Первый раз эту схему я собирал лет 10 назад, нужно было раскачать колонки Радиотехника S90 не очень мощным самодельным усилителем (Ватт 25-30 навскидку), цель — узнать на что вообще способны эти колонки.
Но мощности усилителя явно не хватало. И в одной интересной книжке я набрел на схему этого фильтра. Решил попробовать раскачать S90 двухполосным усилителем.
Одно из преимуществ заключается в том, что при перегрузке низкочастотного канала, его искажения хорошо маскируются СЧ-ВЧ звеном, следовательно максимальная неискаженная мощность на слух становится заметно больше.
В итоге мне удалось раскачать одну колонку так, что шифер на гараже стал трещать.
Содержание / Contents
↑ Схема
↑ Плата
Входной сигнал подан на неинвертирующий вход операционного усилителя МС1, который выполняет функции активного фильтра низких частот с крутизной спада частотной характеристики 18 дБ/октаву, и на неинвертирующий вход операционного усилителя МС2, который выполняет функции дифференциального усилителя с коэффициентом передачи по напряжению Ku=1.
На инвертирующий вход МС2 подан сигнал с выхода фильтра низких частот МС1. В дифференциальном усилителе МС2 из спектра входного сигнала вычитается его низкочастотная часть, и на выходе МС2 появляется только высокочастотная часть входного сигнала.
Таким образом, требуется лишь обеспечить заданную частоту среза фильтра низких частот, которая и будет частотой разделения. Значения элементов фильтра находятся из соотношений C1 = C2 = C3; R1=R4; R5=R1/6,8; R1C1=0,4/Fp, где Fр – частота разделения.
R1 я брал 22 кОм, а дальше все рассчитывается по формулам в зависимости от требуемой частоты разделения.
В качестве операционных усилителей пробовал К157УД2 (сдвоенный ОУ – 2 корпуса) и К1401УД2 (счетверенный ОУ – печатка под него), оба показали хорошие результаты.
Конечно, можно применить любой счетверенный импортный ОУ.
↑ Источник
Книга "Высококачественный усилитель низкой частоты", Г. Л. Левинзон, А.В. Логинов, 1977 год
↑ Файлы
Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.
—
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, учредитель журнала «Датагор»
Многополосные акустические системы обеспечивают высокое качество звучания благодаря тому, что каждый громкоговоритель специально предназначен для воспроизведения определённой полосы частот и соответственно оптимизирован. Чаще всего в многополосных акустических системах звуковой спектр разделяется на две или три полосы. Для обеспечения горизонтальной результирующей АЧХ полосы частот, воспроизводимых каждым динамиком, должны перекрываться плавно, дополняя друг друга. Рассогласование между уровнями звукового давления по полосам и расширение зоны совместного действия динамиков приводят к искажениям АЧХ. Поэтому для правильного выбора важно знать зависимость звукового давления от частоты раздела между полосами (рис.1). Верхняя кривая соответствует розовому шуму, нижняя – современной музыке :
Например, для трехполосной системы мощностью 100 Вт с частотами раздела 400 Гц и 3 кГц мощность распределится следующим образом (при одинаковой чувствительности динамиков)
* НЧ-канал – 50 Вт
* СЧ-канал – 35 Вт
* ВЧ-канал – 15
Для разделения полос можно использовать как пассивные, так и активные фильтры, но в настоящее время активные фильтры обходятся значительно дешевле высококачественных пассивных, в которых применяются катушки индуктивности без сердечника и неэлектролитические конденсаторы. Кроме того, у активных фильтров отсутствуют основные недостатки пассивных :
* потери мощности
* увеличение выходного сопротивления (со стороны динамика) и связанное с этим ухудшение демпфирования
* сложность расчета и настройки из-за частотной зависимости импеданса динамиков, необходимость применения компенсаторов
* Цобеля-Буше
Однако активные фильтры можно использовать только с отдельными усилителями для каждой полосы частот, при этом удобно использовать монолитные интегральные усилители. В ряде случаев сложные фильтры не требуются и для разделения полос достаточно использовать простейшие RC-цепочки с крутизной спада АЧХ 6 дБ/октава. Прекрасные результаты достигаются благодаря тому, что такой фильтр свободен от фазовых и переходных искажений. Однако невысокое затухание простейших RC-фильтров требует применения динамиков, способных работать без искажений и за пределами полосы пропускания фильтра.
Изящное и не менее эффективное решение – фильтрующий усилитель (Power Filter)- предложено фирмой SGS-THOMSON. Предложенная схема объединяет усилитель мощности и фильтр второго (12 дБ/октава) или третьего порядка (18 дБ/октава). Работа схемы основана на том, что на сигнальном входе и входе обратной связи усилителя присутствуют два одинаковых синфазных напряжения, что и требуется для работы активного фильтра. Сопротивление со стороны входа ООС при этом обычно порядка 100 Ом, со стороны сигнального – очень высокое, что также способствует правильной работе схемы. Схемотехнически они подобны фильтрам Саллена – Ки. На рис.2 приведена схема фильтрующего усилителя ВЧ с частотой среза 900 Гц, реализующего фильтр Бесселя 3-го порядка.
На рис.3 приведена схема трёхполосной активной акустической системы, построенной по предложенному принципу. Использованы фильтры Баттерворта 2-го порядка с частотами раздела 300 Гц и 3 кГц. СЧ-звено состоит из двух последовательно включенных фильтров ВЧ (R10R11C10C11) и НЧ (R12R13C12C13). В НЧ-звене использована косвенная разгрузка по току. Сигнал раскачки выходных транзисторов снимается с резисторов в цепи питания усилителя. При напряжении питания 36 В выходная мощность канала НЧ 25 Вт при КНИ=0,06% и 30 Вт при КНИ=0.5%.
Коэффициент усиления СЧ и ВЧ каналов выбран в соответствии с чувствительностью и импедансом распространенных динамических головок (чувствительность СЧ и ВЧ головок обычно на 3. 4 дБ выше, чем НЧ). При необходимости настроить чувствительность полосовых усилителей можно регулировкой цепей ООС (R6, R15 и R22). Для предотвращения самовозбуждения не следует устанавливать усиление меньше 20 дБ, т.е. сопротивление этих резисторов не должно быть меньше 1 кОм. Как показала практика повторения этой схемы, сопротивление резисторов-датчиков тока R7 и R8 можно довести до 2,2 Ом. В результате за счет перераспределения мощности в сторону транзисторов несколько снижается нагрев микросхемы при больших уровнях сигнала.
Электролитические конденсаторы должны иметь рабочее напряжение не ниже 50В. Мощность роезисторов компенсирующих цепочек должна быть 2 Вт.Защитные диоды VD1-VD6 – любые кремниевые с допустимым обратным напряжением не менее 50В и прямым током не менее 1А, например КД243. Выходные транзисторы VT1 и VT2 можно заменить традиционной комплементарной парой КТ816/817 или КТ818/819. Можно также использовать более современную пару КТ864/865. Транзисторы должны быть с одинаковыми буквенными индексами. Взамен TDA2030A можно использовать функциональный аналог отечественного производства – К174УН19А (коэффициент гармоник при этом возрастет до 0.1. 0.5%). При использовании этой микросхемы для повышения надёжности напряжение питания следует снизить до 30. 32 В, что практически не скажется на выходной мощности. При монтаже необходимо учитывать, что корпус микросхемы соединён с выводом 3.
Для дальнейшего улучшения качества звучания стоит оказаться от оксидных разделительных конденсаторов большой емкости на выходе усилителя и перейти к двухполярному питанию. Вариант схемы для этого случая приведен на следующем рисунке. Конденсаторы C1,C4,C14,C21 лучше использовать неполярные. Остальные рекомендации по замене деталей м монтажу остаются в силе.
Возможны два основных варианта конструктивного оформления. В первом варианте полосовые усилители встраиваются в АС и используется отдельный предусилитель. При входном сопротивлении АС всего 600 Ом характеристики соединительного кабеля влиять на сигнал не будут. А вот предусилитель требуется с достаточно мощным выходом, способный работать на нагрузку сопротивлением 600 Ом. Его можно выполнить на ОУ с "параллельным" выходным каскадом или на мощном ОУ К157УД1.
Для подключения активной АС в этом варианте пригоден любой экранированный кабель или даже витая пара без экрана,если длина будет до 2-3 м. Не следует только прокладывать сигнальный и силовой кабели рядом и параллельно.
Во втором варианте используются пассивные АС и полный трехполосный усилитель. Недостаток состоит в том, что к каждой АС придется прокладывать три пары проводов. В этом варианте можно увеличить входные сопротивления полосовых усилителей до 10 кОм, что позволит использовать распространенные схемы предусилителей.
Нестабилизированное напряжение питания для двухполярного варианта +-18 вольт при токе нагрузки не менее 2А (на канал). Трансформатор должен давать напряжения 2х16.5 вольт (обмотка с отводом от середины). Фильтр выпрямителя – минимум 2х22000мкф при общем блоке питания для всех усилителей и 2х10000 мкф – при отдельных для каждого канала.
Можно установить отдельный БП в каждой АС или использовать общий блок питания, а развести постоянное напряжение. Такой вариант тоже годится, но емкости фильтра придется разделить на две части и одну из них установить в АС, чтобы исключить влияние сопротивления проводов питания.
Опыт повторения, отзывы, пояснения
Вопросов по этим конструкциям было немало, в основном от начинающих радиолюбителей. После долгих раздумий я решил выложить фрагменты переписки по этой теме "как есть", потому что за "высоким штилем" многое потеряется.
В: поставил КТ825/827, мощность что с выхода микросхемы, что с транзисторов. При этом радиатор микросхемы раскалился как собака, а транзисторы и без радиатора остались холодными.
О: Иначе быть и не могло. Пара 818/819 – обычные транзисторы, а 825/827 – составные (транзисторы Дарлингтона). Напряжение открывания (база-эмиттер) у них вдвое больше (порядка 1,3В). Поэтому они вообще не открываются в данной схеме. Сопротивление резисторов в цепях питания микросхемы нужно увеличить приблизительно в 2-2,5 раза, и подбирать их. Транзисторы должны открываться при номинальной нагрузке 4 Ом и амплитуде выходного напряжения около 10-12 вольт.
В: В этой схеме сигнал с выхода микросхемы подается прямиком на динамик, а переход база-эмитттер буквально закорочен резистором 2 Ом, поэтому непонятно зачем там вообще транзисторы?
О: Так этот резистор и является связующим звеном. Ток выходного каскада микросхемы, протекая через резисторы, создает на них падение напряжения. которое и открывает дополнительные транзисторы. Коллекторы транзисторов соединены с выходом микросхемы, чтобы работать параллельно с ее выходным каскадом. Кроме того, при этом не требуется отдельная цепь ООС для транзисторов. Это т.н. включение с косвенной разгрузкой выходного каскада. Подробно работа таких каскадов описана у Горовица и Хилла.
Питер Латски обращает внимание, что в большинстве кроссоверов (разделительных фильтров для многополосных акустических систем) на частоте раздела НЧ/ВЧ наблюдается значительный (обычно от 45 до 90 электрических градусов в зависимости от порядка фильтров) фазовый сдвиг между напряжениями на НЧ и ВЧ выходах. Это приводит к существенным нарушениям целостности звуковой картины на средних частотах (ответственных за передачу голоса и основной части спектра большинства музыкальных инструментов), поскольку один и тот же сигнал излучается дважды: ВЧ звеном и НЧ звеном с большей или меньшей временной задержкой.
Условие, необходимое для идеальной звукопередачи, — постоянство характеристики группового времени задержки (ГВЗ). Т. е. линейная фазовая характеристика принципиально может быть получена только при использовании в кроссовере: ФНЧ Бесселя и всепропускающего (фазокорректирующего) фильтра Делияниса.
ФВЧ для формирования АЧХ для ВЧ звена вообще не могут быть применены. Ведь они формируют фазовое опережение, принципиально не стыкующееся, каким бы оно ни было, с фазовым запаздыванием ФНЧ и фазокорредтора Делияниса.
В фазолинейном активном кроссовере Питера Ласки (рис. 1.19) формирование сигнала для НЧ звена (выход Low) выполняет ФНЧ Бесселя четвертого порядка (ОУ А4, А5). На ОУ А2 выполнен фазокорректор Делияниса второго порядка, который имеет линейную АЧХ, но такую же ФЧХ и ГВЗ, что и ФНЧ Бесселя четвертого порядка.
Дифференциальный усилитель на ОУ АЗ вычитает из сигнала на выходе АЗ сигнал на выходе ФНЧ и таким образом формирует сигнал сопряженного с последним по частоте раздела ФВЧ (выход High), подаваемый на ВЧ звено акустической системы. При этом фазы напряжений на обоих выходах практически совпадают, что обеспечивает точную передачу пространственной звуковой картины.
С показанными на схеме номиналами элементов кроссовер применяется для акустической системы из электростатического ВЧ звена и изобарического («компрессионного») НЧ динамика. Частота раздела НЧ/ВЧ может быть легко скорректирована для других динамиков одновременным изменением емкости конденсаторов С21, С22, С41, С42, С51 и С52.
Рис. 1.19. Схема фазолинейного активного кроссовера
Рекомендуемые размеры ящика для разных динамиков