Граммофонные пластинки в настоящее время являются одним из основных носителей высококачественной звуковой информации. Их качество звучания в большой степени зависит от технических показателей предварительного тракта воспроизведения. Одним из основных качественных показателей тракта является АЧХ. В электрофонах высшего класса АЧХ должна быть равномерной в диапазоне частот 20... 20 000 Гц. Амплитудно-частотная характеристика тракта воспроизведения определяется частотными характеристиками головки звукоснимателя, частотной характеристикой канала записи и предусилителя-корректора.
Амплитудно-частотная характеристика головки звукоснимателя представляет собой зависимость напряжения, развиваемого звукоснимателем на номинальной нагрузке, от частоты при воспроизведении гармонических сигналов с неизменной амплитудой колебательной скорости. Частотная характеристика канала записи — это зависимость колебательной скорости резца рекордера от частоты сигнала при условии, что ЭДС входного источника одинакова во всем диапазоне рабочих частот. Амплитудно-частотная характеристика предусилителя-кор-ректора зависит от типа головки звукоснимателя (пьезоэлектрическая или магнитная) и выбирается таким образом, чтобы с учетом собственной АЧХ обеспечить коррекцию АЧХ канала записи. На рис. 14 штриховой линией показана стандартная АЧХ канала записи в соответствии с ГОСТ 7893 — 72. Ослабление низких час-гот и подъем высоких в стандартной характеристике канала механической записи позволяет сохранить одинаковую ширину записываемой канавки во всем рабочем диапазоне частот, что улучшает отношение сигнал-шум на высоких частотах и снижает нелинейные искажения на низких.
Рис. 14. Стандартная частотная характеристика канала механической записи и пред-усилителя-корректора
Как правило, в высококачественной аппаратуре применяются звукосниматели с магнитными головками. Возникающая в них ЭДС пропорциональна колебательной скорости воспроизводящей иглы. Следовательно, она воспроизводит характеристику канала записи. Поэтому выходное напряжение звукоснимателя должно быть скорректировано. Это делают в предварительном усилителе-корректоре. На рис. 14 сплошной линией изображена стандартная АЧХ преду-силителя-корректора для магнитной головки звукоснимателя.
Большое влияние на качество воспроизведения механической записи оказывают, наряду с параметрами магнитной головки, характеристики предусилите-ля-корректора [6]. Корректор, предназначенный для работы в составе высококачественной аппаратуры, должен иметь хорошие технические характеристики: низкий уровень собственных шумов, незначительный коэффициент гармоник, большой динамический диапазон, АЧХ, обратную АЧХ канала записи по ГОСТ 7893 — 72, входное и выходное сопротивления, обеспечивающие согласование соответственно с магнитной головкой и основным усилителем 34.
Для большинства выпускаемых в настоящее время отечественной и зарубежной промышленностью магнитных головок звукоснимателей унифицирован средний уровень выходного сигнала на частоте l000 Гц при амплитуде колебательной скорости 10 см/с. Он равен 2,5 мВ. Оптимальное сопротивление нагрузки составляет 47 кОм. При таком сопротивлении для большинства головок гярантируется отсутствие заметных электрических резонансов в рабочем диапазоне частот и максимальное отношение сигнал-шум. Искажения и шумы, вносимые головкой звукоснимателя в общий тракт звуковоспроизведения, невелики, поэтому степень искажений и шумов в тракте в основном определяется характеристиками корректора.
Предусилители-корректоры магнитных головок звукоснимателя характеризуются следующими «сновными параметрами:
максимальное входное напряжение [мВ] — наибольшее действующее значение синусоидального входного напряжения на частоте 1 кГц, при котором коэффициент гармоник выходного напряжения не превышает 0,5%;
максимальное выходное напряжение [В] — наибольшее значение выходного напряжения на частоте 1 кГц при коэффициенте гармоник не более 0,5%;
перегрузочная способность [дБ] — отношение максимального входного напряжения к номинальному входному, равному 2,5 мВ;
коэффициент усиления — отношение выходного номинального напряжения к номинальному входному, равному 2,5 мВ, на частоте 1 кГц;
отклонение АЧХ от стандартной [дБ] — максимальное отклонение АЧХ реального корректора от стандартной АЧХ предусилителя-корректора, определяемой ГОСТ 7893 — 72 (RIAA). Нередко для уменьшения помех от вибраций движущегося механизма на низких частотах устанавливают меньший подъем частотной характеристики предусилителя-корректора. В этом случае отклонение АЧХ от стандартной задается в полосе 100... 20000 Гц;
отношение сигнал-шум (невзвешенное) [дБ] — отношение действующего значения номинального выходного напряжения |(при номинальном входном, равном 2,5 мВ) к действующему значению напряжения выходного шума. Измерения проводят без взвешивающих фильтров. Напряжение шумов измеряют при шунтировании входа усилителя-корректора резистором, имеющим сопротивление 2,2 кОм (равном эквивалентному сопротивлению головки звукоснимателя на частоте 1 кГц);
коэффициент гармоник [%] — наибольшее значение коэффициента нелинейных искажений выходного синусоидального сигнала; его измеряют в полосе частот 20 ... 20 000 Гц при входном напряжении 1 В.
Далее будут описаны схемы предусилителей-корректоров, согласованных по входу с выходом магнитных звукоснимателей, работающих на нагрузку сопротивлением 47 кОм. Для всех корректоров номинальный уровень входных сигналов 2,5 мВ, выходное сопротивление 1 кОм.
Чтобы конструкции обладали приводимыми далее техническими характеристиками, монтаж корректоров следует вести в соответствии с данными чертежами печатной и монтажной плат. Изменение компоновки может привести к ухудшению коэффициента гармоник и отношения сигнал-шум. Для изготовления всех печатных плат авторы использовали односторонний фольгированный стеклотекстолит толщиной 1,5 мм. На каждой плате в основном размещено два идентичных канала корректора для работы со стереофонической головкой звукоснимателя. При соединении корректора с головкой звукоснимателя и с остальным усилителем следует руководствоваться рекомендациями на с. 126.
Простой корректор на двух транзисторах. Он имеет следующие основные технические характеристики:
Максимальное входное напряжение........ 40 мВ
Максимальное выходное напряжение........ 4В
Перегрузочная способность, не менее ........ 24 дБ
Коэффициент усиления на частоте 1 кГц....... 10О
Отклонение АЧХ от стандартной......... ± 1 дБ
Отношение сигнал-шум (невзвешенное)....... 65 дБ
Коэффициент гармоник, не более......... 0,1%
Напряжение питания............ 15В
Ток потребления.............. 1,5 мА
Рис. 15. Принципиальная схема простого корректора на двух транзисторах
Такой корректор является наиболее простым и распространенным. Несмотря на простоту, он обладает достаточно хорошими показателями качества, обеспечивает необходимое усиление, коррекцию АЧХ записи, а также не сложен в изготовлении и настройке.
Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 15. Он состоит из входного (на транзисторе VT 1) и выходного ( VT 2) каскадов, транзисторы в них включены по схеме с общим эмиттером. Гальваническая связь между каскадами улучшает частотную и фазовую характеристики усилителя без ООС. Для стабилизации рабочей точки транзистора VT 1 смещение на его базу подается через резистор R 5 с эмиттера транзистора VT 2. Цепь ООС на элементах R 3, С2, R 4, СЗ, установленных между коллектором VT 2 и эмиттером VT 1, обеспечивает необходимую коррекцию частотной характеристики предусилителя-коррек-тора. Чтобы уменьшить влияние пульсаций источника питания используется RC фильтр C 6 R 9 C 7.
Рис. 16. Печатная (а) и монтажная (б) платы простого корректора на двух тран зисторах
Конструктивно предусилитель-корректор смонтирован на печатной плате, показанной на рис. 16. На ней размещают детали и второго корректора. При работе с магнитным стереофоническим звукоснимателем каждую пару транзисторов, работающих на отдельный корректор, необходимо подобрать по коэффициенту передачи тока. Коэффициент прямой передачи тока транзисторов VT 1 в VT 2 должен быть не менее 200. Кроме указанных на схеме можно использовать транзисторы КТ315Б и КТ342В. При этом изменять номиналы элементов не нужно. Чтобы АЧХ каждого корректора не отклонялась от стандартной более чем на ±1 дБ, номиналы резисторов и конденсаторов в цепях коррекции ( R 3, С2, R 4, СЗ) не должны отличаться от указанных на схеме более чем на 2%.
Налаживание усилителя заключается в проверке правильности монтажа. При правильно выполненном монтаже и исправных деталях корректоры практически не нуждаются в настройке. На частоте 1 кГц коэффициент гармоник каждого корректора не должен превышать 0,08% при UВыт=1 В. Для питания двух корректоров необходим источник, обеспечивающий при напряжении 15 В ток не менее 3 мА.
Корректор на микросхеме К548УН1. Одним из основных недостатков простых предусилителей-корректоров, состоящих из двух-трех транзисторных усилительных каскадов, является рост нелинейных искажений с понижением частоты входного сигнала. Это связано с особенностями коррекции АЧХ записи к уменьшением глубины ООС на этих частотах. Один из путей устранения этого недостатка — применение усилителей с большим коэффициентом усиления, охваченных глубокой ООС. В качестве таковых можно использовать операционные усилители (ОУ).
Хорошие результаты дает применение микросхемы К548УН1, которая имеет пониженный уровень собственных шумов, лучшее подавление фона и помех источника питания. Принципиальная схема предусилителя-корректора, выполненного на ней, приведена на рис. 17.
Корректор имеет следующие основные технические характеристики:
Максимальное входное напряжение........ 45 мВ
Максимальное выходное напряжение........ 5,9 В
Перегрузочная способность, не менее........ 25 дБ
Коэффициент усиления на частоте 1 кГц....... 130
Отклонение АЧХ от стандартной......... ±0,6 дБ
Отношение сигнал-шум (невзвешенное)....... 69 дБ
Коэффициент гармоник, не более.........0,2%
Напряжение питания............ 24 В
Ток потребления.............. 10 мА
Микросхема DA 1 включена по схеме неинвертирующего усилителя с использованием обоих транзисторов входного дифференциального каскада. Отрицательная обратная связь по постоянному току (через резисторы R 2, R 4, R 6) определяет режим работы микросхемы. Конденсаторы СЗ и С4, входящие в цепь ООС, формируют стандартную АЧХ. Конденсаторы С1 и С5 служат для развязки по постоянному току источника сигнала и нагрузки, конденсатор С6 устраняет паразитную связь по цепи питания.
Рис. 17. Принципиальная схема корректора на микросхеме К548УН1
Рис 18. Печатная (а) и монтажная (б) платы корректора на микросхеме К548УН1
Основная проблема при создании корректора на микросхеме типа К548УН1 сводится к выбору цепи ООС, позволяющей вписаться в стандартную частотную характеристику записи, и к выбору режима работы схемы, при котором достигается большой динамический диапазон входных сигналов при минимальном коэффициенте гармоник.
Конструктивно описываемый корректор размещен на одной печатной плате размерами 50X50 мм. Расположение токопроводящих дорожек и размещение деталей на плате показано на рис. 18.
В устройстве применены конденсаторы К.М-5, К50-6, резисторы МЛТ-0,125. Резисторы и конденсаторы цепи частотной коррекции должны иметь разброс не более 2%, что позволит сформировать АЧХ усилителя, отличающуюся от стандартной не более чем ±1 дБ. Остальные элементы могут иметь разброс ±10%.
Для питания корректора при налаживании необходим стабилизированный источник, обеспечивающий при напряжении 24 В ток не менее 20 мА. При исправных элементах и правильно выполненном монтаже устройство в настройке не нуждается. На частоте 1 кГц коэффициент гармоник каждого корректора не превышает 0,05 ... 0,06%.
Корректор на ОУ К153УД2. Операционные усилители общего применения могут быть использованы для создания предварительных усилителей 34, в том числе и для построения на их базе корректоров. При этом по сравнению с предыдущей конструкцией ухудшается только отношение сигнал-шум, э остальные параметры могут быть даже улучшены. Корректор на ОУ имеет следующие основные технические характеристики:
Максимальное входное напряжение........ 120 мВ
Максимальное выходное напряжение........ 9,5 В
Перегрузочная способность, не менее........ 33,6 дБ
Коэффициент усиления на частоте 1 кГц....... 80
Отклонение АЧХ от стандартной......... ±0,5 дБ
Отношение сигнал-шум (невзвешенное)....... 61 дБ
Коэффициент гармоник, не более......... 0,06%
Напряжение питания............ ±15 В
Ток потребления.............. 6 мА
Рис. 19. Принципиальная схема корректора на ОУ К153УД2
Принципиальная схема корректора, построенного на ОУ К153УД2, приведена на рис. 19. Микросхема включена по схеме неинвертирующего усилителя с корректирующей цепочкой R 3 C 3 R 4 C 4 в цепи ООС. Чтобы облегчить формирование АЧХ, резистор R 3 составлен из двух резисторов, включенных последовательно, a R 4 — соединенных параллельно. Входное сопротивление усилителя определяется практически резистором R 1. Конденсатор С1, через который поступает сигнал на вход микросхемы DA 1, вместе с резистором R 1 образует фильтр нижних частот, ослабляющий нежелательные сигналы сверхнизкой частоты, создаваемые механическими движущимися частями электрофона. Резистор R 2 определяет коэффициент передачи корректора и позволяет при необходимости устанавливать необходимое усиление узла. При использовании деталей с номиналами, указанными на схеме, усиление корректора на частоте 1000 Гц составляет 80 (38 дБ).
Устройство смонтировано на печатной плате (рис. 20). Конденсаторы фильтра в цепи питания (на схеме не показаны) КА1-5 емкостью 0,1 мкФ установлены непосредственно в точках подключения источника питания.
Кроме ОУ К153УД2 можно применить микросхемы К.140УД7, К140УД8, К140УД6, К153УД1, К153УДЗ и т. п. без переделки печатной платы или с небольшими изменениями (включают соответствующие цепи коррекции).
Перед подключением корректора к источнику питания (двухполярный стабилизированный с выходным напряжением ±15 В) необходимо проверить исправность элементов и правильность монтажа. При этих условиях узел практически не требует настройки. Если необходимо, то, подбирая сопротивление резистора R 2, можно регулировать коэффициент передачи усилителя на частоте 1000 Гц. Коэффициент гармоник корректора на частоте 1 кГц не должен превышать 0,03%.
Рис. 20. Печатная (а) и монтажная (б) платы корректора на ОУ К153УД2
Корректор на двух операционных усилителях К140УД7. Такой корректор позволяет уменьшить шумы по сравнению с предыдущим корректором. Основной недостаток корректора, выполненного на ОУ общего применения, по сравнению со специальными микросхемами, — повышенный уровень шума. Один из методов, позволяющих улучшить отношение сигнал-шум на 5... 10 дБ по сравнению с тем, что дает предыдущая конструкция, заключается в том, что сигнал с головки звукоснимателя сначала усиливается с уровня 2,5 примерно до 100 мВ, а уже затем корректируется.
Корректор имеет следующие основные технические характеристики:
Максимальное входное напряжение........ 150 мВ
Максимальное выходное напряжение...... 9,5 В
Перегрузочная способность, не менее .... .... 36 дБ
Коэффициент усиления на частоте 1 кГц....... 60
Отклонение АЧХ от стандартной......... ±1 дБ
Отношение сигнал-шум (невзвешенное) ....... 68 дБ
Коэффициент гармоник, не более......... 0,07%
Напряжение питания............ +24 В
Ток потребления.............. 15 мА
Рис. 21. Принципиальная схема корректора на двух ОУ К140УД7
Практическая реализация корректора представлена на рис. 21. Каждый канал корректора (на схеме показан один) выполнен на двух операционных усилителях DAI , DA 2. Требование к шумовым характеристикам ОУ DA 2 можег быть менее жестким. Входной каскад на микросхеме DA 1 выполнен как линейный усилитель с коэффициентом передачи примерно равным 25. Ограничение усиления этого каскада позволяет сохранить ширину полосы пропускания и способность его к значительным перегрузкам. На микросхеме DA 2 собран собственно корректор. Устройство питают от однополярного стабилизированного источника питания с выходным напряжением 24 В. Фильтр R 10 C 3 C 4 снижает влияние пульсаций источника питания.
Оба канала усилителя смонтированы на печатной плате, приведенной на рис. 22. Вместо ОУ К14ОУД7, приведенного на схеме, можно использовать практически любой ОУ общего применения с соответствующими цепями коррекции, например КНОУДб, К153УД2, К14ОУД8, и т. п. При этом необходимо ввести соответствующие изменения в печатную плату.
Перед монтажом необходимо проверить исправность элементов, а после их установки на печатной плате — правильность монтажа. При использовании элементов ( R 6, R 7, С5, С6), имеющих класс точности не хуже 5%, кривая коррекции будет выдержана с точностью не хуже ±1 дБ. Если монтаж выполнен правильно, узел работает практически без настройки.
Рис. 22. Печатная (а) и монтажная (б) платы корректора на двух ОУ К140УД7
Корректор на одном ОУ К140УД7 с малошумящим транзисторным каскадом на входе. В этом корректоре для уменьшения шума на входе установлен дифференциальный каскад на малошумящих транзисторах, чем достигается сочетание простоты корректора на микросхеме с возможностью получения малого шума за счет использования такого входного каскада. Корректор имеет следующие основные технические характеристики:
Максимальное входное напряжение ........ 120 мВ
Максимальное выходное напряжение . . . ... ... 9,5 В
Перегрузочная способность, не менее ........ 33 дБ
Коэффициент усиления на частоте 1 кГц....... 80
Отклонение АЧХ от стандартной......... ± 1 дБ
Отношение сигнал-шум (невзвешенное)....... 66 дБ
Коэффициент гармоник, не более . . . ..... 0,08%
Напряжение питания............ ±15 В
Ток потребления............. . 10 мА
Практическая схема такого устройства приведена на рис. 23. Оно состоит из входного дифференциального каскада на транзисторах VT 1 и VT 2 и выходного каскада на микросхеме DA 1. Для получения минимального шума входного каскада коллекторный ток транзисторов VT 1 и VT 2 установлен минимальным, примерно 50 мкА. Конденсатор С2 обеспечивает стабильность работы корректора. Других особенностей корректор не имеет.
Рис. 23. Принципиальная схема корректора на ОУ КНОУД7 с дифференциальным каскадом на входе
На рис. 24,а показана печатная плата (со стороны токопроводящих дорожек) двух каналов усилителя. Как и в предыдущих случаях, вместо микросхемы К140УД7 можно применить ОУ, например К153УД1, К153УД2, К140УД6, К140УД8 и т. п. с соответствующими цепями коррекции.
Вид платы со стороны деталей изображен на рис. 24,6.
Проверив исправность элементов и правильность монтажа, плату можно подключать к источнику питания (двухполярному стабилизированному с выходным напряжением ±15 В). При желании, подбирая резистор R 5, изменяют усиление корректора.
Рис. 24. Печатная (а) и монтажная (б) платы корректора на ОУ К140УД7 с дифференциальным каскадом на входе
Высококачественный корректор на транзисторах. Можно заметно улучшить параметры корректора, несколько видоизменив схему простого корректора на двух транзисторах (см. рис. 15), подключив к его выходу двухтактный эмнт-терный повторитель. Принципиальная схема такого усилителя-корректора приведена на рис. 25. Он имеет следующие основные технические характеристики:
Максимальное входное напряжение........ 200 мВ
Максимальное выходное напряжение........ 8В
Перегрузочная способность, не менее........ 38 дБ
Коэффициент усиления на частоте 1 кГц....... 40
Отклонение АЧХ от стандартной . ......... ± 1 дБ
Отношение сигнал-шум (невзвешенное)....... 66 дБ
Коэффициент гармоник, не более......... 0,02%
Напряжение питания............ 24 В
Ток потребления.............. 5 мА
Входной каскад этого усилителя для уменьшения шума выполнен на транзисторе КТ3107Л, работающем в режиме с малым током коллектора (около 100 мкА). Транзисторы VT 1 и VT 2 обеспечивают основное усиление; выходной каскад ( VT 3, VT 4) уменьшает выходное сопротивление узла, ослабляя тем самым влияние нагрузки на АЧХ усилителя. Постоянная составляющая тока эмиттера транзистора VT 1 используется для стабилизации режима работы выходного каскада.
Рис. 25. Принципиальная схема высококачественного корректора с минимальным числом компонентов
Амплитудно-частотная характеристика корректора формируется цепью ООС R 3 R 8 C 4 C 7 C 8. Конденсатор С5 обеспечивает устойчивость работы устройства. Резистор R 16 позволяет установить необходимое выходное напряжение.
Печатная плата для двух каналов изображена на рис. 26. Транзисторы VT 1, VT 2 должны иметь достаточно высокий коэффициент передачи ток» (150... 200), a VT 4 и VT 3 — одинаковый. Помимо указанных на схеме можно применять (с некоторым ухудшением характеристик корректора) транзисторы типов КТ315Б, КТ361Б, КТ342В, КТ203, КТ208 и т. п., конденсаторы К50-6, КМ-4, КМ-5, КМ-6, резисторы МЛТ-0,25.
Для питания корректора во время налаживания необходим стабилизированный источник с выходным напряжением 24 В. Исправные элементы и правильный монтаж узла позволяют использовать корректор практически без настройки. При желании установить более точно АЧХ корректора, необходимо подобрать элементы цепи коррекции ( R 3, R 8, С4, С7, С8).
Рис. 26. Печатная (с) и монтажная (б) платы высококачественного корректора с минимальным числом компонентов
Корректор на дискретных элементах с использованием схемотехники ОУ. Из-за своеобразия частотной характеристики корректора для магнитной головки звукоснимателя, для сохранения достаточно высоких его характеристик требуется усилитель с большим коэффициентом усиления при разомкнутой цепи ООС. Применение ОУ в интегральном исполнении дает в целом хорошие результаты, но шумовые характеристики этих корректоров оказываются невысокими. Существуют различные способы решения этой проблемы, некоторые из которых уже были описаны. Наиболее высокие характеристики корректора удается получить при выполнении его на дискретных элементах с использованием схемотехники ОУ. Описанный далее корректор имеет следующие основные технические характеристики:
Максимальное входное напряжение...... . 100 мВ
Максимальное выходное напряжение........ 8В
Перегрузочная способность, не менее ........ 32 дБ
Коэффициент передачи на частоте 1 кГц....... 38 дБ
Отклонение АЧХ от стандартной......... ±1 дБ
Отношение сигнал-шум (невзвешенное)....... 68 дБ
Коэффициент гармоник, не более......... 0,01%
Напряжение питания............ +15 В
Ток потребления.............. 10 мА
Входной каскад корректора (рис. 27) — дифференциальный усилитель на транзисторах VT 2, VT 4 — построен так же, как и ОУ. Для достижения большого коэффициента усиления эмиттерные и коллекторная цепи питаются от источников тока на транзисторах VT 1, VT 3. Режимы транзисторов VT 2, VT 4 выбраны из условия получения минимального шума, для чего коллекторный ток каждого из них установлен примерно равным 100 мкА. Источник тока на транзисторе VT 3 улучшает подавление фона и пульсаций источника питания. Для уменьшения нелинейных искажений усиление каскада выбрано максимально возможным, что достигается включением динамической нагрузки на транзисторе VT 1 в коллекторную цепь VT 2. Чтобы предотвратить перегрузку входного каскада и увеличить его усиление, использован согласующий каскад нг транзисторе VT 5. Для получения максимального усиления и увеличения линейности в качестве нагрузки выходного каскада на транзисторе VT 6 используется источник тока (VT 7).
Цепь коррекции состоит из элементов Rll , R 12, С5, Сб. Резистор R 13 и конденсатор С4 определяют частотную характеристику усилителя на частотах выше 50 кГц.
Каждый канал корректора смонтирован на отдельной печатной плате (рис. 28), Резистор R 9 распаян со стороны токопроводящих дорожек на выводах конденсатора СЗ. Вместо указанных на схеме можно применять транзисторы и других типов, например, КТ315, КТ361, КТ209, КТ203 и т. п. Однако технические характеристики корректора при этом несколько ухудшатся. Точность элементов цепи коррекции должна быть не хуже 5%.
Рис. 27. Принципиальная схема корректора на дискретных элементах по схемотехнике ОУ
При испытаниях усилителя следует использовать двухполярный стабилизированный источник питания с выходным напряжением ±15 В. Если монтаж выполнен правильно и элементы исправны, устройство работает без настройки и обеспечивает приведенные характеристики.
Рис. 28. Печатная (а) и монтажная (б) платы корректора на дискретных элементах по схемотехнике ОУ
Высококачественный корректор на усилителе с параллельной обратной связью. Известно, что применение параллельной обратной связи по напряжению формирует источник напряжения (выходное полное сопротивление которого близко к нулю). Это позволяет строить усилитель с хорошими нагрузочными характеристиками. Следует отметить, что усилитель с параллельной ОС также имеет лучшую, по сравнению с последовательной, переходную характеристику. Корректоры, построенные на базе усилителей с параллельной ОС, при простых схемных решениях позволяют получить довольно высокие технические характеристики.
Высококачественный корректор на усилителе с параллельной обратной связью имеет следующие основные технические характеристики:
Максимальное входное напряжение . ....... 40 мВ
Максимальное выходное напряжение........ 4В
Перегрузочная способность .......... 24 дБ
Коэффициент усиления на частоте 1 кГц....... 100
Отклонение АЧХ от стандартной......... ±0,5 дБ
Отношение сигнал-шум (невзвешенное) . . . . . . . 70 дБ
Коэффициент гармоник, не более ......... 0,01%
Напряжение питания............ ±15 В
Ток потребления.............. 10 мА
На рис. 29 приведена схема этого корректора. Он состоит из входного каскада на транзисторах VT 1 — VT 3 и двухтактного выходного каскада (транзисторы VT 4 — VT 7), работающего в режиме А. Входной каскад для получения максимального усиления выполнен по каскодной схеме на транзисторах VT 2, VT 3, с источником тока на полевом транзисторе VT 1 в качестве его нагрузки. Усиление такого каскада на частоте 100 Гц составляет около 50 000, что дает возможность вводить глубокую ООС, уменьшающую искажение сигнала. Для согласования с нагрузкой используется двухтактный выходной каскад (транзисторы VT 4, VT 6 и VT 5, VT 7). Выходная мощность каскада оказывается достаточной для непосредственного подключения головных телефонов. В данном случае в качестве нагрузки можно использовать высокоомные головные телефоны, например, ТДС-5. В этом случае уровень громкости регулируют резистором R 15. Необходимую частотную характеристику формируют цепи R 5 C 5 и R 8 C 6.
Рис. 29. Принципиальная схема корректора с параллельной обратной связью
Печатная плата корректора (рис. 30) рассчитана на монтаж двух корректоров. Резисторы R 2 и R 11 — СПЗ-22, R 15 — СПЗ-12а с экспоненциальной зависимостью сопротивления от угла поворота движка.
Первоначально, устанавливая резистором R 11 на положительной обкладке конденсатора С8 напряжение +7,5 В, необходимо сбалансировать корректор, Затем резистором R 2 нужно добиться, чтобы коллекторный ток выходных транзисторов был равен 10 мА. После этого повторно проверить баланс и, если необходимо, вновь подстроить К.11. На этом налаживание заканчивается. Для питания корректоров во время налаживания следует использовать стабилизированный источник, обеспечивающий при напряжении 15 В ток не менее 100 мА.
Рис. 30. Печатная (а) и монтажная (б) платы усилителя с параллельной обрат ной связью.
МИКРОФОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ
Микрофонные усилители предназначены для усиления слабых сигналов микрофона и согласования его с последующими усилительными каскадами звуковоспроизводящего тракта. Коэффициент усиления микрофонного усилителя выбирают таким образом, чтобы обеспечить на входе основного усилителя номинальный уровень напряжения от 200 до 400 мВ. При необходимости в микрофонный усилитель вводят частотную коррекцию, чтобы компенсировать неравномерность АЧХ используемого микрофона.
Особенностями микрофонного усилителя являются: работа при малых уровнях входного сигнала (номинальная ЭДС, развиваемая разными типами микрофонов, составляет 0,1... 0,8 мВ); совместная работа с источником сигнала, имеющим низкое внутреннее сопротивление (500 ... 2000 Ом), которое остается постоянным в широком диапазоне рабочих частот.
Основные сложности при разработке микрофонных усилителей связаны о достижением низкого уровня собственных шумов и минимальных нелинейных искажений. Формирование необходимой АЧХ особых трудностей не представляет.
Собственные (внутренние) шумы применяемых в высококачественной звуке-технике электростатических (конденсаторных) и электродинамических (ленточных) микрофонов незначительны. Так, шумы электродинамических микрофонов очень малы и, как правило, не нормируются. Конденсаторные микрофоны имеют сравнительно более высокий уровень шумов, обычно указываемый в паспорте микрофона. Но даже для конденсаторных микрофонов уровень собственных шумов не превышает нескольких микровольт. Поэтому важно, чтобы собственные шумы микрофонного усилителя были малы.
Как известно, для достижения малого уровня шумов на выходе усилителя необходимо уменьшать собственные шумы первого каскада и увеличивать полезный сигнал на его входе. Поскольку шумовые свойства усилительного каскада зависят от внутреннего сопротивления источника сигнала, при выборе режима работы транзистора в первом каскаде микрофонного усилителя необходимо учитывать внутреннее сопротивление микрофона. Например, для транзистора КТ3102 оптимальный коллекторный ток, при котором коэффициент шума минимален, составляет 100... 300 мкА при сопротивлении источника сигнала 1 кОм и 30... 60 мкА при сопротивлении 10... 100 кОм.
По рекомендации Международной Электротехнической Комиссии номинальное входное сопротивление микрофонного усилителя, обеспечивающее наилучшее отношение сигнал-шум на его выходе, равно утроенному сопротивлению микрофона (Rвх = 3Rмк). В описанных далее конструкциях входное сопротивление усилителя 3,3 кОм, что является компромиссным решением для различных типов применяемых микрофонов.
Номинальный диапазон частот микрофонного усилителя с учетом АЧХ используемого микрофона должен быть не хуже 20 Гц... 20 кГц при неравномерности ±2 дБ. Невзвешенное значение отношения сигнал-шум достаточно иметь примерно равным 60 дБ. Запас по перегрузочной способности (относительно номинальной чувствительности) должен быть не менее 30 дБ. Коэффициент гармоник в полосе частот должен составлять не более 0,1...0,2%. Автоматическая регулировка усиления, значительно сужающая динамический диапазон и используемая, как правило, в специальных усилителях (для усиления речи и т. п.), в рассматриваемых далее микрофонных усилителях не применяется.
Микрофонные усилители имеют следующие параметры:
максимальное входное напряжение [мВ] — наибольшее действующее значение синусоидального входного сигнала на частоте 1 кГц, при котором коэффициент гармоник выходного напряжения не превышает 0,5%;
максимальное выходное напряжение [В] — наибольшее действующее значение выходного напряжения на частоте 1 кГц при коэффициенте гармоник не более 0,5%;
перегрузочная способность, Кп [дБ] — отношение максимального входного напряжения к номинальному входному;
коэффициент гармоник [%] — наибольшее значение коэффициента нелинейных искажений выходного сигнала, измеряемое в полосе частот 20... 20 000 Гц при номинальном выходном напряжении;
отношение сигнал-шум (невзвешенное) [дБ] — отношение действующего значения номинального напряжения выходного синусоидального сигнала к действующему значению напряжения шума на выходе усилителя (измеряется без взвешивающих фильтров);
номинальный диапазон [Гц] — диапазон частот, внутри которого нормированная АЧХ усилителя имеет неравномерность не более ±1,5 дБ.
Для всех приводимых далее микрофонных усилителей номинальный уровень входных сигналов равен 1 мВ, выходное сопротивление не превышает 1 кОм, что обеспечивает хорошее их согласование с узлами, описанными далее,
Микрофонный усилитель на микросхеме К548УН1. Наиболее просто требуемые характеристики микрофонного усилителя можно реализовать на основе микросхем. Специально спроектированная для звуковой техники микросхема К548УН1 позволяет легко получить требуемые параметры при небольшом числе внешних элементов. Микрофонный усилитель на этой микросхеме имеет следующие основные технические характеристики:
Входное напряжение:
номинальное............ 1 мВ
максимальное............ 30 мВ
Выходное напряжение:
номинальное............ 200 мВ
максимальное............ 6000 мВ
Перегрузочная способность, не менее ...... 30 дБ
Коэффициент гармоник, не более....... 0,2%
Отношение сигнал-шум (невзвешенное)..... 60 дБ
Номинальный диапазон частот........ 20 ... 20 000 Гц
Напряжение питания........... 24 В
Ток потребления............ 10 мА
Схема одного канала этого усилителя приведена на рис. 31. Микросхема DA 1 включена по схеме неинвертирующего усилителя. Отрицательная обратная связь по постоянному току (через резисторы R 3, R 4) определяет режим работы микросхемы. Усиление по переменному току определяется соотношением резисторов R 2 и R 4. Для уменьшения уровня шума (примерно в 1,4 раза) используется только один из транзисторов входного дифференциального каскада
микросхемы, база второго (вывод 2 микросхемы DA 1) соединена с общим проводом.
Конденсаторы С1 и С4 служат для развязки по постоянному току источника сигнала и нагрузки, С5 устраняет паразитную связь по цепи питания.
Микрофонный усилитель собран на унифицированной монтажной плате методом объемного монтажа. В устройстве используют резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы КМ-4, КМ-б, К50-6. Чертеж унифицированной монтажной платы приведен на рис. 32.
Рис. 31. Принципиальная схема микрофонного усилителя на микросхеме К548УН1
Рис. 32. Чертеж унифицированной монтажной платы
Для проверки усилителя необходим стабилизированный источник питания с выходным напряжением 24 В, обеспечивающий ток в нагрузке не менее 15 мА, Если монтаж выполнен правильно, а детали исправны, усилитель работает практически без настройки.
Микрофонный усилитель на микросхеме К153УД2. При отсутствии специальных микросхем (К548УН1А, К157УЛ1) для микрофонного усилителя вполне можно использовать ОУ на микросхеме К153УД2 общего применения. При этом ухудшится только отношение сигнал-шум, а остальные параметры останутся практически без изменений или даже несколько улучшатся.
Такой микрофонный усилитель имеет следующие основные технические характеристики:
Входное напряжение:
номинальное............ It5 мВ
максимальное............ 3000 мВ
Выходное напряжение:
номинальное............ 220 мВ
максимальное............ 9000 мВ
Перегрузочная способность, не менее...... 66 дБ
Коэффициент гармоник, не более....... О gg%
Отношение сигнал-шум (невзвешенное)...... 55 дБ
Номинальный диапазон частот........ 20... 20 000 Гц
Напряжение питания.......... ± l5 В
Ток потребления............ J2 мА
На рис. 33 показан усилитель, включенный по схеме инвертирующего усилителя. Неинвертирующий вход (вывод 3) микросхемы DA 1 подключен к общему проводу, а на инвертирующий (вывод 2} подается ООС, раздельно по постоянному и переменному токам. Отрицательная обратная связь по постоянному току (через резистор R 4) стабилизирует рабочую точку усилителя. Регулируемая ООС по переменному току (цепь R 3, С2) обеспечивает нормальное функционирование усилителя, предохраняет его от перегрузки по входу. Если движок резистора R 3 находится в крайнем левом по схеме положении, входное напряжение может достигать 3 В и при этом еще не наступает ограничение сигнала на выходе. При максимальном усилении (движок R 3 в крайнем правом положении) ограничение выходного напряжения наступает при входном напряжении около 20 мВ.
Конденсаторы С1 и С4 обеспечивают развязку по постоянному току на входе и выходе узла, С5 и С6 устраняют паразитную связь по цепи питания.
Для монтажа микрофонного усилителя использованы унифицированная монтажная плата (см. рис. 32), резисторы МЛТ-0,125, СПЗ-12 или СПЗ-23 { R 3), конденсаторы КМ-4, КМ-б, К53-1.
Рис. 33. Принципиальная схема микрофонного усилителя на микросхеме К153УД2
Вместо микросхемы К.153УД2 можно использовать и другие ОУ общего применения с соответствующими цепями коррекции (К153УД1, К.140УД7, К140УД8 и т. п.).
Для работы усилителя необходим стабилизированный двухполярный источник питания с напряжением +15 В, обеспечивающий ток в нагрузке не менее 15 мА. При правильно выполненном монтаже и исправных деталях узел работает без настройки.
Микрофонный усилитель на ОУ с малошумящим транзистором на входе. На ОУ общего применения можно создать микрофонный усилитель, не уступающий по параметрам усилителю, построенному на базе специализированной микросхемы. Однако шумовые свойства такого усилителя получаются невысокими. Для уменьшения уровня шума, как и в случае предусилителя-корректо-ра, на входе микросхемы можно установить малошумящий транзистор.
Микрофонный усилитель, сочетающий усилительные возможности ОУ и шумовые характеристики дискретного транзистора, приведен на рис. 34. Он имеет следующие основные технические характеристики:
Входное напряжение:
номинальное............ 1 мВ
максимальное............ 45 мВ
Выходное напряжение:
номинальное . . . ......... 200 мВ
максимальное............ 9000 мВ
Перегрузочная способность, не менее...... 33 дБ
Коэффициент гармоник, не более ....... 0,06%
Отношение сигнал-шум (невзвешенное)..... 6G дБ
Номинальный диапазон частот........ 20 ... 20 000 Гц
Напряжение питания.......... ±15 В
Ток потребления............ 15 мА
Усилитель может работать как с низкоомным, так и с высокоомным микрофоном. Входной каскад на малошумящем транзисторе VT 1 питается от параметрического стабилизатора напряжения (стабилитрон VD 1, резистор R 10), который одновременно обеспечивает необходимую фильтрацию пульсаций питающего напряжения. Для защиты от помех мощных радиостанций сигнал на базу транзистора VT 1 поступает через фильтр нижних частот R 4 C 2 с частотой среза около 3 МГц. Режим работы транзистора стабилизирован глубокой ООС по постоянному току (с выхода микросхемы DA 1 через резистор R 11 в цепь эмиттера транзистора VT 1). Необходимый коэффициент усиления (5... 300) устанавливают подстроечным резистором R 7. Благодаря большому запасу усиления и глубокой ООС коэффициент гармоник не превышает сотых долей процента, а АЧХ усилителя линейна во всем звуковом диапазоне.
Монтаж микрофонного усилителя производят на унифицированной монтажной плате методом объемного монтажа (см. рис. 32). Вместо транзистора КТ3102Е можно использовать КТ3102В, К.Т315Б, вместо микросхемы К153УД2 — К153УД1, К140УД7, К140УД8 и другие с соответствующими цепями коррекции. Резисторы — МЛТ-0,125, СПЗ-22(R7), конденсаторы — КМ-4, КМ-6, К53-1.
Рис. 34. Принципиальная схема микрофонного усилителя на ОУ
Налаживание заключается в проверке правильности монтажа и установке подстроечным резистором R 7 необходимого усиления. Для этого, подключив стабилизированный источник напряжением ±15 В, обеспечивающий ток в нагрузке не менее 20 мА, на вход узла с генератора звуковой частоты подают сигнал частотой 1 кГц и напряжением 1 мВ. Подстроечным резистором R 7 напряжение на выходе микрофонного усилителя устанавливают в пределах 200... 250 мВ.
ФИЛЬТРЫ
Частотная характеристика высококачественных усилителей 34 простирается от единиц герц до сотни килогерц, что обеспечивает очень малые линейные искажения. Но это же обстоятельство приводит к усилению таких нежелательных явлений, как прохождение помех от близлежащих радиостанций, усиление гармоник ограниченного сигнала и остаточных напряжений УПЧ приемника, помех от вибраций двигателя электрофона, напряжения фона от сети и т. п. Поэтому необходимо, чтобы звуковой сигнал, проходящий через высококачественный звуковоспроизводящий тракт, был очищен от всех сопутствующих помех.
Для этой цели в состав звуковоспроизводящего тракта вводятся специальные фильтры нижних (ФНЧ) и верхних (ФВЧ) частот. Их задача — обеспечить эффективное подавление составляющих фона, шумов и паразитных сигналов в той части диапазона, где отсутствуют составляющие полезного сигнала.
К важнейшим показателям, характеризующим свойства фильтров, как и других функциональных узлов звуковоспроизводящего тракта, относятся: величина, характеризующая способность фильтра усиливать сигнал; степень вносимых фильтром искажений; динамический диапазон; входные и выходные данные.
Фильтры характеризуются параметрами, аналогичными принятым для микрофонных усилителей. И, кроме того, еще двумя специфичными показателями — частотой среза и крутизной спада АЧХ.
Частота среза [Гц] — точка перегиба АЧХ фильтра, в которой коэффициент передачи изменяется на 3 дБ. Для фильтров, построенных на однозвенных RG цепях, частота среза
f ср =1/(2п R С).
Крутизна спада АЧХ характеризует скорость спада АЧХ фильтра от точки перегиба. Обычно она измеряется в децибелах на октаву.
Рис. 35. Электрическая схема фильтра низких (а) и высоких (б) частот
Амплитуда на выходе RC фильтра убывает от точки перегиба пропорционально 1/f. Поэтому в пределах одной октавы (соответствует изменению частоты вдвое) она уменьшается вдвое, т. е. RC фильтр обеспечивает крутизну спада АЧХ 6 дБ на октаву. Если последовательно включить два RC звена, крутизна возрастает до 12 дБ на октаву, если три — до 18 и т. д. Однако это справедливо при условии, когда реактивная составляющая полного, выходного сопротивления каждого RC звена равна нулю, а входного — бесконечности.
Один из способов устранения взаимного влияния каскадов состоит в том, чтобы каждый последующий каскад имел значительно большее полное входное сопротивление, чем предыдущий. Еще эффективнее использовать в качестве межкаскадных буферов активные фильтры на транзисторах или ОУ.
Полосовой фильтр на пассивных элементах. На рис. 35,а показан ФНЧ на основе Г-образного RC полузвена. Напряжение на выходе такого фильтра неизменно от самых нижних частот до частоты среза fcp ; f 0 p = 1/(2пR 1 C 1). При дальнейшем увеличении частоты выходное напряжение уменьшается пропорционально 1/f, т. е. с крутизной около 6 дБ на октаву. Как отмечалось, параметры пассивных RC фильтров весьма критичны к сопротивлению нагрузки Rн и источника сигнала Rг. Расчетные характеристики фильтров достигаются при сопротивлении нагрузки Ra , стремящемся к бесконечности и сопротивлении источника сигнала Rr , стремящемся к нулю. Точный расчет фильтров с учетом конечных значений Ra и 7?г довольно громоздок, но для приближенных расчетов частоты среза можно воспользоваться и приведенной ранее формулой.
Практически достаточно, чтоб выполнялись соотношения:
Rи = (10... 20) R1, Rг = (0,05 ..,0,1) R1.
Если в схеме на рис. 35,а поменять местами резистор и конденсатор, то получается RC ФВЧ (рис. 35,6). В отличие от ФНЧ, ФВЧ пропускает частоты выше частоты среза fcp, ниже этой частоты АЧХ имеет спад с наклоном 6 дБ на октаву. Соединяя каскадно ФВЧ и ФНЧ, можно построить полосовой фильтр.
Практическая схема полосового фильтра показана на рис. 36. Он имеет следующие основные технические характеристики:
Входное напряжение:
номинальное............ 0,2 В
максимальное............ 4В
Выходное напряжение:
номинальное............ 0,16 В
максимальное............ 3,2 В
Коэффициент передачи в полосе пропускания .... 0,8
Перегрузочная способность, не менее...... 26 дБ
Частота среза............ 0,1 и 7 кГц
Крутизна спада АЧХ........... 6 дБ на октаву
Коэффициент гармоник, не более....... 0,08%
Отношение сигнал-шум (невзвешенное)..... 70 дБ
Напряжение питания........... 15 В
Ток потребления............ 3 мА
Рис. 36. Принципиальная схема низкочастотного и высокочастотного фильтров на пассивных элементах
Фильтр нижних частот (его включают кнопкой SB 1) с частотой среза около 7 кГц состоит из резистора R 1 и конденсатора С1. Для уменьшения влияния входного сопротивления последующих каскадов на параметры фильтра используется эмиттерный повторитель на транзисторе VT 1, входное сопротив-, ление которого с учетом делителя R 2, R 3 образует нагрузку фильтра. Фильтр верхних частот с частотой среза около 100 Гц образован конденсатором С2 и входным сопротивлением каскада на транзисторе VT 1. Его включают кнопкой SB 2. Конденсаторы СЗ и С4 используются для развязки по постоянному току каскада на транзисторе VT 1.
Поскольку сами фильтры состоят из пассивных цепей, то такие параметры, как максимальное входное напряжение, коэффициент гармоник, перегрузочная способность и т. п., определяются целиком последующими каскадами (в данном случае эмиттерным повторителем).
Полосовой фильтр собран на унифицированной монтажной плате. В нем использованы резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы КМ-5, К53-1. Желательно, чтобы точность элементов, входящих непосредственно в фильтры (R1, C 1, C 2), была не хуже 2%. Вместо транзистора КТ3102В можно использовать также транзисторы КТ315, КТ342, КТ203. В качестве переключателей SВ1, SB 2 подойдут любые на два положения, например П2К.
Для проверки работы фильтра необходим стабилизированный источник питания напряжением 15 В и током не менее 5 мА. При монтаже без ошибок и «справных элементах фильтр практически работает без настройки.
Чтобы получить точное значение частот среза, поступают следующим образом. В ФНЧ резистор R 1 временно заменяют переменным резистором, параллельно С1 подключают осциллограф или вольтметр переменного тока. На вход фильтра с генератора звуковых частот подается сигнал частотой, равной fcp. Подстраивая переменный резистор, добиваются, чтобы напряжение на С1 стало равным 0,7 Uвх. После этого переменный резистор заменяют на соответствующий постоянный. Настройка ФВЧ производится аналогично подбором конденсатора С2. Напряжение контролируют на выходе фильтра.
Фильтр верхних частот на ОУ К153УД2. Пассивные RC фильтры имеют значительное затухание, малую крутизну спада АЧХ, а сама АЧХ зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала и нагрузки в пределах полосы пропускания. Для улучшения параметров RC фильтров к ним присоединяют активные элементы — транзисторы или ОУ, работающие в простейшем случае по схеме повторителя. Так как повторитель не меняет фазы входного сигнала, то пассивное RC звено включают в цепь ПОС. Этим частично компенсируют потери сигнала и повышают крутизну спада АЧХ всего фильтра.
Сопротивление резисторов и емкость конденсаторов в активных фильтрах сравнительно небольшие даже на очень низких частотах, вследствие чего конструкция активных фильтров получается компактной.
Фильтр верхних частот на ОУ К153УД2 имеет следующие основные технические характеристики:
Входное напряжение:
номинальное........... 0,2 В
максимальное.......... 8В
Выходное напряжение:
номинальное........... 0,19 В
максимальное.......... 7,6 В
Коэффициент передачи в полосе пропускания . . 0,95
Перегрузочная способность, не менее . . . . 32 дБ
Частота среза........... 40 и 100 Гц
Крутизна спада АЧХ......... 6 и 12 дБ на октаву
Коэффициент гармоник, не более...... 0,07%
Отношение сигнал-шум (невзвешенное) . . . . 66 дБ
Напряжение питания......... ±15В
Ток потребления . . . . ,..... 10 мА
На рис. 37 приведена схема этого ФВЧ. Он состоит из последовательно соединенных пассивного RC ФВЧ на основе Г-образного звена C 2 R 2 и собственно активного C 3 C 4 R 3 R 4 DA 1 ФВЧ второго порядка. Такой фильтр (или фильтр Баттерворта) обладает максимально плоской АЧХ в пределах полосы пропускания.
При нажатии на кнопку SB 1 включается пассивный RC фильтр C 2 R 2 R 4 с частотой среза около 100 Гц, имеющий крутизну спада 6 дБ на октаву. Нажатие на кнопку SB 2 приводит к включению активного ФВЧ. Точный расчет такого фильтра сложен, но при некоторых допущениях расчет упрощается. Например, принимая СЗ=С4 = С, R 3= R 4/2, R 4 можно приближенно определить по формуле:
R 4 = 0,707/(п f СР С).
В данном случае фильтр имеет частоту среза около 40 Гц. Крутизна спада его АЧХ 12 дБ на октаву. При нажатии на обе кнопки включаются пассивный и активный фильтры, при этом ниже частоты 20 Гц наклон АЧХ увеличивается до 18 дБ на октаву.
Рис. 37. Принципиальная схема высокочастотного фильтра на ОУ К153УД2
Для монтажа фильтра использована унифицированная плата. Переключатели SB 1 и SB 2 могут быть любого типа на два положения, например П2К Номиналы конденсаторов и резисторов, входящие в фильтр, должны иметь точность 2%. Вместо микросхемы К.153УД2 можно использовать любые ОУ с соответствующими цепями коррекции, например, К153УД1, К140УД7, К140УД8.
Для проверки работы фильтра необходим стабилизированный двухполяр-ный источник питания напряжением ±15 В и током не менее 10 мА. При использовании в фильтре элементов с точностью не хуже 2% настройка не требуется. Если такие детали подобрать не удалось, поступают следующим образом. Вначале, пользуясь рекомендациями по настройке полосового фильтра, настраивают пассивный RC фильтр C 2 R 2 R 4 (кнопка SB 1 нажата). Затем, отключив пассивный RC фильтр, включают активный. Подбирая конденсаторы СЗ и С4, добиваются, чтобы напряжение на выходе фильтра на частоте среза (fcp = 40 Гц) составляло 0,7 Uвх. На этом настройка заканчивается.
Фильтр нижних частот на ОУ К153УД2 (рис. 38). Он имеет следующие основные технические характеристики:
Входное напряжение:
номинальное....... . .... . . 0,2 В
максимальное.......... 8В
Выходное напряжение:
номинальное........... 0,19 В
максимальное.......... 7,6 В
Коэффициент передачи в полосе пропускания . . 0,95
Перегрузочная способность, не менее .... 32 дБ
Частота среза........... 10 и 20 кГц
Крутизна спада АЧХ......... 6 и 12 дБ на октаву
Коэффициент гармоник, не более...... 0,07%
Отношение сигнал-шум (невзвешенное) .... 66 дБ
Напряжение питания......... ±15 В
Ток потребления.......... 10 мА
Рис. 38. Принципиальная схема низкочастотного фильтра на ОУ К153УД2
Если поменять местами резисторы и конденсаторы, то ФВЧ (см. рис. 37) преобразуется в ФНЧ (рис. 38). Элементы R 2, С2, С4 образуют пассивный ФНЧ с крутизной спада АЧХ 6 дБ на октаву и частотой среза около 10 кГц, а элементы R 3, R 4, СЗ, С4, DA 1 входят в активный ФНЧ с наклоном спада АЧХ 12 дБ на октаву и частотой среза около 20 кГц. Упрощенный расчет активного фильтра можно-произвести, принимая R 3= R 4= R и СЗ=2С4; емкость! конденсатора С4 определяют по формуле: C 4 = 0,707/(2пfCpR ).
Одновременное включение активного и пассивного фильтров обеспечивает на частотах выше 20 кГц крутизну спада АЧХ фильтра 18 дБ на октаву.
Конструкция и детали в ФНЧ такие же, как и в ФВЧ на ОУ К153УД2. Фильтр налаживают в такой же последовательности, что и предыдущий фильтр. Частоты среза устанавливают, подбирая резисторы R 2 — R 4.
Дата: 2018-09-13, просмотров: 938.
