Danas je nabavljeno slušno pojačalo Power-Tronic Listenaider (Model No. 00075) proizvod američke tvrtke Nasta Industries Inc. s kraja 1980-tih godina.
Nasta Industries Inc. je bila američka tvrtka za dizajniranje, razvoj i distribuciju različitih dječjih igračaka i malih svakodnevnih predmeta široke potrošnje koja je poslovala u razdoblju od početka 1970-tih do početka 1990-tih godina. Power Tronic je zaštitni znak tvrtke za elektroničke igračke i uređaje poput malih radio prijemnika, dječjih primopredajnika, autića na daljinsko upravljane i slično. Ostali brendovi tvrtke Nasta Industries za elektroničke igračke i uređaje su: Blabber, Listenaider, Hit Keys, Sound Wear, Sea ‘n’ Hear, Secret Sounds, Desert Brigade, Super Sax, Mega Mike, Talk ‘n’ Seek, a osim ovih tvrtka je registrirala još nekoliko zaštitnih znakova za proizvode koji ne sadrže elektroniku. Krajem 1990. godine tvrtku Nasta Industries kupio je američki proizvođač igračaka Tyco Toys Inc., a kojeg je 1997. godine kupio američki proizvođač igračaka Mattel. Svi proizvodi tvrtke Nasta Industries izrađivali su se u Kini (Hong Kong).
Listenaider je zamišljen kao pojačalo okolnih zvukova, dakle nešto poput slušnog aparata ili uređaja za prisluškivanje tihih (udaljenih) zvukova. Mikrofon je smješten u sferičnu čašicu što bi trebalo funkcionirati kao svojevrsni zvučni reflektor za bolju usmjerenost i pojačanje ciljanog izvora zvuka. Uređaj se inače reklamirao kao pojačalo zvuka televizora za osobu koja slabo čuje ili na mjestima gdje televizor ne smije biti jako pojačan. U tu svrhu se uz Listenaider isporučivao produžni kabel za slušalice duljine 6 metara. Listenaider bi se postavio na neko mjesto u blizini minimalno pojačanog zvučnika televizora, a onda bi se uhvaćen i pojačan zvuk preko Listenaidera kablom prenosio do slušalica gledatelja.
Nacrtali smo shemu našeg pojačala. Prvi stupanj mikrofonskog pojačanja bazira se na jednostavnom spoju tranzistorskog pojačala sa zajedničkim emiterom. Temperaturna stabilizacija kolektorske struje tranzistora ovdje je izvedena otpornikom od 300 kΩ između baze i emitera što je jedan od najjednostavnijih načina stabilizacije. Međutim, vrijednost ovog otpornika je relativno velika jer kroz njega teče samo struja baze, tako da je ovakva regulacija općenito slabo učinkovita. Također, dovođenjem izlaznog izmjeničnog (audio) napona sa kolektora na bazu utječe se na naponsko pojačanje i ulazni otpor pojačala. Stoga se ovakav spoj upotrebljava uglavnom u jeftinim pojačalima gdje je važna ušteda na komponentama, a neka velika kvaliteta i stabilnost pojačala nije presudna. Inače, tzv. “electret” mikrofon koji se ovdje koristi već u sebi sadrži jedan stupanj tranzistorskog pojačanja sa FET-om i načelno bi se mogao izravno spojiti na ulaz integriranog pojačala GL 386, no dodatkom još jednog stupnja svakako se povećava razina napona iz mikrofona te je čitav sklop osjetljiviji na tihe zvučne signale.
Slijedeći stupanj pojačanja je sa dobro poznatim integriranim krugom 386 (prefix GL ukazuje na južnokorejskog proizvođača poluvodiča Hynix Semiconductor, prijašnji naziv Hyundai Electronics). Integrirani krug 386 je mono audio pojačalo predviđeno za napone napajanja 4-12 V (neke inačice rade i do 18 V), mogu se spojiti zvučnici impedancije od 4 Ω na više, radi do frekvencija 300 kHz, postižu se izlazne snage do 700 mW, ulazna impedancija je 50kΩ, izobličenja su mala (0,2%), jeftin je (čak i u našim dućanima košta oko 1 euro) te je ovaj čip vrlo raširen u različitim audio (pret)pojačalima ali i drugim aplikacijama za NF signale.
Ovdje vidimo internu shemu integriranog kruga 386.
Ulazni signali sa In- (pin 2) i In+ (pin 3) prvo se vode na emiterska slijedila sa tranzistorima Q1 i Q6 čime se određuje ulazna impedancija (50 kΩ) i DC ofset, odnosno izdizanje (biasiranje) ulaznog napona od mase kako bi se mogli prihvatiti i pojačati i najmanje vrijednosti napona (od -0,4 V). Slijedi diferencijalno pojačalo sa Q2 i Q5 (Long Tailed Pair) sa strujnim zrcalom Q3 i Q4 koje osigurava jednake struje za obje strane diferencijalnog pojačala i time linearnost ulaznih stupnjeva. Tranzistor Q7 je naponsko pojačalo u spoju zajedničkog emitera, a tranzistori Q9, Q8 i Q10 čine izlazni protufazni (push-pull) stupanj pojačala sa kompenzacijom crossover izobličenja preko dioda D1 i D2 (AB-klasa pojačala). Negativna povratna sprega ostvarena je sa izlaza preko otpornika R5 na emiter tranzistora Q5. Ova DC povratna veza stabilizira izlazni bias napon na polovicu napona napajanja.
Iako 386 ima invertirajući i neinvertirajući diferencijalni ulaz te se može smatrati operacijskim pojačalom, ovaj čip je ipak u prvom redu zamišljen kao pojačalo snage jer ima ugrađene interne otpornike za određivanje pojačanja, push-pull izlazni stupanj i različit raspored pinova od uobičajenih operacijskih pojačala u DIL-8 kućištima. Sasvim sigurno se može koristiti i kao operacijsko pojačalo snage sa nekim svojim električnim ograničenjima, no najčešća upotreba mu je za audio pojačala male snage na jeftinim baterijskim uređajima gdje nije potrebna hi-fi kvaliteta izlaznog zvuka. Čip 386 je dizajniran još u 1970-tim godinama te ga i danas proizvodi više proizvođača elektroničkih dijelova i poluvodiča. Ovo je uz čuveni 555 jedan od najdugovječnijih integriranih krugova koji se proizvode već gotovo 50 godina.
Pojačanje pojačala sa 386 je oko 20 puta (26 dB) sa uključenim samo internim otpornicima u krugovima negativne povratne veze. Međutim, promjenom vrijednosti ili premošćivanjem tih internih otpornika pojačanje se može povećati ili smanjiti:
- Dodavanjem otpornika i/ili kondenzatora između pinova 1 i 8 dobiva se povećanje pojačanja od 20 puta (26 dB) do 200 puta (46 dB).
- Dodavanjem otpornika i/ili kondenzatora između pinova 1 i 5 dobiva se smanjenje pojačanja od 20 puta (26 dB) do 9 puta (19 dB) nakon čega daljnje smanjenje nije preporučljivo jer pojačalo može postati nestabilno. Ovim spojem se dobiva nelinearna karakteristika pojačanja, tako da su najviše pojačane niske frekvencije (cca 30-300 Hz) pa se ovaj spoj koristi za “bass boost” pojačala.
- Dodavanjem otpornika i/ili kondenzatora između pina 1 i mase. O ovom spoju ne postoje podaci u tehničkoj dokumentaciji čipa 386, no istim se premošćuju svi otpornici negativne povratne sprege pojačala koji imaju utjecaj na audio pojačanje, pa pojačanje audio frekvencija može rasti daleko iznad 200 puta (do 15 000 puta).
Pojačanje našeg pojačala određuju otpornik i kondenzator između pinova 1 i 8. Ako se ovi pinovi ostave prazni, pojačanje određuje samo interni otpornik od 1,35kΩ i ono iznosi 20 puta. Za takvo pojačanje integriranom krugu 386 je od vanjskih elemenata dovoljan svega jedan kondenzator na izlazu kojim se odvaja istosmjerna komponenta napajanja prema zvučniku. Pojačanje se može smanjiti i ispod 20, no ne smije se ići ispod 9 jer pojačalo postaje nestabilno i ulazi u oscilacije.
Ako se na pinove 1 i 8 (paralelno internom otporniku od 1,35 kΩ) spoji samo kondenzator, pojačanje se povećava na 200 puta. Kondenzator (većeg kapaciteta, min 10 µF) ne stvara gotovo nikakav otpor audio frekvencijskom opsegu te je njime zapravo premošten interni otpornik. Ukoliko pak se spoji serijska kombinacija otpornika i kondenzatora, onda se pojačanje može namjestiti na bilo koju vrijednost između 20 i 200 puta. U našem slučaju odabran je otpornik od 680 Ω i kondenzator od 10 µF. Za audio frekvencijski opseg, praktično sva impedancija je ovdje sadržana u otporniku (kondenzator ima mali otpor) pa bi pojačanje našeg pojačala bilo 50 puta. Smanjenje pojačanja 385 je napravljeno da se ograniči potrošnja struje iz baterije 9 V, a osim toga velika izlazna snaga svakako nije potrebna za pogon osjetljivih slušalica.
Izlazni pin 5 je preko RC spoja premošten na masu (tzv. Zobel mreža) čime se kompenzira induktivitet priključenog zvučnika (slušalica) i time povećava stabilnost pojačala da ne ulazi u oscilacije. Preko izlaznog kondenzatora 47 µF blokira se istosmjerna komponenta sadržana u izlaznom audio signalu, a preko otpornika 10 Ω ograničava se struja kroz slušalice.
Osnovni zahtjev koji se nameće pred ovo naše pojačalo je pojačanje što slabijih audio signala iz okoline ali i izbjegavanje pretjeranog pojačanja vrlo jakih zvukova koji se također mogu pojaviti u istom okružju. Dinamički raspon zvukova koje čuje ljudsko uho zauzima raspon od 0 dB (prag čujnosti) do 120 dB (prag boli). To je vrlo veliki raspon amplituda signala za pojačala i ista izravno ne postižu tu dinamiku. Stoga se kod kvalitetnijih mikrofonskih sustava (npr. profesionalni bežični mikrofoni) koriste tzv. kompresori dinamike. Kompresor prati jačinu ulaznog signala te ako ona poraste iznad određene granice istu će naglo smanjiti. Na taj način se od originalnog raspona dinamike (120 dB) dobiva znatno manji raspon koji pojačalo onda može pojačati bez ulaska u preuzbudu.
Mikrofon je okrenut u fokus polukružne sfere koja služi kao svojevrsni reflektor vanjskih zvukova. Time se pojačava zvučni tlak na membranu mikrofona ali i dobiva nešto usmjerenija karakteristika osjetljivosti mikrofona.
Napravili smo mjerenja naponskog pojačanja na pojačalima u našem uređaju. Mikrofon isporučuje napon u rasponu cca 2-20 mVpp. Napon od 20 mVpp postiže se već na normalnom govoru izravno u mikrofon, a jači zvukovi dovode interno FET pojačalo u zasićenje i izlazni napon više ne raste. Time je već ovdje dobiven neki limiter pojačanja prejakih vanjskih zvukova. Tranzistorski stupanj ima pojačanje 30 puta te na izlazu dobivamo napone u rasponu 60-600 mVpp.
Pojačalo sa GL 386 za ulazne napone amplitude veće od 110 mVpp ulazi u zasićenje, signal se izobličava i porast pojačanja je minimalan. Ovo u našem slučaju služi kao drugi filtar prejakih signala. Naponsko pojačanje ulaznih signala u rasponu 60-110 mVpp je 4,2-7,4 Vpp u praznom hodu, odnosno pod opterećenjem od 32 Ω (kolika je impedancija prosječnih slušalica) izlazni napon je u rasponu 3-5,5 V što odgovara pojačanju od točno 50 puta.
Vidimo da je sa oba ova stupnja pojačanja postignuto s jedne strane bolje pojačanje slabih signala, a istovremeno slabije ili nikakvo pojačanje vrlo jakih signala. U praksi ovo pojačalo zaista funkcionira i pojačava udaljene tihe zvukove. Također, unatoč maloj reflektorskoj sferi u koju je smješten mikrofon, ona ipak donekle sužava originalnu karakteristiku usmjerenosti electret mikrofona. Međutim, unatoč prigušenju jakih signala koje se ostvaruje zasićenjima oba pojačala, ukoliko slušate neke tihe udaljene zvukove na maksimalnom pojačanju onda stvarno treba paziti na eventualne bliže i jače zvukove. Čak i sam blagi dodir kućišta pojačala, trenje istog o podlogu, hodanje sa uređajem i slično uzrokovati će vrlo jake i neugodne zvukove u slušalicama koji “probijaju” uši.
Najbolja primjena Listenaidera je ona koja se i reklamira uz ovaj uređaj, a to je diskretno gledanje, odnosno slušanje televizije. U tom slučaju se naš uređaj fiksira negdje na televizor blizu zvučnika i više se ne pomiče. Preko dugačkog kabla izlazni pojačani signal se vodi na slušalice gledatelja. Naravno, žica i slušalice mogu i ovdje biti nespretne ukoliko gledatelj nema običaj mirno sjediti pored televizora, pa ako slučajno kablom potegne uređaj i sruši ga na pod, to će i te kako osjetiti na svojim ušima 🙂