Активный фильтр для сабвуфера схема: Активный фильтр для сабвуфера

Содержание

Активный фильтр для сабвуфера

Приветствую, меломаны-самоделкины!

Очень часто при создании качественной домашней аудиосистемы возникает вопрос, что подать на вход усилителя сабвуфера? Просто так подавать «сырой» необработанный сигнал нельзя, ведь сабвуфер должен воспроизводить только узкую полосу частот в нижней части слышимого диапазона. Конечно, можно сделать простейший пассивный фильтр из резисторов и конденсаторов, но он, во-первых, будет малоэффективным с точки зрения ослабления «ненужных» частот, и во-вторых, сильно ослабит уровень сигнала. Здесь на помощь приходят активные фильтры, в них уже используются активные компоненты (в частности, операционные усилители), они требуют внешнего питания, но зато обладают высокой эффективностью, и вдобавок позволяют вручную устанавливать полосу среза. Об одном из таких фильтров пойдёт речь в этой статье, его схема представлена ниже.



Она содержит в себе 4 операционных усилителя (или два сдвоенных на плате), из них U1. 1 и U1.2 образуют сумматор, который смешивает сигналы с правого и левого каналов. Очень часто в фильтрах сабвуферов используют просто один канал, оставляя второй неподключенным — такая схема имеет право на жизнь, но в ней часть полезного сигнала может потеряться, а при использовании такого сумматора будут задействованы оба канала. На элементах U2.1 U2.2 собран непосредственно сам фильтр, при этом на нём присутствуют переменные резисторы RV1, RV2, которые отвечают за сдвиг сигнала по фазе и регулировку частоты среза. Регулировка фазы нужна, так как фильтр, при срезе «ненужных» частот несколько сдвигает сигнал по фазе (такова особенность работы активных фильтров), и если его не компенсировать, то может получится так, что динамики акустической системы и динамик сабвуфера будут работать в противофазе, взаимокомпенсируя колебания. Чтобы этого не произошло, с помощью потенциометра регулировки сдвига по фазе нужно отстроить звук «на слух», после сборки схемы. Наиболее точную настройку можно произвести с помощью осциллографа и генератора, наблюдая за сдвигом фазы между сигналом на входе и выходе схемы, его быть не должно.
Регулировка частоты среза также настраивается на слух, после сборки схемы. Выход схемы, обозначенный Out, подключается ко входу усилителя сабвуфера.

Номиналы элементов со схемы представлены в списке ниже:

U1, U2 — TL072, TL082, NE5532
R1 — R4 — 47…51 кОм
R5, R6, R9 — 270 кОм
R7, R8 — 220 Ом
R10, R12, R13 — 10 кОм
R11 — 12…13 кОм
RV1 — 30-50 кОм (6 ног, сдвоенный)
RV2 — 10 кОм (3 ноги, одинарный)
C1, C2, C6 — 0.047 мкФ (пленочный)
C3, C4 — 0.022 мкФ (пленочный)
C5, C7 — 0.01 мкФ (пленочный)
C8 — 0.001 мкФ (пленочный)
C9, C10 — 0.1 мкФ (керамический)
C11-C14 — 22 мкФ 16В.


Резисторы оптимально взять мощностью 0,125-0,25 ватт, электролитические конденсаторы напряжением как минимум 16 вольт. Плата рассчитана на установку конденсаторов, расстояние между выводами которых 5 мм (кроме электролитических).

Технические характеристики фильтра:

Напряжение питания — от 9 до 15В.

Потребление тока — не более 10 мА.

Частота среза — регулируемая, от 50 до 200 Гц.

Затухание сигнала (при частоте 1кГц) — 40дБ




Приступаем к сборке схемы. Схема собирается на печатной плате, файл которой для программы Sprint Layout прилагается к статье. Плата выполняется методом ЛУТ, при этом потенциометры RV1 и RV2 устанавливаются прямо на неё. Обратите внимание, что RV1 — сдвоенный, то есть содержит в себе, по сути, два одинарных потенциометра, расположенных на одном валу. Провода с выхода Оut, питание платы, и провода для входного сигнала подпаиваются непосредственно на плату. Обратите внимание, что провода для входа и выхода сигнала нужно брать экранированные, иначе, особенно на большой громкости, сабвуфер будет фонить.

Процесс сборки платы стандартный: переносим рисунок на подготовленный текстолит, рисунок нужно напечатать на термотрансферной бумаге лазерным принтером. После этого травим плату, сверлим отверстия, залуживаем дорожки, они приобретут красивый блеск. Запаиваем детали, при этом для установки микросхем можно использовать панельки, как на фото. В этом случае появится возможность быстро сменить микросхемы при необходимости. Если взять отрезок текстолита с запасом, то появится возможность просверлить по углам отверстия, чтобы в дальнейшем жёстком закрепить плату в корпусе винтами.

Такой фильтр можно использовать с любым усилителем, например, хорошо подойдут мощные усилители на микросхемах TDA7293, TDA7294, либо готовые модули усилителей класса Д, имеющие большой КПД. Плату фильтра можно в дальнейшем расположить как в отдельном корпусе (при этом, если он будет металлическим, экранированные провода не потребуются), так и внутри корпуса усилителя. При этом обе ручки настройки расположены на краю платы, что позволит без труда разместить её на стенке корпуса, закрепив на гайки потенциометров. Таким образом, данная схема фильтра является наиболее правильной с точки зрения схемотехники, так как содержит в себе сумматор сигналов правого и левого канала, а также ручки для подстройки сдвига фазы и частоты среза. Схема имеет высокое входное сопротивление, а значит, её можно без проблем включать параллельно вместе с основным усилителем к любому источнику сигнала, будто то компьютер, телефон или плеер.
Удачной сборки!
plata.rar [14.67 Kb] (скачиваний: 100)
Источник (Source) Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ САБВУФЕРОВ

     При использовании современной магнитолы с акустикой чувствительностью 89 дБ и выше уровень громкости обычно вполне достаточен. Поэтому первый (бюджетный) усилитель, как правило, предназначается в первую очередь для сабвуфера. Обычно там есть блок формирования сигнала, но его возможности ограничены. Чаще всего фильтры имеют фиксированную частоту среза. А специализированный усилитель с плавно перестраиваемыми фильтрами — это вещь уже не бюджетная.

Предлагаемые схемы предназначены как раз для таких случаев. Большинство из них были разработаны «по просьбе трудящихся. Поэтому, кстати, мало рисунков печатных плат — это дело сугубо индивидуальное, зависит от деталей и компоновки в целом.

Но платы зависит многое, в том числе и количество «граблей», на которые наступит радиолюбитель при повторении, поэтому все дополнения только приветствуются. Я пока проектирую платы только для конструкций «личного употребления», на все нет времени…

При разработке ставилось два условия:

  • обойтись только однополярным питанием 12 вольт, чтобы не связываться с изготовлением преобразователей и не лезть за повышенным напряжением внутрь усилителя
  • схема должна быть предельно простой и не требовать для повторения особой квалификации.

Первая схема предназначена для простейших установок. Поэтому ее характеристики далеки от идеала, но возможности вполне достаточны. Большой диапазон перестройки частоты частоты среза позволяет использовать сабвуфер практически с любой акустикой. Если у магнитолы нет линейных выходов — не беда. Схема может работать и с «колоночных» выходов магнитолы. Для этого нужно только увеличить сопротивление резисторов R1,R2 до 33.

..100 кОм.

     При широкой полосе частот, воспроизводимых сабвуфером, для «стыковки» звучания с фронтальной акустикой необходимо использовать регулируемый фазовращатель. Схема простейшего сумматора с фазовращателем приведена на следующем рисунке. По сравнению с предыдущей схемой пределы перестройки частоты среза несколько сужены, все остальные рекомендации остаются в силе. Печатная плата не приводится — пусть это будет «домашним заданием».

Однако возможности простейших схем ограничены. Пассивный сумматор дает большое затухание сигнала, что заставляет использовать максимальную чувствительность усилителя. Кроме того, при работе от небуферизованного линейного выхода магнитолы (а в бюджетных линейках они все такие) возможно ухудшение разделения стереоканалов из-за невысокого входного сопротивления сумматора.

     Поэтому нужно перейти к активному смесителю сигналов левого и правого каналов. Удобнее всего выполнить его на полевых транзисторах — при использовании транзисторов с напряжением отсечки более 3 вольт (КП303Г, КП303Е) необходимый режим работы достигается без смещения на затворе. В таком случае разделительный конденсатор на входе необязателен. А это дополнительное повышение качества звучания. Да и сами полевые транзисторы «благороднее».


 

  Если встроенный фильтр усилителя устраивает, схему можно упростить.

И, наконец, когда есть все, что нужно и нужен только фазовращатель.

Наконец, если сабвуфер представляет сообой что-то более сложное, чем закрытый ящик, в канал усиления нужно включить фильтр обрезки инфранизких частот. Правда, для увеличения добротности пришлось выполнить его по схеме третьего порядка, хотя АЧХ соответствует второму.

В тех случаях, когда нужно встроить блок формирования сигнала сабвуфера непосредственно в усилитель, есть смысл перейти на двухполярное питание ОУ. Ниже приводится вариант схемы, дополненный входом высокого уровня и регулятором усиления. Резистор R18 определяет минимальный уровень выходного сигнала. Если нужно снижать его до нуля, резистор следует заменить перемычкой или снизить сопотивление до 100-200 Ом.

Входные каскады и фильтр остались практически без изменений, но благодаря увеличению напряжения питания до 15 В несколько повышена перегрузочная способность. Небольшое изменение номиналов фильтра увеличило его добротность, как следствие — повысилась крутизна АЧХ непосредственно в зоне перегиба. При широкой полосе она приближается к фильтру третьего порядка. При налаживании нужно добиться, чтобы постоянное напряжение на эмиттере транзистора VT3 составляло 6-7 вольт.
     Если нужно увеличить коэффициент передачи этого фильтра, можно зашунтировать резисторы в истоках полевых транзисторов электролитическими конденсаторами емкостью от 10 мкф и выше. Усиление возрастет примерно в 3 раза, но есть риск появления искажений.

Детали и монтаж
     Для плавной регулировки частоты среза нужны резисторы с нелинейной зависимостью сопротивления (тип Б). В среднем пложении движка сопротивление одной половины «подковки» у них заметно больше, чем у другой. Включить их нужно так, чтобы движок закорачивал секцию с бОльшим сопротивлением.


     Керамические конденсаторы в звуковом тракте использовать нельзя из-за микрофонного эффекта, их можно ставить только в цепи питания. Из недорогих и доступных лучше всего использовать полипропиленовые, фторопластовые или лавсановые. Например, К73-17 (от 0,01 до 6,8 мкф, напряжение от 50 до 630В, цена от 0,5 до 8 р за штуку в зависимости от размера и допуска). Конденсаторы нужно подобрать в пары с минимальным разбросом (важно не точное значение емкости, а рассогласование по каналам). Многие современные мультиметры позволяют измерить емкость непосредственно. Если такой возможности нет, лучше использовать конденсаторы с допуском 5%.
     Полевые транзисторы по каналам нужно подбирать в пары по начальному току стока и напряжению отсечки. Если нет такой возможности, лучше использовать транзисторы из одной партии — в пределах упаковки разброс параметров обычно невелик. Вместо КП303 можно использовать сборки серии КПС, там идентичность пар обеспечивается технологически. Вместо КТ3102Е можно использовать любые другие n-p-n транзисторы с коэффициентом передачи тока более 50.
Словом, возможности для творчества открываются широкие…
     Чтобы избежать наводок, у транзисторов КП303 нужно соединить с общим проводом «земляную» ножку транзистора (вывод корпуса). Входные делители также должны быть как можно ближе к транзистору, чтобы в цепи «делитель-затвор» не было длинных проводников. Особенно важно это при высоком сопротивлении делителя.

 

Источник http://www.bluesmobil.com/shikhman/ © А. И. Шихатов 1999-2003

УСИЛИТЕЛЬ АКТИВНОГО САБВУФЕРА

   Одним из наиболее популярных направлений в радиолюбительстве является сборка усилителей. Те же, кто кроме паяльного дела овладел основами столярки, могут применить оба навыка и с нуля собрать отличный автосабвуфер. Вот как раз наши польские коллеги-электронщики поделились такой конструкцией — автомобильный усилитель для сабвуфера мощностью 70 Вт с активным фильтром низких частот с регулируемой частотой 20-200 Гц. Усилитель основан на популярной микросхеме TDA1562, расчитаной на питание автомобильной сети 14 В. Все детали сабвуфера удалось разместить на печатной плате размером 8,5 х 5,5 см. Файлы платы скачайте здесь. Низкая стоимость изготовления, простая конструкция, довольно неплохие параметры, лёгкость настройки — всё это позволяет рекомендовать данную схему к самостоятельной сборке.

Электросхема усилителя активного сабвуфера

   Сам усилитель — микросхема TDA1562Q. Чтобы усилитель лучше работал на низких частотах, необходимо ёмкость вольтдобавки поднять до 10000 — 20000uF (или больше) на плечо. В данном случае использовано 6 конденсаторов по 4700uF/16V. Повышение емкости конденсаторов выше 20000uF не дает заметного улучшения. Конденсаторов на напряжение 16 В вполне достаточно, потому что напряжение на них не больше, чем напряжение питания. При меньшей мощности усилитель работает в классе AB с мощностью до 20 Вт. В структуре микросхемы расположены также ряд функций безопасности, токовых, тепловых, перегрузки и измерение искажений. Схема имеет также выход для диагностики, но здесь они не нужны. Вывели только LED индикатор, который загорается, если система обнаружит какие-то нарушения работы.

Фото печатных плат

   Сама микросхема TDA1562 после сборки проверяется не на 50-ти амперном аккумуляторе, а дома с блоком питания ATX. Она без проблем работает с нагрузкой 4 Ома, также прекрасно справляется с нагрузкой 2 Ома. Конечно нельзя ожидать чудес от столь простой конструкции, но безусловно, эта микросхема достойна своей цены.

   Фильтр низких частот двухрядный (12 дб/октаву) с регулируемой верхней частотой отсечки от 20 до 200 Гц, что позволяет тщательно протестировать и подобрать рабочую частоту сабвуфера. Изначально регулировка производилась до 100 Гц, но изменение номинала двойного потенциометра с 2x10K на 2x20K увеличила этот диапазон. В общем это типичный фильтр, построенный на основе операционного усилителя типа NE5523, TL072, или LM358. Питание фильтра поступает через резистор и большой конденсатор 4700uF/16V шунтированный ёмкостью 100nF, препятствующей прохождению помех высоких частот. Кроме того, питание с точки BAT проходит через предохранитель 10 А. Убедитесь, что этот предохранитель надлежащего значения. Диод защищает всю схему от неправильной полярности питающего напряжения, он должен быть сильнее тока используемого предохранителя. На схеме это 1N4004, но нужно впаять диод большей мощности (например, от блока питания ATX).

   Схема усилителя загрузит аккумулятор током до 8 А, следовательно, соединительный кабель должен быть не менее 2,5 мм кв. Массу мы можем получить из любой точки, например, металлических деталей багажника. Микросхема требует охлаждения, для этого необходимо прикрепить к ней радиатор. Усилитель включается автоматически вместе с автомобильным проигрывателем, для этого используем вход MODE. Так что, когда радио выключено, то сабвуфер тоже. После того, как успешно собран и опробован УМЗЧ, перейдём ко второй части — изготовление коробки сабвуфера.

   Форум по автозвуку

   Обсудить статью УСИЛИТЕЛЬ АКТИВНОГО САБВУФЕРА

⚡️Фильтр для сабвуфера своими руками

На чтение 8 мин. Опубликовано Обновлено

Тем, кто обладает большой жилплощадью и не стеснен материально, нетрудно создать условия для слушания любимой музыки в качественном, самом естественном звучании.

Полагаем, однако, что среди читателей найдется немало таких любителей, которые, за неимением «пухлого» кошелька и крупногабаритной квартиры, не могут установить громкоговорители высокого качества и при прослушивании музыки вынуждены смириться с посредственным звуковоспроизведением.

Основные проблемы возникают при воспроизведении низких частот. Условием естественного воспроизведения низких звуков является перемещение больших воздушных масс. Избежать этого, как мы знаем, никак не удается. В соответствии с этим применяемый громкоговоритель должен обладать большой поверхностью диффузора и допускать его большой ход (смещение).

Не стоит забывать и о том, что громкоговоритель ниже собственной резонансной частоты также не обеспечивает значительной отдели. Поэтому размеры корпуса акустической системы нужно выбирать так, чтобы сместить резонансную частоту вниз, насколько это возможно. Решить эту задачу поможет специальный басовый (низкочастотный) громкоговоритель сабвуфер.

Хорошее звучание при этом обеспечивает электронный корректор АЧХ и корпус, спроектированный надлежащим образом для используемого громкоговорителя. Термин «сабвуфер» — английского происхождения. Называемый так звукоизлучатель покрывает область самых низких звуковых частот. В этой области (ниже 150 Гц) человеческое ухо не способно к направленному восприятию звуков.

Локализация направления на источник (стереоэффект) возникает на более высоких частотах, поэтому можно ограничиться одним сабвуфером. Такое разделяется более пологими изломы АЧХ и ФЧХ излучения в районе низшей рабочей частоты. К увеличению Qпс приводит увеличение Rвых до 0.5Rзк.

Если с помощью корректора сгладить образовавшийся при увеличении Rвых до 0.5Rзк подъем АЧХ в районе высокочастотного горба, то по качеству звуковоспроизведения такое модернизированное ЗВУ будет заметно превосходить «правильную» систему УН-ФИ. Очевидно, что задача снижения модуляции Qпс и fря для ФИ не менее актуальна, чем для ЗЯ, поскольку в ФИ модуляции подвергается еще и Qпф.

Но в ФИ снижать Qмя до столь малых значений, как это рекомендовано выше, можно только снижением механической добротности, например, нанесением на подвес вязких материалов. В противном случае снизится Qаф, а это, как уже указывалось, крайне нежелательно, поскольку приводит к значительному снижению отдачи ФИ на низших частотах.

Горбы на АЧХ входного сопротивления ГГ приводят не только к «бубнению», но и создают трудности для УМЗЧ. При совместной работе с ФИ больше всего «неприятностей» усилителю доставляет низкочастотный склон низкочастотного горба АЧХ. Аналогичный характер нагрузки в районе высокочастотного горба АЧХ УМЗЧ преодолевает почти вдвое легче.

Немало неприятностей доставляют вышеуказанные горбы и конструкторам многополосных пассивных ГГ. Перечисленные факторы стали причиной широкого применения глубокого механоакустического демпфирования подвижной системы не только ВЧ и СЧ, но и НЧ-головок. Хотя при этом снижается КПД громкоговорителя, но в «классическом» ЗВУ эта мера оправдана, конечно, при разборчивости в выборе способов снижения Zвн.

При глубоком демпфировании механического резонанса Qмя сравнима с Qэя, при этом увеличение Rвых (до Rвых = 0.2…0.3Rзк) не оказывает заметного влияния ни на форму АЧХ излучения, ни на переходную характеристику ЗВУ. Это позволяет использовать для питания многой от оси ого ГГ усилитель тока (УТ), охваченный неглубокой ООС по напряжению (например, ламповый усилитель). Такой ГГ становится универсальным, способным одинаково хорошо работать и с транзисторными, и с ламповыми УМЗЧ.

Если же горб подавлен полностью, то для совместной работы с ГГ можно использовать даже «чистый» УТ. однако столь «прямолинейный» способ повышения качества звучания ЗВУ приводит к многократному снижению его КПД в широком диапазоне частот.

Приведенный выше анализ показывает, что значительного улучшения качественных показателей ЗВУ при одновременном сохранении высокого КПД громкоговорителя в районе частоты fря можно достичь заменой нелинейного элемента НЭ1 в петле ОС линейным. Для этого вначале нужно «заблокировать» действие нелинейной петли ОС, что достигается при питании ГГ от УТ, а затем систему УТ-ГГ нужно охватить линейной ОС. т.е. петлей ЭМОС.

Повышенный эффект от использования в системе УТ-ЗЯ петли ЭМОС достигается в том случае, когда ее используют для снижения нелинейных искажений и повышения динамической стабильности формы АЧХ излучения, а не для ее выравнивания. Сгладить АЧХ излучения системы УМЗЧ-ЗЯ можно и с помощью корректора.

Максимальный же эффект от применения ЭМОС в системе УТ-ЗЯ достигается в том случае, когда с ее помощью реализуются функции, традиционно выполняемые конструкцией ДГ. Улучшения качества звучания можно достичь и охватом петлей ЭМОС системы УТ-ФИ. Для формирования сигнала ЭМОС следует использовать лишь один датчик, а с заведомо худшей ФЧХ системы с ФИ, видимо, нужно смириться. Петля ЭМОС в таком устройстве используется для снижения Qпс до 1…1.5, т.е. выполняет ту же функцию, что и Rвых в классическом ЗВУ, но выполняет ее более корректно.

При изготовлении сабвуфера своими руками можно пойти двумя путями. Во-первых, использовать пассивный разделительный фильтр, встраиваемый в корпус громкоговорителя. Во-вторых, изготовить активный фильтр в виде отдельной схемы, включаемой на входе тракта, а затем использовать оконечный каскад (УМЗЧ) необходимой мощности и качества. Здесь мы опишем решение по последнему варианту.

Как видно из схемы, приведенной на рис.1. плата фильтра имеет 4 входа. Поскольку в наше время «в домашнем хозяйстве» используется множество различных плейеров, магнитофонов и прочих источников сигнала, нельзя знать точно, какого уровня сигнал мы будем подавать на схему.

Поэтому входной каскад следует сформировать в соответствии с этими возможностями. Эту задачу решает комплекс С1…С4, R1…R4, Р1. К парным входам с обозначением «Н» можно подключить выходы обоих каналов стереоусилителя, а к “L” его линейные выходы. Потенциометром Р1 устанавливается необходимый уровень сигнала, поступающего на вход усилителя (на ICa).

С его выхода сигнал разветвляется. Один путь ведет к переключателю К4. другой к усилителю ICb. Это инвертор с коэффициентом усиления Au= -1, выход которого также связан с К4. В соответствии с этим на контактах К4 имеется сигнал той же амплитуды, но с разностью фаз 180°. Для чего все это нужно? Объяснение простое.

Как правило, мы точно не знаем суммарного фазового сдвига в усилительной цепи. Для получения корректной звуковой картинки важным условием является излучение с одинаковой фазой всех громкоговорителей, включая сабвуфер, поэтому нужно позаботиться о том, чтобы можно было скорректировать его фазу.

Установка необходимой фазы производится во время прослушивания. Общий контакт К4 присоединяется к т.н. «корректору Линквица» (ICс и его пассивные цепи). Этот корректор создает частотно-зависимое усиление, компенсирующее падение кривой излучения громкоговорителя.

Теоретически это эквивалентно корректору RIAA у грампластинок. Поскольку громкоговорители не одинаковы, фильтры нужно индивидуально подстраивать под имеющуюся АС (согласно параметрам Thiele-Schmall). Знание этих параметров важно в силу того, что они характеризуют работу низкочастотного звукоизлучателя. встроенного в корпус.

Значения, указанные на схеме, даются для громкоговорителя типа KEVLAR SBX 2030. Корректор Линквица соединен с низкочастотным фильтром Баттер-ворта (R13…R24, С9…С11, ICd). Частоту среза фильтра можно изменять дискретно. Данное решение выбрано потому, что для настройки фильтра третьего порядка нельзя найти элемент настройки, приемлемый по цене и качеству. Применяемые для коммутации реле с 4 группами контактов полностью решают эту задачу.

Три переключателя К1. К2 и КЗ задают частоту среза фильтра. Фильтр для сабвуфера размещается на односторонней плате. Чертеж платы приведен на рис.2, а расположение элементов на рис.3. После изготовления платы перед установкой элементов освещаем ее яркой лампой и проверяем, нет ли где на ней разрывов или замыканий печатных дорожек.

Сначала припаиваем 3 перемычки, обозначенные на рис.3 непрерывными и пунктирной линиями, соединяющими по две точки. После этого последовательно припаиваем резисторы, конденсаторы, панельку под ИМС, реле, начиная с самых малогабаритных. Сопротивления резисторов лучше измерять омметром, а не определять по их цветовому коду.

После завершения монтажа проверяем качество пайки, правильность установки элементов, отсутствие замыканий дорожек. К отмеченным точкам подключаем напряжения питания (±12 В). Потребляемый ток зависит от количества включенных реле, но не может превосходить 150 мА.

Проверяем выходы операционных усилителей, постоянный уровень на каждом из них должен быть близок к 0. Если это имеет место, то схема готова к работе. С помощью осциллографа и звукового генератора контролируем АЧХ Она должна соответствовать рис.4 Порядковые номера кривых, соответствующих комбинациям переключателей К1…КЗ, указаны возле диаграмм.

Фильтр для малой громкости

При прослушивании музыки на малой громкости сильно не хватает низких и высоких частот. Регуляторы тембра часто не обеспечивают необходимого выравнивания характеристики. В этом случае можно воспользоваться предлагаемым корректирующим фильтром, который включается перед громкоговорителем. В зависимости от положения движка R1 меняется затухание фильтра на средних частотах, т.е. происходит относительный подъем низких и высоких частот.

Резонансная частота фильтра около 3 кГц. Резистор R1 лучше взять проволочный, типа ПЭВР, мощностью не менее 5 Вт Катушка индуктивности L1 наматывается на диэлектрическом каркасе диаметром 36 мм и содержит 180 витков провода ПЭЛ диаметром 1,5 мм. По краям каркаса на расстоянии 40 мм друг от друга закрепляются щечки диаметром 75 мм. Между слоями обмотки прокладывается изоляция из лакоткани или бумаги.

⚡️Фильтры для акустических систем без конденсаторов

На чтение 7 мин. Опубликовано Обновлено

Конденсаторы — это неизбежное “зло”, которое вынуждены, стиснув зубы, терпеть аудиофилы. Многие типы конденсаторов “плохо звучат”.

Например, пресловутая керамика Н90 — из-за пьезоэлектрического эффекта. А как другие типы, скажем, пленочные? Тут можно написать целую поэму. Но можно ли строить частотнозависимые цепи без них, только с помощью дросселей (индуктивностей)? Оказывается, можно. И не только можно, но и нужно!

Мои старые акустические колонки постройки до 1980 г. изредка подвергались доработкам. Из-за порванного диффузора головка 4ГД8-Е была заменена на 5ГДШ5-4 (это почти одно и то же), а заодно и вторая. Головки 25ГД-26 были включены “дублетом” (“лицом к лицу”) (1). И рамку с защитной радиотканью пришлось окончательно снять. А вот фильтры оставались прежние.

На низких частотах — второго порядка, на средних и высоких — третьего. И АЧХ по звуковому давлению была неплохой. Но звучание…! Не чувствовалось разницы между разными усилителями, а не то что между проводами из меди и серебра.

Настало время заменить фильтры. А какие выбрать? За эти годы появилась масса противоречивой информации. Аудиофилы особенно ругали конденсаторы. Сначала советовали делать фильтры не выше первого порядка, потом отказывались делать такие фильтры и строили четвертого, а кое-кто дошел и до шестого порядка.

Анализировали групповое время задержки (ГВЗ) и ФЧХ, двигали ВЧ-излучатель вперед, назад… и даже в сторону. Полнейший “разброд”: от однополосных АС на 4А28 до 4-5-6-полосных… и т.п. Как-то, разгребая распечатки материалов из Интернета, наткнулся на статью А. Юренина о последовательных кроссоверах.

Там автор говорит, что они появились в 1969 г. Но сами схемы я встречал еще в 1961 г. (2). где автор ссыпается на немецкий журнал по технике связи за 1959 г. Суть дела не в этом, а в том. что Юренин привел схему кроссовера для акустики, в которой нет конденсаторов (схема запатентована и используется в производимых фирмой Acoustic Reality акустических системах).


Вот эта схема (рис.1). Она очень проста. Так как мои АС тоже трехполосные, я решил начать переделку фильтров именно с этой схемы. Проведем небольшой анализ. Нарисуем простейший последовательный кроссовер, “первого порядка” так, как его принято изображать (рис.2). Здесь присутствует конденсатор С1. а на рис.1 такого конденсатора нет Но зато там добавлено звено L1-R1. представляющее собой для СЧ- и НЧ-излучателей фильтр нижних частот.


На L1 выделяются верхние частоты и попадают в ВЧ-излучатель BA1. L2-Rваз — это еще один фильтр нижних частот, которые выделяются в ВАЗ, а выделяющиеся на L2 средние частоты попадают в СЧ-излучатель ВА2. Вот и вся премудрость! Главное, чтобы сопротивление излучателей было чисто активным.

Но излучатели (головки) электродинамического типа не могут иметь чисто активного сопротивления, поскольку у них имеется катушка с железным сердечником. Повторение схемы по рис.1 приводит к печальному результату: средних частот явно мало из-за индуктивности головки ВАЗ. Займемся НЧ-излучателем.

Для проведения этой работы понадобятся генератор звуковых частот с Uвых.max = 10В, электронный вольтметр (например, B3-38) или мультиметр. Известно, что для выравнивания входного сопротивления динамика в попосе частот требуется применение цепи Цобеля и последовательного контура на частоте резонанса [3].

Но на НЧ резонансный контур почти никогда не ставится из-за своей громоздкости и отдаленности резонанса динамика от частот раздела НЧ-СЧ/ВЧ (0. 3.. .3 кГц). Для выбора R1 иС1 (рис.3) нужно знать сопротивление динамика ВА по постоянному току Re: и индуктивность его катушки Lк.

Рекомендуются такие формулы:

Re моих двух последовательно включенных динамиков составляет 7.2 Ом. Таким образом, R1=9 Ом, а С1 =?. т.к. Lк неизвестна. Чтобы определить Lк, нужно измерить сопротивление динамика на разных частотах.

Схема измерения проста и показана на рис.4. Результаты сведены в табл.1. Поделив показания вольтметра PV1 в милливольтах на 10 (вторая строка таблицы), получаем сопротивление Zва в омах (третья строка).

Из табл.1 находим Fz— частоту, на которой индуктивное и активное сопротивления динамика примерно равны, т.е. частоту, где

Некоторые авторы предлагают брать R1=Rе. Я взял R1=8 Ом, тогда С1 =30 мкФ. Можно использовать бумажный конденсатор типа МБГО 30,0×160 В. В нижней строке табл.1 приведены результаты измерения сопротивления НЧ-динамика с RC- цепью Цобеля (8. 2 Ом, 30 мкФ). Неплохая, однако, получилась компенсация! Теперь НЧ излучатель можно включить в схему по рис.1. Провала на средних частотах не будет.

СЧ-излучатель 5ГДШ5-4 имеет Rе=3.5 Ом и отдачу почти в 3 раза большую, чем НЧ-головка, и здесь требуется выравнивание отдачи. Проделав измерения по определению Lк для этой головки, найдем частоту Fz. с которой начинает расти Z.

Это примерно 4…5 кГц. Для выравнивания отдачи целесообразно включить последовательный резистор, как показано на рис.5. не используя цепь Цобеля. Образуется делитель с коэффициентом передачи на НЧ Кп:

Частота Fz такой цепи увеличится в 4 раза и составит 16…20 кГц, так что цепь Цобеля и не понадобится. А входное сопротивление доведем до приемлемой величины, включив параллельный резистор R1 сопротивлением 15 Ом, как показано на рис.6.

При этом эквивалентное сопротивление Z составит:

Это позволяет включить СЧ-иэлучатель в схему на рис.1. Включение последовательного резистора с сопротивлением, почти в 4 раза большим, чем Rе, уменьшает нелинейные искажения СЧ-головки, приближая эквивалентное сопротивление генератора к источнику тока.

Варьируя R1 и R2 (рис.6), можно точно подобрать коэффициент деления, нужный для одинаковой отдачи СЧ- и НЧ-головок. Очень важно отметить, что на средних частотах действительно нет конденсаторов (кроме С1 в НЧ-звене, рис.З), а частоту раздела НЧ-СЧ можно сдвигать, изменяя только одну индуктивность —L2 на рис. 1.

ВЧ-излучатель — 6ГД11. Его Re=5,6 ОМ. Zва =7,3 ОМ на частоте 5 кГц и далее растет до 12,5 Ом на частоте 20 кГц. Чаще всего цель Цобеля не ставят, т.к.частота раздела — 4…8 кГц, а рост Zва с увеличением частоты незначительно сказывается на звучании.

Выбор частот раздела НЧ-СЧ и СЧ-ВЧ производится из следующих соображений. Так как использованы фильтры первого порядка, частоты разделов должны отстоять от резонанса соответствующего излучателя не менее, чем на 2 октавы [3], т.е. fнч-сч>600 Гц (fpeз~150 Гц у 5ГДШ5-4), а fсч-вч > 6 кГц (fрез = 1,5 кГц у 6ГД11).

Для лучшей защиты ВЧ-излучателя от НЧ-колебаний пришлось поставить последовательно с излучателем 6ГД11 дополнительный конденсатор емкостью 2. 2 мкФ (К73-16, Umax=160 В). Без него на повышенной громкости появлялись какие-то призвуки.

В СЧ-излучателе я применил открытое оформление (бокс без задней стенки размерами 220x140x75 мм). Теперь его можно легко разворачивать под нужным углом к слушателю. Заклеил окна диффузородержателя (корзины) хлопчатобумажным ватином и довел таким образом полную добротность до 0,65. Окончательная схема громкоговорителя приведена на рис.7а.


Конструктивно катушка L2 выполнена бескаркасной и имеет сопротивление постоянному току RL2=0.4 ОМ. При желании индуктивность катушки можно легко изменять (увеличивать), вдвигая в нее ферритовый сердечник (кусок магнитной антенны от радиоприемника “Океан”) диаметр 10 мм., длина 100 мм. При этом частота fнч-сч меняется в 2.4 раза. Катушка L1 на мотана на не замкнутом сердечнике ШЛ40х10 (одна скоба), RL1=0,4 Ом.

Входное сопротивление Z громкоговорителя с таким фильтром на разных частотах представлено в табл.2. Из таблицы видно, что Z3 значительно меняется: на частоте 2,5 кГц — 5. 6 Ом, а на 20 кГц — 11 Ом. Для выравнивания Z на этих частотах ко входу фильтра нужно подключить RC-целочку (рис.76).

Тогда Z3 изменяется на этих частотах так, как показано в последней строке табл.2. Общее изменение Z во всей полосе от 80 Гц до 20 кГц не выходит за пределы 4,4…6 Ом и только на частоте 3150 Гц составляет 6,3 Ом. Такая ровная Z-характеристика дает возможность сравнивать усилители с разным выходным сопротивлением (ламповые и транзисторные).

Прослушав АС, я с удовлетворением отметил прекрасное звучание своего лампового “однотактника”, заметно лучшее, чем звучание транзисторного УМЗЧ, тоже, впрочем, неплохое. АЧХ с помощью измерительного микрофона я. конечно, проверил, насколько это возможно в жилой комнате.

А вот ФЧХ и ГВЗ измерять не стал. Просто послушал “звук” и решил, что еще лет на 10 мне этих фильтров хватит. А может, фирменные АС резко подешевеют, тогда и куплю себе что-либо, лучше звучащее, без конденсаторов.

Читайте также статьи: Конденсаторы для акустических систем

Фильтр – сумматор для сабвуфера, схема – Поделки для авто

При сборке усилителей для автомобилей на микросхемах TDA 7293 или TDA 7294 иногда возникает необходимость в компактом блоке фильтра, желательно чтобы был простым и понятным, а также имел нормальные характеристики и являлся одновременно сумматором. Именно в этой статье и предоставляю такую поделку и схему.

Схема собрана всего на одном биполярном, маломощном транзисторе. Можно конечно использовать для сабвуфера и пассивный фильтр, например всего из одного фильтра LC, он мог бы отфильтровать звук до частоты 20-150 Гц, но это не целесообразно, так как на выходе получим то же самое, что и на входе. Вот именно поэтому нам и нужно первоначальный звук хорошо отфильтровывать.

Почему применяют фильтры НЧ, да потому что при фильтрации, так сказать с каждой ступенькой номинал звука уменьшается на входе в сотни раз, и когда подаём этот номинал на сабвуфер, его не достаточно или просто не хватает для нормальной раскачки.

В приведённой в этой статье схеме, происходит практически тоже, но за исключением того, что стоит один транзистор, на котором собран предварительный усилитель, и который уже “отфильтровал” звуковой сигнал и усилил его для подачи на конечный усилитель.

печатка для тех, кто собирается травить плату.

На входе фильтра собран сумматор, который суммирует оба канала, и в последствии сигнал поступает в пассивный фильтр с частотой среза 150 Гц. Фильтр второго канала имеет усилитель на выходе. Есть и особенность данной схемы, в том что можно регулировать срез от 15 до 30 Гц.

Схема не требует к себе каких-либо наладок или подстроек. Единственная подстройка это частота среза, которую можно настроить под себя, под свой вкус, так как в схеме есть сдвоенный регулятор 100 кОм ( можно взять номинал от 47 до 2200 кОм).

Схема прекрасно работает с любыми усилителями мощности звук.частоты, как с маломощными 12-Воль-ми, так и с мощными двуполярными.

Отечественные или импортные транзисторы, прекрасно себя чувствуют в этой схеме, так что тут выбор за вами.

И ещё хочу отметить один момент, если у вас сложилась ситуация, которая требует обратиться в автосалон, то сперва узнайте о нём прочитав отзывы. Лучше ехать, когда знаешь куда едешь…

Разница между активным и пассивным фильтрами (со сравнительной таблицей)

Основное различие между активным и пассивным фильтром состоит в том, что в активном фильтре для фильтрации электронных сигналов используются активные компоненты, такие как транзистор и операционный усилитель . В отличие от этого, пассивный фильтр использует пассивные компоненты, такие как резистор , катушка индуктивности и конденсатор , для генерации сигнала определенной полосы.

Еще одно важное различие между ними заключается в том, что активному фильтру для работы необходим внешний источник питания.Хотя в случае пассивных фильтров внешний источник не требуется.

Мы знаем, что фильтры — это схемы, которые могут пропускать через них определенный частотный диапазон, отклоняя другие частоты за пределами диапазона. Схемы фильтров в основном демонстрируют свойство частотной избирательности . Мы обсудим еще несколько различий между ними.

Содержимое: активный фильтр против пассивного

    1. Таблица сравнения
    2. Определение
    3. Ключевые отличия
    4. Заключение

Сравнительная таблица

Основа для сравнения Активный фильтр Пассивный фильтр
Состоит из активных компонентов, таких как операционный усилитель, транзистор и т. Д. Пассивные компоненты, такие как резистор, катушка индуктивности, конденсатор и т. Д.
Стоимость Высокая Сравнительно низкая.
Сложность схемы Более сложная Менее сложная, чем активный фильтр.
Вес Низкий Сравнительно крупнее из-за наличия индукторов.
Q-фактор Высокая Очень низкая по сравнению с активными фильтрами.
Внешний источник питания Требуется Не требуется
Чувствительность Более чувствительная Сравнительно менее чувствительная.

Определение активного фильтра

Активные фильтры — это схемы фильтров, в которых в качестве основных компонентов используются транзисторы и операционные усилители. Наряду с этими элементами схемы активных фильтров содержат резистор и конденсатор, но не катушки индуктивности.

Мы знаем, что фильтр обладает свойством частотной избирательности. Таким образом, в схемах активных фильтров используются транзисторы и операционные усилители, чтобы пропускать только избранную полосу частот, ослабляя остальную частоту.

На рисунке ниже показан пример схемы активного фильтра:

В случае активных фильтров, чтобы создать требуемую характеристику фильтра, выполняется соединение операционного усилителя, интегратора, инвертора и т. Д. С резистором и конденсатором.

Обычно операционный усилитель в схеме используется интегрально. Таким образом гарантируется небольшой размер и меньшая громоздкость. Мы знаем, что операционный усилитель обеспечивает высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Таким образом, такие активные фильтры устраняют эффект нагрузки в источнике и нагрузке.

Но активные компоненты предлагают конечную полосу пропускания, поэтому иногда это приводит к затруднениям в работе высокочастотного сигнала. Кроме того, необходимость во внешнем источнике постоянного тока присутствует в случае активного фильтрующего блока, потому что он не может получать мощность возбуждения от сигнала на его входе.

Определение пассивного фильтра

Пассивные фильтры — это схемы фильтров, в состав которых входят только резистор, катушка индуктивности и конденсатор в качестве основных компонентов. Поскольку в нем нет усилительного элемента, пассивные фильтры обеспечивают низкий коэффициент усиления сигнала. Это приводит к получению на выходе схемы фильтра сравнительно более низкого сигнала, чем подаваемый входной сигнал.

Взглянем на схему пассивного фильтра:

Для радиочастотного диапазона пассивные фильтры обеспечивают хороший отклик.Но наличие индуктора в цепи создает проблемы в низкочастотных приложениях. Как и в случае низких частот, индуктивность катушки индуктивности должна быть увеличена, что в конечном итоге потребует большего количества витков в катушке.

Ниже диапазона РЧ как входное, так и выходное сопротивление пассивных фильтров создают проблему. Таким образом, они не очень подходят для низкочастотных операций. В основном разрешенная и ограниченная полоса частот формирует классификацию фильтров.

Итак, если сеть RLC пропускает только нижнюю полосу частот, то известно, что это фильтр нижних частот. Точно так же, если фильтр ослабляет нижнюю полосу частот и пропускает более высокую полосу частот, то это фильтр верхних частот.

Ключевые различия между активным и пассивным фильтром

  1. Активные фильтры дороги из-за наличия активных компонентов. Однако невысокая стоимость пассивных фильтров является результатом наличия в нем пассивных компонентов.
  2. Схема Ориентация активных фильтров довольно сложна. В то время как сравнительно пассивные фильтры имеют менее сложную схему.
  3. Активные фильтры имеют высокое значение добротности по сравнению с пассивными фильтрами.
  4. Активным фильтрам требуется внешнего источника питания для работы схемы. Но пассивные фильтры не требуют внешнего источника энергии, потому что они управляют энергией для своей работы от приложенного входного сигнала.
  5. Поскольку индуктор является основным компонентом пассивных фильтров, он создает проблемы на низких частотах. Таким образом, пассивные фильтры подходят для работы в радиочастотном диапазоне. В то время как активные фильтры обеспечивают лучший отклик на низких частотах.
  6. Вес активных фильтров невелик, тогда как для пассивных фильтров он сравнительно высок.
  7. Активные компоненты обладают большей чувствительностью к температурным изменениям. Однако пассивные компоненты относительно менее чувствительны к ним.

Заключение

Итак, можно сделать вывод, что как активные, так и пассивные фильтры имеют свою зону действия. Но активные фильтры используются больше, чем пассивные фильтры, как в области связи и обработки сигналов.

Активный фильтр верхних частот

Ранее мы описывали пассивный фильтр верхних частот и активный фильтр нижних частот, теперь настало время для активного фильтра верхних частот. Давайте рассмотрим, что такое активный фильтр высоких частот.

Что это, Схема, формулы, кривая?

Как и пассивный фильтр нижних частот, пассивный фильтр верхних частот работает с пассивными компонентами, резистором и конденсатором . В предыдущем уроке мы узнали о пассивном фильтре верхних частот, который работает без какого-либо внешнего прерывания или активного отклика.

Если мы добавим усилитель к пассивному фильтру высоких частот , мы сможем легко создать активный фильтр высоких частот.Изменяя конфигурацию усилителя, мы также можем сформировать различные типы фильтра верхних частот, инвертированный или неинвертированный, или активный фильтр верхних частот с единичным усилением.

Для простоты, экономии времени, а также для развития технологий в конструкции операционных усилителей, обычно используется в конструкции активного фильтра .

В пассивном фильтре верхних частот частотная характеристика бесконечна. Но на практике это сильно зависит от компонентов и других факторов, здесь, в случае активного фильтра верхних частот , полоса пропускания операционного усилителя является основным ограничением активного фильтра верхних частот.Это означает, что максимальная частота будет проходить в зависимости от коэффициента усиления усилителя и характеристики разомкнутого контура операционного усилителя.

Давайте рассмотрим нескольких распространенных операционных усилителей с разомкнутой цепью усиления постоянного напряжения .

Операционный усилитель Полоса пропускания (дБ) Максимальная частота
LM258 100 1 МГц
uA741 100 1 МГц
RC4558D 35 3 МГц
TL082 110 3 МГц
LM324N 100 1 МГц

Это небольшой список обычных операционных усилителей и их усиления по напряжению.Кроме того, коэффициент усиления по напряжению во многом зависит от частоты сигнала и входного напряжения операционного усилителя, а также от того, какой коэффициент усиления применяется в этом операционном усилителе.

Давайте исследуем дальше и поймем, что в нем особенного: —

Вот схема Простого фильтра верхних частот : —

Это изображение активного фильтра высоких частот. Здесь линия нарушения показывает нам традиционный пассивный RC-фильтр высоких частот, который мы видели в предыдущем уроке.

Частота среза и усиление напряжения:

Формула частоты среза такая же, как и для пассивного фильтра верхних частот.

fc = 1 / 2πRC 

Как описано в предыдущем руководстве, fc — частота среза, R — значение резистора, а C — значение конденсатора.

Два резистора, подключенные к положительному узлу операционного усилителя, являются резисторами обратной связи. Когда эти резисторы подключены к положительному узлу операционного усилителя, это называется неинвертирующей конфигурацией . Эти резисторы отвечают за усиление или усиление.

Мы также можем легко рассчитать коэффициент усиления усилителя, используя следующие уравнения, где мы можем выбрать эквивалентное значение резистора в соответствии с коэффициентом усиления или наоборот: —

Коэффициент усиления усилителя (амплитуда постоянного тока) (Af) = (1 + R3 / R2) 

Кривая частотной характеристики:

Давайте посмотрим, каким будет выходной сигнал активного фильтра верхних частот или график Боде / частотная характеристика: —

Это кривая усиления операционного усилителя и фильтра, подключенных к усилителю.

Эта зеленая кривая показывает усиленный выход сигнала, а красная — выход без усиления через пассивный фильтр верхних частот.

Если мы увидим кривую более точно, мы найдем следующие точки внутри этого графика Боде: —

Красная кривая увеличивается при 20 дБ / декаду, а в области отсечки величина составляет -3 дБ, что составляет запас по фазе 45 градусов.

Как обсуждалось ранее, максимальная частотная характеристика операционного усилителя во многом зависит от его усиления или полосы пропускания (так называемое усиление без обратной связи Av).

В приведенном ранее списке мы видели типичные обычные операционные усилители, такие как uA741, LM324N имеют максимальное усиление без обратной связи 100 дБ, которое будет уменьшаться со скоростью спада -20 дБ за декаду, если входная частота увеличивается. Максимальная входная частота, поддерживаемая LM324N, uA741, составляет 1 МГц, что соответствует полосе пропускания с единичным усилением или частоте . На этой частоте соответствующий операционный усилитель будет производить усиление 0 дБ или единичное усиление, уменьшающееся на 20 дБ / декаду.

Так что это не бесконечно, после 1 МГц усиление будет уменьшаться со скоростью -20 дБ / декаду.Полоса пропускания активного фильтра верхних частот сильно зависит от полосы пропускания операционного усилителя.

Мы можем вычислить коэффициент усиления по величине , преобразовав коэффициент усиления по напряжению операционного усилителя.

Расчет выглядит следующим образом: —

дБ = 20log (Af) Af = Vin / Vout 

Это Af может быть усилением постоянного тока, которое мы описали ранее, путем вычисления номинала резистора или деления Vout на Vin.

Мы также можем получить коэффициент усиления по напряжению из частоты , приложенной к фильтру (f), и частоты среза (fc).Вывести коэффициент усиления напряжения из этих двух очень просто, используя эту формулу =

Если мы положим значения f и fc, мы получим желаемое усиление напряжения на фильтре.

Цепь фильтра инвертирующего усилителя :

Мы также можем построить фильтр в перевернутом виде.

Запас по фазе можно получить с помощью следующего уравнения.

Фазовый сдвиг такой же, как в пассивном фильтре верхних частот.На частоте среза fc она составляет +45 градусов.

Вот схемная реализация инвертированного активного фильтра верхних частот : —

Это активный фильтр верхних частот в инвертированной конфигурации. Операционный усилитель подключен обратно. В предыдущем разделе вход был подключен к положительному входному выводу операционного усилителя, а отрицательный вывод операционного усилителя используется для создания схемы обратной связи. Здесь схемотехника перевернутая. Положительный вход соединен с опорным заземлением, а конденсатор и резистор обратной связи подключены к отрицательному входному выводу операционного усилителя.Это называется конфигурацией инвертированного операционного усилителя, и выходной сигнал будет инвертирован, чем входной.

Резистор R1 одновременно выполняет роль пассивного фильтра и резистора усиления.

Активный фильтр верхних частот с повторителем единичного усиления или повторителя напряжения:

До сих пор описанная здесь схема используется для усиления напряжения и постусиления.

Мы можем сделать это, используя усилитель с единичным усилением, это означает, что выходная амплитуда или усиление будет 1x . Vin = Vout.

Не говоря уже о том, что это также конфигурация операционного усилителя, которую часто называют конфигурацией повторителя напряжения, где операционный усилитель создает точную копию входного сигнала.

Давайте посмотрим на схему и как настроить операционный усилитель в качестве повторителя напряжения и активировать единичный коэффициент усиления Фильтр высоких частот : —

На этом изображении все идентично усилителю усиления, используемому на первом рисунке. резисторы обратной связи операционного усилителя удалены.Вместо резистора отрицательный входной вывод операционного усилителя соединен напрямую с выходным операционным усилителем. Эта конфигурация операционного усилителя называется конфигурацией повторителя напряжения . Прирост составляет 1x. Это активный фильтр высоких частот с единичным усилением. Он будет производить точную копию входного сигнала.

Практический пример с расчетом

Мы разработаем схему активного фильтра высоких частот в конфигурации неинвертирующего операционного усилителя.

Технические характеристики: —

  1. Прирост составит 2x
  2. Частота среза будет 2 кГц

Давайте сначала вычислим значение, прежде чем делать схему: —

Усиление усилителя (амплитуда постоянного тока) (Af) = (1 + R3 / R2)
(Аф) = (1 + R3 / R2)
Af = 2 

R2 = 1k (Нам нужно выбрать одно значение; мы выбрали 1k для упрощения расчета).

Складывая значения, получаем

(2) = (1 + R3 / 1) 

Мы рассчитали, что номинал третьего резистора (R3) равен 1k .

Теперь нам нужно рассчитать номинал резистора по частоте среза. Поскольку активный фильтр верхних частот и пассивный фильтр верхних частот работают одинаково, формула отсечки частоты такая же, как и раньше.

Давайте проверим значение конденсатора, если частота среза равна 2 кГц, мы выбрали значение конденсатора равным 0.01 мкФ или 10 нФ.

fc = 1 / 2πRC 

Складывая все значения вместе, получаем: —

2000 = 1 / 2π * 10 * 10 -9  

Решая это уравнение, мы получаем, что значение резистора составляет 7,96 приблизительно .

Ближайшее значение этого резистора выбрано 8кОм.

Следующий шаг — вычислить усиление. Формула усиления такая же, как у пассивного фильтра высоких частот. Формула усиления или величины в дБ выглядит следующим образом: —

Поскольку усиление операционного усилителя равно 2x.Таким образом, Af равно 2.
fc — частота среза, поэтому значение fc равно 2 кГц или 2000 Гц.

Теперь меняя частоту (f) получаем коэффициент усиления.

Частота (ж)

Коэффициент усиления напряжения (Af) (Vout / Vin)

Усиление (дБ)
20log (Vout / Vin)

100

.10

-20,01

250

.25

-12,11

500

,49

-6,28

750

.70

-3,07

1 000

.89

-0,97

2,000

1.41

3,01

5 000

1,86

5,38

10 000

1,96

5,85

50 000

2

6,01

100 000

2

6.02

В этой таблице от 100 Гц усиление последовательно увеличивается со скоростью 20 дБ / декаду, но после достижения частоты среза усиление медленно увеличивается до 6,02 дБ и остается постоянным.

Следует напомнить, что коэффициент усиления операционного усилителя равен 2x. По этой причине частота среза составляет: от от -3 дБ до 0 дБ (1x усиление) до +3 дБ (2x усиление)

Теперь, когда мы уже рассчитали значения, пришло время построить схему.Сложим все вместе и построим схему: —

Мы построили схему на основе вычисленных ранее значений. Мы предоставим от 10 Гц до 100 кГц частоту и 10 точек на декаду на входе активного фильтра верхних частот и продолжим исследование, чтобы увидеть, составляет ли частота среза 2000 Гц или нет на выходе усилителя

.

Это частотная характеристика . Зеленая линия представляет усиленный выходной сигнал фильтра, который равен 2-кратному усилению.И красная линия, представляющая отклик фильтра на входе усилителя.

Мы устанавливаем курсор на 3dB , угловую частоту и получаем 2,0106 кГц или 2 кГц.

Как описано ранее, усиление пассивного фильтра -3 дБ, но поскольку усиление схемы операционного усилителя вдвое добавлено к отфильтрованному выходному сигналу, точка отсечки теперь составляет 3 дБ, поскольку 3 дБ добавлены дважды.

Каскадирование и добавление дополнительных фильтров к одному операционному усилителю

К одному операционному усилителю можно добавить больше фильтров, например, активный фильтр верхних частот второго порядка.В этом случае, как и пассивный фильтр, добавляется дополнительный RC-фильтр.

Давайте посмотрим, как устроена схема активного фильтра верхних частот второго порядка .

Это фильтр второго порядка . На рисунке мы можем ясно видеть два сложенных вместе фильтра. Это фильтр высоких частот второго порядка.

Как видите, здесь один операционный усилитель. Коэффициент усиления по напряжению такой же, как указано ранее, с использованием двух резисторов. Поскольку формула усиления такая же, усиление по напряжению составляет

.
Af = (1 + R2 / R1) 

Частота отсечки: —

Мы можем добавить активный фильтр высоких частот более высокого порядка.Но есть одно правило.

Если мы хотим, чтобы создавал фильтр третьего порядка, мы можем каскадировать фильтры первого и второго порядка.

То же, что и два фильтра второго порядка, создает фильтр четвертого порядка, и эти суммы складываются каждый раз.

Активный каскадный фильтр высоких частот может быть выполнен следующим образом: —

Чем больше добавлено операционного усилителя, тем больше добавляется усиление. См. Рисунок выше. Цифры, написанные на операционном усилителе, представляют стадию заказа.Как 1 = ступень 1-го порядка, 2 = ступень 2-го порядка. Каждый раз, когда добавляется каскад, величина усиления также добавляется на 20 дБ / декаду для каждого каскада. . Как и для первой ступени это 20 дБ / декаду, 2-й ступени — 20 дБ + 20 дБ = 40 дБ на декаду и т. Д. Каждый фильтр четных чисел состоит из фильтров второго порядка, каждое нечетное число состоит из фильтров первого и второго порядка, фильтра первого порядка на первом. позиция. Нет никаких ограничений на количество добавляемых фильтров, но точность фильтра снижается при последующем добавлении дополнительных фильтров.Если значение RC-фильтра, то есть резистор и конденсаторы, одинаковы для каждого фильтра, то частота среза также будет одинаковой, общее усиление останется равным, поскольку используемые частотные компоненты одинаковы.

Приложения

Активный фильтр верхних частот можно использовать во многих местах, где нельзя использовать пассивный фильтр верхних частот из-за ограничений, связанных с усилением или процедурой усиления. Кроме того, активный фильтр верхних частот можно использовать в следующих местах: —

Фильтр высоких частот — широко используемая схема в электронике.

Вот несколько приложений: —

  1. Выравнивание высоких частот перед усилением
  2. Высокочастотные фильтры, связанные с видео.
  3. Осциллограф и функциональный генератор.
  4. Перед Громкоговоритель для удаления или уменьшения низкочастотного шума.
  5. Изменение формы частоты при другой волне от.
  6. Фильтры повышения высоких частот.

Типы активных фильтров нижних частот

Различные типы активных фильтров нижних частот и конфигурации

Активный фильтр

Активный фильтр — это тип фильтра, который состоит из одного или нескольких активных компонентов, например транзисторов , усилители или операционные усилители.В отличие от пассивных фильтров, активные фильтры имеют коэффициент усиления, который можно изменять. У них высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс, что сводит к нулю эффект нагрузки, возникающий в пассивных фильтрах.

Фильтр нижних частот

Фильтр нижних частот или ФНЧ — это тип фильтра, который пропускает сигналы с частотой ниже определенной частоты, известной как частота среза, и блокирует более высокочастотные сигналы.

Фильтры нижних частот бывают двух типов

В этой статье мы обсудим только активный фильтр нижних частот, так как мы уже объясняли о пассивных фильтрах нижних частот в отдельной статье.Активные фильтры нижних частот классифицируются в соответствии с порядком расположения фильтров. Мы обсудим активные фильтры нижних частот порядка 1 st и 2 nd .

Активный фильтр нижних частот первого порядка

Активный фильтр нижних частот первого порядка — это простой фильтр, который состоит только из одного реактивного компонента, то есть конденсатора вместе с активным компонентом Операционный усилитель . Резистор используется с конденсатором или индуктором для формирования RC или RL фильтра нижних частот соответственно.В этой статье кратко рассматриваются активные RC-фильтры нижних частот, использующие операционные усилители.

Скорость спада фильтра нижних частот первого порядка составляет -20 дБ / декада или — 6 дБ / октаву. Скорость спада зависит от порядка фильтра.

Скорость спада = -20 дБ / декада = -6 дБ / октава

Где n = порядок фильтра

Необходимо знать базовую конфигурацию операционного усилителя до его внедрения. Операционный усилитель может использоваться в следующих конфигурациях:

  • Неинвертирующий (повторитель напряжения) Конфигурация
  • Буфер (единичное усиление)
  • Инвертирующая конфигурация

Связанная запись: Типы пассивных высоких частот Фильтры

Конфигурация неинвертирующего или повторителя напряжения:

Как вы знаете, в конфигурации повторителя напряжения входной сигнал подается на положительный вывод операционного усилителя.выходное напряжение находится в фазе с входным, поэтому его называют повторителем напряжения. Но для достижения желаемого результата (фильтра нижних частот) схема может иметь множество конфигураций.

Мы обсудим две такие конфигурации, каждая из которых имеет некоторые преимущества перед другой.

Стандартная конфигурация операционного усилителя:

Стандартная конфигурация подразумевает использование операционного усилителя в качестве отдельного усилителя на выходе традиционной RC-цепи фильтра нижних частот.Это можно реализовать по схемам, приведенным ниже.

Коэффициент усиления этого усилителя-повторителя напряжения определяется как:

Усиление = A = 1+ (R 2 / R 1 )

Мы можем использовать его с усилением или без него в зависимости от требований. фильтра.

Единичный коэффициент усиления или конфигурация буфера

В такой конфигурации коэффициент усиления операционного усилителя остается единичным (единичным), то есть амплитуда выходного сигнала равна амплитуде входного сигнала.Резистора обратной связи нет, поэтому коэффициент усиления операционного усилителя становится равным 1.

Схема фильтра нижних частот с единичным усилением повторителя напряжения приведена ниже.

Схема активного фильтра »Электроника

Схема операционного усилителя

для активного режекторного фильтра может использоваться для удаления отдельных частот или небольших полос частот, а проектирование электронной схемы упрощается.


Учебное пособие по операционному усилителю включает:
Введение Сводка схем Инвертирующий усилитель Суммирующий усилитель Неинвертирующий усилитель Усилитель с переменным усилением Активный фильтр высоких частот Активный фильтр нижних частот Полосовой фильтр Режекторный фильтр Компаратор Триггер Шмитта Мультивибратор Бистабильный Интегратор Дифференциатор Генератор моста Вина Генератор фазового сдвига


Операционные усилители предоставляют отличный способ создания и проектирования режекторных фильтров.Схемы операционных усилителей для активных режекторных фильтров очень эффективны, при этом их легко спроектировать и построить с использованием минимального количества электронных компонентов.

Режекторные фильтры

могут использоваться в различных приложениях, где необходимо удалить определенную частоту или полосу частот. Часто режекторные фильтры имеют фиксированную частоту, хотя можно разработать некоторые с переменной частотой.

Режекторные фильтры с фиксированной частотой находят применение, например, для устранения помех с фиксированной частотой, таких как гул от сети, из аудиосхем.Их также можно использовать в проектировании электронных схем во многих областях, удобно удаляя одну частоту или узкую полосу частот.

Отклик режекторного фильтра

Как следует из названия, режекторный фильтр обеспечивает режекторный или узкий диапазон, в котором фильтр удаляет сигналы на этой частоте.

Идеальным откликом для любого режекторного фильтра был бы полностью плоский отклик в используемом диапазоне, за исключением режекторной частоты. Здесь он будет падать очень быстро, обеспечивая высокий уровень ослабления, позволяющий удалить нежелательный сигнал.

Типичный отклик режекторного фильтра

На самом деле совершенство недостижимо, но при использовании схемы операционного усилителя высокие уровни усиления самого операционного усилителя означают, что высокие уровни затухания и узкие режекции могут быть легко достигнуты с минимальным количеством электронные компоненты в дополнение к операционному усилителю.

Схема активного режекторного фильтра ОУ

На схеме ниже показана схема операционного усилителя для активного режекторного фильтра с одним операционным усилителем и несколькими дополнительными электронными компонентами.

Схема режекторного фильтра довольно проста, и расчет конструкции электронной схемы для значений компонентов также легко определить.

Базовая схема режекторного фильтра операционного усилителя с фиксированным режектором

Схема активного режекторного фильтра довольно проста в разработке. В нем используется как отрицательная, так и положительная обратная связь вокруг микросхемы операционного усилителя, и, таким образом, он способен обеспечить высокую производительность.

Расчет стоимости схемы очень прост.Формула для расчета номиналов резистора и конденсатора для цепи режекторного фильтра:

fnotch = 12 π R C

R = R3 = R4

C = C1 = C2

Где:
f метка = центральная частота метки в герцах
Π = 3,142
R и C — значения резисторов и конденсаторов в Ом и фарадах

Меры предосторожности при проектировании режекторного фильтра

При создании схемы активного режекторного фильтра необходимо использовать компоненты с высокими допусками, чтобы получить наилучшие характеристики.Обычно они должны составлять 1% или лучше. Глубина канавки 45 дБ может быть получена при использовании 1% компонентов, хотя теоретически при использовании идеальных компонентов уровень надреза может быть порядка 60 дБ. R1 и R2 должны быть согласованы с точностью до 0,5%, или они могут быть подрезаны с помощью параллельных резисторов.

Еще одним элементом, обеспечивающим оптимальную работу схемы, является обеспечение импеданса источника менее примерно 100 Ом. Кроме того, полное сопротивление нагрузки должно быть более 2 МОм.

Цепь часто используется для удаления нежелательного шума в цепях. Значения для режекции 50 Гц будут следующими: конденсаторы: C1, C2 = 47 нФ, резисторы: R1, R2 = 10 кОм, R3, R4 = 68 кОм.

Схема двойного Т-образного режекторного фильтра ОУ с регулируемой Q

Хотя схема фиксированного режекторного фильтра может использоваться во многих конструкциях электронных схем, иногда может потребоваться переменная ширина режекторного фильтра Q. Это также можно сделать с помощью простой схемы операционного усилителя.

Двойной Т-образный режекторный фильтр с переменной Q прост в реализации и может обеспечить хороший уровень подавления на режекторной частоте.В этой схеме операционного усилителя используются два операционных усилителя, и между двумя операционными усилителями можно увидеть сдвоенную Т-образную секцию.

Функция переменной добротности для двойного Т-активного режекторного фильтра обеспечивается потенциометром, размещенным на неинвертирующем входе нижнего операционного усилителя на схеме.

Схема режекторного фильтра операционного усилителя с переменной Q

Расчет значения для схемы очень прост. Формула такая же, как и для пассивной версии двойного Т-образного режекторного фильтра.

Где:
f метка = частота среза в герцах
π = 3,142
R и C — номиналы резисторов и конденсаторов, как в схеме

Значение потенциометра совсем не критично. Оно не должно быть настолько высоким, чтобы сопротивление было нагружено входным сопротивлением второго операционного усилителя. Поскольку первый операционный усилитель также рассматривает его как резисторную нагрузку, он не должен быть настолько низким, чтобы представлять значительную нагрузку.Этот резистор действует только как делитель потенциала, чтобы подать требуемую пропорцию выхода на вход второго операционного усилителя.

Потенциометр может находиться в диапазоне от 4,7 кОм до 47 кОм. Поскольку стандартные операционные усилители имеют входное сопротивление около 250 кОм, запаса для потенциометра 47 кОм вполне достаточно.

Схема операционного усилителя для режекторного фильтра может быть очень полезной, и средство регулировки Q также может быть очень удобным. В нем используется сравнительно немного электронных компонентов: всего два операционных усилителя, которые могут быть объединены в один корпус интегральной схемы, а также три резистора, три конденсатора и потенциометр для регулировки значения Q.

Основным недостатком схемы режекторного фильтра является то, что по мере увеличения уровня Q глубина нуля уменьшается. Несмотря на это, схема операционного усилителя может успешно использоваться во многих конструкциях электронных схем для различных приложений.

Электронные компоненты для конструкций режекторных фильтров

Выбор электронных компонентов, используемых в активном фильтре, является ключом к успешной работе схемы. Для активного режекторного фильтра решающее значение имеют допуск и производительность электронных компонентов.

Изменения в значениях электронных компонентов в результате их допуска могут значительно изменить размер выемки и ее глубину. Все компоненты в зоне, определяющей выемку, в цепи должны иметь жесткий допуск, 1% или лучше.

На сегодняшний день металлопленочные резисторы доступны в виде выводов и устройств для поверхностного монтажа. Эти резисторы не только малошумные, но их также можно купить с жесткими допусками. Обычно они доступны в версиях 1%, 2% или иногда 5%.Поскольку разница в стоимости зачастую невелика, хорошим выбором будет использование резисторов 1%.

Что касается конденсаторов, то следует избегать электролитических конденсаторов любой ценой. Они не только поляризованы, но и их переносимость очень плохая. Обычно электролитические конденсаторы имеют допуск от -20% до + 80%, поэтому они совсем не точны. Также следует избегать использования танталовых электролитических конденсаторов. Они лучше, чем электролитические конденсаторы, но они также поляризованы и не обеспечивают достаточного уровня точности.

Керамические конденсаторы

обладают хорошими характеристиками и обычно доступны в требуемом диапазоне. Они также доступны как для выводов, так и для поверхностного монтажа. В зависимости от фактического диэлектрика доступны конденсаторы с очень высокими допусками, и правильные типы обеспечивают хорошие характеристики.

Конденсаторы с пластиковой пленкой — еще один хороший выбор, так как многие типы имеют хорошие допуски. Однако пленочные конденсаторы обычно доступны только как устройства с выводами, а не как устройства для поверхностного монтажа.

Две схемы активных режекторных фильтров на операционных усилителях очень просты в разработке и использовании. Их производительность достаточно хороша для большинства приложений, но если они должны быть подключены каскадом, необходимо позаботиться о том, чтобы они работали на одной и той же частоте, используя компоненты с очень жесткими допусками для элементов, определяющих частоту.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернитесь в меню «Конструкция схемы».

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о