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 с фильтром для сабвуфера — простая схема

Вещь, о которой мы сейчас расскажем, как понятно из названия статьи, является самодельным усилителем для сабвуфера, в народе называемом «Саб». Устройство имеет активный фильтр НЧ, построенный на операционных усилителях, и сумматор, обеспечивающий ввод сигнала с выхода стерео.

Поскольку сигнал для схемы берется с выходов на акустические системы, нет необходимости вмешательства в работающий усилитель. Получение сигнала с динамиков имеет еще одно преимущество, а именно — позволяет сохранить постоянное соотношение громкости сабвуфера к стереосистеме.

Естественно, усиление канала сабвуфера можно регулировать с помощью потенциометра. После отфильтровывания высоких частот и выделения низких (20-150 Гц), звуковой сигнал усиливается с помощью микросхемы TDA2030 или TDA2040, TDA2050. Это дает возможность настройки выходной мощности басов по своему вкусу. В этом проекте успешно работает любой динамик НЧ с мощностью более 50 Ватт на сабвуфер.

Схема фильтра с УМЗЧ сабвуфера

Схема принципиальная ФНЧ и УМЗЧ сабвуфера

Описание работы схемы усилителя

Стерео сигнал подается на разъем In через C1 (100nF) и R1 (2,2 М) на первом канале и C2 (100nF) и R2 (2,2 М), в другом канале. Затем он поступает на вход операционного усилителя U1A (TL074). Потенциометром P1 (220k), работающем в цепи обратной связи усилителя U1A, выполняется регулировка усиления всей системы. Далее сигнал подается на фильтр второго порядка с элементами U1B (TL074), R3 (68k), R4 (150к), C3 (22nF) и C4 (4,7 nF), который работает как фильтр Баттерворта. Через цепь C5 (220nF), R5 (100k) сигнал поступает на повторитель U1C, а затем через C6 (10uF) на вход усилителя U2 (TDA2030).

Конденсатор С6 обеспечивает разделение постоянной составляющей сигнала предусилителя от усилителя мощности. Резисторы R7 (100k), R8 (100k) и R9 (100k) служат для поляризации входа усилителя, а конденсатор C7 (22uF) фильтрует напряжение смещения. Элементы R10 (4.7 k), R11 (150к) и C8 (2.2 uF) работают в петле отрицательной обратной связи и имеют задачу формирования спектральной характеристики усилителя. Резистор R12 (1R) вместе с конденсатором C9 (100nF) формируют характеристику на выходе. Конденсатор C10 (2200uF) предотвращает прохождение постоянного тока через динамик и вместе с сопротивлением динамика определяет нижнюю граничную частоту всего усилителя.

Защитные диоды D1 (1N4007) и D2 (1N4007) предотвращают появление всплесков напряжений, которые могут возникнуть в катушке динамика. Напряжение питания, в пределах 18-30 В подается на разъем Zas, конденсатор C11 (1000 — 4700uF) — основной фильтрующий конденсатор (не экономьте на его ёмкости). Стабилизатор U3 (78L15) вместе с конденсаторами C12 (100nF), C15 (100uF) и C16 (100nF) обеспечивает подачу напряжения питания 15 В на микросхему U1. Элементы R13 (10k), R14 (10k) и конденсаторы C13 (100uF), C14 (100nF) образуют делитель напряжения для операционных усилителей, формируя половину напряжения питания.

Сборка сабвуфера

Вся система паяется на печатной плате. Монтаж следует начинать от впайки двух перемычек. Порядок установки остальных элементов любой. В самом конце следует впаивать конденсатор C11 потому что он должен быть установлен лежа (нужно согнуть соответствующим образом ножки).

Плата печатная для устройства

Входной сигнал должен быть подключен к разъему In с помощью скрученных проводов (витой пары). Микросхему U2 обязательно необходимо оснастить радиатором большого размера.

Схему следует питать от трансформатора через выпрямительный диодный мост, фильтрующий конденсатор стоит уже на плате. Трансформатор должен иметь вторичное напряжение в пределах 16 — 20 В, но чтобы после выпрямления оно не превышало 30 В. К выходу следует подключить сабвуфер с хорошими параметрами — от головки очень многое зависит.

Усилитель для домашнего сабвуфера своими руками

Фильтр для сабвуфера своими руками

ФИЛЬТР ДЛЯ САБВУФЕРА

Принципиальная схема, печатная плата, описание

    Данный фильтр предназначен для суммирования стереосигнала и выделения из этой суммы НЧ сигнала для сабвуфера. По сложности фильтр является довольно сложным, поскольку построен по принципу параметрического эквалайзера, т.е. позволяет производить максимум регулировок.
    Принципиальная схема фильтра для сабвуфера приведена на рисунке 1. Это последний, самый популярный и универсальный фильтр из разработанной пятерки фильтров для сабвуфера. На входе фильтра используется обычный резистивный микшер, далее на ОУ выполнен буферный усилитель с коррекцией АЧХ, позволяющей на обработку подавать сигнал с уже вырезанными СЧ и ВЧ сигналами, но довольно большой полосой захвата.
    Далее идет уже сам фильтр выполненый на ОУ DA3 в обратную связь которого включен высокодобротный фильтр на ОУ DA2 и DA4. В этом фильтре происходит обработка аудиосигнала, причем имеется возможность регулировки добротности, т.е. полосы захвата. На рисунке 2 показано изменение АЧХ в зависимости от положения регулятора добротности (резистор R14).
    На рисунке 3 приведен вид АЧХ в зависимости от положения регулятора частоты (резистор R15), на рисунке 4 приведен вид АЧХ уровня перегиба, по сути тот же уровень громкости, который стоит на входе, однако регулировка производится именно перегиба АЧХ, хотя на слух кажется, что изменяется уровень (резистор R16).
    На рисунке 5 приведен вид АЧХ в зависимости от положени регуляторов частоты и добротности.
    Как видно из рисунокв данный фильтр позволяет идиально настроить практически любой сабвуфер и может потягаться даже с корректором Линквица.

Рисунок 1 — принципиальная схема фильтра для сабвуфера.

Рисунок 2 — регулировка добротности.

Рисунок 3 — регулировка частоты.

Рисунок 4 — изменение уровня перегиба АЧХ.

Рисунок 5 — одновременное изменение частоты и добротности.

Принципиальная схема фильтра для сабвуфера чертеж печатной платы описание работы рекомендации фильтр для сабвуфера схема фильтра нч

    На рисунке 6 приведен внешний вид фильтра, на рисунке 7 — чертеж расположения деталей на печатной плате. В формате lay плату можно взять тут. Поскольку высокодобротные фильтры довольно сильно сдвигают фазу сигнала в фильтр введен фазовращатель позволяющий получить максимальное совпадение сигналов по фазе широкополосного сигнала с сигналом сабвуфера. Кроме этого фильтр имеет 2 выхода, на которых сигнал идет в противофазе. Это позволяет компенсировать недостаточность сдвига фазы в фазовращателе при использовании типового усилителя для сабвуфера или же использовать 2 одинаковых усилителя соединенных мостом.

Рисунок 6 — внешний вид фильтра.

Рисунок 7 — расположение деталей и схема подключения.

    Питание фильтра для сабвуфера производится от питания усилителя мощности (двуполярный источник), поскольку в фильтр уже интегрирован параметрических стабилизатор напряжения необходимо лишь подобрать токоограничивающие резисторы во избежания выхода из строя стабилитронов от теплового пробоя.

   

 

    Несколько слов о построении этого фильтра и проверка его в симуляторе

    Для Микрокап 8 в архиве лежит модель данного фильтра. Там же еще несколько фильтров как для двуполярного, так и однополярного питания, так что желающие могут поразминаться.

СКАЧАТЬ АРХИВ С МОДЕЛЯМИ

 

Адрес администрации сайта: [email protected]
   

 

cxema.org — Фильтр низких частот для сабвуфера

Все мы знаем, что сабвуферная головка без каких либо фильтров, при подключении к усилителю мощности будет просто работать как обычный динамик, разумеется отлично воспроизводя низкие частоты, но без фильтров низких частот хороший сабвуфер не собрать.

В сети можно найти кучу схем всевозможных фильтров, ниже приведенная отличается высокими показателями и простотой сборки. Фильтр собран на дешевой микросхеме ВА4558, которая из себя представляет сдвоенный операционный усилитель.

Номинал входных напряжений зависит от ограничительного резистора 2кОм на входе питания, он ограничивает входной ток, стабилитрон стабилизирует напряжение до некоторого уровня. Такое решение позволяет совместить данный фильтр с усилителями двухполярного типа.

Номиналом переменного резистора можно выставить величину выходного сигнала (по сути, он же регулятор громкости).

Микросхему желательно установить на специализированную панельку, для ее быстрой замены без паяльника, хотя если схема собрана правильно, то можно обойтись и без панелки. В моем варианте была задействована макетная монтажная плата, печати не травил.

К стати! в схем предусмотрен также сумматор сигналов, он предназначен для суммурования сигнала с обеих каналов в один единый.

По данной схеме собрал уже не один десяток фильтров для сабвуфера, работает безотказно, ничего не глючит и не перегревается, так, что можно смело собирать.

АКА КАСЬЯН

Предварительный усилитель для сабвуфера с корректором Линквица

Для активного саба нужен предусилитель, выполняющий множество функций. Это:

• получить сигнал от источника
• усилить/ослабить его до нужного уровня
• преобразовать из стерео в моно (если нужно)
• подкорректировать АЧХ в соответствии с требованиями (поднять басы и сдвинуть этим границу воспроизведения вниз)
• изничтожить слишком низкие частоты фильтром инфранизких частот, называемым емким русским словом “сабсоник”
• подкорректировать фазу сигнала
• подрегулировать громкость звучания
• обрезать верхние частоты для согласования с остальными колонками.

Из всех этих устройств не всегда используется только корректор Линквица, который очень полезен для акустического оформления типа “закрытый ящик” (хотя есть еще вариант настроить фазоинвертор на частоту, намного ниже оптимального значения, а образовавшийся спад АЧХ скорректировать, но это пока не формализовано никак и расчетов никаких нет). Описание корректора (трансформатора) Линквица, программа для его расчета и то, как ею пользоваться – в статье “Профессиональный” расчет корректора Линквица (Linkwitz transform).

Блок-схема усилителя показана на рис. 1 (немного нестандартным образом, но понятно).

Рис.1. Блок-схема предусилителя

Взаимное расположение блоков может быть любым, т.к. перегрузочная способность операционных усилителей довольно велика. Но все равно, лучше сначала по возможности обрезать все лишнее, а потом поднимать уровень корректором Линквица (в зависимости от исходных данных, он может поднимать усиление на НЧ раз в десять и более, поэтому заранее подавив ненужные низкие, мы избежим всяческих перегрузок наверняка).

Файл со схемой и разводка печатной платы – в конце статьи. Теперь рассмотрим эту схему поблочно и подробно. Начнем с того, что нумерация блоков не совпадает с их порядком появления на схеме. Я пошел на это после долгих раздумий и скрепя сердце. Дело в том, что в упомянутом мною расчете корректора Линквица уже нарисована схема корректора и сабсоник-фильтра, причем там производится ее расчет и всяческая оценка работы. Поэтому я сохранил эти две схемы точь-в-точь, вплоть до нумерации элементов (там на схеме есть еще другие блоки, но все остальное я сделал по-своему, в некоторых местах лучше, чем там). А по той нумерации это были блоки номер 2 и 3. И у меня они сохранили те же номера.

Многие сабвуферы, продающиеся в магазинах, имеют нижнюю рабочую частоту 40, а то и 50 Гц. Это не сабвуфер. Это – недоразумение. Ведь 50 Гц могут воспроизвести обычные колонки! Я не скажу, что они от этого будут в восторге, но тем не менее. Нижняя граница настоящего саба должна быть менее 30 Гц. Хорошего 20 Гц. Можно играть и еще ниже – это будет только лучше. Не будем об этом спорить – я излагаю свое мнение, которое взялось отнюдь не на пустом месте. На мой взгляд нижняя граничная частота должна лежать в пределах 15…20 Гц. Из этого я и буду исходить (кому не нравится – описываемая схема позволяет сделать саб даже с частотным диапазоном от 70 до 160 Гц! Творите на здоровье!). Верхняя частота должна быть порядка 80 Гц (в некоторых случаях такое значение является стандартным). Но в данном предусилителе верхняя частота равна примерно 160 Гц – на всякий пожарный случай.

Первый блок – входной усилитель.

Он имеет 2 типа входов – линейный и высокого уровня (колоночный). Входов каждого типа два – для левого и правого каналов соответственно. Входное сопротивление по каждому входу 47 кОм. Линейные входы на схеме обозначены как in L и in R, а колоночные как Hi L и Hi R.Коэффициент усиления по линейному входу:Ку лин = 2 * R107 / R101 = 2 * 2,5 = 5Множитель2 появляется потому, что сигналы 2-х каналов суммируются (а басы обычно разводят в центр стереопанорамы), поступая в сабвуфер с обоих каналов.Коэффициент усиления по входам высокого уровня:Ку ву = 2 * R107 / R103 = 2 * 0,15 = 0,3 (т.е. сигнал ослабляется в 3 раза)В любом случае коэффициент усиления можно менять, причем лучше сначала пытаться изменить R107, а потом уже и R103 и R104. R101 и R102 менять можно, но они должны оставаться в пределах 27…75 кОм, иначе или можем перегрузить выход источника малым сопротивлением, или нахватать помех по входу.Коэффициент усиления – эта именно та штука, которая устанавливается индивидуально. Он зависит от чувствительности усилителя мощности сабвуфера, усиления коректора Линквица и уровней входных сигналов (линейном и/или колоночном). Можно не бояться сделать коэффициент усиления раз в 5…7 больше, чем нужно – регулятор уровня может ослабить сигнал почти в 50 раз (поэтому даже хорошо иметь некоторый запас по усилению).

Резисторы R105 и R106 нужны для снижения входного сопротивления, чтобы если высоковольтные входы не используются, то помехи на эти входы не наводились сверх меры.

Я не сторонник колоночных входов – это самое низкое качество звучания – и никогда их не использую. Но для универсальности я их включил в схему. Кому не нужно – можно не использовать, тогда лучше вообще исключить R103 – R106, С103, С104. Или же исключив R105, R106, а R103, R104 сделав равными R101, R102, можно получить 2 пары линейных входов. Например одна пара для ресивера домашнего кинотеатра, а другая – для музыкального стереоусилителя.

Конденсатор С105 совместно с резистором R107 образуют фильтр низких частот (ФНЧ) 1-го порядка, обрезающий частоты выше 400 Гц. Он обеспечивает начальную фильтрацию сигнала, “отрезая” все “несабовские” частоты. Для других значений R107, емкость конденсатора вычисляется по приведенной формуле. Частоту среза можно снизить, увеличив емкость конденсатора. Но увлекаться этим не стОит – все равно есть еще один фильтр. Емкость при этом увеличиваем не более чем в 2 раза (тем самым частота снижается вдвое), если частоту среза снизить еще, станет заметно влияние фильтра на сигнал (сдвиг фазы).

Входные конденсаторы С101-С104 обрезают частоты ниже 3,5 Гц. Это вполне безобидное значение, и влияние конденсаторов на сигнал незаметно. Увеличивать их емкость нет особого смысла, а вот уменьшить при желании можно, но не более чем в два раза – ведь мы хотим сделать хороший сабвуфер, играющий от 15…20 Гц, поэтому с обрезанием низких нужно быть осторожным – еще нарежемся!

Что делать, если у источника (например ресивера) есть специальный выход на сабвуфер? Элементарно – подключаем его к одному из каналов линейного входа. А лишние детали можно не впаивать!

Следующий блок: фильтр инфранизких частот (ИНЧ) – сабсоник.

Это фильтр 2-го порядка. Он не всем нравится – есть ряд высказываний, что он “звучит” хуже, чем фильтр 1-го порядка. Я с таким мнением категорически не согласен! Вот мои аргументы (не строго сформулированные, для “широкого круга”):Фильтр настроен на частоту 10…15 Гц, которую мы наверняка не слышим, что там может “не звучать”? А на более высоких (20-30 Гц) он уже и не влияет.Частота среза фильтра ниже рабочей частоты динамика, поэтому снижение качества звучания динамика на нерабочих частотах перекрывает “вред” фильтра. На самом деле все наоборот – фильтр обрезает именно те самые частоты, на которых качество звучания динамика плохое.У нас в схеме стоИт корректор Линквица, который “задирает” низкие частоты, поэтому фильтр 1-го порядка всего лишь скомпенсирует этот подъем на НЧ, т.е. “вернет все на исходную”. И только 2-й порядок (и выше) способен создать спад АЧХ на инфранизких частотах.Хорошо бы снизить не только АЧХ по напряжению на динамике, но и снизить смещение диффузора динамика на нерабочих частотах. А смещение имеет такое свойство, что при линейной АЧХ по напряжению, оно (смещение) растет пропорционально уменьшению частоты. Так что, для того, чтобы уменьшать смещение, нужно повышать порядок фильтра.

Посчитаем его. Итак, увеличиваем порядок сабсоника и наблюдаем за результатом:

1. Компенсирует подъем, вызванный корректором Линквица и выравнивает АЧХ по напряжению. Ход диффузора растет пропорционально снижению частоты.
2. Создает спад АЧХ на низких. Величина хода диффузора от частоты не зависит, но может вызвать перегрузку динамика по линейному ходу.
3. Спад электрической АЧХ на низких составляет 12 дБ/октава (с учетом корректора Л.). Ход диффузора уменьшается пропорционально частоте в нерабочем диапазоне частот.

Итак, какой порядок лучше всего? Выходит 3-й?! А у нас только второй. Но это тоже неплохо, потому что есть блок, в котором мы еще слегка пофильтруем, и получится то что надо. А на самых низких еще и входные конденсаторы (С101-С104) помогут.

Почему на схеме нет номиналов? А они получаются из электронной таблицы расчета корректора Линквица !

Если по файлу расчета счтать трудно, то можно воспользоваться упрощенным методом. Он упрощен в том, что добротность фильтра фиксирована Q=0,7. Это фильтр Баттерворта. Его рассчитать просто:

1. Задаемся частотй среза фильтра – это самая низкая частота, которую должен воспроизводить сабвуфер (точнее, к сабу будет подводиться сигнал начиная с этой частоты, а сыграет ее саб, или нет – это его проблемы).

2. Задаемся емкостью конденсаторов, емкость выбираем из таких значений: С201 = С202 = 0,22 мкФ или 0,33 мкФ или 0,47 мкФ или 0,68 мкФ.

3. По графику зная частоту и емкость находим значение сопртивления резистора R201

4. R202 = 2 * R201 (т.е. R202 в два раза больше, чем R201).

Емкость лучше выбирать такой, чтобы оба сопротивления (R201 и R202) лежали в диапазоне 20…80 кОм.

Третий по счету – регулятор уровня.

Ну, это элементарный повторитель. Несколько “хитростей”:Резистор R401 не дает установить регулятором нулевую громкость (пределы регулировки уровня 45…50 раз в зависимости от разброса сопротивлений). Это сделано намеренно – кому нужна нулевая громкость? Тогда уж проще выключить. Зато никогда не покажется, что “саб не работает” от установки этого регулятора “в ноль”.Резистор R402 нужен для того, чтобы при отсутствии потенциометра Р401 вход ОУ ОР2.1 не “висел в воздухе” (при этом его потенциал неопределен, и все окрестные помехи слетаются как мухи на мед). То же самое может произойти при случайном пропадании контакта движка потенциометра Р401 с дорожкой. Поэтому исключать R402 нельзя (если в каком-то устройстве при вращении ручки громкости вы слышыте противный треск в колонках, будьте уверены – такого резистора в той схеме нет!).С401 – это тот самый дополнительный порядок сабсоника, о котором я говорил. Его частота среза должна быть раза в 2…3 ниже частоты основного сабсоника. Таким образом достигается компромисс между низким порядком (и приемлимым сдвигом фазы) и качественной фильтрацией. При номиналах, указанных на схеме, частота его среза около 5 Гц.

Итак, кроме штатного ИНЧ фильтра у нас еще два дополнительных бастиона входные конденсаторы, и С401. В чем разница? А в том, что полной уверенности во входных конденсаторах нет – их работа зависит от той цепи, к которой они подключены. А кто его знает, то будет там на выходе источника сигнала? Поэтому-то я и сделал их частоту такой низкой – чтобы они ни при каких обстоятельствах не повлияли на работу системы. А вот С401 находится внутри, все чужие влияния нам известны, и мы можем с уверенностью использовать его для фильтрации. Или не использовать, если вас пугают высокие порядки фильтра. Для себя я его еще не считал, поэтому задал самое “безопасное” значение.

Дальше идет, собственно, сам корректор.

О нем писать практически нечего – почитайте о том, как правильно, точно и просто рассчитать корректор: Расчет корректора Линквица (Linkwitz transform) и статью Применение корректора Линквица для усиления басов, где рассказывается о корректоре Линквитца, зачем он нужен, как работает и как его правильно использовать. Заодно произведете его расчет, и все значения резисторов и конденсаторов станут известны.Нумерация элементов на схеме совпадает с нумерацией в файле расчета, поэтому никаких номиналов я не указываю – у каждого они будут свои.Особо нужно сказать только о конденсаторе Сх. Он не входит в сам корректор, а служит для улучшения устойчивости цепи, являясь опять-таки фильтром НЧ (т.е. НЧ он как раз пропускает, обрезая высокие где-то на уровне 3 кГц). Его исключать из схемы я очень не рекомендую даже в случае применения хорошего качественного ОУ – от него кроме пользы, никакого другого вреда нет.Если кто будет повторять такой фильтр для обычных колонок (чтобы расширить их диапазон вниз), то емкость нужно уменьшить раз в 8 от значения, вычисленного по формуле.Поскольку значение Сх зависит от сопротивления R301, то управляя последним, можно получить нужное значение Сх. Для чего нужное? С одной стороны, Сх не должно быть меньше 47 пФ – иначе оно станет соизмеримым с емкостью монтажа, и не будет влиять на цепь. А вот неизвестно какая емкость монтажа на цепь повлияет, только неизвестно как. С другой стороны, здравый смысл рекомендует ограничить Сх значением не более 2000…3000 пФ.Итак, если получается, что значение Сх, расчитанное по формуле, лежит в пределах 47…3000 пФ, то все в порядке (оптимальный диапазон 100…1000 пФ). Если в заданный диапазон не попадаем, то нужно пересчитать номиналы элементов корректора Линквица так, чтобы Сх оказалось в нужном диапазоне.

Предпоследний блок: ФНЧ-кроссовер, задающий верхнюю границу диапазона воспроизводимых частот.

Это обычный ФНЧ 2-го порядка с характеристикой Бесселя. Частота его среза от 40 до 160 Гц при максимальном и минимальном сопротивлении потенциометра Р501 соответственно. Этот потенциометр должен иметь линейную зависимость сопротивления от угла поворота.Почему выбрана аппроксимация именно по Бесселю? Да, такой фильтр дает самый плавный (наименее крутой) излом АЧХ, зато у него и самая лучшая фазовая характеристика. Частота среза этого фильтра определяет согласование сабвуфера с остальными колонками в системе, так что более плавный спад АЧХ и хорошая ФЧХ очень даже нам на руку.Резистор R503 (как и R402) задает нулевой потенциал по постоянному току на входе ОУ ОР3.1 независимо от того, что там происходит с регулятором Р501.

И, наконец, регулятор фазы.

Я долго выбирал между плавным регулятором и фиксированным, но все же предпочтение отдал последнему. С одной стороны плавный регулятор вроде бы позволяет выставить фазу точь-в-точь, но это только на первый взгляд. У плавного регулятора сдвиг фазы зависит от частоты. На рисунке слева каждая линия соответствует определенному положению ручки регулятора.

И какой же сдвиг фаз получается в каждом ее положении? Например “в зеленом” от 50 до 125 градусов в рабочем диапазоне частот.Таким образом получается, что пытаясь сделать “более точный” плавный регулятор на деле получаем новый головняк – ведь теперь правильно настроить фазу станет еще сложнее – на разных частотах она разная и у сабвуфера, и у регулятора фазы (т.е. в домашних условиях настройка невозможна без специального оборудования, обычной в таких случаях бутылкой не обойдешься!).  То есть к неизвестно какой ФЧХ (по звуковому давлению) сабвуфера прибавится неизвестно какая (но не линейная – это точно) ФЧХ корректора.На самом деле, у плавного регулятора преимущество все же есть: если изначально знать ФЧХ сабвуфера, то можно спроектировать регулятор таким образом, чтобы его ФЧХ компенсировало сабовскую. Тогда получается “два в одном” – и регулятор, и компенсатор!Почему я не привожу здесь такую схему – да потому, что мне неизвестна ФЧХ сабвуфера! А в фиксированном регуляторе фаза сигнала от частоты совершенно не зависит (я имею ввиду только блок регулятора фазы, фильтры-то крутят фазу дружно и весело, и корректор Линквица вместе с ними).

Он устроен очень просто – есть инвертор, и мы снимаем сигнал или с его входа, или с его выхода. Внимание! Правый по схеме вывод переключателя (соединенный с С601) на печатной плате расположен посередине между левыми по схеме выводами. Провода, идущие к переключателю, могут “ловить” помехи, поэтому их желательно делать максимально короткими.Кстати, если предусилитель установлен в сабвуфере близко с усилителем мощности (и намертво к нему подключен), и у мощника вход закрытый (т.е. имеется входной конденсатор), то элементы С601, R603, R604 не нужны.

Конструкция и детали.

Печатная плата устройства приведена в конце статьи. Она выполнена с помощью программы Sprint-Layout v. 4.0, которую легко найти в Интернете. Разводка платы хорошая, но не суперская в плане экономии места.

Желтой линией обозначен провод в изоляции, припаиваемый на плату со стороны печатных проводников.

Я не использовал SMD компонентов, и не старался сильно уплотнить монтаж. Зато она доступна для изготовления начинающим (а зубры для себя и схему сами разработают, и печатку разведут!). Широкие проводники кроме малого сопротивления, имеют также свойство, что не отслаиваются от платы при перегреве. Только паяйте осторожно, чтобы не коротнуть между дорожками мостиком из припоя!

Операционники – в принципе любые сдвоенные ОУ широкого применения зарубежного производства. Их много разных (4558, 4560, 4580 и т.п.), причем совсем не обязательны быстродействующие и высококачественные. Хотя наверняка ОРА2134 будет работать лучше, я не думаю, что разница будет очень заметна. Но себе я планирую именно эту микросхему.

Если какие-то из этих блоков не нужны – можно их и не запаивать, а отсутствующий блок заменить перемычкой на плате.

Иногда спрашивают, почему для подключения потенциометра регулировки частоты среза ФНЧ предусмотрено 4 контакта, если у потенциометра 3 вывода, а поскольку используется сдвоенный потенциометр, то выводов получается 6? Дело в том, что потенциометр включается реостатом, и реально используются только один средний и один крайний выводы у каждого. Итого по два вывода. Для лучшей работы, неиспользуемый крайний вывод переменника подключается к среднему:

Учтите, что на рисунке справа вверху вид на переменник со стороны оси (ручки) управления. Тогда при вращении ручки вправо, частота среза фильтра растет. Провода, идущие к этому потенциометру (точнее, реостату), хорошо бы попарно свить (на рисунке красный с красным а синий с синим) и не делать их длинными – они могут ловить помехи.

Чем питаемся?

Это больной вопрос. Для питания блока нужен двухполярный источник +-12…15 вольт на ток 30-50 мА. Если блок выполнен в виде приставки или какого-то отдельного преда (а в таком виде он тоже возможен), то блок питания можно посмотреть в статье расчет блока питания. Если же предусилитель встраиваем в активный сабвуфер (а в пассивном ему делать нечего), то есть смысл использовать для него источник питания усилителя мощности (нагрузка-то мизерная). Но на этом пути нас могут подстерегать проблемы. Прежде всего измеряем напряжение питания усилителя мощности в режиме покоя (т.е. на вход никакого сигнала не подаем). Если напряжение в каждом плече не превышает 30…35 вольт (ох, вряд ли такое будет – при таком напряжении питания на выходе больше 50…60 Вт не получишь), то все ОК – идем по приведенной выше ссылке и находим там схемы стабилизаторов (на 7815 и 7915, если напряжение питания усилителя мощности не больше 30 вольт, и LM317, LM337 – если не больше 35 вольт; при этом лучше все-таки брать большие корпуса). Разница будет только в том, что рядом с каждой микросхемой нужно будет установить еще по паре конденсаторов на вход точно также, как они установлены на выходе (конденсаторы С1 и С2 например К73-17, С3 и С4 можно использовать обычные керамические):

А вот если напряжение питания мощника больше 35В (а реально 50, и даже 70), то ситуация становится сложнее – если и существуют микросхемы, работающие на таких напряжениях, то они дороги и труднодоступны. В этом случае на помощь приходят транзисторы, которые вполне способны работать с напряжениями до нескольких тысяч вольт! Вот простейший параметрический стабилизатор с усилителем тока:

Схема проста и абсолютно достаточна для питания этого предварительного усилителя. Зато и 100 вольтный источник для нее не проблема! Главное выбирать транзисторы с максимально допустимым напряжением коллектор-эмиттер, равным напряжению питания усилителя мощности (точнее чуть большим). Мощность, рассеиваемая на каждом транзисторе 1,5-3 Вт, поэтому их нужно размещать на небольших радиаторах. Например, подойдут отечественные транзисторы КТ814, КТ815 с буквой “В” при напряжениях до 60 вольт, и с буквой “Г” при напряжении до 80 вольт. Конденсаторы С1, С2 улучшают фильтрацию пульсаций, и на них экономить не стОит. С3, С4 можно исключить, если длина проводов, идущих от источника к предусилителю не более 30 см. Но лучше их не исключать.

Если хочется чего-то лучшего, то обе схемы можно объединить, получив просто обалденный источник:

Первый каскад – уже описанный параметрический стабилизатор с усилителем тока, который питает практически стабильным напряжением около 25 вольт стабилизатор на микросхемах. Здесь электролиты возле транзисторов уже не нужны – те (на самом деле очень даже небольшие) пульсации, которые пройдут через транзисторы, успешно подавятся микросхемами. А “керамика” в обвесе микросхем нужна обязательно. Требования к транзисторам – как и в предыдущей схеме. Только мощность на них выделяется несколько меньше. Но такой источник стОит делать лишь при напряжении питания усилителя мощности порядка 60 вольт и больше.

Монтажную схему блока питания придумайте самостоятельно.

А если сам корректор Линквица не нужен?

А все остальное нужно. Тогда вместо полного корректора, запаиваются несколько резисторов и конденсаторов, и вместо корректора Линквица получается дополнительный фильтр, обрезающий ненужные частоты:

Вот и вся схема! А все остальное остается и прекрасно работает. А вот и вариант печатки (точнее там только немного поменялось расположение деталей):

желтой линией обозначен провод в изоляции, припаиваемый на плату со стороны печатных проводников.

Вариант печатной платы без корректора Линквица.

В настоящее время у меня имеется несколько плат (новой разводки), изготовленных промышленным способом. Как заказать – см. здесь.

10.06.2006

АКТИВНЫЙ ФИЛЬТР НИЗКИХ ЧАСТОТ ДЛЯ САБВУФЕРА

набор NM2115

Предлагаемый набор позволит радиолюбителю собрать простой и надежный активный фильтр низкой частоты для сабвуферного канала. Готовое устройство по сравнению с пассивным фильтром имеет малый уровень собственных шумов, высокий коэффициент полезного дейс­твия, меньшие габаритные размеры, низкое энергопотребление и ши­рокий диапазон питающих напряжений.

Представленный вариант активного фильтра низких частот хоро­шо зарекомендовал себя в работе с мощным автомобильным усилите­лем NM2034 (70 Вт/12 В).

Технические характеристики

Напряжение питания [В]         3—32

Максимальный ток потребления [мА]  6

Частота среза [Гц]        100

Усиление в полосе пропускания [дБ]  6

Затухание вне полосы пропускания [дБ/октаву]          12

Описание работы активного фильтра низких частот

Внешний вид активного фильтра низких частот и его электриче­ская схема показаны на Рис. 1 и Рис. 2.

Рис. 1. Внешний вид активного фильтра низких частот

Рис. 2. Электрическая схема активного фильтра низких частот

Фильтр выполнен на сдвоенном операционном усилителе LM358 (DA1) и представляет собой неинвертируюгций фильтр второго поряд­ка. Светодиод HL1 предназначен для индикации работы, а потенци- Жетром R1 осуществляется регулировка уровня входного сигнала.

 Фильтр необходимо установить между линейным выходом источ­ника сигнала и входом сабвуферного усилителя мощности.

Сборка активного фильтра низких частот

, Перед сборкой активного фильтра низких частот внимательно оз- сомьтесь с приведенными в начале этой книги рекомендациями по вггажу электронных схем. Это поможет избежать порчи печатной платы и отдельных элементов схемы. Перечень элементов набора при­веден в Табл. 1.

Г Перед началом сборки подготовьте проволочные перемычки J1, J2 Длиной 5 мм. Места расположения элементов на плате активного фильтра показаны на Рис. 3. Отформуйте выводы элементов, устано­вите элементы на плату и припаяйте их выводы; при этом установите Мчала малогабаритные, затем все остальные элементы.

После сборки убедитесь в отсутствии ошибок монтажа. Особенно внимательно проверьте правильность установки микросхемы и элект- ШШтических конденсаторов. Для настройки собранного активного ультра надо установить движок переменного резистора R1 в среднее ложение, подать напряжение питания и полезный сигнал и при не- уходимости изменить уровень входного сигнала активного фильтра временным резистором R1.

Таблица 1. Перечень элементов набора NM2115

Позиция	Характеристика	Наименование и/или примечание	Кол-Во
С1.С6	0.47 мкФ, 63 В	Конденсатор, тип К73-17	2
С2. СЗ	0.01 мкФ	Конденсатор. 103 — маркировка	2
СМ	100 мкФ, 16 В	Электролитический конденсатор	1
С5	0.1 мкФ	Конденсатор, 104 — маркировка	1
DA1	LM358	Микросхема, замена LM258	1
HL1	03 мм	Светодиод зеленого свечения	1
R1	100 кОм	Подстроечный резистор	1
R2, R3	47 кОм	Желтый, фиолетовый, оранжевый*
R4, R6, R9	100 кОм	Коричневый, черный, желтый*
R5	68 кОм	Голубой, серый, оранжевый*	1
R7, R8	200 кОм	Красный, черный, желтый*
R10	2 кОм	Красный, черный, красный*	1
	ED350V-02P	Зажим клеммный, 2-контактный
	1)1 Р-8	Колодка под микросхему	1
	BOX-MOl	Корпус	1
Л2115	37×27 мм	Плата печатная	1
* Цветовая маркировка па резисторах.

 

Рис. 3. Расположение элементов на плате активного фильтра

Конструктивно активный фильтр выполнен на печатной плате и Останавливается в корпус BOX-MOl. Геометрия устройства позволяет Монтировать его «в разрыв» сигнального провода. Для удобства под- Гдючения питающего напряжения и сигнальных проводов предусмот­рены парные клеммные винтовые зажимы. Перед установкой платы фильтра в корпус BOX-MOl в его верхней крышке необходимо про- Керлить отверстие 04 мм для светодиода HL1 и сделать выпилы под сигнальные провода и провода питания, а в нижней крышке необходи­мо просверлить отверстие 05 мм для переменного резистора R1.

I Возникающие при сборке проблемы можно обсудить на конферен­ции сайта http://www.mastcrkit.ru, а вопросы можно задать по адресу: [email protected].

Наборы NM2115 и другие наборы из каталога МАСТЕР КИТ мож­но приобрести в магазинах радиодеталей или на радиорынках.