Меню

Пассивный регулятор громкости для унч

Полный усилитель на микросхемах. Часть 2. Предварительный усилитель и регулятор тембра

И снова немного истории

Первым претендентом на роль предварительного усилителя с регулятором тембра стала схема Д. Стародуба (рис. 1) [2]. Но конструкция так и не «прижилась» в усилителе мощности: требовалась тщательная экранировка и источник питания с чрезвычайно малым уровнем пульсаций (порядка 50 мкВ). Однако главной причиной стало отсутствие ползунковых переменных резисторов.

Рис. 1. Схема высококачественного блока регуляторов тембра

Путем проб и ошибок я пришел к простой схеме предварительного усилителя (рис. 2), с которой, однако, система звуковоспроизведения намного превзошла в звучании серийно выпускавшуюся аппаратуру, по крайней мере, имевшуюся у моих друзей и знакомых.

Рис. 2. Принципиальная схема одного канала предварительного усилителя для УМЗЧ С. Батя и В. Середы

За основу взята схема предварительного усилителя стереофонического электрофона Ю. Красова и В. Черкунова, демонстрировавшегося на 26 – й Всесоюзной выставке радиолюбителей – конструкторов. Это левая часть схемы, включая регуляторы тембра.

Появление каскада на транзисторах разной проводимости в предварительном усилителе (VT3, VT4) связано с обсуждением усилителей с преподавателем лаборатории телевизионной техники на кафедре Радиосистем А. С. Мирзоянцем, с которым я работал, будучи студентом. В ходе работ понадобились линейные каскады для усиления телевизионного сигнала, и Александр Сергеевич сообщил, что по его опыту наилучшими характеристиками обладают структуры «шиворот – навыворот», как он выразился, то есть усилители на транзисторах противоположной структуры с непосредственной связью. В процессе экспериментов с УМЗЧ я выяснил, что это касается не только телевизионной техники, но и звукоусилительной. Впоследствии я часто применял подобные схемы в своих конструкциях, в том числе пары полевой транзистор – биполярный транзистор.

Попытка применить транзисторы разной структуры в первом каскаде (составном эмиттерном повторителе VT1, VT2) не принесла успехов, т. к. при всех замечательных характеристиках (низком уровне шума, малых искажениях) схема имела существенный недостаток – меньшую перегрузочную способность по сравнению с эмиттерным повторителем.
Характеристики предварительного усилителя:
Входное сопротивление, кОм= 300
Чувствительность, мВ= 250
Глубина регулировок тембра, дБ:
на частоте 40 Гц=± 15
на частоте 15 кГц=± 15
Глубина регулировок стереобаланса, дБ=± 6

Поскольку в ходе конструирования усилителей возникали новые идеи, старые конструкции я дарил кому-нибудь, или продавал по твердому курсу ватт выходной мощности / рубль. В одну из поездок в Ленинград я захватил с собой этот усилитель, чтобы продать его знакомому друга. Володька сказал, что у этого парня куча всякой западной техники, и увез аппарат к нему на прослушивание. Вечером он сообщил мне результаты: молодой человек включил усилитель, послушал пару вещей и был так удовлетворен звучанием, что без слов отдал положенные деньги.

Честно сказать, когда я узнал, что сравнение будет проходить с импортной техникой, особенно не надеялся, что усилитель произведет впечатление. К тому же, он не был до конца доделан – отсутствовали верхняя и боковые крышки.

Рассмотрим принципиальную схему одного канала предварительного усилителя (рис. 2). На входе установлены высокоомные регуляторы громкости (R2.1) и баланса (R1.1). Со среднего вывода резистора R2.1 через переходной конденсатор С2 звуковой сигнал поступает на составной эмиттерный повторитель VT1, VT2, необходимый для нормальной работы пассивного регулятора тембра, выполненного по мостовой схеме. Для того чтобы устранить вносимое темброблоком затухание и усилить сигнал до необходимого уровня, установлен двухкаскадный усилитель на транзисторах VT3, VT4.

Питание предварительного усилителя нестабилизированное, от положительного плеча усилителя мощности. На каскады VT3, VT4 питающее напряжение подается через фильтр R17, C10, C13, а на входной эмиттерный повторитель — R8, C4. Важную роль играет диод VD1: без него не удалось полностью устранить фон переменного тока частотой 100 Гц на выходе усилителя мощности.

Конструктивно предварительный усилитель выполнен в «линейку», все детали установлены на печатной плате, закрытой сверху П-образным экраном из стали толщиной 0,8 мм.

Расчет пассивных мостовых регуляторов тембров

Наиболее распространенной является комбинированная схема регуляторов нижних и верхних частот. Как видно из аппроксимированной логарифмической амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) регулятора тембра (рис. 3), в области средних частот f0≈1000 Гц передаточная функция остается неизменной, а на краях частотного диапазона ее можно регулировать в некоторых пределах.

Рис. 3. Амплитудно-частотные характеристики регуляторов нижних и верхних частот

Обычно величины подъема и спада и их частоты регулирования делают одинаковыми. На рис. 3 приняты следующие обозначения: fнр, fвр – соответственно, нижняя и верхняя частоты регулирования, fнп, fвп – нижняя и верхняя частоты перегиба АЧХ, f0 – частота раздела.
Для того чтобы регуляторы нижних и верхних частот не влияли друг на друга, необходимо выполнение условий не перекрытия зон регулирования

В практических схемах пассивных регуляторов тембра величины подъема и спада АЧХ составляют ±(8…20) дБ, нижняя частота регулирования равна fнр=(20…80) Гц, а верхняя частота регулирования fвр=(5…18) кГц.
Недостатком пассивных корректоров тембра является большое собственное затухание, превышающее полный коэффициент регулирования – (16…40) дБ.

Высококачественный регулятор тембра

В высококачественной аппаратуре нашел применение пассивный регулятор нижних и верхних частот, показанный на рис. 4 [3, 4].

Рис. 4. Высококачественный пассивный регулятор тембра

Здесь элементы R1 – R3, C1, C2 образуют пассивный частотно – зависимый корректор нижних частот; R5 – R7, C3, C4 – корректор верхних частот. Включенный между регуляторами резистор R4 является развязкой, уменьшающей влияние регуляторов друг на друга. Конденсатор C0 служит для развязки по постоянному току.

Для расчета регулятора тембра, приведенного на рис. 4, мною подготовлен файл в табличном процессоре Microsoft Excel. На рис. 5 показан скриншот рабочего листа таблицы (без прилагаемого здесь же графического материала). В ячейки, закрашенные светло – синим цветом заносятся исходные данные, в ячейках таблицы, залитых оранжевым цветом, размещены результаты расчета.
В начале расчета выберем величины сопротивлений переменных резисторов R2 и R7 в килоомах, далее заносим диапазон регулировок нижних и верхних частот в децибелах. Как только запишем в оставшиеся три ячейки светло – синего цвета частоты fнр, fвр и fн, сразу увидим результаты расчета всех остальных элементов регулятора. Останется только привести их к ближайшим значениям из выбранного стандартного ряда Е24 или Е48.

Рис. 5. Расчет регулятора тембра с помощью электронной таблицы Microsoft Excel
Контрольный пример №1. Рассчитаем с помощью электронной таблицы пассивный регулятор тембра с пределами регулирования АЧХ ±20 дБ, рис. 11.2.3 [3]. Исходные данные: R2=R7=100 кОм, fнр=50 Гц, fвр=10000 Гц.
Получаем: R1=R5=10 кОм, R3=R6=1 кОм, R4=10 кОм, C1=0,032 мкФ, C2=0,318 мкФ, C3=0,0159 мкФ, C4=0,159 мкФ, C0=0,16 мкФ. Округляем до ближайшего номинала: R1=R5=10 кОм, R3=R6=1 кОм, R4=10 кОм, C1=0,033 мкФ, C2=0,33 мкФ, C3=0,015 мкФ, C4=0,15 мкФ, C0=0,15 мкФ.

Пассивный упрощенный регулятор тембра

На практике, пожалуй, большее распространение получила еще одна схема пассивного регулятора тембра, с упрощенным регулятором верхних частот (рис. 6) [5-7].

Рис. 6. Схема упрощенного пассивного мостового регулятора тембра

Расчет такого регулятора с помощью таблиц и номограмм предложен Л. Ривкиным [5]. Я переложил методику Л. Ривкина на язык табличного процессора Microsoft Excel, позволившего обойтись без номограмм, не совсем удобных в использовании и снижающих оперативность расчетов.
Скриншот листа таблицы Excel с примером расчета показан на рис. 7. Здесь действуют все соглашения, приведенные выше.

Рис. 7. Расчет упрощенного пассивного мостового регулятора тембра
Контрольный пример №2. Рассчитаем регулятор тембра с пределами регулировок ±17 дБ, R2=R5=47 кОм, fнр=30 Гц, fвр=18000 Гц. Получаем: R1=4,673 кОм, R3=470 Ом, R4=4,7 кОм, C1=0,114 мкФ, C2=1,133 мкФ, C3=1916 пФ, C4=0,019 мкФ. Выбираем из стандартного ряда Е24: R1=4,7 кОм, R3=470 Ом, R4=4,7 кОм, C1=0,1 мкФ, C2=1,0 мкФ, C3=2000 пФ, C4=0,022 мкФ.

Следует напомнить, что для обеспечения расчетной глубины регулировки тембра необходимо, чтобы сопротивление нагрузки регулятора тембра было намного больше его выходного сопротивления Rнрт≥(5…10)Rвыхрт≈(5…10)[R1R3/(R1+R3)+R4], а внутреннее сопротивление источника сигнала намного меньше входного сопротивления регулятора: Rвыхис≤(0,1…0,2)Rвхрт≈(0,1…0,2)(R1+R3).

Расчет регулятора тембра с помощью программы Е. Москатова

Для частного случая глубины регулировок ±20 дБ, частот регулировки fнр=72 Гц, fвр=16000 Гц Евгением Москатовым из города Таганрога разработана программа «Timbreblock 4.0.0.0» (рис. 8).

Рис. 8. Вид окна программы Е. Москатова «Timbreblock 4.0.0.0» [8]
Результаты расчета для различных значений сопротивлений переменных резисторов регулятора тембра сведены в табл. 1.

Расчет выполнен по следующим соотношениям: R1 = R3; R2 = 0,1R1; R4 = 0,01R1; R5 = 0,06R1; C1[нФ] = 105/R3[Ом]; C2 = 15C1; C3 = 22C1; C4 = 220C1.
При R1=R3=100 кОм темброблок будет вносить затухание около 20 дБ на частоте 1 кГц. Можно взять переменные резисторы R1 и R3 другого номинала, пусть, для определенности, в наличии оказались резисторы сопротивлением 68 кОм. Несложно пересчитать номиналы постоянных резисторов и конденсаторов мостового регулятора тембра без обращения к программе или табл. 1: уменьшаем величины сопротивлений резисторов в 68/100=0,68 раза и увеличиваем емкости конденсаторов в 1/0,68=1,47 раза. Получаем R1=6,8 кОм; R3=680 Ом; R4=3,9 кОм; С2=0,033 мкФ; С3=0,33 мкФ; С4=1500 пФ; С5=0,022 мкФ.

Для плавной регулировки тембра необходимы переменные резисторы с обратной логарифмической зависимостью (кривая В).
Наглядно просмотреть работу спроектированного регулятора тембра позволяет программа Tone Stack Calculator 1.3 (рис. 9).

Рис. 9. Моделирование регуляторов тембра для схемы, изображенной на рис. 8
Программа Tone Stack Calculator предназначена для анализа семи типовых схем пассивных регуляторов тембра и позволяет сразу показать АЧХ при изменении положения виртуальных регуляторов.

Читайте также:  00812 выключатель катушки электромагнита регулятора тормозного давления f84

Регулятор тембра с небольшим диапазоном регулировок

В по-прежнему популярной конструкции предварительного усилителя Ю. Солнцева [5] применен пассивный регулятор тембра, показанный на рис. 10.

Рис. 10. Схема пассивного регулятора тембра из [5]

Отличие от регулятора, изображенного на рис. 6 заключается во введении резисторов R5, R7, предотвращающих монотонный подъем (R5) и спад (R7) АЧХ с ростом частоты.

Делаем «правильный» регулятор тембров

На практике могут быть использованы все приведенные выше схемы пассивных регуляторов тембра, что открывает простор для творчества.
Для выбора «своего» регулятора тембра были проведены субъективные прослушивания, в ходе которых выяснилось, что регуляторы с небольшим (от ±6 до ±10 дБ) пределами регулирования практически не ухудшают качество звучания. Небольшой диапазон регулировок вполне достаточен для устранения мелких огрехов фонограмм и в то же время не допускает «накручивания» тембров, которым грешат многие любители.
В итоге я выбрал схему темброблока с пределами регулирования ±8 дБ, показанную на рис. 10 со следующими значениями пассивных элементов: R1=15 кОм, R2=R6=50 кОм, R3=4,02 кОм, R4=5,1 кОм, R5=2,4 кОм, R7=2 кОм, C0=1 мкФ, C1=0,1 мкФ, C2=0,33 мкФ, C3=3300 пФ, C4=0,01 мкФ.

Предварительный усилитель для «студенческого» УМЗЧ

Перейдем к построению предварительного усилителя для «студенческого» УМЗЧ.
Принципиальная схема одного канала усилителя для УМЗЧ Питера Смита представлена на рис. 11. Входной сигнал подается непосредственно на пассивный регулятор тембра. Дело в том, что современные источники звука (персональный компьютер, ноутбук, проигрыватель компакт-дисков, DVD – проигрыватель) имеют малое выходное сопротивление и высокий уровень сигнала, достаточный для непосредственной работы с усилителем мощности (0,5…2 В эфф.).

Фильтр R1 – R3, C2, C3 производит регулировку тембра в нижней частотной области, а R5, — R7, C4, C5 – в верхней. Буферный резистор R4 служит для уменьшения влияния фильтров друг на друга. Параметры элементов фильтров выбирают таким образом, чтобы примерно в среднем положении движков резисторов регуляторов тембра R2 и R6 АЧХ была горизонтальной; при этом коэффициент передачи регулятора тембра меньше единицы.

При перемещении движка резистора R2 в верхнее (по схеме рис. 11) положение получаем подъем АЧХ на нижних частотах; смещая движок в нижнее положение – завал. Аналогичным образом работает регулятор тембра R6, который осуществляет регулировку АЧХ в области высоких частот.

Регулятор тембра нагружен на регулятор уровня сигнала R8.1, далее следует усилительный каскад на малошумящем операционном усилителе OPA2134, включенном по неинвертирующей схеме. Его назначение – компенсировать затухание, вносимое регулятором тембра и обеспечить низкое выходное сопротивление, необходимое для работы усилителя мощности.

На выходе предварительного усилителя установлена индуктивность L1 – «бусинка» из феррита, применяемая в телевизорах и компьютерной технике (материнских платах, платах ввода-вывода, мониторах и т.п.). В результате принятых мер коэффициент гармоник предварительного усилителя на частоте 1 кГц не превышает одной десятитысячной доли процента!

Рис. 11. Принципиальная схема темброблока и предварительного усилителя для «студенческого» УМЗЧ

Экспериментальная проверка нескольких экземпляров операционных усилителей показала, что и без конденсатора в заземленной ветви делителя отрицательной обратной связи постоянное напряжение на выходе составляет единицы милливольт. Тем не менее, из соображений универсальности применения, на входе темброблока и выходе предварительного усилителя включены разделительные конденсаторы (С1, С6).
В зависимости от требуемой чувствительности усилителя величину сопротивления резистора R10 выбирают из табл. 2. Следует стремиться не к точному значению сопротивлений резисторов, а их попарному равенству в каналах усилителя.
Таблица 2

Главным недостатком пассивного регулятора тембра является низкий коэффициент передачи. Другой недостаток заключается в том, что для получения линейной зависимости уровня громкости от угла поворота необходимо использовать переменные резисторы с логарифмической характеристикой регулирования (кривая «В»).
Достоинством пассивных регуляторов тембра является меньшие искажения, чем активных (например, регулятора тембра Баксандала, рис. 12).

Рис. 12. Активный регулятор тембра П. Баксандала
Как видно из схемы, показанной на рис. 12, активный регулятор тембра содержит пассивные элементы (резисторы R1 — R7, конденсаторы C1 – C4), включенные в стопроцентную параллельную отрицательную обратную связь по напряжению операционного усилителя DA1. Коэффициент передачи данного регулятора в среднем положении движков регуляторов тембра R2 и R6 равен единице, а для регулировки используются переменные резисторы с линейной характеристикой регулирования (кривая «А»). Иными словами, активный регулятор тембра свободен от недостатков пассивного регулятора.
Однако по качеству звучания этот регулятор явно хуже пассивного, что замечают даже неискушенные слушатели.

Детали

Сдвоенный операционный усилитель DA1 с полевыми транзисторами на входе типа OPA2134 может быть заменен на ОРА2604 или LM4562NA.

Монтаж и налаживание

Перед монтажом желательно провести входной контроль всех элементов. Я уже давно взял за правило попарно подбирать компоненты в каналах усилителя. Вот и для этой конструкции подобрал резисторы и конденсаторы с точностью до одного процента. Сделать это оказалось не так сложно: отбор происходил из 6 – 8 элементов каждого номинала.

Наверняка такая точность подбора не нужна, но результатом проделанной работы стало практически идеальное совпадение АЧХ по каналам предварительного усилителя.

Все детали предварительного усилителя размещены на печатной плате размером 125х45 мм из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм (рис. 13).

Рис. 13. Размещение деталей на печатной плате

Элементы, относящиеся к правому каналу предварительного усилителя, обозначены со штрихом. Такая же маркировка выполнена и в файле печатной платы (с расширением *.lay) – надпись появляется при подведении курсора к соответствующему элементу.
Вначале на печатной плате устанавливают малогабаритные детали: проволочные перемычки, резисторы, конденсаторы, ферритовые «бусинки» и панельку для микросхемы. В последнюю очередь монтируют клеммники и переменные резисторы.
После проверки монтажа включают питание и контролируют «ноль» на выходах операционного усилителя. Смещение составляет 2 – 4 мВ.
При желании можно погонять устройство от синусоидального генератора и снять характеристики (рис. 14).

Рис. 14. Установка для снятия характеристик предварительного усилителя

Характеристики предварительного усилителя:

Напряжение питания, В= ±15
Ток потребления, мА= 8…10
Номинальное входное напряжение, В= 0,775
Номинальное выходное напряжение, В= 0,775
Полоса частот по уровню -0,5 дБ, Гц= 25…100000
Диапазон регулировки тембра, дБ
на частоте 40 Гц= ±7,
на частоте 10 кГц= ±7
Коэффициент гармоник при входном напряжении 1 В, %
на частоте 1 кГц= 0,0001,
на частоте 20 кГц= 0,002
Отношение сигнал/шум (невзвешенное), дБ= 89
Входное сопротивление, кОм= 20
Выходное сопротивление источника сигнала, кОм, не более= 1,8

Можно включить устройство с усилителем мощности и послушать музыку.
Об этом в следующей части проекта.

Файлы

Файл XLS с расчетом регуляторов тембра, схему и печатную плату предварительного усилителя можно взять тут:

Источник

Пассивный тонкомпенсированный регулятор громкости с НЧ коррекцией. Часть 1

Алексей Кузьминов, Москва

В статье приводятся принципиальные схемы, варианты разводки плат и фотографии готовых устройств – пассивных тонкомпенсированных регуляторов громкости (ТКРГ) с НЧ коррекцией. Применение двух резонансных контуров, настроенных на частоты 20 Гц и 20 кГц, позволило существенно приблизить АЧХ ТКРГ (также приведенные в статье) к линиям равной громкости, а использование первичной обмотки малогабаритных трансформаторов ТОТ-XX индуктивностью в единицы генри в контуре 20 Гц и индуктивности для поверхностного монтажа в контуре 20 кГц, не требующих утомительных ручных моточных работ, – получить недорогое миниатюрное устройство с простейшей схемой.

Тонкомпенсированные регуляторы громкости (ТКРГ), основанные на RC-цепочках [3], обеспечивают недостаточный диапазон регулировки громкости (не более 20 дБ) и, кроме того, их АЧХ существенно отличаются от кривых равной громкости (Флетчера-Мэнсона, Робинсона-Дадсона, ГОСТ Р ИСО 226-209 и т. п.). Для экономии места в статье график кривых равной громкости приведен в дополнительных материалах к статье, размещенных на сайте журнала.

ТКРГ, в котором АЧХ при регулировке громкости более приближены к кривым равной громкости, был опубликован в работе [4] (2003 г.). Этот регулятор основан на резонансном контуре, настроенном на частоту 20 Гц. Снижение добротности контура позволило получить кривые резонанса, которые, по мнению автора [4], проходят близко от кривых равной громкости. Однако в связи с тем, что частота резонанса FРЕЗ очень низкая (20 Гц), для создания подобного резонансного контура требуются очень большие номиналы емкости конденсатора и индуктивности дросселя (например, L = 3.2 Гн, C = 20 мкФ), что нетрудно подсчитать, учитывая, что FРЕЗ = 1/(2π√LC). В связи с этим автором [4] вместо индуктивности был использован так называемый гиратор, т.е. схема на ОУ, моделирующая индуктивность. Однако сложность схемы, масса дополнительных регулировок, недостаточная коррекция (менее 30 дБ), существенное отклонение АЧХ от кривых равной громкости в области ВЧ, а главное, применение дополнительного ОУ, который неизбежно будет «шуметь», вызывают сомнения в высоком качестве подобного регулятора громкости.

В более новой статье за 2015 г. [5] ее автор использовал тот же принцип (резонансный), но только подошел в прямом и переносном смысле «с другого конца». А именно, использовал резонансный контур, настроенный на частоту 20 кГц, т.е. частоту другого конца звукового диапазона частот.

В верхней части Рисунка 1 (исключая пунктирный прямоугольник) показана схема одноканального ТКРГ, описанного в [5]. Хотя, как видно из схемы, она проста до примитивности, существенное приближение АЧХ такого ТКРГ к кривым равной громкости, а также кардинально бóльший диапазон регулировки уровня звукового давления (до 60 дБ) в подобном устройстве послужили причиной, побудившей сделать такой регулятор и попробовать его в работе. Результаты такой пробы просто ошеломили автора: высокие частоты (ударные) явно прослушивались при самом малом уровне громкости, а средние частоты не затмевали ни НЧ, ни ВЧ. Что касается низких частот, то они также были почти в норме, если не считать самых низких частот (от 100 до 20 Гц). В этом диапазоне частот АЧХ этого регулятора, судя по таблицам из [5], имеют отклонения от кривых равной громкости, т.е. идут ниже: на 4 дБ на частоте 100 Гц, на 10 дБ на частоте 50 Гц и на 28 дБ на частоте 20 Гц. На слух этот недостаток воспринимается только при некотором положении регулятора громкости и при воспроизведении музыкальных файлов, в которых содержится достаточно большая доля низкочастотных составляющих (низкие басовые ноты, барабаны типа «бочка» и т. п.).

Автор задался вопросом: а нельзя ли, не трогая уровни СЧ и ВЧ, поднять исключительно уровень НЧ с помощью цепочки L2C4, показанной в пунктирном прямоугольнике на Рисунке 1? Причем, поскольку это резонансная цепь, то, настроив ее на частоту 20 Гц, можно существенным образом поднять самые низкие частоты и, таким образом, скорректировать вышеуказанный недостаток. Правда, очень большая индуктивность L2 в 3.2 Гн вызывала у автора сомнение. На первый взгляд, кажется, что это огромный дроссель весом в несколько килограмм. Однако автору попалась статья из старого журнала Радио за 1974 г. [2], в которой приводится схема регуляторов тембров, основанная также на резонансных контурах, один из которых настроен на частоту около 70 Гц. В этом регуляторе используется индуктивность 2.7 Гн. Для получения такой индуктивности автор [2] использовал ферритовое кольцо 2000 НМ К20×12×6 (μ = 2000, размер 20×12×6 мм), на которое было намотано 2000 витков, да еще проводом ПЭВ-2 0.08! Перспектива, конечно, не совсем приятная, однако современные ферритовые материалы имеют магнитную проницаемость μ кардинально большую, чем 2000. Например, у ферритов CF199 (Ferroxcube) и T38 (Epcos) μ = 10000, у X46 (Epcos) μ = 15000, поэтому количество витков можно существенно уменьшить.

Вначале автор попробовал кольцо из материала CF199 размером 20×10×10 мм с коэффициентом начальной (одновитковой) индуктивности AL = 12.4 мкГн/вит 2 (Т2010CF199) производства компании Ferroxcube. Нетрудно подсчитать, что, если на такое кольцо намотать W = 500 витков, то можно получить индуктивность L = AL×W 2 = 12.4 [мкГн/вит 2 ]×500 2 [вит 2 ] = 3.1 Гн. Для получения индуктивности 3.2 Гн на таком кольце было намотано 530 витков проводом ПЭПШО 0.08. Сопротивление обмотки составило 44 Ом.

В то же время существуют и менее габаритные кольца, чем кольцо Т2010CF199. Это кольца R16×9.6×6.3 (размер 16×9.6×6.3 мм) из новейшего (2016 г.) материала 3Е12 (TX16/9.6/6.3-3E12, μ = 12000, AL = 7×73 мкГн/вит 2 ) производства компании Ferroxcube. При намотке 700 витков на таком кольце расчетом можно получить L = 7.73 [мкГн/вит 2 ]×700 2 [вит 2 ] = 3.77 Гн (поскольку значение AL = 7.73 мкГн/вит 2 в справочном листке приводится с погрешностью ±30%, то и полученная индуктивность имеет такую же погрешность). Реально на таком кольце было намотано 710 витков провода ПЭЛ-0.15. Измеренная индуктивность составила 3.1 Гн, сопротивление обмотки оказалось равным 14 Ом.

В качестве индуктивности L1 автор использовал достаточно распространенное кольцо Epcos R6.30×3.80×2.50 из материала N87 с магнитной проницаемостью μ = 2200 (B64290P0037X087) с AL = 0.56 мкГн/вит 2 . Индуктивность такого кольца легко подсчитать: L = AL×W2, где W – количество витков. Если, например, W = 100, то L = 5.6 мГн. Измерения RLC-метром показали, что для получения индуктивности около 8 мГн на кольцо R6.30×3.80×2.50 N87 требуется намотать 114…115 витков проводом ПЭЛ-0.12 или ПЭПШО-0.08.

Пробы с кольцами Т2010CF199, TX16/9.6/6.3-3E12 (в качестве L2) и B64290P0037X087 (L1) по схеме Рисунок 1 показали (см. далее), что НЧ-коррекция, добавленная в пунктирном прямоугольнике на Рисунке 1, существенным образом поднимает самые низкие частоты (вплоть до 20 Гц), однако несколько часов, потраченных автором на намотку колец L2, а также некоторое время (хоть и существенно меньшее), потраченное на намотку колец L1, заставили автора задаться вопросом: а нельзя ли вообще обойтись без моточных работ, купив что-либо готовое с соответствующей индуктивностью?

Что касается L1, то в продаже можно найти недорогую (около 20 руб. за штуку) готовую катушку индуктивности 8.2 мГн в корпусе для поверхностного монтажа размером 1812 (CM565050 822J). А вот дроссель индуктивностью в районе 3 Гн малого размера автору найти не удалось. В продаже можно найти достаточно дорогие дроссели с такой индуктивностью, но их размер (более 3×3×3 см) автора не устроил (да и цена тоже).

Однако автору попались интересные трансформаторы ТОТХХ (ТОТ – сокращение от Трансформатор Оконечный Транзисторный) размером всего 15×15×14 мм [6]. Индуктивность первичной обмотки трансформаторов TOT15 – TOT21 составляет 2.0 Гн с омическим сопротивлением в 624 Ом. У ТОТ22 – ТОТ28, соответственно, 3.8 Гн и 880 Ом. Вторичная обмотка этих трансформаторов занимает, как правило, не более 10% от объема всего трансформатора и, если ее не использовать, то в качестве дросселя L2 (Рисунок 1) вполне можно использовать первичную обмотку. Подобные трансформаторы уже достаточно давно (с конца 1980 годов) выпускаются нашей промышленностью (и продолжают выпускаться до сих пор). Цены на эти трансформаторы 1990-х годов выпуска не превышают 50-60 руб. за штуку. Кроме того, они достаточно распространены, а потому широкодоступны.

Автором были приобретены трансформаторы ТОТ27 и ТОТ28, а также (на пробу) ТОТ18.

Схема двухканального ТКРГ (Рисунок 2) на базе первичной обмотки ТОТ27 (LcA, LcB) и индуктивности 8.2 мГн для поверхностного монтажа CM565050 822J (L1A, L1B) достаточно проста и построена на основе схемы Рисунок 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема двухканального ТКРГ на основе
трансформатора ТОТ27.

Оба входных сигнала (InA и InB) подаются на входной разъем XinR, представляющий собой 3-контактные цанговые штыри с шагом 2.54 мм (PLSM-3), a оба выходных сигнала (OutA и OutB) выведены на такой же разъем XoutR. Резистор регулировки громкости подключается к 8-контактному разъему XRgI, представляющему собой четыре двухрядных цанговых штыря с шагом 2.54 мм (PDLM-8). Резистор НЧ-коррекции (RcA-RcB) подключается к двум 3-контактным разъемам XRcIA и XRcIB (PSLM-3).

Номиналы резисторов Rc1A, Rc1B (10 кОм), соответствующие резистору R5 схемы на Рисунке 1, и номиналы резисторов RcA-RcB (также 10 кОм), соответствующие резистору R4, выбраны не случайно. Дело в том, что ни расчетами, ни моделированием эти значения не получить, поскольку их воздействие на АЧХ ТКРГ зависит от множества факторов, которые необходимо учитывать. Однако, как будет видно из дальнейшего изложения, значения номиналов этих резисторов очень просто получить опытным путем, сняв реальные АЧХ ТКРГ. Для этого автором вместо двух резисторов R4 и R5 (Рисунок 1) был установлен один переменный резистор номиналом 20 кОм (т.е. почти равный R1). Сняв АЧХ ТКРГ по схеме на Рисунке 1 при отключенной цепочке L2C4 и добившись аналогичного АЧХ вращением движка переменного резистора 20 кОм при включенной цепочке L2C4, автор получил, что при среднем положении этого резистора АЧХ в обоих случаях идентичны. Другими словами, при нижнем положении резистора R4 (Рисунок 1) АЧХ этого ТКРГ соответствует АЧХ при отключенной цепочке L2C4 (то есть, при отсутствии НЧ коррекции).

Сдвоенный переменный резистор регулировки громкости RgA-RgB соответствующим кабелем соединяется с разъемом XRgO, представляющим собой двухрядные 4-контактные цанговые гнезда с шагом 2.54 мм (PBDM2×4). Сдвоенный переменный резистор НЧ-коррекции RcA-RcB двумя кабелями соединяется с двумя 3-контактными разъемами XRcOA и XRcOB, представляющими собой два 3-контактных цанговых гнезда с шагом 2.54 мм (SIP-3).

Входной кабель, показанный в пунктирном прямоугольнике в верхней правой части схемы, представляет собой экранированный кабель с двумя 3-контактными разъемами на концах: Xin (стерео джек 3.5 мм) и XKinR (SIP-3). Разъем Xin вставляется в соответствующее гнездо, предназначенное для подключения наушников, телефона, планшета, плеера или компьютера. Если компьютер стационарный, то это гнездо салатового цвета, установленное на передней панели системного блока; в ноутбуке такое же гнездо установлено на задней стенке. Разъем XKinR кабеля подключается к входному разъему XinR платы ТКРГ. Сам кабель пропущен через резиновую втулку, установленную на корпусе усилителя (либо через пластмассовый кабельный ввод).

Выходной кабель (показанный в пунктирном прямоугольнике в нижней правой части схемы), также представляет собой экранированный кабель; он подключается к разъему XoutR с помощью 3-контактного разъема из цанговых гнезд SIP3 (XKoutR). На втором конце этого кабеля расположен точно такой же разъем SIP3 (XKpr), который подключается к входному разъему предварительного усилителя (например, описанного в статье автора [1]).

Остальные компоненты схемы в связи с ее простотой, на взгляд автора, в комментариях не нуждаются.

Все постоянные резисторы – для поверхностного монтажа размером 0603. Все конденсаторы керамические, также для поверхностного монтажа. Конденсаторы C2A, C2B, C3A и C3B имеют размер 0603 и максимальное напряжение 50 В; C1A и C1B – 0805, 25 В; CcA и CcB – 1206, 25 В. Переменный резистор RgA-RgB – сдвоенный потенциометр СП3-33-25 с функциональной характеристикой «В» (показательная или обратнологарифмическая, русская буква В). Переменный резистор RcA-RcB – импортный сдвоенный потенциометр 16T1-B10K или L15KC, 10 кОм с линейной функциональной характеристикой (латинская буква B). Кабели, соединяющие переменные резисторы с соответствующими разъемами, могут быть либо плоскими, либо, что лучше, экранированными, с подключением экрана к «земле»..

Читайте также:  Схема регулятора давления тормозной системы

Источник



Пассивные регуляторы тембра

В этой статье вниманию читателей предлагается ряд различных по схемотехнике и функциональным возможностям регуляторов тембра, которые могут быть использованы радиолюбителями при разработке и модернизации звуковоспроизводящей аппаратуры.

Основной недостаток еще недавно популярных активных регуляторов тембра состоит в использовании глубокой частотно-зависимой ООС и больших дополнительных искажениях, вносимых ими в регулируемый сигнал. Вот почему в высококачественной аппаратуре желательно применять пассивные регуляторы. Правда, и они не лишены недостатков. Самый крупный из них — значительное затухание сигнала, соответствующее диапазону регулирования. Но так как глубина регулирования тембра в современной звуковоспроизводящей аппаратуре невелика (не более 8. 10 дБ), то в большинстве случаев вводить в тракт сигнала дополнительные каскады усиления не требуется.

Другой, не столь существенный недостаток таких регуляторов — необходимость применения переменных резисторов с экспоненциальной зависимостью сопротивления от угла поворота движка (группа «В»), обеспечивающих плавное регулирование. Однако простота конструкции и высокие качественные показатели все же склоняют конструкторов к применению именно пассивных регуляторов тембра.

Следует отметить, что эти регуляторы требуют низкого выходного сопротивления предшествующего им каскада и высокого входного сопротивления последующего.

Разработанный английским инженером Баксандалом еще в 1952 г. регулятор тембра [1] стал, пожалуй, самым распространенным частотным корректором в электроакустике. Классический его вариант состоит из образующих мост двух звеньев фильтра первого порядка — низкочастотного R1C1R3C2R2 и высокочастотного C3R5C4R6R7 (рис. 1,а). Аппроксимированные логарифмические ампли-тудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) такого регулятора показаны на рис. 1 ,б. Там же приведены расчетные зависимости для определения постоянных времени точек перегиба ЛАЧХ.

Теоретически максимально достижимая крутизна АЧХ для звеньев первого порядка составляет 6 дБ на октаву, но при практически реализуемых характеристиках из-за незначительного различия частот перегиба (не более декады) и влияния предшествующих и последующих каскадов она не превышает 4. 5 дБ на октаву. При регулировании тембра фильтр Баксандала меняет только наклон АЧХ без изменения частот перегиба. Вносимое регулятором на средних частотах затухание определяется соотношением n=R1/R3. Диапазон регулирования АЧХ при этом зависит не только от величины затухания п, но и от выбора частот перегиба частотной характеристики, поэтому для его увеличения частоты перегиба устанавливают в области средних частот, что, в свою очередь, чревато взаимным влиянием регулировок.

В традиционном варианте рассматриваемого регулятора R1/R3=C2/C1= =C4/C3=R5/R6=n, R2=R7=n-R1. При этом достигается приблизительное совпадение частот перегиба АЧХ в области ее подъема и спада (в общем случае они различны), что обеспечивает относительно симметричное регулирование АЧХ (спад даже в этом случае неизбежно получается более крутым и протяженным). При обычно используемом п=10 (для этого случая указаны минимальные значения номиналов элементов на рис. 1,а-3,а) и выборе частот раздела вблизи 1 кГц регулирование тембра на частотах 100 Гц и 10 кГц относительно частоты 1 кГц составляет ±14. 18дБ. Как отмечалось выше, для достижения плавного регулирования переменные резисторы R2, R7 должны иметь экспоненциальную характеристику регулирования (группа «В») и, кроме того, для получения линейной АЧХ в среднем положении движков регуляторов соотношение сопротивлений верхнего и нижнего (по схеме) участков переменных резисторов также должно быть равно п. При «хайэндовском» п=2. 3, что соответствует диапазону регулирования ±4. 8 дБ, вполне допустимо использовать переменные резисторы с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота движка (группа «А»), но при этом несколько огрубляется регулировка в области спада АЧХ и растягивается в области подъема, а плоская АЧХ получается отнюдь не в среднем положении движков регуляторов. С другой стороны, сопротивление секций сдвоенных переменных резисторов с линейной зависимостью лучше согласовано, что уменьшает рассогласование АЧХ каналов стереофонического усилителя, так что неравномерное регулирование в этом случае можно считать допустимым.

Наличие резистора R4 не принципиально, его назначение — снизить взаимное влияние звеньев и сблизить частоты перегиба АЧХ в области высших звуковых частот. Как правило, R4= =(0,3. 1,2)’R1. Как показано ниже, от него в ряде случаев можно вообще отказаться. Для снижения влияния на регулятор предшествующих и последующих каскадов их выходное Rвых и входное Rвх сопротивления должны быть соответственно Rвых<>R2.

Приведенный «базовый»вариант регулятора применяется обычно в радиоаппаратуре высокого класса. В бытовой аппаратуре используют несколько упрощенный вариант (рис. 2,а). Аппроксимированные логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) такого регулятора приведены на рис. 2,6. Упрощение его высокочастотного звена привело к некоторой расплывчатости регулирования в области высших частот и к более заметному влиянию предшествующего и последующего каскадов на АЧХ в этой области.

Подобный корректор при п=2 (с переменными резисторами группы «А») был особенно популярен в простых любительских усилителях [2] конца 60-х — начала 70-х годов (главным образом, из-за малого затухания), но вскоре величина п возросла до привычных сегодня значении. Все сказанное выше относительно диапазона регулирования, согласования и выбора регуляторов справедливо и для упрощенного варианта корректора.

Если отказаться от требования симметричного регулирования АЧХ на участках их подъема и спада (кстати, необходимость спада практически не возникает), то можно еще более упростить схему (рис. 3,а). Приведенные на рис. З.б ЛАЧХ регулятора соответствуют крайним положениям движков резисторов R2, R4. Достоинство такого регулятора — простота, но поскольку все его характеристики взаимосвязаны, для удобства регулирования целесообразно выбирать п=3. 10. С ростом п крутизна подъема растет, а спада — снижается. Все сказанное выше о традиционных вариантах корректора Баксандала в полной мере относится и к этому, предельно упрощенному варианту.

Однако схема регулятора тембра Баксандала и ее варианты — отнюдь не единственная возможная реализация пассивного двухполосного регулятора тембра. Вторая группа регуляторов выполнена не на базе мостов, а на базе частотно-зависимого делителя напряжения. В качестве примера изящного схемотехнического решения регулятора можно привести темброблок, в свое время использовавшийся в различных вариациях в ламповых усилителях электрогитар. «Изюминкой» данного регулятора является изменение частот перегиба АЧХ в процессе регулирования тембра, что приводит к интересным эффектам в звучании «классической» электрогитары. Базовая его схема изображена на рис. 4,а, а аппроксимированные ЛАЧХ — на рис. 4,6. Там же приведены расчетные зависимости для определения постоянных времени точек перегиба.

Нетрудно заметить, что регулировка в области низших звуковых частот изменяет частоты перегиба, не меняя наклон АЧХ. Когда движок переменного резистора R4 находится в нижнем (по схеме) положении, АЧХ на низших частотах линейна. При перемещении же движка вверх на ней появляется подъем, причем точка перегиба в процессе регулирования сдвигается в область более низких частот. При дальнейшем перемещении движка верхняя (по схеме) секция резистора R4 начинает шунтировать резистор R2, что вызывает сдвиг высокочастотной точки перегиба в область более высоких частот. Таким образом, при регулировании подъем низких частот дополняется спадом средних. Регулятор высших звуковых частот представляет собой простейший фильтр первого порядка и особенностей не имеет.

На базе этой схемы можно построить несколько вариантов темброблоков, позволяющих регулировать АЧХ в области низших и высших частот. Причем в области низших частот возможен и подъем, и спад АЧХ, а на высших — только подъем.

Вариант темброблока с регулированием частоты перегиба АЧХ в низкочастотной области показан на рис. 5,а, его ЛАЧХ — на рис. 5,6. Резистор R2 регулирует частоту перегиба АЧХ, a R5 — ее наклон. Совместное действие регуляторов позволяет получить значительные пределы и большую гибкость регулирования.

Схема упрощенного варианта темброблока приведена на рис. 6,а, его ЛАЧХ — на рис. 6,6. Он представляет собой, в сущности, гибрид низкочастотного звена темброблока, показанного на рис. 3,а, и высокочастотного звена темброблока, показанного на рис.4,а.

Объединив функции регулирования АЧХ в низкочастотной и высокочастотной областях, можно получить простой комбинированный регулятор тембра с одним органом управления, весьма удобный для применения в радиоприемной и автомобильной аппаратуре. Его принципиальная схема показана на рис. 7,а и ЛАЧХ — на рис. 7,6. В нижнем (по схеме) положении движка переменного резистора R1 АЧХ близка к линейной во всем диапазоне частот. При перемещении .его вверх появляется подъем на низших частотах, причем низкочастотная точка перегиба в процессе регулирования сдвигается в область более низших частот. При дальнейшем перемещении движка верхняя (по схеме) секция резистора R1 включает в работу конденсатор С1, что приводит к подъему высших частот.

При замене переменного резистора R1 переключателем (рис. 8,а и 8,6) рассмотренный регулятор превращается в простейший тон-регистр (положение 1 — classic; 2 — jazz; 3 — rock), популярный в 50-х — 60-х годах и вновь используемый в эквалайзерах магнитол и музыкальных центров в 90-х.

Несмотря на то что о регулировании тембра, казалось бы, все давно уже сказано, многообразие пассивных корректирующих цепей не исчерпывается предложенными вариантами. Немало забытых схемотехнических решений переживают сейчас второе рождение на новом качественном уровне. Весьма перспективен, например, регулятор громкости с раздельной регулировкой тонкомпенсации по низким и высоким частотам [З].

ЛИТЕРАТУРА
1. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике (пер. с нем.). — М.: Мир, 1991, с. 151-153.
2. Крылов Г. Широкополосный УНЧ. — Радио, 1973, N 9, c.56,57.
3. Шихатов А. Комбинированный блок регулирования АЧХ. — Радио, 1993, N 7, с. 16.

Источник