Разделительные LC-фильтры в многополосных УМЗЧ

Журнал "Радио", номер 8, 1999г.
Автор: Н. Бойко, г. Воронеж

    Известно, что многополосные усилители существенно повышают качество звучания звуковоспроизводящей аппаратуры. Для разделения частот в усилителях ЗЧ чаще всего применяют RC-фильтры или сложные активные фильтры. По мнению автора, в схемотехническом отношении, особенно при формировании нескольких частотных полос, гораздо проще использовать LC-фильтры. Вариант усилителя ЗЧ, в котором применен именно такой фильтр, описан в публикуемой ниже статье.

    Схема включения LC-фильтра в усилительный тракт показана на рис. 1. В состав фильтра входят индуктивность катушки Lф, емкость конденсатора Сф, выходное сопротивление каскада на транзисторе VT1 и входное сопротивление каскада на транзисторах VT2, VT3. Обеспечиваемая таким фильтром частота разделения полос совпадает с резонансной частотой контура

    Для эффективного разделения частот важно, чтобы добротность контура имела довольно заметную величину, например, была бы не менее 5. Для соблюдения этого условия каскады на транзисторах VT2, VT3 выполнены по схеме с общей базой, обеспечивающей низкое входное сопротивление Rвх. Естественно, что сам фильтр не должен иметь выраженного резонанса. Необходимое для этого затухание вносится в него со стороны каскада на транзисторе VT1, выходное сопротивление Rвых которого примерно равно сопротивлению резистора R3. Величина выходного сопротивления выбирается в зависимости от акустического оформления головок громкоговорителя.

    Предположим, что в процессе воспроизведения звукового сигнала обеспечивается сложение звуковой мощности различных частотных каналов. Это может происходить в том случае, если воспроизводящие различные частоты головки громкоговорителей разнесены в пространстве и оси их излучения развернуты по отношению друг к другу на угол, близкий к 90°. Тогда, как следует из теории расчета разделительных фильтров, для выравнивания зависимости суммарной мощности от частоты выходное сопротивление Rвых должно быть равно: - характеристическое сопротивление контура LфСф.

    Можно обеспечить и сложение амплитуд звуковых колебаний, например, расположив воспроизводящие различные частоты звуковые головки рядом друг с другом на одной отражательной доске. Причем головки следует включить противофазно, так как на частоте разделения fo токи, протекающие через катушку индуктивностью Lф и конденсатор емкостью Сф, сдвинуты по фазе на 180°. Выравнивание суммарной АЧХ обеспечивается в этом случае при выходном сопротивлении Rвых=0,5p.

    На рис. 2 приведены логарифмические АЧХ каналов фильтра. Как видно из рисунка, крутизна спадов АЧХ вне полос пропускания достигает -40 дБ/дек, то есть имеет такую же величину, как крутизна спадов двухзвенного RC-фильтра. Влияние входного сопротивления каскадов на транзисторах VT2, VT3, Rвх, а также активного сопротивления (rL) катушки индуктивности Lф вызывает уменьшение крутизны спадов на некотором удалении от частоты разделения fо до -20 дБ/дек.

    По мнению автора, желательно чтобы протяженности участков спада АЧХ, имеющих крутизну -40 дБ/дек, составляли не менее 10...15 дБ по оси коэффициентов передачи Uвых/Uвх. При этом основная звуковая мощность будет разделена между частотными каналами и ход дальнейшего спада АЧХ менее значим. Требуемая форма АЧХ достигается при добротности контура LфСфQ=p/(2Rвх+rL)>5, как и указывалось в начале статьи.

    Настроить разделительный фильтр можно с помощью звукового генератора и вольтметра переменного тока. Перед настройкой на место резистора R3 следует установить резистор, сопротивление которого было бы больше характеристического сопротивления контура p. В процессе настройки необходимо следить за тем, чтобы на транзисторе VT1 было достаточное для его нормальной работы напряжение питания. Теперь подав на вход транзистора VT1 напряжение от звукового генератора и измеряя с помощью вольтметра напряжение на его коллекторе, убеждаются в том, что добротность колебательного контура больше 5, затем определяют частоту резонанса, то есть частоту разделения fo, и при необходимости подбирают емкость конденсатора Сф. После этого по величинам fo и Сф вычисляют характеристическое сопротивление p контура и рассчитывают необходимое выходное сопротивление Rвых первого каскада. В заключение на место резистора R3 впаивают резистор сопротивлением, равным рассчитанному значению Rвых.

    На первый взгляд может показаться, что практически создать LC-фильтр можно только с достаточно высокой частотой разделения, так как нужна катушка с высокой индуктивностью и малыми потерями. Это, однако, не так. Поясним данную ситуацию примером.

    Автором был собран четырехполосный усилитель с подобными фильтрами (рис. 3).

    Вся полоса звуковых частот вначале разделяется на частоте 850 Гц с помощью фильтра L1C4. Затем частоты ниже 850 Гц делятся фильтром L3C8 на частоте 220 Гц, а частоты выше 850 Гц - фильтром L2C7 на частоте 3,2 кГц.

    Для катушек индуктивности необходимы магнитопроводы с подходящими магнитными свойствами и возможно большим отношением площади сечения магнитопровода к длине силовой линии. Этим требованиям отвечают ферритовые кольца небольшого диаметра, причем при необходимости магнитопровод можно составить из нескольких колец. Все катушки намотаны проводом ПЭВ-2 0,12. В качестве магнитопровода использовались кольца К12x5x5,5 из феррита 1000 НН. Катушка L1 намотана на двух склеенных друг с другом кольцах и содержит 520 витков, L2 - на одном кольце и содержит 400 витков, а L3 - на четырех кольцах и состоит из 520 витков.

    Катушка индуктивности самого низкочастотного фильтра L3 изготавливалась следующим образом. Ферритовые кольца автор склеивал между собой так, чтобы получились два равных по высоте цилиндра, соприкасающихся по образующей линии. Внутреннюю поверхность колец изолировал бумагой. Намотку производил жгутом из десяти проводов, которые затем распаивал в единую обмотку. Все спайки для изоляции и фиксации взаимного положения при этом зажимались между двумя полосками клеящей ленты.

    В фильтрах применены конденсаторы КМ, КЛС. Для резисторов и конденсаторов, подбираемых при настройке, в печатной плате предусмотрены установочные места для двух деталей.

    Наводкам со стороны сетевого трансформатора незначительно подвержена катушка L3. Ее место установки и ориентацию пришлось подобрать по минимуму наводок.

    Устройство нормально работало при напряжении сигнала 0,1 В. Признаков нелинейных искажений вследствие насыщения магнитопроводов катушек индуктивности не наблюдалось. В заключение несколько слов о всей звуковоспроизводящей системе. В качестве источника фонограммы был использован электропроигрыватель "Вега-206 стерео". В четырехполосном усилителе применены усилители мощности от электрофона "Аккорд-стерео", а в громкоговорителях - разнесенные в пространстве динамические головки 4ГД-28, 10ГД-35, 10ГД-36 в различном акустическом оформлении. Звучание установки отличалось высокой чистотой и "прозрачностью".

    От редакции. Конденсаторы в разделительных фильтрах желательно установить металлопленочные, например, К73-16 или К73-17, поскольку керамические конденсаторы при необходимых значениях емкости имеют слишком большой ТКЕ.







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.