А. Г. Зизюк, м. Луцьк

Одним з ефективних засобів поліпшення якості звуковідтворення є застосування електронних розділових фільтрів на входах смугових УМЗЧ. Як відомо, використання LC пасивних фільтрів на виході УМЗЧ призводить до зростання інтермодуляційних спотворень у підсилювачі, що працює на комплексну навантаження, і до зростання різних спотворень в гучномовцях. Використання трисмуговий підсилювача не тільки підвищує якість розділення сигналів, але і полегшує балансування головок гучномовців по звуковому тиску, покращує узгодження головок в УМЗЧ. Адже вірність звуковідтворення багато в чому залежить від гучномовців.

Включення пасивних розділових фільтрів між виходом УМЗЧ і гучномовцями багатосмуговій акустичної системи погіршує електричне демпфірування. Крім цього, розрахунок таких фільтрів досить складний, оскільки до них пред'являють вимоги, важкореалізоване в радіоаматорських умовах. До того ж не всі фільтри з високою крутизною схилів АЧХ забезпечують малу нерівномірність сумарною АЧХ.

Типові розділові фільтри навіть з гладкою сумарної АЧХ нерідко є причиною виникнення фазових спотворень, вплив яких на форму вихідного сигналу особливо проявляється у районі частоти розділу такого фільтра.

Якщо на частоті розділу високо-і середньочастотний смуг ці спотворення ще допустимі, оскільки несильно впливають на якість звучання, то в області розділу низько і середньочастотний смуг їх дуже бажано усувати. У цьому діапазоні частот і чутливість слуху максимальна.

Крім гладкою сумарної АЧХ для неспотвореної передачі імпульсних сигналів необхідно забезпечити однакову тимчасову затримку всіх складових сигналу при проходженні його через розділовий фільтр.

Втрата потужності в пасивному фільтрі на виході УМЗЧ, складність узгодження кожної головки гучномовця з виходом УМЗЧ для отримання рівномірної сумарної АЧХ по звуковому тиску (Резистивні дільники лише знижують ККД АС та комплексу в цілому, а також додатково погіршують демпфірування), необхідність виготовлення великогабаритних котушок індуктивності і установка конденсаторів великої ємності – ось неповний перелік недоліків багатосмугових АС з розділовими пасивними фільтрами на виході УМЗЧ.

Для широкосмугового варіанту (одноканальне посилення) характерний такий недолік, як необхідність великого запасу по вихідної потужності УМЗЧ. Для неспотвореного сприйняття всієї смуги звукових частот односмуговою УМЗЧ повинен мати приблизно подвійний порівняно з трьохсмуговим варіантом запас по вихідної потужності. Ось і доводиться зменшувати інтермодуляційні спотворення до тисячної частки відсотка, а то й ще менше. Це призводить до значного ускладнення схемотехніки підсилювача, збільшення витрат часу та коштів на його виготовлення.

Велика потужність, що розсіюється вихідних транзисторів вимагає застосування великогабаритних і масивних теплоотво-дов. Збільшується маса трансформатора живлення, фільтрів випрямляча і т.д.

Поділ смуги звукових частот на три сприяє досить значного зниження всіх спотворень (!) В УМЗЧ і АС: усуваються всі перераховані причини погіршення якості звуковідтворення або їх вплив значно послаблюється. Весь комплекс стає більш "гнучким" як у ремонтопридатності, так і в перспективності його удосконалення. З'являється, наприклад, можливість оперативної заміни гучномовця з швидким вирівнюванням його АЧХ по звуковому тиску по відношенню до двох інших смуговим гучномовцях.

Для цього достатньо (нехай навіть у грубому наближенні, але дуже ефективно) виставити рівень сигналу на виході смугового УМЗЧ. В низькочастотній області, наприклад, можна ввести електромеханічну зворотний зв'язок (ЕМОС) і позбутися "бурмотіння" НЧ гучномовців. У цьому випадку забезпечується ще й додаткове згладжування АЧХ НЧ гучномовця не лише поблизу частоти його резонансу, а й у всьому діапазоні поршневий роботи дифузора.

Розділові фільтри на входах смугових УМЗЧ (НЧ і СЧ) обмежують рівень ВЧ складових сигналу, що зменшує динамічні інтермодуляційні спотворення всього комплексу. Високочастотний ж канал через відсутність НЧ і СЧ складових має великий запас по лінійності амплітудної характеристики, а значить, і по потужності. Тому й динамічні викривлення дуже малі.

Випробувано кілька варіантів електронних розділових фільтрів (кросоверів). Схема одного з них показана на рис.1. Спочатку була повторена схема [1]. Виявилося, що багато зі сказаного про недоліки пасивних фільтрів між УМЗЧ і АС справедливо і для електронних фільтрів. У багатокаскадних фільтрах кожний наступний каскад істотно навантажує попередній. Це призводить до того, що сумарна характеристика многокаскадного фільтра вже не є простою сукупністю характеристик каскадів. Для усунення впливу каскадів один на одного кожен попередній каскад повинен мати вихідний опір набагато менше, ніж вхідний опір подальшого каскаду як на мал.1. Такими буферними елементами є польові транзистори VT1-VT12 типу КП303Д.

Перемикач SA1 призначений для східчастого ослаблення подається на вхід кросовера сигналу.

Якщо для однозвенную фільтра частота зрізу ftp ~ 160/RC, де R – в кОм; С – в мкФ, а частота ftp – в Гц, то для трьох-ланки фільтрів ftp ~ 31/RC. Аналогічна ситуація справедлива і для ФНЧ. Однозвенную ФНЧ розраховують за тією ж формулою, що і ФВЧ першого порядку (^ ср = 160/RC). ФВЧ третього порядку розраховують наближено за формулою ftp = 825/RC.

Були випробувані й інші схеми фільтрів: Баттерворта, Чебишева, Бесселя, Саллі і Келя та інші, а також найпростіші фільтри на пасивних RC-ланках. У фільтра Баттерворта (найбільш плоска характеристика в смузі пропускання) погана фа

 

 

 

 

зовая характеристика, плоска характеристика досягається ціною зменшення крутизни спаду в смузі придушення. Фільтри Чебишева забезпечують більш крутий спад АЧХ за кордоном прозорості, але вносять небажані равноволновие коливання АЧХ в смузі прозорості (на середніх частотах звукового діапазону краще їх взагалі не застосовувати). Фільтри Бесселя (найбільша сталість тимчасового запізнювання) мають найменший спад АЧХ серед перерахованих фільтрів за кордоном смуги прозорості (трохи більше пасивних RC-фільтрів відповідного порядку). Можна використовувати фільтри та на основі ланок другого порядку (їх існує велика кількість). Однак було з'ясовано, що фільтри, які мають крутизну зрізу АЧХ за смугою прозорості більше 24 дБ / октаву, вносили свої викривлення, які суб'єктивно сприймалися на слух як значне збільшення спотворень в області середніх частот під час прослуховування одночасно трьох смуг. Були випробувані прості RC-ланки першого порядку (замість фільтрів третього порядку). Незважаючи на явну примітивність схеми таких фільтрів, мале значення зрізу АЧХ (6 дБ / октаву або 20 дБ / декаду), апаратура працювала на слух краще (і помітно краще), ніж з трехзвенная RC-фільтрами.

Необхідно наводити частоти зрізу фільтрів до одного й того ж значення, інакше порівняння буде тільки суб'єктивним. Необхідно також компенсувати загасання, що вносяться багатоланковим пасивними елементами фільтрів і додатковими підсилювачами напруги сигналу.

На рис.2 зображена схема одного з підсилювачів напруги смугового фільтра. Такі підсилювачі встановлені після кожного фільтра. Підлаштування резистором R3 потрібно встановити на затворі польового МОП-транзистора VT1 постійна напруга, необхідне для отримання на стоці цього транзистора потенціалу, який дорівнює половині напруги живлення (струм стоку 1с при цьому дорівнює приблизно 20 мА). Можна для цієї мети використовувати та підсилювачі на ОУ.

При виборі типу УМЗЧ краще використовувати більш якісні конструкції з досконалою схемотехнікою. УМЗЧ, тривалий час експлуатувалися з даними кросовером, виконані за схемотехніці [2]. Внесені до схеми зміни дозволили значно зменшити викривлення, що вносяться ОУ. Основні переваги такого УМЗЧ – відносна простота конструкції, симетрія по виходу, значно "укорочений" тракт посилення потужності в порівнянні з аналогічними конструкціями на біполярних транзисторах, хороші технічні характеристики за рахунок добавки двох транзисторів на виході ОП, значно розширена полоса ефективно відтворюваних частот (з 20 в [2] до 50 кГц). Коефіцієнт гармонік (КГ) зменшено більш ніж у два рази (0,005% проти 0,01%). Строго кажучи, в [2] він значно занижений і практично дорівнює 0,02-0,03%, а не 0,01%).

   Основний недолік даного УМЗЧ – Його мала вихідна потужність, обмежена головним чином максимально можливим вихідним напругою ОУ (через невисокий напруги живлення ± 15 В).

Більш потужний варіант підсилювача сконструйований на базі УМЗЧ високої вірності [3]. Оскільки УМЗЧ перебували в безпосередній близькості від гучномовців, то система компенсації спотворень сполучних проводів ("чиста земля") і триггерная захист зі схеми видалені. Схема УМЗЧ високої вірності, описана в [4], при цьому значно спростилася практично без погіршення технічних характеристик.

Зазначимо, що процес налагодження всього звуковідтворювального комплексу для трисмуговий підсилювача спрощується.

  Про деталі. Польові транзистори типу КП303Д можна замінити іншими з цієї серії з будь-якою буквою або КП307. Дуже добре працюють і польові МОП

 

 

 

 

транзистори типу КП305, КП902 з ізольованим затвором (вони дуже чутливі до статичної заряду). Транзистор VT1 КП901А можна замінити КП904А (використовувалися екземпляри з початковим струмом стоку порядку 1-5 мА). Якщо ж 1с.нач i 20 мА, то, можливо, не буде потрібно ланцюг подачі позитивного зсуву (резистори R1 і R3 на рис.2). Лівий висновок резистора R2 при цьому з'єднують із загальним проводом. Значно зменшувати опір резистора R4 не слід, так як будуть зростати вносяться цією схемою нелінійні спотворення.

Підсилювач (рис.2) непогано узгоджується з невеликим вхідним опором УМЗЧ (рис.3, Rвх ~ 5 кОм). Всі польові транзистори VT1-VT12 схеми кросовера (рис.1) можна замінити будь-якими польовими транзисторами з аналогічними характеристиками, в тому числі і p-типу (КП103, К504НТ3 і т.п.). Складання польових транзисторів скорочують кількість використовуваних елементів.

Схема блоку живлення кросовера зображена на рис.4. Це відоме схемотехнічне рішення, що поєднує в собі переваги компенсаційного і параметричного типів стабілізаторів. Коефіцієнт стабілізації не менше 1000, вихідний опір кілька сотих ома. Незважаючи на простоту схемного рішення, блок живлення має хороші параметри. Конденсатори типів КСВ і К73-17, електролітичні конденсатори типу К50-35 і ін Резистори типу МЛТ, транзистори типу КТ825 і КТ827 (VT2 і VT4 на рис.4) використані для спрощення схеми стабілізатора і підвищення надійності пристрою кросовера в цілому. При використанні польових транзисторів типу КП305 і КП103 необхідно знизити живлять напруги майже в два рази. Для КП103 необхідно поміняти полярність підключення джерел живлення і електролітичних конденсаторів С8, С23 (рис.1).

Налагодження УМЗЧ (рис.3) зводиться до встановлення необхідного струму спокою вихідних транзисторів (VT6 і VT7) в межах 150-200 мА. Налагоджувати без помилок зібраний блок фільтрів (рис.1) з справних деталей не вимагається.

 

 Література

1. Чантурія А. Трьохсмуговий підсилювач / / Радіо .- 1981 .- № 5, 6.-С.39.

2. Якименко Н. Польові транзистори в мостовому УМЗЧ / / Радіо.-1986 .- № 9 .- С.38.

3. Корзінін М. Схемотехніка підсилювачів потужності звукової частоти високої вірності / / Радіо .- 1995 .- № 12 .- С.17.

4. Сухов Н. УМЗЧ високої вірності / / Радіо .- 1989 .- № 6.-С.55.