Активні фільтри на транзисторах польових. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Аудіотехніка

 Коментарі до статті

У статті запропоновані прості активні фільтри, виконані на джерельних повторювачах. Малий рівень спотворень та їх низький порядок, притаманний таких фільтрів, сприяють досягненню чистоти звучання спектрально насичених музичних сигналів. Це дозволяє успішно конкурувати з активними фільтрами на ОУ.

До переваг вузлів аудіоапаратури на польових транзисторах можна віднести низький рівень гармонічних та інтермодуляційних спотворень, що вносяться ними в сигнали, що посилюються. Завдяки цій обставині конструктори все частіше застосовують ці транзистори у вихідних каскадах УМЗЧ. Однак у попередніх каскадах такі прилади застосовують рідко, переважно у аматорських розробках. І дарма! Їх застосування дозволяє створити прості за схемою пристрої без загального зворотного зв'язку, що створюють тепле "лампове" звучання. Коефіцієнт гармонік підсилювачів навіть із місцевою ООС вбирається у 0,1...0,3 %, гармоніки високого порядку практично відсутні.

Переваги польових транзисторів особливо яскраво виявляються у простих конструкціях. Щоправда, у разі стає помітним їх основний недолік - досить великий технологічний розкид власних параметрів. Внаслідок цього зазвичай потрібне індивідуальне налаштування кожного виробу. Це не є перешкодою для радіоаматорів, але для серійного виробництва пристрої із найпростішою схемотехнікою мало придатні. Втім, і цю обставину можна врахувати: достатньо використовувати при дрібносерійному виробництві налагодженої конструкції транзистори з однієї партії; у межах однієї упаковки розкид параметрів менш великий.

Головна умова, яка ставилася при розробці пропонованих фільтрів, - висока лінійність для сигналів з рівнями до сотень мілівольт у широкій смузі частот при граничній простоті пристрою. Якщо використовувати п-канальні транзистори з напругою відсічення нижче -3 (КПЗ0ЗГ, КПЗ0ЗЕ), необхідний режим роботи при однополярному живленні досягається без зсуву на затворі. Роздільний конденсатор на вході каскаду в цьому випадку не є обов'язковим. А це додатково збільшує якість звучання.

Розрахувати режими каскаду (рис. 1) за постійним струмом і коефіцієнт передачі можна за методом лінійної апроксимації [1]. Цей метод значно простіше і наочніше наведеного в [2], забезпечує практично самі результати.

Для розрахунку необхідно знати крутість характеристики транзистора S, причому бажано використовувати не довідкове, а реальне значення. Однак безпосередній вимір крутості в аматорських умовах утруднений. Лінійна апроксимація дозволяє використовувати для визначення структури зручніші для вимірювання параметри: початковий струм стоку Iснач і напруга відсічення Uотс. Крутість характеристики в цьому випадку визначають за формулою:

S = Iс поч/Uотс.

Опір резистора в ланцюзі витоку Rі можна орієнтовно вибрати із співвідношення Rі = (3...6)/S. Вихідну напругу каскаду зі стоку VT1 можна приблизно визначити зі співвідношення Uвих = UBXSRC/(1+SRі), а напруга сигналу на витоці - за формулою Uвих = UBXSRі/(1+SRі), де S - крутість транзистора; Rі, RC – опори в ланцюзі витоку та стоку (на рис. 1 – R3 та R2 відповідно).

Найпростіша конструкція - ФВЧ другого порядку на основі повторювача (рис. 2). Недоліки цього фільтра пов'язані з низьким коефіцієнтом передачі. Цей параметр залежить від крутості характеристики і для поширених малопотужних польових транзисторів S = 3...7 мА/В складе 0,8...0,85. Тому розрахункові (для одиничного коефіцієнта передачі) значення частотозадаючих елементів доводиться коригувати чи використовуватиме розрахунку формули, враховують реальний коефіцієнт передачі [3].

Так, за вказаних на схемі номіналах деталей розрахункова частота зрізу становить 72 Гц, а реальна - 85...90 Гц. Хоча співвідношення номіналів R2/R1 - 2 відповідає фільтру Баттерворта, частота зрізу виходить дещо вищою за розрахункову, а перегин АЧХ - більш плавним. Щоб збільшити крутість АЧХ у сфері перегину, опір R1 треба зменшити те щоб ставлення R2/R1 становило 3...10. Частоту зрізу можна зміщувати, змінюючи пропорційно опір резисторів R1, R2 або ємність конденсаторів C1, C2.

Сигнал на виході такого фільтра ослаблений на 2...2,5 дБ, при цьому здатність перевантажування каскаду невисока. У таких умовах максимальна неспотворена вихідна напруга не перевищить 500 мВ. Щоб подолати ці недоліки, можна використовувати комбінований каскад структури "загальне джерело - загальний колектор" (рис. 3), але сигнал на виході такого фільтра буде інвертований.

Застосування емітерного повторювача на виході фільтра знизило вихідний опір приблизно до 50 Ом і значно покращило здатність навантаження. При вказаних на схемі номіналах елементів частота зрізу близько 80 Гц. Коефіцієнт посилення (2...3 дБ) залежить від характеристик застосованого польового транзистора та опору резистора R3. Налагодження зводиться до підбору такого значення, щоб напруга на емітері транзистора VT2 приблизно дорівнювала половині напруги живлення. За наявності осцилографа точне значення опору краще вибрати за симетричністю обмеження вихідного сигналу. Щодо розрахунку частоти зрізу та типу фільтра справедливі наведені раніше міркування. Для моделювання фільтрів зручно користуватися програмою Microcap.

Для подальшого підвищення крутості АЧХ можна застосувати дволанковий ланцюг зворотного зв'язку. На рис. 4 наведена схема фільтра, що загороджує для інфранізких частот з Fcp= 25 Гц, а на рис. 5 – його АЧХ.

На основі розглянутої структури можна виконати і смуговий фільтр, необхідний для створення систем з багатосмуговим посиленням. Схема такого фільтра наведено на рис. 6.

Між каскадами включений пасивний ФНЧ першого порядку R5C3, що перебудовується. Таке спрощення конструкції фільтра стало можливим тому, що АЧХ низькочастотних динамічних головок в області верхніх частот має спад, і в більшості випадків залишається тільки узгодити з ним смугу пропускання підсилювача. АЧХ фільтра у крайніх положеннях регулятора наведено на рис. 7.

Налагодження фільтра аналогічно вже розглянутим у статті варіантам фільтрів. Слід мати на увазі, що верхня межа перебудови смуги пропускання визначається вихідним опором каскаду на польовому транзисторі, а воно своєю чергою - опором резистора R4.

Приклад спільного використання описаних фільтрів наведено на рис. 8. Це блок формування смуг НЧ та СЧ-ВЧ лівого та правого стереоканалів, а також сумарного (монофонічного) сигналу для сабвуфера. Поділ смуг СЧ та ВЧ проводиться пасивними фільтрами на виході підсилювача. Схеми канальних фільтрів ідентичні розглянутим раніше, тому зупинимося тільки на фільтрі, що виділяє низькочастотний сигнал сабвуфера.

Перший каскад - суматор на двох польових транзисторах із загальним навантаженням R18 аналогічний описаному в [4]. Основну фільтрацію здійснює активний ФНЧ другого порядку, виконаний на емітерному повторювачі VT7. Частоту зрізу можна перебудовувати від 40 до 160 Гц здвоєним змінним резистором (R20.1, R20.2). Конденсатор С8 разом із вихідним опором першого каскаду утворює ланка ФНЧ першого порядку із частотою зрізу близько 180 Гц. Це майже не торкається перебігу АЧХ у смузі пропускання, але покращує придушення позасмугових складових.

Залежно від розташування сабвуфера щодо гучномовців лівого та правого каналів та слухача, зсув фаз сигналів у точці прослуховування може спотворювати звукову картину (ефект "розмитості" або "відставання" басу). Для корекції зсуву фази каналу сабвуфера введений регулятор з ОУ DA1. У ланцюзі живлення встановлено діодно-конденсаторний фільтр VD1C11.

Наступна конструкція спеціально призначена для автомобільної аудіосистеми. Справа в тому, що досить помітний резонанс салону, що виявляється в характерному "гудінні" на басових звучаннях, засмучує вибагливих аудіофілів на колесах. Виміри АЧХ показують на частотах 120... 160 Гц "горб" завбільшки від 3 до 8 дБ! Для корекції АЧХ у разі зручно використовувати замість еквалайзера режекторний фільтр. Схема такого активного фільтра одного каналу наведено на рис. 9 [5].

Перший каскад - підсилювач із розділеним навантаженням. Його завдання - створити протифазну напругу для живлення фільтруючої ланки C2C3R4R5. У правому за схемою положенні клавішного перемикача SA1 утворюється звернений міст Вина із загасанням близько 3 дБ. У лівому положенні перемикача на фільтр надходять протифазна напруга і згасання на частоті налаштування збільшується до 5...6 дБ. Точне значення згасання залежить від крутості транзистора та співвідношення опорів резисторів R2 та R3. Якщо зробити їх рівними, загасання буде максимальним (до 8 дБ), але сигнал на виході буде ослаблений щодо вхідного нв 3...4 дБ. На схемі показано оптимальний варіант номіналів.

Оскільки вхідний опір пристрою дуже високий, встановлювати фільтр краще поблизу джерела сигналу, щоб уникнути наведення на вхід. Вихідний опір фільтра - близько 50 Ом, що набагато менше за аналогічний параметр більшості головних пристроїв. Це дозволить виключити вплив ємності з'єднувального кабелю, так що фільтр попутно виконує функції узгоджувального пристрою. Корпус повинен бути металевим, інакше доведеться забезпечити його всередині екраном з мідної фольги і з'єднати його із загальним дротом.

АЧХ фільтра (див. рис. 9) показано на рис. 10.

Як видно, це вже не просто фільтр, а справжній еквалайзер оточення (ambience equalizer). Пристрій з такою назвою і дуже схожою АЧХ застосовується в "топових" моделях підсилювачів Mcintosh, ось тільки схемотехніка там складніше.

Крім зазначених на схемах приладів, можна застосувати транзистори КПЗ0ЗВ-КПЗ0ЗЖ, КТ3102 (з будь-яким буквеним індексом) або інші структури npn з h21е > 50. У регуляторі фази можна використовувати будь-який ОУ, скоригований. для одиничного посилення. Оксидні конденсатори повинні бути на робочу напругу не нижче 16 В. Вибір інших деталей не є критичним.

література

1. Міжлум'ян А. Про розрахунок щаблів на польовому транзисторі. – Радіо, 2000, № 6, с. 46-48.
2. Шкрітек П. Довідковий посібник із звукової схемотехніки - М.: Світ, 1991, с. 74-79.
3. Тітце У., Шенк К. Мистецтво схемотехніки. - М: Мир, 1982.
4. Васильєв В. А. Закордонні радіоаматорські конструкції. - М: Радіо і зв'язок, 1982.
5. Шихатов А. Горбатого могила виправить... - "Майстер 12 вольт", №35 (серпень 2001).

Автор: А.Шихатов, м.Москва

Дивіться інші статті розділу Аудіотехніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву Сонячна буря загрожує Олімпіаді 2012 18.03.2012 Фахівці центру космічних прогнозів погоди центру NOAA у Боулдері, штат Колорадо, стурбовані тим, що спалах на Сонці може перешкодити проведенню літніх Олімпійських ігор 2012 року в Лондоні. Тривогу вчених викликає зношений стан американського супутника Advanced Composition Explorer (ACE), який попереджає заздалегідь про наближення потоку високоенергетичних частинок до Землі. Супутник ACE знаходиться на відстані близько 1,6 млн км від Землі і може оцінити силу та небезпеку чергового сонячного спалаху. Це дозволяє вжити відповідних заходів та захистити телекомунікаційні та навігаційні супутники. Заміна ACE, запущеного в 1997 році, займе принаймні два роки, а в цей час на нас можуть очікувати значні події. Так, англійський фізик Алан Вудвард вважає, що в період літніх Олімпійських ігор (з 27 липня по 12 серпня) може статися катастрофічна несподівана подія, яку іноді називають Black Swan (дослівно "чорний лебідь"). Подібна подія мала місце тоді, коли навесні минулого року потужне цунамі обрушилося на Японію. За цей період загинуло близько 16000 осіб, сталася аварія на атомній станції та масштабне радіоактивне зараження місцевості. На думку Вудварда, на момент Олімпійських ігор припаде рекордна сонячна активність, яка зазвичай призводить до потужних сонячних спалахів. Ці колосальні викиди енергії можуть бути еквівалентними 160 млрд мегатонн тротилу і викликати збої в електронних системах та перебої з подачею електроенергії. Міжнародний олімпійський комітет та Оргкомітет лондонської Олімпіади та Параолімпійських ігор поки що ніяк не прокоментували тривожний прогноз Алана Вудварда і нічого не говорять про додаткові заходи захисту комп'ютерних систем від впливу електричних перешкод. Слід зазначити, що на думку фахівців Національної адміністрації з океану та атмосфери (США), пік сонячних бур, у тому числі і спалахів, що "пробивають" магнітне поле Землі, припаде на наступний рік.

Інші цікаві новини:

▪ Феромагнітний напівпровідник

▪ Новий рекорд швидкості для електрокарів

▪ Для передбачення інфаркту годі крапельки крові

▪ PHILIPS представила дзеркало-телевізор

▪ Freescale розпочала продаж мікросхем пам'яті MRAM

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Інфрачервона техніка. Добірка статей

▪ стаття Скандал у благородній родині. Крилатий вислів

▪ стаття Що таке анемія? Детальна відповідь

▪ стаття Шагоплав. Особистий транспорт

▪ стаття Відлякувач комарів на мікросхемі. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Індикатори - фенолфталеїн. Хімічний досвід

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024