимальная неискаженная выходная мощность определяется по амплитуде напряжения на нагрузке U вых , измеренной на грани отсечки, т.е., когда вершины полуволн не искажены, но минимальное добавление входного сигнала приводит к появлению начала отсечки.

3. Входная чувствительность ( U вх.ном ) - это минимальная величина входного сигнала, при которой напряжение на выходе усилителя равно U вых.ном , а P = Pном . Величина U вх.ном различна для различных входов усилителя и определяется источником входного сигнала. 4. Коэффициент усиления по напряжению. U . K 0 = вых.ном U вх.ном Обычно для удобства применения все показатели, выражающиеся в относительных единицах, измеряют в децибелах: U ⎞. N (дб ) = 20 lg⎛⎜ вых.ном ⎟ U вх .ном ⎠ ⎝ U Полезно помнить, что вых = 1,12 составляет 1дб; 1,26 - 2дб; 1,41 - 3дб; 2 -6дб; 3,16 U вх 10дб; 10 - 20дб; 100 - 40дб; и т.д. Распространенность применения такого перевода связана с простотой подсчета результирующих величин, ведь при перемножении показателей, измеренных в относительных единицах (например, определение К двух или нескольких усилителей, АЧХ и т.д.).полученные для них значения в дб просто складываются . 5. Амплитудно-частотная характеристика усилителя (АЧХ) - это зависимость модуля коэффициента усиления усилителя при изменении частоты усиливаемого сигнала. В общем случае АЧХ может быть сложной, имеющей подъёмы и спады, характеризующие ее неравномерность, границы которой приводятся в технических характеристиках. Типовая АЧХ УЗЧ обычно монотонна и имеет спад как на низких, так и на высоких частотах. Если не оговорено специально границей полосы пропускания принимаются частоты f н и f в , на которых коэффициент усиления спадает до уровня 0,7 (3 дб) по отношению к его значению ( K 0 ) на частоте 1 кГц (рис.3). В этом случае мощность сигнала в нагрузке уменьшается в 2 раза.

5

Рис.3 При анализе УЗЧ удобнее пользоваться нормированной АЧХ, у которой K величина K f заменяется величиной y = f . Измерения проводят при выведенных K0 регуляторах тембра. В реальных условиях измеряют и вычисляют не коэффициент усиления, а пропорциональное ему выходное напряжение, получаемое при изменении частоты входного сигнала, амплитуда которого поддерживается неизменной и такой, что напряжение на выходе при частоте колебания 1кГц была бы равна ≈ 0,25U вых.ном . Если при измерениях использовать логарифмическую шкалу вольтметра, то отсчет можно делать непосредственно в дб. 6. Защищенность от интегральной помехи. Каждый усилитель характеризуется уровнем собственных шумов, а при питании от сети еще и уровнем фона. К шумам относят флуктуационные помехи, которые появляются в результате хаотичного теплового движения носителей, дробового эффекта и т.д. Его присутствие можно обнаружить по характерному шипению в громкоговорителях и с помощью осциллографа. Уровнем фона характеризуют помеху с частотой питающей сети (50 Гц), которая наводится через цепи питания и накала. Оба этих фактора ограничивают минимально возможный усиливаемый сигнал. При измерениях для разделения шума и фона пользуются соответствующим фильтром, в отсутствии которого измеряют суммарный уровень воздействия обоих факторов, называемый интегральной помехой. В этом случае вместо генератора на вход усилителя подключают резистор, сопротивление которого равно внутреннему сопротивлению источника сигнала (например, микрофона) и не подавая никакого входного сигнала измеряют величину получающегося напряжения на нагрузке ( U вых.шум ). Защищенность от интегральной помехи

⎛U ⎞ N инт.шум = 20 lg⎜ вых.ном ⎟. U вых.шум ⎠ ⎝ 7. Динамический диапазон усилителя.( D ) - показывает соотношение максимальной и минимальной амплитуд колебаний, усиливаемых усилителем без

6 потери информации. Максимально возможная амплитуда, как уже рассматривалось выше, ограничивается отсечкой выходного сигнала. Минимально возможная должна быть в 2-3 раза больше величины внутреннего шума , чтобы маскирующее влияние последнего было ослаблено. Поэтому динамический диапазон может быть определен по формуле: ⎛U ⎞ D = 20 lg⎜ вых. макс ⎟ − 10дб. U вых.шум ⎠ ⎝ Измерения по п.п. 1-4, 6, 7 проводятся на гармоническом сигнале частотой 1кГц. 8. Коэффициент нелинейных искажений( K Г ) - является одним из важнейших показателей усилителя. Он показывает во сколько раз сумма эффективных значений напряжений высших гармоник (продуктов искажений) появившихся в выходном сигнале усилителя за счет нелинейности его характеристик отличается от напряжения самого сигнала, вызвавшего их . KГ =

U 22 + U 32 + ... + U n2

• 100% . U1 На слух повышенные нелинейные искажения принимаются как привнесение не свойственной звуку окраски, хриплого и дребезжащего звучания. Измерения проводят с помощью измерителя нелинейных искажений при напряжении на нагрузке, равном U вых.ном. во всем диапазоне усиливаемых частот. 9. Входное сопротивление усилителя также регламентируется техническими характеристиками изделия. Это связано с тем, что в одних случаях (при получении программы по трансляционным линиям) необходимо их согласование, достигаемое при равенстве сопротивления нагрузки и волнового сопротивления линии. В других требуется уменьшать шунтирующее (нагрузочное) влияние входного сопротивления усилителя на источник входного сигнала. Поэтому сведения о входных сопротивлениях усилителя позволяют выбрать оптимальный режим работы устройства. АКУСТИЧЕСКАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В УСИЛИТЕЛЯХ .

Одной из особенностей усилителей, использующих в качестве источника входного сигнала микрофон, расположенный в том же помещении, что усиленный сигнал, является возможность возникновения акустической обратной связи. В любых устройствах, где сигнал, поданный на вход, пройдя по каналу усиления может быть возвращен к тому же входу, но с амплитудой не меньшей чем первоначальная и совпадающим с входным колебанием по фазе, возникают автоколебания (самовозбуждение). В трансляционном усилителе цепью такой обратной связью может быть акустический путь, передающий выходной сигнал, например, от контрольного динамика на вход микрофона за счет отражения от стен, поверхностей аппаратуры, мебели. Это на слух проявляется в виде громкого свиста и воя. Для устранения самовозбуждения можно уменьшить коэффициент усиления контрольной цепи усилителя, повернуть ручку регулятора громкости, либо изменить расположение микрофона относительно громкоговорителя, например, повернув его тыльной стороной или же увеличив расстояние между ними, а также защитить его звукопоглощающим материалом. При установке звукоусилительного устройства стремятся микрофон и громкоговоритель разнести на максимально возможные расстояния друг от друга, ориентируя их так, чтобы чувствительность микрофона в направлении громкоговорителя была минимальной. А сами громкоговорители не должны направляться на отражающие поверхности.

7 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Замечания по технике безопасности. При работе с радиоузлом необходимо помнить, что он включен в сеть переменного тока 220В. Поэтому корпус РУШ должен быть заземлен, а смену предохранителей можно проводить лишь при вынутой из розетки вилки шнура питания. Описание лабораторного макета. В макете используется полный комплект РУШ1М. К распределительному устройству подключены: резистор в 45 Ом, имитирующий одновременное включение всех 15 абонентов блока П-59, и два абонентских громкоговорителя, подсоединенные с помощью розеток. На коммутационном пульте РУШ линия включения резистора обозначена Rн ,а абонентские громкоговорители 1 и 2. При подключении Rн усилитель радиоузла оказывается нагруженным на максимальную нагрузку; при подключении громкоговорителей воссоздаются условия получения программы слушателем. Гнезда 1-2 и 3-4 подключенные параллельно друг другу, предназначены для одновременного измерения с помощью вольтметра выходного напряжения и наблюдения по осциллографу его формы. ЗАДАНИЕ 1. Установить ручки регулировки уровней источников программ (3) в крайнее левое положение. Соединить выход радиоприемника с входом РУШ “приемн.” . Включить питание радиоузла и приемника. Кнопкой из группы и включить кнопку 7 подключить контрольный громкоговоритель блока П-59 для контроля первой программы. Регулятором 8 и установить желаемую громкость прослушивания. Настроить радиоприемник на одну из вещательных станций. Отключить контрольный громкоговоритель. Произвести трансляцию абонентам 1 и 2. ЗАДАНИЕ 2. Кнопкой отключить радиоприемник. К гнезду “микрофон“ подключить микрофон. Нажать соответствующую кнопку на лицевой панели РУШ. Произвести трансляцию, установив регулятором требуемый уровень. ЗАДАНИЕ 3.Включить кнопку и убедиться в возможности наложения дикторского текста на вещательную программу. отключить радиоприемник. Отключить абонентский ЗАДАНИЕ 4. Кнопкой громкоговоритель и подключить резистор в 45 ом. Повернуть регулятор в крайнее правое положение. Включить контрольный громкоговоритель. Убедиться в возникновении акустической обратной связи и самовозбуждения. Изменяя коэффициент усиления с помощью ручки регулятора 8, а затем место расположения микрофона добиться устранения самовозбуждения. Кнопкой отключить микрофон. ЗАДАНИЕ 5. Подключить к РУШ звукосниматель электрофон “Россия - 323” для воспроизведения грамзаписи. Для этого соединить красным проводом разъем "запись магнитофон " электрофона с разъемом верхнего блока РУШ (П-60). В этом случае электрофон используется как источник 3-й программы. Включить электрофон. Установить переключатель частоты вращения пластинок в положение, соответствующее частоте, указанной на пластинке. Положить грампластинку на диск. Установить иглу звукоснимателя над начальной кнопкой записи. Включить вращение пластинки перемещением ручки, обозначенной , в направлении стрелки. добиться желаемой громкости воспроизведения. Переключая Регулировкой ручки кнопки 1-й и 3-й программ убедиться, что абонентам 1 и 2 может быть передана любая из программ. Остановить проигрыватель перемещая ручку автостопа в направлении стрелки. Выключить электрофон. ЗАДАНИЕ 6. Отключить абонента 1, абоненту 2 транслируется 1-ая программа. Подготовить и осуществить разговор между абонентом 2 и оператором радиоузла с

8 помощью пульта связи. Нажав кнопку вызова на пульте связи абонента, вызвать оператора РУШ. После включения на РУШ светового индикатора абонента, нажать кнопки "связь" как для него, так и для оператора РУШ (7). При этом происходит подключение пульта абонента 2 к тракту громкоговорящей связи П-59. Нажимая и отпуская кнопку (9) “связь” , провести разговор с абонентом. Убедиться, что такой разговор не прерывает трансляции. ЗАДАНИЕ 7. Осуществить усиление одной программы всеми блоками РУШ. Для этого соединить гнездо "Лин. выход" блока П-59 с магнитофонным входом следующего блока (П-60) и включить на нем кнопку . В свою очередь "Лин. выход" этого блока соединить с магнитофонным входом 3-его блока РУШ (П-60), отключив при этом от него электрофон "Россия". Переключая кнопки коммутации программ для абонентов 1 и 2 убедиться, что первая программа транслируется при нажатии кнопки любой программы. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Каково число и назначение блоков, входящих в состав РУШ ? 2. Сколько программ усиливается и сколько коммутируется одним блоком? 3. Что может быть использовано в качестве источников формирования вещательной программы в РУШ? 4. Сколько источников входных сигналов одновременно можно использовать для формирования программы и как осуществляется регулировка их уровней? 5. Как производиться распределение программ по абонентам? 6. Каково максимальное число абонентов, одновременно подключаемых для трансляции одной программы, и что нужно сделать для их увеличения? 7. Чем отличается блок П-59 от блока П-60? 8. Как осуществляется двусторонняя говорящая связь между абонентом и оператором радиоузла? 9. Каково максимально возможное число пультов связи, одновременно подключаемых для разговора? 10. Причины возникновения акустического самовозбуждения в РУШ? 11. Основные качественные показатели РУШ? 12. Чем отличается номинальная и максимальная выходные мощности усилителя? 13. Как определяются входная чувствительность и коэффициент усиления по напряжению усилителя? 14. Амплитудно-частотная характеристика усилителя и способ ее измерения? 15. Чем обусловлен собственный шум и фон усилителя? 16. Чем ограничивается динамический диапазон усилителя? 17. Что характеризует коэффициент нелинейных искажений? ЛИТЕРАТУРА

1. РУШ -1М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 2. Остапенко Г. С. Усилительные устройства. - М: Радио и связь. 1989. 3. Глухов А.А. ,.Зорин И. Ф., Никонов А.В. Измерение и контроль в трактах звукового вещания. -М.: Радио и связь,. 1984. 4. Радиовещание и электроакустика /под редакцией М.В. Гитлица. -М.: Радио и связь, 1989.

9