Danas je nabavljen prijemnik frekvencijski multipleksiranih audio signala švicarske tvrtke Autophon, oznake E 61 SN iz druge polovice 1970-tih godina.
Prijemnik na gornjoj strani ima plastičnu posudicu na koju se mogu odložiti sitne stvari. To je praktično za hotele, bolnice i slično gdje bi prijemnik stajao na ormariću pored kreveta, no ipak ne bi zauzimao previše površine jer su stvari mogle odlagati na njega. Plastična posudica je lako odvojiva za pranje.
Mrežna utičnica za 220 V i utičnica za audio signal su fizički vrlo slične (crna mrežna utičnica ima oko 3-5 mm šire razmaknute kontakte) te na to treba paziti prilikom uključivanja uređaja.
Reklama za Autophon iz 1977. godine.
Tvrtka Autophon AG osnovana je 1922. godine u Solothurnu za razvoj i proizvodnju automatskih telefonskih centrala. Već od početka 1930-tih godina proizvodnja se proširuje na audio razglasna pojačala, a zatim i na radio tehniku. Tijekom svojeg postojanja tvrtka Autophon se bavila razvojem i proizvodnjom komercijalnih radio i TV prijemnika, te žičnih i bežičnih telekomunikacijskih uređaja i opreme za vojne i civilne potrebe. Autophon AG je do 1987. godine prerasla u najveću telekomunikacijsku tvrtku u Švicarskoj, te iste godine dolazi do njenog spajanja sa drugim srodnim tvrtkama u Autophon Holding AG.
Na pločici za naziv uređaja stoji „HF-TR Wiedergabegerät“ što bi se mogli prevesti kao uređaj za HF-TR reprodukciju. HF-TR je zaštitni znak za svojevrsni sistem kabelskog radija razvijen u Švicarskoj, koji je funkcionirao preko telefonske mreže. Naime, početkom 1930-tih godina zbog određenih nedostataka glede radijskog prijenosa, uvedena je žičana distribucija audio programa naziva NF-TR. Telefonske centrale su bile opremljene automatima koji su paralelno odašiljali šest audio emisija, a telefonski pretplatnik je imao poseban uređaj (selektor) kojim je mogao odabrati i preko standardnog telefona slušati određeni kanal. Kako bi se postigla što kvalitetnija reprodukcija glazbe, audio prijenosni opseg je bio raspona oko 50 do 7000 Hz. Najveći nedostatak ovog sistema je bio taj što nije bilo moguće istovremeno slušati program i voditi telefonski razgovor.
Stoga se već početkom 1940-tih godina počeo uvoditi novi HF-TR sistem distribucije audio programa preko telefonskih žica, gdje je svaki audio kanal frekvencijski moduliran na određeni viši audio opseg (frekvencijski multipleks). Noseće frekvencije su odabrane tako da padaju u dugovalno radiodifuzno područje, pa se prijem mogao osim preko telefona vršiti i preko komercijalnog radio prijemnika na dugom valu (LF, LW):
- Kanal 1: 175 kHz
- Kanal 2: 208 kHz
- Kanal 3: 241 kHz
- Kanal 4: 274 kHz
- Kanal 5: 307 kHz
- Kanal 6: 340 kHz
Prednosti HF-TR nad NF-TR sistemom su mogućnost slušanja programa bez prekida telefonskog razgovora, mogućnost priključenja više slušatelja na jednu liniju gdje svaki može odabrati svoj kanal, te mogućnost slušanja preko postojećeg komercijalnog prijemnika tako da nije bilo nužno kupovati posebnu prijemnu opremu (potrebna je bila samo posebna adapterska utičnica sa transformatorom impedancije koji je telefonsku liniju 600 Ω konvertirao na antensku priključnicu radio prijemnika. Ovakav „telefonski kabelski radio“ zadržao se u upotrebi u Švicarskoj do 1998. godine, odnosno sve do uvođenja digitalne telefonije (ISDN) gdje HF-TR više nije bio kompatibilan sa novom tehnologijom.
Sličan sustav imala je Njemačka, Rusija te vjerojatno još neke zemlje. Ovi sustavi su bili posebno pogodni za državne vlasti jer se mogao potpuno kontrolirati medijski prostor i ograničiti samo na cenzurirane sadržaje. Nakon gašenja centralne distribucije kabelskog radija, slični sustavi zadržali su se još u bolnicama, hotelima i sličnim lokalnim razinama jer su bili jeftini za proizvodnju i servis te vrlo jednostavni za rukovanje (preklopnik za odabir kanala i dugme za jačinu zvuka).
U objavi ANALYZER SOUNDY 190 RCF Sound Communication System opisali smo uređaj za mjerenje razine audio signala i noseće frekvencije na frekvencijski multipleksiranim sustavima prijenosa audio kanala, upravo ovakvim kakav je i HF-TR prijemnik Autophon E 61 SN. U osnovi je to mjerni prijemnik, a nama za testiranje treba neki audio signal amplitudno moduliran nosećom frekvencijom cca 150-350 kHz, pa ćemo se poslužiti generatorom signala. No, prvo trebamo vidjeti kako je uopće konstruiran naš uređaj, s obzirom da za istog nismo našli nikakve podatke.
Mrežno napajanje je stabilizirano na 9 V preko serijski vezanog tranzistora za regulaciju napona. Ovakve tranzistorske regulatore vrlo često susrećemo u elektroničkim sklopovima, no zbog njihove velike interne potrošnje (sav višak snage se pretvara u toplinu) u novije vrijeme ih zamjenjuju Buck DC/DC konverteri. Ono što je zanimljivo primijetiti kod naše izvedbe tranzistorskog regulatora, to je da je otpornik koji osigurava struju kroz zener-diodu i bazu tranzistora podijeljen na dva dijela, gdje je spoju otpornika dodan kondenzator na masu. Kondenzator svakako smanjuje valovitost reguliranog izlaznog napona, no u praktičnim izvedbama regulatora često viđamo kako je isti dodan paralelno zener-diodi, odnosno koristi se samo jedan strujni otpornik. Ovo nije najbolje rješenje jer je dinamički otpor zener-diode vrlo nizak i izravno, paralelno spojeni kondenzator praktično nema filtarskog efekta jer se prebrzo prazni preko niskog otpora. Dijeljenjem strujnog otpora ovaj problem se uvelike umanjuje. Također, ukupni ulazni napon se sada raspoređuje na dva otpornika pa će se dijeliti i disipacija snage (zagrijavanje) na dva otpornika tako da isti neće morati biti velike snage.
Kada imamo regulator sa samo jednim tranzistorom (bez driver tranzistora), onda je treba pažljivo izračunati strujni otpornik jer struja kroz zener-diodu i bazu tranzistora jako varira ovisno o opterećenju regulatora. S jedne strane se mora osigurati dovoljno struje za bazu tranzistora kako bi isti funkcionirao (potrebna struja ovisi o tipu i pojačanju upotrijebljenog tranzistora), a s druge strane se ne smije premašiti maksimalna dozvoljena struja kroz zener-diodu koja je najveća kada regulator nije opterećen. Ovakav regulator nema zaštitu od kratkog spoja i u slučaju istog tranzistor će brzo biti uništen.
Sklop prijemnika možemo razlučiti na tri dijela: pojasni frekvencijski filtar, trostepeno tranzistorsko pojačalo sa izlazom preko emiterskog slijedila i izlazno pojačalo sa integriranim krugom TAA 300.
Pojasni frekvencijski LC filtar
Iako su tiskane i kontaktne veze zaštićene pozlatom, ipak smo morali rastaviti i očistiti sklopku kako bi ostvarivala dobar kontakt.
Pojasni frekvencijski LC filtar je izveden sa promjenjivim induktivitetima i kapacitetima za fino ugađanje graničnih frekvencija. Ovo je jedna od izvedbi rezonantnog filtra drugog reda. Snimili smo amplitudno-frekvencijske karakteristike za svih šest pozicija filtra.
Centralne frekvencije pojasnih filtara su na 160, 193, 226, 259, 292 i 325 kHz, a propusna širina je oko 7 kHz.
Vidimo da su prema zatečenom stanju centralne frekvencije našeg filtra za 15 kHz manje od švicarskog standarda. Zavojnicama se vrši grubo podešavanje donje i gornje granične frekvencije, a promjenjivim kondenzatorima se te frekvencije mogu dodatno fino ugoditi. Ukupni raspon podešavanja svakog kanala je 85 kHz tako da se lako kompenzira tih 15 kHz pomaka do kojeg je vjerojatno došlo starenjem LC elemenata kroz desetljeća, no nije isključeno da se ovdje radi i o nešto drukčijem standardu.
Što se podesi veća propusna širina pojasa to je gušenje filtra veće. Finim podešavanjem na standardne frekvencije uspjeli smo dobiti gušenje filtra manje od 7 dB na svim kanalima uz propusnu širinu pojasa 7 kHz. Također, kod originalno podešenih filtara audio propusnost je bila cca 50 Hz do 7 kHz. Glavni nedostatak ovog filtra je što se ne može podešavati svaki kanal zasebno, tako da induktiviteti moraju biti precizno namotani.
Audio pojačala
Filtrirani audio signal vodi se dalje na trostepeno tranzistorsko pojačalo. Prva dva stupnja su vezana izravno sa zajedničkom negativnom reakcijom (otpornik 10 kΩ) preko oba stupnja. Za poboljšanje negativne povratne sprege, a da se pri tome ne smanji previše pojačanje izmjeničnog (korisnog) audio signala, emiterski otpornik je podijeljen na dva dijela, a sa njihovog spoja vodi kondenzator na masu. Ovaj kondenzator predstavlja gotovo kratki spoj za izmjenični signal i veliki otpor za istosmjernu komponentu, dakle ovo je svojevrsni dinamički otpor u emiterskom krugu. Treći stupanj je emitersko slijedilo na koji se veže tranzistor za povratnu automatsku regulaciju pojačanja. On proporcionalno izlaznom naponu iz pojačala djeluje kao promjenjivi otpor na bazi tranzistora drugog stupnja pojačanja. Ovo je vjerojatno ugrađeno iz razloga jer razina audio signala u telefonskim žicama može varirati ovisno o trenutnom opterećenju telefonske mreže i slično.
Izlazno pojačalo je sa integriranim krugom TAA 300. Ovaj čip na 9 V napajanja može dati do 1 W audio snage na zvučniku impedancije 8 Ω. U upotrebu je ušao 1969. godine.
Interna shema integriranog audio pojačala TAA 300.
Prosječni elektroničar mogao bi ugrubo razlučiti internu shemu čipa TAA 300. Na ulazu se jasno raspoznaje diferencijalno pojačalo sa TR1 i TR2 koje kompenzira pojavu istosmjerne komponente u izlaznom audio signalu. Otpornik R5 ima relativno veliki otpor u odnosu na diferencijalni otpor tranzistora pa se može služiti kao izvor konstantne struje. Prednapon baze TR1 dobiva se preko djelitelja napona R1, R2 ali ne izravno nego preko otpornika R3 koji time povećava ulaznu impedanciju na 15 kΩ. Dvije u seriju spojene diode D1 i D2 održavaju konstantan napon na bazi TR1 tako da on ne varira ovisno o naponu napajanja koje može biti u opsegu 4,5 – 10 V. Na pin-6 spaja se filtarski kondenzator za prednapon baze TR1.
Slijedi pretpojačalo sa tranzistorima TR4 i TR5 u Darlingtonovom spoju za postizanje što većeg strujnog pojačanja. Pojačanje tranzistora na visokim frekvencijama (iznad audio frekvencija) je potrebno oslabiti kako se primjenom negativne povratne sprege ne bi izazvale neželjene oscilacije. To se postiže internim kondenzatorom C1 koji se nalazi u krugu negativne povratne sprege ovog stupnja pojačanja. Tranzistor TR3 predstavlja izravnu (istosmjernu) spregu između diferencijalnog pojačala i driverskog stupnja. Ovaj tranzistor funkcionira kao transformator razina (level shifter) i predstavlja simetrično opterećenje za diferencijalni ulazni stupanj čime se zadržava niski faktor šuma ulaznog diferencijalnog pojačala. Diode D4 i D5 u seriji sa otpornikom R7 ograničavaju struju tranzistora TR3 i stabiliziraju kolektorske struje TR4 i TR5 s obzirom na varijacije uslijed promjene temperature (temperaturna stabilizacija radne točke tranzistora).
Izlazni stupanj (TR6 – TR11) je izveden kao kvazi-komplementarni izlazni stupanj (push-pull) sa tranzistorskim parovima TR9/TR10 i TR6/TR7/TR11. Izlazni tranzistori TR9/TR10 i TR7/TR11 su spojeni u kaskadi kako bi se dobilo što veće strujno pojačanje i time što manja potrebna kolektorska istosmjerna struja. Pošto su sva četiri tranzistora NPN tipa, onda je u donji kaskadni par dodan tranzistor TR6 kao okretač faze čime se dobiva kvazi-komplementarni izlazni stupanj.
Tranzistor TR8 sa otpornicima R12 i R13 je u prepoznatljivom spoju VBE multipliera (rubber dioda) kojim se regulira mirna struja za izlazne tranzistore (paralelno otporniku R13 spaja se vanjski potenciometar za podešavanje mirne struje 8 mA). Ovim krugom se mirna struja održava konstantnom s obzirom na promjenu temperature izlaznih tranzistora ili varijacije u naponu napajanja, a time se onda osigurava i minimalno crossover izobličenje.
Audio pojačala su sastavni dio velikog broja različitih elektroničkih uređaja. Unatrag 50 godina osnovni element svakog pojačala je tranzistor. Projektiranje i proračun tranzistorskih pojačala nije jednostavan zadatak jer je potrebna određena razina razumijevanja procesa koji se zbivaju u sklopu pojačala, potrebno je uračunati nesavršenosti i proizvodnu toleranciju tranzistora te pronaći najpraktičnija rješenja za stabilizaciju rada tranzistorskog pojačala. Matematika ovdje igra važnu ulogu i izračuni za složenija pojačala mogu biti vrlo kompleksni, no oni se uglavnom baziraju na idealnim elementima pa je uz sve to potrebno i dodatno eksperimentalno rješavanje problema i ugradnja podesivih elemenata. Svi pasivni elektronički elementi imaju svoje tolerancije, a parametri tranzistora osim o proizvodnim tolerancijama ovise također o primijenjenom kolektorskom naponu i struji te o temperaturi. Parametri tranzistora se mijenjaju i njegovim starenjem. Tako se kod praktičnog projektiranja tranzistorskog pojačala jednostavno ne mogu uračunati apsolutno svi faktori koji utječu na rad pojača jer bi izračun bio vrlo složen. Moraju se razdvojiti faktori koji imaju značajan utjecaj od onih koji se mogu praktično zanemariti.
Uzmemo li u razmatranje audio (pret)pojačala koja sadrže samo tri ili četiri tranzistora, u praksi ćemo naići na stotine rješenja sa različitim tranzistorima, različitim ulaznim i izlaznim impedancijama i različito riješenim krugovima za stabilizaciju rada tranzistora i negativnu povratnu spregu. Ukoliko želite da vaše razumijevanje ovakvih naizgled jednostavnih pojačala bude potpuno, možete utrošiti čitavu svoju karijeru na njihovu detaljnu analizu. Svaka izvedba pojačala će sasvim sisgurno imati neke svoje prednosti i nedostatke, te prije nego se kritizira dizajn nekog sklopa treba uvažiti uvjete pod kojima je nastao (raspoloživost elemenata, raspoloživost tehnologije, vremenski rok za izradu prototipa, ograničenje proizvodne cijene, minimalne električne karakteristike i slično).
Osim toga, za detaljniju analizu sklopova filtara i pojačala koja su ugrađena u HF-TR prijemnik Autophon E 61 SN potrebna su usko specijalizirana stručna znanja te dobro poznavanje karakteristika elektroničkih elemenata i sklopova nerijetko u kombinaciji sa relativno složenom matematikom. Koliko god se ovi sklopovi činili jednostavnim, ako želimo ići u nešto dublje razumijevanje, brzo ćemo završiti u kompleksnim jednadžbama i formulama te vrlo specifičnim pojavama nužnim za opis i shvaćanje raznih dinamičkih procesa koji nastaju u radu pojedinih elemenata i sklopova.
U današnje vrijeme kada su već razvijeni izuzetno kompleksni elektronički sklopovi, većina istih se promatra samo kao „crna kutija“ sa svojim ulaznim i izlaznim karakteristikama. Koriste se gotovi sklopovi, napredni računalni programi i kalkulatori za dizajniranje i analizu sklopova, te napredna tehnologija za njihovu izradu. Naravno, to ne znači da je čitav proces automatiziran i da nikakva znanja nisu potrebna.
Možda smo se sa određenog stanovišta približili nekad futurističkoj procjeni kako će jednom „mašine graditi mašine“, no unatoč svoj današnjoj tehnologiji i umjetnoj inteligenciji, za osmišljavanje i kreiranje novih sklopova i dalje je ključan ljudski mozak. I dalje je potrebno puno učenja, praktičnog rada i eksperimentiranja kako bi se savladalo neko usko specijalizirano područje elektronike i kako bi se dobila ideja za poboljšanje postojećih ili razvoj novih tehnologija na tom području.
Treba krenuti od polazišta da se svaki elektronički sklop i uređaj, pa čak i onaj najkompleksniji, zapravo sastoji od kombinacije svega desetak osnovnih elektroničkih komponenti. Tranzistor je tu još uvijek na prvom mjestu i veliki broj tranzistorskih spojeva se jednako praktično primjenjuje danas kao i prije 50 godina. Razlika je tek u broju i minijaturizaciji tih sklopova. Pojedinačni tranzistori se sve rjeđe viđaju na novim sklopovima i većina ih je sadržana u različitim namjenskim integriranim krugovima. Integrirani krug je „crna kutija“, obično toliko mala da ga ne možete ni zalemiti bez mikroskopa i u najboljem slučaju će proizvođač dati tek njegovu pojednostavljenu blok shemu. Ako želite vršiti eksperimente i mjerenja na elektroničkim sklopovima, onda tu još jedino pomaže dobra stara elektronika 🙂