повторитель не меняет фазы входного сигнала, то пассивное RC звено включают в цепь ПОС. Этим частично компенсируют потери сигнала и повышают крутизну спада АЧХ всего фильтра.

Сопротивление резисторов и емкость конденсаторов в активных фильтрах сравнительно небольшие даже на очень низких частотах, вследствие чего конструкция активных фильтров получается компактной. Фильтр верхних частот на ОУ К153УД2 имеет следующие основные технические характеристики: Входное напряжение:

номинальное........... 0,2 В

максимальное.......... 8В

Выходное напряжение:

номинальное........... 0,19 В

максимальное.......... 7,6 В

Коэффициент передачи в полосе пропускания . . 0,95 Перегрузочная способность, не менее . . . . 32 дБ

Частота среза...........40 и 100 Гц

Крутизна спада АЧХ.........6 и 12 дБ на октаву

Коэффициент гармоник, не более...... 0,07%

Отношение сигнал-шум (невзвешенное) . . . . 66 дБ

Напряжение питания.........±15В

Ток потребления . . . . ,..... 10 мА

На рис. 37 приведена схема этого ФВЧ. Он состоит из последовательно соединенных пассивного RC ФВЧ на основе Г-образного звена C2R2 и собственно активного C3C4R3R4DA1 ФВЧ второго порядка. Такой фильтр (или фильтр Баттерворта) обладает максимально плоской АЧХ в пределах полосы пропускания.

При нажатии на кнопку SB1 включается пассивный RC фильтр C2R2R4 с частотой среза около 100 Гц, имеющий крутизну спада 6 дБ на октаву. Нажатие на кнопку SB2 приводит к включению активного ФВЧ. Точный расчет такого фильтра сложен, но при некоторых допущениях расчет упрощается. Например, принимая СЗ=С4 = С, R3=R4/2, R4 можно приближенно определить по формуле:

R4 = 0,707/(пр С).

В данном случае фильтр имеет частоту среза около 40 Гц. Крутизна спада его АЧХ 12 дБ на октаву. При нажатии на обе кнопки включаются пассивный и активный фильтры, при этом ниже частоты 20 Гц наклон АЧХ увеличивается до 18 дБ на октаву.

Рис. 37. Принципиальная схема высокочастотного фильтра на ОУ К153УД2

Для монтажа фильтра использована унифицированная плата. Переключатели SB1 и SB2 могут быть любого типа на два положения, например П2К Номиналы конденсаторов и резисторов, входящие в фильтр, должны иметь точность 2%. Вместо микросхемы К.153УД2 можно использовать любые ОУ с соответствующими цепями коррекции, например, К153УД1, К140УД7, К140УД8.

Для проверки работы фильтра необходим стабилизированный двухполяр-ный источник питания напряжением ±15 В и током не менее 10 мА. При использовании в фильтре элементов с точностью не хуже 2% настройка не требуется. Если такие детали подобрать не удалось, поступают следующим образом. Вначале, пользуясь рекомендациями по настройке полосового фильтра, настраивают пассивный RC фильтр C2R2R4 (кнопка SB1 нажата). Затем, отключив пассивный RC фильтр, включают активный. Подбирая конденсаторы СЗ и С4, добиваются, чтобы напряжение на выходе фильтра на частоте среза (fcp = 40 Гц) составляло 0,7 ивх. На этом настройка заканчивается.

Фильтр нижних частот на ОУ К153УД2 (рис. 38). Он имеет следующие основные технические характеристики:

Входное напряжение:

номинальное.............. 0,2 В

максимальное.......... 8В

Выходное напряжение:

номинальное...........0,19 В

максимальное..........7,6 В

Коэффициент передачи в полосе пропускания . . 0,95

Перегрузочная способность, не менее .... 32 дБ

Частота среза........... 10 и 20 кГц

Крутизна спада АЧХ.........6 и 12 дБ на октаву

Коэффициент гармоник, не более...... 0,07%

Отношение сигнал-шум (невзвешенное) .... 66 дБ

Напряжение питания.........±15 В

Ток потребления.......... 10 мА

MS 8

Рис. 38. Принципиальная схема низкочастотного фильтра на ОУ К153УД2

Если поменять местами резисторы и конденсаторы, то ФВЧ (см. рис. 37) преобразуется в ФНЧ (рис. 38). Элементы R2, С2, С4 образуют пассивный ФНЧ с крутизной спада АЧХ 6 дБ на октаву и частотой среза около 10 кГц, а элементы R3, R4, СЗ, С4, DA1 входят в активный ФНЧ с наклоном спада АЧХ 12 дБ на октаву и частотой среза около 20 кГц. Упрощенный расчет активного фильтра можно-произвести, принимая R3=R4=R и СЗ=2С4; емкость! конденсатора С4 определяют по формуле: С4 = 0,707/(2п.

Одновременное включение активного и пассивного фильтров обеспечивает на частотах выше 20 кГц крутизну спада АЧХ фильтра 18 дБ на октаву.

Конструкция и детали в ФНЧ такие же, как и в ФВЧ на ОУ К153УД2. Фильтр налаживают в такой же последовательности, что и предыдущий фильтр. Частоты среза устанавливают, подбирая резисторы R2 - R4.

РЕГУЛЯТОРЫ ГРОМКОСТИ, БАЛАНСА И РЕЖИМА «ИНТИМ»

Регуляторы громкости являются неотъемлемой частью любого звуковоспроизводящего устройства и предназначены для регулирования уровня звучания акустических систем при воспроизведении звуковых сигналов. Для стереофонических систем обязательным является также регулятор стереобаланса, который служит для плавного изменения соотношения уровней звучания правого и левого каналов, позволяя перемещать в пространстве стереозону. Нередко в современных звуковоспроизводящих устройствах также используют режим «Интим» или « - 20 дБ», снижающий уровень сигнала скачком в 10 раз что создает большие эксплуатационные удобства (при разговоре по телефону, контрольном прослушивании, выборе музыкальных программ и т. п.).

Известно, что из-за особенностей органов слуха человека при уменьшении уровня громкости наблюдается ухудшение восприятия низших и высших звуковых частот. Поэтому обычно применяют тонкомпенсированные регуляторы громкости, которые одновременно с уменьшением или увеличением громкости изменяют АЧХ усилительного устройства таким образом, чтобы она соответст-; вовала широко известным кривым равной громкости [8]. Стандартизированные кривые равной громкости приводятся в рекомендациях Международной организации стандартизации (ИСО).

Схемные решения регуляторов громкости и баланса базируются на резне-тивных делителях напряжения, в качестве которых используют переменные или I постоянные резисторы. К переменным резисторам предъявляют следующие тре-: бования: близость к нулю минимального регулируемого сопротивления; плавное, (без скачков) изменение сопротивления при перемещении движка резисторов с функциональной зависимостью,

подчиняющейся показательному закону (группа В); отсутствие шумов и щелчков; идентичность изменения сопротивлений при их регулировании (для сдвоенных регуляторов в стереофонических системах). Пределы плавного регулирования громкости определяются диапазоном плавного изменения сопротивления используемых переменных резисторов. Применяемые в УЗЧ резисторы СПЗ-12 имеют диапазон плавного изменения до 60 дБ, СПЗ-12а-1 - до 80 дБ. Однако промышленные потенциометры не всегда удовлетворяют перечисленным требованиям. Разбаланс сопротивлений сдвоенных переменных резисторов типов СПЗ-23, СПЗ-12, СПЗ-4, наиболее часто используемых для тонкомпенсированной регулировки громкости, достигает ±3 дБ, а изменение их сопротивления из-за люфта движка или оси ±6 дБ. Это приводит к разбалансу уровней сигналов в каналах стереоусилителя при регулирований громкости и к рассогласованию АЧХ, особенно заметному на малой и средней громкости.

От указанных недостатков свободен сдвоенный ступенчатый тонкомпенсированный регулятор громкости, построенный на дискретных резисторах и многопозиционных переключателях [9]. В последние годы с развитием интегральной технологии и созданием новой элементной базы получают распространение электронные регуляторы громкости и баланса на полевых транзисторах, КМОП коммутаторах, КМОП мультиплексерах, а также специальных микросхемах (например, К174УН12).

Кроме общепринятых характеристик для каскада регулирования специфической является глубина регулирования громкости - отношение номинального выходного напряжения к напряжению на выходе при положении регулятора громкости, соответствующем минимальной громкости в пределах плавной регулировки, выраженное в децибелах.

Рассмотрим варианты схем регулировки громкости и баланса с применением различной элементной базы.

Типовой каскад регулирования громкости и баланса на переменных резисторах групп В и А. В качестве простейшего регулятора громкости может служить обычный переменный резистор, включенный по схеме делителя напряжения. Однако некоторые особенности слухового восприятия звуковых давлений-различных частот требуют усложнения этого каскада в усилителях высокого класса. Чувствительность уха, максимальная на средних частотах, падает нг низших и высших частотах. При увеличении уровня громкости чувствительность уха в области низших частот заметно возрастает. В области высших частот чувствительность также возрастает, но ее рост значительно зависит от индивидуальных особенностей слуха каждого человека (особенно заметна зависимость восприятия высших частот от возраста).

Иначе говоря, изменение уровня звукового давления вызывает изменение спектра сигнала, воспринимаемого человеком. Поэтому, чтобы субъективное восприятие громкости изменялось во всем спектре частот пропорционально, необходимо скорректировать частотную характеристику регулятора громкости (ввести так называемую тонкомпенсацию) таким образом, чтобы с уменьшением уровня звукового давления увеличивался подъем в области низших и высших частот. Кроме того, желательно равномерно изменять относительную громкость при линейном перемещении регулирующего узла. Из экспериментов известно [10], что субъективное ощущение приращения громкости зависит от уровня звукового давления. При малых уровнях сигнала одинаковому приращению звукового давления субъективно соответствует большее приращение громкости, чем при больших уровнях сигнала. Поэтому для получения равномерной субъективной регулировки громкости требуется нелинейное регулирование звукового давления. Этим требованиям отвечают переменные резисторы с показательной зависимостью( группы В), имеющие отводы для тонкомпенсации.

При регулировке стереобаланса, чтобы сохранить постоянство общего звукового давления в обоих каналах, ослабление уровня сигнала в одном канале необходимо компенсировать увеличением уровня сигнала в другом. Для этога можно использовать широко распространенные переменные резисторы с линейной зависимостью (группы А). Применение специально разработанных для регулировка стереобаланса потенциометров с зависимостью (группы Е/И) позволяет уменьшить потери сигнала и субъективно более плавно регулировать стереобаланс.

riff? Дыход

~0а "

/3

Рис. 39. Принципиальная схема регуляторов громкости и баланса на потенциометрах типа В

и А

На рис. 39 приведена схема регулятора громкости, в которой учтены сделанные замечания. Он имеет