Filtry aktywne na tranzystorach polowych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Audio

 Komentarze do artykułu

W artykule zaproponowano proste filtry aktywne oparte na repeaterach źródłowych. Charakterystyczny dla takich filtrów niski poziom zniekształceń i ich niski poziom pozwalają uzyskać czystość dźwięku nasyconych widmowo sygnałów muzycznych. Dzięki temu mogą z powodzeniem konkurować z filtrami aktywnymi opartymi na wzmacniaczach operacyjnych.

Zaletą węzłów sprzętu audio z tranzystorami polowymi jest niski poziom zniekształceń harmonicznych i intermodulacyjnych wprowadzanych przez nie do wzmacnianych sygnałów. Z tego powodu projektanci coraz częściej wykorzystują te tranzystory w stopniach wyjściowych UMZCH. Jednak we wstępnych kaskadach takie urządzenia są rzadko używane, głównie w projektach amatorskich. I na próżno! Ich zastosowanie pozwala na tworzenie urządzeń prostych w konstrukcji bez ogólnego sprzężenia zwrotnego, tworzących ciepły „lampowy” dźwięk. Współczynnik harmoniczny wzmacniaczy, nawet przy lokalnej ochronie środowiska, nie przekracza 0,1 ... 0,3%, harmoniczne wyższego rzędu są praktycznie nieobecne.

Zalety tranzystorów polowych są szczególnie widoczne w prostych konstrukcjach. To prawda, że ​​\uXNUMXb\uXNUMXbw tym przypadku zauważalna jest ich główna wada - dość duży rozrzut technologiczny własnych parametrów. W rezultacie zwykle wymagane jest indywidualne dopasowanie każdego produktu. Nie stanowi to przeszkody dla radioamatorów, ale urządzenia z najprostszymi obwodami są mało przydatne w masowej produkcji. Jednak i tę okoliczność można wziąć pod uwagę: wystarczy użyć tranzystorów z jednej partii w produkcji na małą skalę dobrze funkcjonującej konstrukcji; w ramach tego samego pakietu rozrzut parametrów nie jest tak duży.

Głównym warunkiem, który został postawiony podczas opracowywania proponowanych filtrów, jest wysoka liniowość dla sygnałów o poziomach do setek miliwoltów w szerokim paśmie częstotliwości przy maksymalnej prostocie urządzenia. W przypadku zastosowania tranzystorów z kanałem p o napięciu odcięcia poniżej -3 V (KPZ0ZG, KPZ0ZE) wymagany tryb pracy przy zasilaniu jednobiegunowym jest osiągany bez polaryzacji bramki. Kondensator izolujący na wejściu kaskady nie jest w tym przypadku konieczny. A to dodatkowo poprawia jakość dźwięku.

Możliwe jest obliczenie modów kaskadowych (rys. 1) dla prądu stałego i współczynnika przenoszenia za pomocą metody aproksymacji liniowej [1]. Metoda ta jest znacznie prostsza i czytelniejsza niż podana w [2] i daje praktycznie takie same wyniki.

Do obliczeń konieczna jest znajomość nachylenia charakterystyki tranzystora S i pożądane jest użycie nie odniesienia, ale wartości rzeczywistej. Jednak bezpośredni pomiar nachylenia w warunkach amatorskich jest trudny. Przybliżenie liniowe umożliwia zastosowanie do wyznaczenia struktury parametrów wygodniejszych do pomiaru: początkowego prądu drenu Iini oraz napięcia odcięcia Utr. Nachylenie charakterystyki w tym przypadku określa wzór:

S = Czy start/My.

Rezystancję rezystora w obwodzie źródłowym Ri można w przybliżeniu dobrać ze stosunku Ri = (3...6)/S. Napięcie wyjściowe kaskady z drenu VT1 można w przybliżeniu określić ze stosunku Uout \u1d UBXSRC / (1 + SRi), a napięcie sygnału u źródła - zgodnie ze wzorem Uout \u1d UBXSRi / (3 + SRi) , gdzie S jest nachyleniem tranzystora; R i RC - rezystancje w obwodach źródła i drenu (na ryc. 2 - odpowiednio RXNUMX i RXNUMX).

Najprostszą konstrukcją jest filtr górnoprzepustowy drugiego rzędu oparty na wtórniku źródłowym (rys. 2). Wady tego filtra związane są z jego małym wzmocnieniem. Parametr ten zależy od stromości charakterystyki i dla zwykłych tranzystorów polowych małej mocy o S = 3...7 mA/V będzie wynosił 0,8...0,85. W związku z tym obliczone (dla jednostkowego współczynnika transmisji) wartości elementów zadających częstotliwość należy skorygować lub zastosować do obliczeń wzory uwzględniające rzeczywisty współczynnik transmisji [3].

Tak więc, przy ocenach części wskazanych na schemacie, obliczona częstotliwość odcięcia wynosi 72 Hz, a rzeczywista to 85 ... 90 Hz. Chociaż stosunek R2/R1 - 2 odpowiada filtrowi Butterwortha, częstotliwość odcięcia jest nieco wyższa niż obliczona, a przegięcie odpowiedzi częstotliwościowej jest płynniejsze. Aby zwiększyć stromość odpowiedzi częstotliwościowej w obszarze przegięcia, rezystancja R1 musi zostać zmniejszona tak, aby stosunek R2/R1 wynosił 3...10. Częstotliwość odcięcia można przesunąć proporcjonalnie zmieniając rezystancję rezystorów R1, R2 lub pojemność kondensatorów C1, C2.

Sygnał na wyjściu takiego filtra jest osłabiony o 2 ... 2,5 dB, a przeciążalność kaskady jest niska. W takich warunkach maksymalne niezniekształcone napięcie wyjściowe nie przekroczy 500 mV. Aby przezwyciężyć te niedociągnięcia, można zastosować połączony stopień ze wspólnym źródłem i wspólnym kolektorem (ryc. 3), ale sygnał na wyjściu takiego filtra zostanie odwrócony.

Zastosowanie wtórnika emitera na wyjściu filtra zmniejszyło impedancję wyjściową do około 50 omów i znacznie poprawiło możliwości napędu. Przy wartościach elementów wskazanych na schemacie częstotliwość odcięcia wynosi około 80 Hz. Wzmocnienie (2 ... 3 dB) zależy od charakterystyki zastosowanego tranzystora polowego i rezystancji rezystora R3. Założenie sprowadza się do wybrania takiej wartości, aby napięcie na emiterze tranzystora VT2 było w przybliżeniu równe połowie napięcia zasilania. Jeśli masz oscyloskop, lepiej wybrać dokładną wartość rezystancji na podstawie symetrii limitu sygnału wyjściowego. Jeśli chodzi o obliczanie częstotliwości odcięcia i typu filtra, powyższe rozważania są ważne. Aby symulować filtry, wygodnie jest użyć programu Microcap.

Aby jeszcze bardziej zwiększyć nachylenie charakterystyki częstotliwościowej, można zastosować dwuogniwowy obwód sprzężenia zwrotnego. na ryc. 4 przedstawia schemat filtra pułapkowego dla częstotliwości podczerwonych o Fcp = 25 Hz, a na ryc. 5 - jego pasmo przenoszenia.

Na podstawie rozważanej struktury można również wykonać filtr środkowoprzepustowy, który jest niezbędny przy tworzeniu systemów ze wzmocnieniem wielopasmowym. Schemat takiego filtra pokazano na ryc. 6.

Pomiędzy kaskadami podłączony jest przestrajalny pasywny filtr dolnoprzepustowy R5C3 pierwszego rzędu. Takie uproszczenie konstrukcji filtra stało się możliwe, ponieważ odpowiedź częstotliwościowa niskotonowych głowic dynamicznych w obszarze wysokich częstotliwości ma już spadek iw większości przypadków pozostaje tylko dopasować do niej pasmo przenoszenia wzmacniacza. Charakterystykę częstotliwościową filtra w skrajnych położeniach regulatora pokazano na ryc. 7.

Ustanowienie filtra jest podobne do opcji filtrowania omówionych już w artykule. Należy pamiętać, że górna granica strojenia pasma jest określona przez rezystancję wyjściową stopnia FET, a to z kolei przez rezystancję rezystora R4.

Przykład łącznego zastosowania opisanych filtrów pokazano na ryc. 8. Jest to blok do tworzenia pasm LF i MF-HF lewego i prawego kanału stereo, a także całkowitego (mono) sygnału dla subwoofera. Separacja pasm MF i HF realizowana jest przez filtry pasywne na wyjściu wzmacniacza. Obwody filtrów kanałów są identyczne z tymi omówionymi wcześniej, dlatego skupimy się tylko na filtrze, który wybiera sygnał o niskiej częstotliwości dla subwoofera.

Pierwszy stopień to sumator na dwóch tranzystorach polowych o łącznym obciążeniu R18 podobnym do opisanego w [4]. Główne filtrowanie odbywa się za pomocą aktywnego filtra dolnoprzepustowego drugiego rzędu, wykonanego na obserwatorze emitera VT7. Częstotliwość odcięcia można regulować w zakresie od 40 do 160 Hz za pomocą podwójnego rezystora zmiennego (R20.1, R20.2). Kondensator C8 wraz z impedancją wyjściową pierwszego stopnia tworzy filtr dolnoprzepustowy pierwszego rzędu o częstotliwości odcięcia około 180 Hz. To prawie nie wpływa na przebieg odpowiedzi częstotliwościowej w paśmie przepustowym, ale poprawia tłumienie składowych pozapasmowych.

W zależności od umiejscowienia subwoofera względem głośników lewego i prawego kanału oraz słuchacza przesunięcie fazowe sygnałów w miejscu odsłuchu może zniekształcić obraz dźwiękowy (efekt „rozmycia” lub „opóźnienia” basów). Aby skorygować przesunięcie fazowe w kanale subwoofera, wprowadzono regulator ze wzmacniaczem operacyjnym DA1. W obwodzie mocy zainstalowany jest filtr diodowo-kondensatorowy VD1C11.

Poniższy projekt jest specjalnie zaprojektowany do samochodowego systemu audio. Faktem jest, że dość zauważalny rezonans wnętrza, objawiający się charakterystycznym „buczeniem” na basowych dźwiękach, denerwuje wybrednych audiofilów na kółkach. Pomiary odpowiedzi częstotliwościowej wykazują „garb” od 120 do 160 dB przy częstotliwościach 3 ... 8 Hz! Aby skorygować pasmo przenoszenia w tym przypadku, wygodnie jest użyć filtra wycinającego zamiast korektora. Schemat takiego aktywnego filtra dla jednego kanału pokazano na ryc. 9 [5].

Pierwszy stopień to wzmacniacz z dzielonym obciążeniem. Jego zadaniem jest wytworzenie napięć przeciwfazowych do zasilania zespołu filtrującego C2C3R4R5. W prawym położeniu przełącznika kluczykowego SA1 zgodnie ze schematem tworzy się odwrócony mostek Wiena z tłumieniem około 3 dB. W lewym położeniu przełącznika do filtra podawane są napięcia przeciwfazowe i tłumienie przy częstotliwości strojenia wzrasta do 5...6 dB. Dokładna wartość tłumienia zależy od transkonduktancji tranzystora i stosunku rezystancji rezystorów R2 i R3. Jeśli je wyrównamy, tłumienie będzie maksymalne (do 8 dB), ale sygnał wyjściowy będzie tłumiony względem wejścia nv 3...4 dB. Diagram przedstawia optymalny wariant nominałów.

Ponieważ impedancja wejściowa urządzenia jest bardzo wysoka, lepiej jest zainstalować filtr w pobliżu źródła sygnału, aby uniknąć zakłóceń wejściowych. Impedancja wyjściowa filtra wynosi około 50 omów, czyli znacznie mniej niż w przypadku większości radioodtwarzaczy. Eliminuje to wpływ pojemności kabla przyłączeniowego, dzięki czemu filtr spełnia jednocześnie funkcje urządzenia dopasowującego. Obudowa musi być metalowa, inaczej trzeba będzie ją wyposażyć w ekran z folii miedzianej i podłączyć do wspólnego przewodu.

Pasmo przenoszenia filtra (patrz rys. 9) pokazano na ryc. 10.

Jak widać, nie jest to już tylko filtr, ale prawdziwy „korektor nastroju”. Urządzenie o tej nazwie i bardzo podobnej charakterystyce częstotliwościowej stosowane jest w „topowych” modelach wzmacniaczy Mcintosha, jednak układ jest tam bardziej skomplikowany…

Oprócz urządzeń wskazanych na schematach można zastosować tranzystory KPZ0ZV-KPZ0ZZh, KT3102 (z dowolnym indeksem literowym) lub inne konstrukcje npn o h21e> 50. W kontrolerze fazy można zastosować dowolny skorygowany wzmacniacz operacyjny. dla zysku jedności. Kondensatory tlenkowe muszą mieć napięcie robocze co najmniej 16 V. Wybór innych części nie jest krytyczny.

literatura

1. Mezhlumyan A. O obliczaniu kroków na tranzystorze polowym. - Radio, 2000, nr 6, s. 46-48.
2. Shkritek P. Przewodnik referencyjny po obwodach dźwiękowych - M .: Mir, 1991, s. 74-79.
3. Titze U., Shenk K. Sztuka obwodów elektrycznych. - M.: Mir, 1982.
4. Vasiliev VA Zagraniczne projekty krótkofalarstwa. - M.: Radio i łączność, 1982.
5. Shikhatov A. Garbaty grób naprawi ... - „Mistrz 12 woltów”, nr 35 (sierpień 2001).

Autor: A. Shikhatov, Moskwa

Zobacz inne artykuły Sekcja Audio.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Zagrożenie śmieciami kosmicznymi dla ziemskiego pola magnetycznego 01.05.2024

Coraz częściej słyszymy o wzroście ilości śmieci kosmicznych otaczających naszą planetę. Jednak do tego problemu przyczyniają się nie tylko aktywne satelity i statki kosmiczne, ale także pozostałości po starych misjach. Rosnąca liczba satelitów wystrzeliwanych przez firmy takie jak SpaceX stwarza nie tylko szanse dla rozwoju Internetu, ale także poważne zagrożenia dla bezpieczeństwa kosmicznego. Eksperci zwracają obecnie uwagę na potencjalne konsekwencje dla ziemskiego pola magnetycznego. Dr Jonathan McDowell z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics podkreśla, że ​​firmy szybko wdrażają konstelacje satelitów, a liczba satelitów może wzrosnąć do 100 000 w następnej dekadzie. Szybki rozwój tych kosmicznych armad satelitów może prowadzić do skażenia środowiska plazmowego Ziemi niebezpiecznymi śmieciami i zagrożenia dla stabilności magnetosfery. Metalowe odłamki ze zużytych rakiet mogą zakłócać jonosferę i magnetosferę. Oba te systemy odgrywają kluczową rolę w ochronie i utrzymaniu atmosfery ... >>

Zestalanie substancji sypkich 30.04.2024

W świecie nauki istnieje wiele tajemnic, a jedną z nich jest dziwne zachowanie materiałów sypkich. Mogą zachowywać się jak ciało stałe, ale nagle zamieniają się w płynącą ciecz. Zjawisko to przyciągnęło uwagę wielu badaczy i być może w końcu jesteśmy coraz bliżej rozwiązania tej zagadki. Wyobraź sobie piasek w klepsydrze. Zwykle przepływa swobodnie, ale w niektórych przypadkach jego cząsteczki zaczynają się zatykać, zamieniając się z cieczy w ciało stałe. To przejście ma ważne implikacje dla wielu dziedzin, od produkcji leków po budownictwo. Naukowcy z USA podjęli próbę opisania tego zjawiska i zbliżenia się do jego zrozumienia. W badaniu naukowcy przeprowadzili symulacje w laboratorium, wykorzystując dane z worków z kulkami polistyrenowymi. Odkryli, że wibracje w tych zbiorach mają określone częstotliwości, co oznacza, że ​​tylko określone rodzaje wibracji mogą przemieszczać się przez materiał. Otrzymane ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Usługa rozpoznawania ludzkiego strachu 14.08.2019 Amazon powiedział, że jego usługa głębokiego uczenia Rekognition nauczyła się wykrywać wyrazy strachu na twarzach ludzi. Jest to ósmy typ emocji kontrolowany przez system, obok szczęścia, smutku, gniewu, zaskoczenia, wstrętu, spokoju i zagubienia. Ponadto Amazon twierdzi, że poprawił dokładność określania wieku, dzięki czemu węższe przedziały wiekowe są teraz dostępne dla użytkowników dla większości kategorii wiekowych. Wiadomość, że Rekognition nauczyło się rozpoznawać strach, wywołała publiczne oburzenie, zwłaszcza że Amazon współpracuje z organami ścigania i agencjami wywiadowczymi. Według niektórych doniesień firma zamierza zawalczyć o kontrakt z amerykańską Służbą Graniczną i Celną (jedną z najbardziej kontrowersyjnych obecnie agencji), która planuje stworzyć nowy system bezpieczeństwa oparty na technologii rozpoznawania twarzy. Organizacje praw obywatelskich i wielu gigantów technologicznych wezwało Amazon do zaprzestania sprzedaży technologii rozpoznawania twarzy organom ścigania, a w szczególności Rekognition, ale inwestorzy firmy nie zgodzili się na tę propozycję. Ostatecznie obawy budzi także niedoskonałość technologii rozpoznawania twarzy, która popełnia wiele błędów, co potwierdza przeprowadzone w ubiegłym roku badanie Amerykańskiej Unii Swobód Obywatelskich (ACLU).

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Smak wody

▪ Tworzenie nowych roślin bez wstawiania DNA

▪ Symulator rozwoju opon

▪ Mobilne chipy DRAM Samsung 20 nm

▪ NCP4589 Kontroler LDO z automatycznym oszczędzaniem energii

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja strony Instrukcje użytkowania. Wybór artykułu

▪ artykuł Literatura rosyjska XIX wieku w skrócie. Kołyska

▪ artykuł Czym różnił się bóg wojny Ares od bogini wojny Ateny? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Komunikacyjny asembler-liniowiec. Opis pracy

▪ artykuł Klasyfikacja silników elektrycznych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Wymiana modułu IGBT w spawarce. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

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

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024