تنفيذ المرشحات على مكبرات الصوت التشغيلية. المرشحات النشطة على مرشح Op-amp Bandpass على آلة حاسبة op-amp

يوري ساديكوف
موسكو

تعرض المقالة نتائج العمل على إنشاء جهاز عبارة عن مجموعة من المرشحات النشطة لبناء مكبرات صوت منخفضة التردد ثلاثية النطاق عالية الجودة لفئتي HiFi و HiEnd.

في عملية الدراسات الأولية لاستجابة التردد الإجمالية لمكبر صوت ثلاثي النطاق تم إنشاؤه باستخدام ثلاثة مرشحات نشطة من الدرجة الثانية، اتضح أن هذه الخاصية لها تفاوت عالٍ جدًا عند أي ترددات وصلة مرشح. وفي الوقت نفسه، من المهم جدًا دقة إعدادات التصفية. حتى مع عدم التطابق البسيط، يمكن أن يصل عدم انتظام استجابة التردد الإجمالية إلى 10...15 ديسيبل!

تنتج MASTER KIT مجموعة NM2116، والتي يمكنك من خلالها تجميع مجموعة من المرشحات، المبنية على أساس مرشحين ومجمع طرحي، والذي لا يحتوي على العيوب المذكورة أعلاه. الجهاز المطور غير حساس لمعلمات ترددات القطع للمرشحات الفردية وفي نفس الوقت يوفر استجابة تردد إجمالية خطية للغاية.

العناصر الرئيسية لمعدات إعادة إنتاج الصوت الحديثة عالية الجودة هي الأنظمة الصوتية (AS).

أبسطها وأرخصها هي مكبرات الصوت أحادية الاتجاه التي تحتوي على مكبر صوت واحد. هذه الأنظمة الصوتية غير قادرة على العمل بجودة عالية في نطاق ترددي واسع بسبب استخدام مكبر صوت واحد (رأس مكبر الصوت - GG). عند إعادة إنتاج ترددات مختلفة، يتم وضع متطلبات مختلفة على GG. عند الترددات المنخفضة (LF)، يجب أن يكون لدى مكبر الصوت مخروط كبير وصلب، وتردد رنين منخفض، وله شوط طويل (لضخ كمية كبيرة من الهواء). وعلى الترددات العالية (HF)، على العكس من ذلك، تحتاج إلى ناشر صغير وخفيف الوزن ولكنه متين بضربة صغيرة. يكاد يكون من المستحيل الجمع بين كل هذه الخصائص في مكبر صوت واحد (على الرغم من المحاولات العديدة)، لذلك فإن مكبر الصوت الواحد لديه تفاوت عالي التردد. بالإضافة إلى ذلك، يوجد في مكبرات الصوت ذات النطاق العريض تأثير التشكيل البيني، والذي يتجلى في تعديل المكونات عالية التردد للإشارة الصوتية بواسطة مكونات منخفضة التردد. ونتيجة لذلك، يتم تعطيل الصورة الصوتية. الحل التقليدي لهذه المشكلة هو تقسيم نطاق التردد المعاد إنتاجه إلى نطاقات فرعية وبناء أنظمة صوتية تعتمد على عدة مكبرات صوت لكل نطاق تردد فرعي محدد.

مرشحات العزل الكهربائية السلبية والنشطة

لتقليل مستوى تشويه التشكيل البيني، يتم تركيب مرشحات العزل الكهربائي أمام مكبرات الصوت. تؤدي هذه المرشحات أيضًا وظيفة توزيع طاقة الإشارة الصوتية بين GG. وهي مصممة لتردد متقاطع محدد، وبعد ذلك يوفر المرشح مقدارًا محددًا من التوهين، معبرًا عنه بالديسيبل لكل أوكتاف. يعتمد ميل توهين مرشح الفصل على تصميم بنائه. يوفر مرشح الدرجة الأولى توهينًا قدره 6 ديسيبل/أكتوبر، والترتيب الثاني - 12 ديسيبل/أكتوبر، والترتيب الثالث - 18 ديسيبل/أكتوبر. في أغلب الأحيان، يتم استخدام مرشحات الدرجة الثانية في مكبرات الصوت. نادرًا ما يتم استخدام المرشحات ذات الترتيب الأعلى في مكبرات الصوت نظرًا للتنفيذ المعقد للقيم الدقيقة للعناصر وعدم الحاجة إلى منحدرات توهين أعلى.

يعتمد تردد فصل المرشح على معلمات GG المستخدمة وعلى خصائص السمع. أفضل خيار للتردد المتقاطع هو أن يعمل كل مكبر صوت GG داخل منطقة عمل المكبس للناشر. ومع ذلك، في هذه الحالة، يجب أن يكون لدى المتكلم العديد من ترددات التقاطع (على التوالي، GG)، مما يزيد بشكل كبير من تكلفته. من المبرر تقنيًا أنه يكفي استخدام فصل التردد ثلاثي النطاق لإنتاج صوت عالي الجودة. ومع ذلك، في الممارسة العملية هناك أنظمة مكبرات صوت ذات 4 و 5 وحتى 6 اتجاهات. يتم اختيار تردد التقاطع الأول (المنخفض) في نطاق 200...400 هرتز، وتردد التقاطع الثاني (الأوسط) في نطاق 2500...4000 هرتز.

تقليديًا، يتم تصنيع المرشحات باستخدام عناصر L وC وR السلبية، ويتم تثبيتها مباشرة عند مخرج مضخم الطاقة النهائي (PA) في مبيت السماعة، وفقًا للشكل 1.

رسم بياني 1. الأداء التقليدي للمتحدثين.

ومع ذلك، فإن هذا التصميم لديه عدد من العيوب. أولاً، لضمان ترددات القطع المطلوبة، عليك العمل مع محاثات كبيرة إلى حد ما، حيث يجب استيفاء شرطين في وقت واحد - لتوفير تردد القطع المطلوب والتأكد من مطابقة المرشح مع GG (وبعبارة أخرى، هو من المستحيل تقليل الحث عن طريق زيادة السعة الموجودة في المرشح). يُنصح بلف المحاثات على الإطارات دون استخدام المغناطيسات الحديدية بسبب اللاخطية الكبيرة لمنحنى مغنطتها. وفقا لذلك، محاثات الهواء ضخمة جدا. بالإضافة إلى ذلك، هناك خطأ في اللف، والذي لا يسمح بتردد قطع محسوب بدقة.

يتمتع السلك المستخدم في لف الملفات بمقاومة أومية محدودة، مما يؤدي بدوره إلى انخفاض كفاءة النظام ككل وتحويل جزء من الطاقة المفيدة للسلطة الفلسطينية إلى حرارة. هذا ملحوظ بشكل خاص في مكبرات الصوت في السيارة، حيث يقتصر جهد الإمداد على 12 فولت. لذلك، لبناء أنظمة استريو السيارة، غالبًا ما يتم استخدام GGs ذات مقاومة منخفضة للملف (~2...4 أوم). في مثل هذا النظام، يمكن أن يؤدي إدخال مقاومة إضافية للمرشح بمقدار 0.5 أوم إلى انخفاض طاقة الخرج بنسبة 30%...40%.

عند تصميم مضخم طاقة عالي الجودة، يحاولون تقليل مقاومة الخرج لزيادة درجة تخميد GG. يؤدي استخدام المرشحات المنفعلة إلى تقليل درجة تخميد GG بشكل كبير، حيث يتم توصيل مفاعلة المرشح الإضافية على التوالي مع خرج مكبر الصوت. بالنسبة للمستمع، يتجلى هذا في ظهور صوت الجهير "المزدهر".

الحل الفعال هو استخدام مرشحات إلكترونية غير سلبية، ولكن نشطة، والتي لا تحتوي على جميع العيوب المذكورة. على عكس المرشحات السلبية، يتم تثبيت المرشحات النشطة قبل PA كما هو موضح في الشكل 2.

الصورة 2. بناء مسار إعادة إنتاج الصوت باستخدام المرشحات النشطة.

المرشحات النشطة هي مرشحات RC الموجودة على مكبرات الصوت التشغيلية (مضخم التشغيل). من السهل إنشاء مرشحات صوتية نشطة بأي ترتيب وبأي تردد مقطوع. يتم حساب هذه المرشحات باستخدام معاملات جدولية مع نوع مرشح محدد مسبقًا والترتيب المطلوب وتكرار القطع.

إن استخدام المكونات الإلكترونية الحديثة يجعل من الممكن إنتاج مرشحات بأقل مستويات الضوضاء الجوهرية، وانخفاض استهلاك الطاقة، والأبعاد وسهولة التنفيذ/النسخ. ونتيجة لذلك، يؤدي استخدام المرشحات النشطة إلى زيادة درجة تخميد GG، وتقليل فقد الطاقة، وتقليل التشويه، وزيادة كفاءة مسار إعادة إنتاج الصوت ككل.

تشمل عيوب هذه البنية الحاجة إلى استخدام العديد من مضخمات الطاقة وعدة أزواج من الأسلاك لتوصيل أنظمة السماعات. ومع ذلك، هذا ليس حاسما في هذا الوقت. لقد أدى مستوى التكنولوجيا الحديثة إلى خفض سعر العقل وحجمه بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، ظهر عدد لا بأس به من مكبرات الصوت المدمجة القوية ذات الخصائص الممتازة، حتى للاستخدام الاحترافي. يوجد اليوم عدد من الدوائر المتكاملة مع العديد من المناطق المحمية في حالة واحدة (تنتج باناسونيك RCN311W64A-P IC مع 6 مضخمات طاقة خصيصًا لبناء أنظمة استريو ثلاثية الاتجاهات). بالإضافة إلى ذلك، يمكن وضع PA داخل مكبرات الصوت ويمكن استخدام أسلاك قصيرة ذات مقطع كبير لتوصيل مكبرات الصوت، ويمكن توفير إشارة الإدخال عبر كابل رفيع محمي. ومع ذلك، حتى لو لم يكن من الممكن تثبيت PA داخل مكبرات الصوت، فإن استخدام كابلات التوصيل متعددة النواة لا يشكل مشكلة صعبة.

نمذجة واختيار الهيكل الأمثل للمرشحات النشطة

عند إنشاء كتلة من المرشحات النشطة، تقرر استخدام هيكل يتكون من مرشح تمرير عالي (HPF)، ومرشح متوسط ​​التردد (مرشح تمرير النطاق، PSF) ومرشح تمرير منخفض (LPF).

تم تنفيذ حل الدائرة هذا عمليا. تم بناء كتلة من المرشحات النشطة LF وHF وPF. تم اختيار أداة الجمع ثلاثية القنوات كنموذج لمكبر صوت ثلاثي الاتجاهات، مما يوفر تجميعًا لمكونات التردد، وفقًا للشكل 3.

تين. 3. نموذج لمكبر صوت ثلاثي القنوات مع مجموعة من المرشحات النشطة ومرشح مرشح على PF.

عند قياس استجابة التردد لمثل هذا النظام، مع ترددات القطع المختارة على النحو الأمثل، كان من المتوقع الحصول على اعتماد خطي. لكن النتائج كانت بعيدة عن المتوقع. عند نقاط الوصل لخصائص المرشح، لوحظت الانخفاضات/التجاوزات اعتمادًا على نسبة ترددات القطع للمرشحات المجاورة. ونتيجة لذلك، من خلال تحديد قيم تردد القطع، لم يكن من الممكن جلب استجابة تردد التمرير للنظام إلى شكل خطي. تشير اللاخطية لخاصية التمرير إلى وجود تشوهات التردد في الترتيب الموسيقي المعاد إنتاجه. وترد نتائج التجربة في الشكل 4 والشكل 5 والشكل 6. يوضح الشكل 4 اقتران مرشح الترددات المنخفضة ومرشح التمرير العالي عند مستوى قياسي قدره 0.707. كما يتبين من الشكل، عند نقطة الوصل، فإن استجابة التردد الناتجة (الموضحة باللون الأحمر) لديها انخفاض كبير. عند توسيع الخصائص، يزيد عمق وعرض الفجوة، على التوالي. يوضح الشكل 5 اقتران مرشح الترددات المنخفضة ومرشح التمرير العالي عند مستوى 0.93 (التحول في خصائص تردد المرشحات). يوضح هذا الاعتماد الحد الأدنى من التفاوت الذي يمكن تحقيقه في استجابة التردد التمريري عن طريق اختيار ترددات القطع للمرشحات. كما يتبين من الشكل، من الواضح أن الاعتماد ليس خطيا. في هذه الحالة، يمكن اعتبار ترددات القطع للمرشحات مثالية لنظام معين. مع مزيد من التحول في خصائص تردد المرشحات (المطابقة عند مستوى 0.97)، يظهر تجاوز في استجابة التردد التمريري عند نقطة الوصل لخصائص المرشح. ويظهر موقف مماثل في الشكل 6.

الشكل 4. استجابة تردد التمرير المنخفض (أسود)، استجابة تردد التمرير العالي (أسود) واستجابة تردد التمرير (أحمر)، المطابقة عند المستوى 0.707.

الشكل 5. استجابة تردد التمرير المنخفض (أسود)، استجابة تردد التمرير العالي (أسود) واستجابة تردد التمرير (أحمر)، المطابقة عند المستوى 0.93.

الشكل 6. استجابة تردد التمرير المنخفض (أسود)، استجابة تردد التمرير العالي (أسود) واستجابة تردد التمرير (أحمر)، مطابقة عند مستوى 0.97 وظهور تجاوز.

السبب الرئيسي لعدم خطية استجابة التردد المار هو وجود تشوهات الطور عند حدود ترددات قطع المرشح.

يمكن حل مشكلة مماثلة عن طريق إنشاء مرشح متوسط ​​التردد ليس على شكل مرشح تمرير النطاق، ولكن باستخدام أداة الجمع الطرحية على مضخم العمليات. يتم تشكيل خصائص PSF وفقًا للصيغة: Usch = Uin - Uns - Uss

يظهر هيكل هذا النظام في الشكل 7.

الشكل 7. نموذج لمكبر صوت ثلاثي القنوات مع مجموعة من المرشحات النشطة وPSF على جامع طرح.

مع هذه الطريقة لتشكيل قناة متوسطة التردد، ليست هناك حاجة لضبط ترددات قطع المرشح المجاورة، لأن يتم تشكيل إشارة التردد المتوسط ​​عن طريق طرح إشارات مرشح التمرير العالي والمنخفض من الإشارة الإجمالية. بالإضافة إلى توفير استجابات ترددية تكميلية، تنتج المرشحات أيضًا استجابات طورية تكميلية، مما يضمن عدم وجود انبعاثات وتراجعات في استجابة التردد الإجمالية للنظام بأكمله.

يظهر الشكل 1 استجابة التردد لقسم التردد المتوسط ​​بترددات القطع Fav1 = 300 هرتز وFav2 = 3000 هرتز. 8. وفقًا للانخفاض في استجابة التردد، يتم ضمان توهين لا يزيد عن 6 ديسيبل / أكتوبر، وهو ما يكفي، كما تظهر الممارسة، للتنفيذ العملي لـ PSF والحصول على صوت عالي الجودة للمدى المتوسط ​​GG .

الشكل 8. استجابة التردد لمرشح التمرير المتوسط.

تبين أن معامل الإرسال التمريري لمثل هذا النظام المزود بمرشح تمرير منخفض ومرشح تمرير عالي ومرشح تمرير عالي على أداة الطرح خطي على مدى التردد بأكمله البالغ 20 هرتز...20 كيلو هرتز ، وفقا للشكل. 9. تشوهات السعة والمرحلة غائبة تمامًا، مما يضمن نقاء الكريستال للإشارة الصوتية المستنسخة.

الشكل 9. الاستجابة الترددية لنظام الترشيح مع مرشح التردد على جامع الطرح.

تشمل عيوب هذا الحل متطلبات صارمة لدقة قيم المقاومات R1، R2، R3 (وفقًا للشكل 10، الذي يوضح الدائرة الكهربائية للمجمع الطرح) التي تضمن توازن المجمع. يجب استخدام هذه المقاومات ضمن تفاوتات دقة تبلغ 1%. ومع ذلك، إذا نشأت مشاكل في الحصول على مثل هذه المقاومات، فستحتاج إلى موازنة الأفعى باستخدام مقاومات التشذيب بدلاً من R1، R2.

يتم تنفيذ موازنة الأفعى باستخدام الطريقة التالية. أولاً، يجب تطبيق تذبذب منخفض التردد بتردد أقل بكثير من تردد قطع مرشح التمرير المنخفض، على سبيل المثال 100 هرتز، على مدخلات نظام الترشيح. من خلال تغيير قيمة R1، من الضروري تعيين الحد الأدنى لمستوى الإشارة عند إخراج الأفعى. ثم يتم تطبيق تذبذب بتردد أعلى بشكل واضح من تردد قطع مرشح التمرير العالي، على سبيل المثال 15 كيلو هرتز، على دخل نظام المرشح. عن طريق تغيير قيمة R2، يتم تعيين الحد الأدنى لمستوى الإشارة عند إخراج الأفعى مرة أخرى. اكتمل الإعداد.

الشكل 10. دائرة الإضافة الطرحية.

منهجية حساب مرشحات التمرير المنخفض النشطة ومرشحات التمرير العالي

كما تظهر النظرية، لتصفية ترددات النطاق الصوتي، من الضروري استخدام مرشحات بتروورث بما لا يزيد عن الترتيب الثاني أو الثالث، مما يضمن الحد الأدنى من التفاوت في نطاق المرور.

تظهر دائرة مرشح الترددات المنخفضة من الدرجة الثانية في الشكل. 11. يتم حسابها وفقا للصيغة:

حيث a1=1.4142 وb1=1.0 عبارة عن معاملات جدولية، ويتم تحديد C1 وC2 من النسبة C2/C1 أكبر من 4xb1/a12، ويجب ألا تختار النسبة C2/C1 أكبر بكثير من الجانب الأيمن من المتراجحة.

الشكل 11. دائرة مرشح التردد المنخفض من الدرجة الثانية بتروورث.

تظهر دائرة مرشح التمرير العالي من الدرجة الثانية في الشكل. 12. يتم حسابها باستخدام الصيغ:

حيث C=C1=C2 (تم تعيينها قبل الحساب)، وa1=1.4142 وb1=1.0 هي نفس معاملات الجدول.

الشكل 12. دائرة مرشح التردد العالي من الدرجة الثانية بتروورث.

قام متخصصو MASTER KIT بتطوير ودراسة خصائص وحدة التصفية هذه، التي تتمتع بأقصى قدر من الوظائف وأبعاد قليلة، وهو أمر ضروري عند استخدام الجهاز في الحياة اليومية. أتاح استخدام قاعدة العناصر الحديثة ضمان أقصى قدر من الجودة للتطوير.

الخصائص التقنية لوحدة التصفية

يظهر مخطط الدائرة الكهربائية للمرشح النشط في الشكل 13. وترد قائمة عناصر التصفية في الجدول.

يتم تصنيع المرشح باستخدام أربعة مكبرات صوت تشغيلية. يتم دمج مضخمات التشغيل في حزمة IC واحدة MC3403 (DA2). يحتوي DA1 (LM78L09) على مثبت جهد الإمداد مع مكثفات المرشح المقابلة: C1، C3 عند الإدخال وC4 عند الإخراج. يتم عمل نقطة منتصف صناعية على مقسم المقاومة R2 و R3 والمكثف C5.

يحتوي مضخم التشغيل DA2.1 على سلسلة عازلة لإقران معاوقات الإخراج والإدخال لمصدر الإشارة ومرشحات التمرير المنخفض والتمرير العالي والمتوسطة المدى. يتم تجميع مرشح الترددات المنخفضة على op-amp DA2.2، ويتم تجميع مرشح الترددات العالية على op-amp DA2.3. يؤدي Op-amp DA2.4 وظيفة مُشكل مرشح تمرير النطاق المتوسط.

يتم توفير جهد الإمداد إلى جهات الاتصال X3 وX4، ويتم توفير إشارة الدخل إلى جهات الاتصال X1 وX2. تتم إزالة إشارة الخرج المفلترة لمسار التردد المنخفض من جهات الاتصال X5، X9؛ مع مسارات X6 وX8 – HF ومع مسارات X7 وX10 – MF، على التوالي.

الشكل 13. مخطط الدائرة الكهربائية لمرشح نشط ثلاثي النطاق

قائمة عناصر مرشح نشط ثلاثي النطاق

يظهر مظهر المرشح في الشكل 14، وتظهر لوحة الدوائر المطبوعة في الشكل 15، ويظهر موقع العناصر في الشكل 16.

من الناحية الهيكلية، يتم تصنيع الفلتر على لوحة دوائر مطبوعة مصنوعة من رقائق الألياف الزجاجية. ينص التصميم على تركيب اللوحة في علبة BOX-Z24A القياسية، ولهذا الغرض، يتم توفير فتحات تثبيت على طول حواف اللوحة بقطر 4 و8 مم. يتم تأمين اللوحة في العلبة باستخدام اثنين من البراغي.

الشكل 14. منظر خارجي للمرشح النشط.

الشكل 15. لوحة الدوائر المطبوعة المرشحة النشطة.

الشكل 16. ترتيب العناصر على لوحة الدوائر المطبوعة المرشحة النشطة.

تسمى المرشحات النشطة عادةً بالدوائر التي تتكون من مقاومات ومكثفات ومضخمات تشغيلية كعناصر نشطة. نظرًا لمقاومة الإدخال العالية لمضخم العمليات (وحدات MGO)، وكسبها (10 4 -10 6) ومقاومة الخرج المنخفضة (عشرات الأوم)، كان من الممكن تحسين أداء جودة المرشحات النشطة بشكل كبير عند استخدامها معًا مع دوائر RC السلبية.

هناك مرشحات تمرير منخفض، تمرير عالي وتمرير النطاق. يمكن تحديد المعلمات الرئيسية للمرشحات من خلال خصائص تردد السعة (AFC). المعلمات الرئيسية لمرشحات التمرير المنخفضة والعالية هي معامل الإرسال في نطاق المرور ل 0 ، تردد القطع F جالموافق للمستوى 0.707 ل 0 ، وكذلك ميل استجابة التردد في النطاق المحدد والتفاوت في نطاق المرور. بالنسبة لمرشحات تمرير النطاق، تكون المعلمات هي معامل الإرسال ل 0 على تردد الرنين F 0 وعامل الجودة، حيث ∆ F- عرض النطاق الترددي عند 0.707 ل 0 (الشكل 6.5، ب).

في المرشحات النشطة، يمكن توصيل دوائر RC المعتمدة على التردد بشكل منفصل عند مدخل مضخم التشغيل، أو في دائرة التغذية المرتدة، أو معًا. يوضح الشكل 6.4 أبسط دوائر مرشحات التمرير المنخفضة والعالية النشطة وخصائص تردد السعة (AFC).

الدوائر المعينة هي المرشحات الطلب الأولويكون ميل استجابة التردد في نطاق التحديد قدره 20 ديسيبل/ديسيبل.

من خلال الجمع بين مرشحات الترددات المنخفضة والعالية (الشكل 6.4، أ، ج)، يمكنك الحصول على مرشح تمرير النطاق الموضح في الشكل 6.5، أ.

دعونا نقدم النسب المحسوبة للمرشحات النشطة التي تعتبر. تردد القطع لمرشح التمرير المنخفض

تردد رنين مرشح ممر الموجة

لمرشح تمرير الموجة

6.2 وصف التصاميم التجريبية

يفحص هذا العمل العديد من الدوائر التناظرية باستخدام مكبرات الصوت التشغيلية (op-amps). يوضح الشكل 6.6 أ دائرة مكبر الصوت غير المقلوب المزود بمقسم ر 1 ,ر 2 في دائرة ردود فعل سلبية. يوضح الشكل 6.6ب دائرة الجامع المقلوب بمدخلين. عندما يكون المفتاح مغلقا س 1 مكاسب الأفعى تتغير. تم تصميم هذه الدائرة أيضًا لدراسة مكبر الصوت المقلوب باستخدام مدخل جامع واحد فقط.

الشكل 6.6. دوائر مضخم غير مقلوب (أ) ومجمع مقلوب (ب) ومرشح نشط (ج)

يتم تحديد إشارات الدخل لكلا الدائرتين من المصادر ه 1 و ه 2 والتي يتم تثبيتها باستخدام المقابض "E 1" و "E 2".

يوضح الشكل 6.6ج رسمًا تخطيطيًا لمرشح نشط على مضخم تشغيلي، حيث يتم استخدام مفتاح التبديل س 2 و س 3 يمكن تنفيذ ثلاثة أنواع من المرشحات. لذا، عندما تكون المفاتيح مفتوحة، يكون لدينا مرشح تمرير عالي، عندما يكون المفتاح مغلقًا س 3 نحصل على مرشح ممر الموجة، وعندما تكون المفاتيح مغلقة س 2 و س 3 - مرشح تمرير منخفض. يتم ضبط تردد إشارة الدخل بواسطة المفتاح "k هرتز(α)" ويختلف في السعة باستخدام المفتاح "E g".

تحتوي المخططات المعطاة على نفس الصورة الموجودة على لوحة التراكب الخاصة بالحامل، مما يشير إلى عدد نقاط التحكم (الشكل 1 والشكل 2 والشكل 3، على التوالي).

بيانات المخطط في الشكل 6.6،أ: ر 1 =10 كيلو أوم، ر 2 = 20 كيلو أوم.

بيانات المخطط في الشكل 6.6، ب: ر 1 =ر 2 =10 كيلو أوم، ر 3 =ر 4 = 50 كيلو أوم.

بيانات المخطط في الشكل 6.6 ج: ر 1 =ر 2 =6.8 كيلو أوم، مع 1 =مع 2 =0.022 ميكروفاراد

6.3 أمر العمل

قبل بدء التجارب، قم بإعداد الحامل للعمل وفقًا للتعليمات الواردة في هذا الدليل.

6.3.1 دراسة المضخم غير المقلوب(الشكل 6.6، أ)

قم بإزالة خاصية النقل الخاصة بمكبر الصوت
. العبور المقابس X2و X5وقم بتغيير جهد الإدخال باستخدام المفتاح "E 1" من الحد الأقصى السلبي إلى الحد الأقصى للقيمة الموجبة. إصلاح الفولتية المدخلات والمخرجات على المقابس X1و X6باستخدام الفولتميتر الرقمي. أدخل بيانات القياس في الجدول 6.1.

الجدول 6.1

مع زيادة ترتيب التصفية، تتحسن خصائص التصفية. يتم تنفيذ مرشح الدرجة الثانية بكل بساطة على مضخم تشغيلي واحد. لتنفيذ مرشحات التمرير المنخفض والعالي وتمرير النطاق، تم استخدام دائرة مرشح Sallen-Key من الدرجة الثانية على نطاق واسع. في التين. 17 يعرض نسخته لمرشح الترددات المنخفضة. ردود فعل سلبية تم إنشاؤها باستخدام مقسم الجهد ر 3 , (أ – 1) ر 3، يوفر ربحًا يساوي أ. ردود الفعل الإيجابية ترجع إلى وجود مكثف مع 2. وظيفة نقل المرشح لها الشكل:

الشكل 17. مرشح تمرير منخفض نشط من الدرجة الثانية

يتم تبسيط حساب الدائرة إلى حد كبير إذا قمت بتعيين بعض الشروط الإضافية منذ البداية. يمكنك اختيار الكسب a = 1. ثم (a – 1) ر 3 = 0، ويمكن إزالة مقسم الجهد المقاوم في دائرة التغذية المرتدة السلبية. تبين أن المضخم التشغيلي متصل وفقًا لدائرة متابعة غير مقلوبة. في أبسط الحالات، يمكن استبداله بمتابع باعث على ترانزستور مركب. عندما تكون a = 1، تأخذ دالة نقل المرشح الشكل:

بافتراض أن سعة المكثفات مع 1 و معتم تحديد 2، نحصل على القيم المعطاة أ 1 و ب 1 (انظر (13)):

.

إلى القيم ر 1 و ر 2 كانت صحيحة، ويجب استيفاء الشرط

.

يمكن تبسيط الحسابات عن طريق وضع ر 1 =ر 2 =رو مع 1 =مع 2 =مع. في هذه الحالة، لتنفيذ مرشحات من أنواع مختلفة، من الضروري تغيير قيمة المعامل أ. سيكون لوظيفة نقل المرشح النموذج

.

ومن هنا وبأخذ الصيغة (13) في الاعتبار نحصل على

,

.

يتضح من العلاقة الأخيرة أن المعامل a يحدد عامل جودة الأقطاب ولا يؤثر على تردد القطع. تحدد قيمة a في هذه الحالة نوع الفلتر.

عن طريق مبادلة المقاومات والمكثفات نحصل عليها مرشح دقيق(الشكل 18). وظيفة النقل الخاصة بها لها الشكل:

أرز. 18. مرشح تمرير عالي نشط من الدرجة الثانية

لتبسيط الحسابات، لنضع a = 1 و مع 1 =مع 2 =مع. في هذه الحالة نحصل على الصيغ التالية:

ك بيسك = 1,ر 1 = 2/ث ج كاليفورنيا 1 , ر 2 =أ 1/2 واط ج سي بي 1 .

إذا كانت استجابة التردد لمرشح من الدرجة الثانية ليست شديدة الانحدار بدرجة كافية، فيجب استخدام مرشح من الدرجة الأعلى. للقيام بذلك، يتم توصيل الروابط التي تمثل مرشحات الترتيب الأول والثاني في سلسلة. في هذه الحالة، يتم مضاعفة الاستجابة الترددية لأقسام المرشح (على مقياس لوغاريتمي - مضاف). ومع ذلك، ضع في اعتبارك أن توصيل مرشحين من الدرجة الثانية بتروورث في سلسلة، على سبيل المثال، لن يؤدي إلى مرشح بتروورث من الدرجة الرابعة. سيكون للمرشح الناتج تردد قطع مختلف واستجابة تردد مختلفة. لذلك، من الضروري ضبط معاملات أقسام المرشح بحيث تتوافق نتيجة ضرب خصائص ترددها مع نوع المرشح المطلوب.

مرشح ممر الموجةويمكن تنفيذ الأمر الثاني على أساس نظام Sallen-Key، كما هو مبين في الشكل 1. 19. وظيفة نقل المرشح لها الشكل:

.

(22)

أرز. 19. دائرة مرشح تمرير الموجة من الدرجة الثانية

بمساواة معاملات هذا التعبير بمعاملات دالة النقل (18)، نحصل على صيغ لحساب معلمات التصفية:

Fع = 1/2ع آر سي.; كع = أ /(3 – أ); س= 1/(3 – أ ).

عيب الدائرة هو الكسب عند تردد الرنين كع وعامل الجودة سليست مستقلة عن بعضها البعض. ميزة الدائرة هي أن عامل الجودة الخاص بها يختلف باختلاف a، في حين أن تردد الرنين لا يعتمد على المعامل a.

يمكن تنفيذ مرشح الرفض النشط باستخدام جسر T مزدوج. على الرغم من أن الجسر T المزدوج في حد ذاته عبارة عن مرشح رفض، إلا أن عامل الجودة الخاص به يبلغ 0.25 فقط. ويمكن زيادته إذا تم تضمين الجسر في دائرة التغذية المرتدة للمضخم التشغيلي. يظهر أحد المتغيرات لمثل هذا المخطط في الشكل. 20. تمر الإشارات ذات التردد العالي والمنخفض عبر جسر T المزدوج دون تغيير. بالنسبة لهم، فإن الجهد الناتج للمرشح يساوي أ شمدخل عند تردد الرنين، يكون جهد الخرج صفرًا. وظيفة نقل الدائرة في الشكل. 20 لديه النموذج.

عند تصميم مرشح نشط يعتمد على المضخم التشغيلي، يجب تحديد البيانات التالية مسبقًا:

مصادر الطاقة المتاحة - ثنائية القطب أو أحادية القطب؛

نطاق الترددات المرسلة والمفلترة؛

تردد التحول، أي نقطة الخاصية التي يبدأ عندها المرشح في العمل، أو تردد الرنين الذي تكون خاصية المرشح متناظرة حوله؛

القيمة الأولية لسعة المكثف: بالنسبة لمرشحات التمرير العالي (HPF) يجب اختيارها من 100 pF، وبالنسبة لمرشحات التردد المنخفض - من 0.1 μF.

دعونا نفكر في ستة خيارات لهياكل التصفية النشطة. على خصائص التردد، يتم تظليل منطقة إرسال التردد.

1. مرشح تمرير منخفض (LPF). تظهر دائرة المرشح لمصدر طاقة ثنائي القطب في الشكل. ص.2.1أ، وأحادي القطب - في الشكل. ص.2.1ب. تظهر استجابة سعة المرشح في الشكل. ص.2.2. هذا النوع من المرشحات هو مرشح كسب الوحدة.

أ

ب

إجراء الحساب

1. حدد حجم السعة C1 (حسب التوصيات).

2. نحن نحسب مع 2 = 2مع 1 .

3. احسب قيم المقاومات R1 و R2:

,

أين F

لمرشح مزود بمصدر طاقة أحادي القطب (الشكل 1 ب) معفي = معالخروج = (100…1000) مع 1 (غير حرجة)، ولكن ر 3 = ر 4 = 100 كيلو أوم.

2. مرشح التمرير العالي (HPF). تظهر دائرة المرشح لمصدر طاقة ثنائي القطب في الشكل. ص.2.3أ، وأحادي القطب - في الشكل. ص.2.3ب. تظهر استجابة سعة المرشح في الشكل. ص.2.4.

أ)

ب)

إجراء الحساب

1. اختر مع 1 = مع 2 (حسب التوصيات).

2. احسب قيمة المقاوم R1:

,

3. احسب قيمة المقاوم R2:

,

أين F- تردد التوافقي الأساسي لجهد خرج المرشح.

معفي = معالخروج = (100…1000) ∙ مع 1 (ليست حرجة).

3. مرشح النطاق الضيق. تظهر دائرة المرشح لمصدر طاقة ثنائي القطب في الشكل. ص.2.5أ، وأحادي القطب - في الشكل. ص.2.5ب. تظهر استجابة سعة المرشح في الشكل. ص.2.6.

أ)

ب)

عامل الجودة لمثل هذا المرشح س= 10، مما يسمح لنا بالحصول على معامل النقل ك= 10 لأن

.

ليس من المستحسن اختيار عامل جودة أعلى، حيث يمكن تحقيق حاصل ضرب الكسب وعرض النطاق الترددي لمكبر الصوت التشغيلي بسهولة حتى مع ك= 20 ديسيبل. ويجب توفير عرض نطاق ترددي قدره 40 ديسيبل على الأقل أعلى من تردد الرنين الأقصى. يجب أن يكون معدل الدوران لجهد خرج مضخم التشغيل كافيًا لضمان وصول سعة جهد الخرج عند تردد الرنين إلى المستوى المطلوب.

إجراء الحساب

1. اختر مع 1 = مع 2 .

,

أين F

3. نحن نحسب ر 2 = ر 1/19 و ر 3 = 19 · ر 1 .

لمرشح مزود بمصدر طاقة أحادي القطب (الشكل 3 ب) معفي = معالخروج = (100…1000) ∙ مع 1 (ليست حرجة).

4. مرشح النطاق العريض. تظهر دائرة المرشح لمصدر طاقة ثنائي القطب في الشكل. 7 أ، وأحادي القطب - في الشكل 7. ص.2.7ب. تظهر استجابة سعة المرشح في الشكل. ص.2.8. يجب أن يختلف تردد البداية والنهاية لنطاق المرور بمقدار خمس مرات على الأقل.

أ)

ب)

هذا ليس أكثر من سلسلة من مرشحات Salen-Key للتمرير العالي والمنخفض. يعمل مرشح التمرير العالي أولاً، وبالتالي فإن طاقة الخرج، التي تميل إلى التردد اللانهائي، تمر عبر مرشح التردد المنخفض.

إجراء الحساب

1. باستخدام القسم 2، قمنا بحساب مرشح التمرير العالي للحد الأدنى لعرض النطاق الترددي.

2. باستخدام القسم 1، قمنا بحساب مرشح الدردشة المنخفضة للحد الأعلى لعرض النطاق الترددي.

لمرشح مزود بمصدر طاقة أحادي القطب (الشكل 3 ب) معفي = معالخروج = (100…1000) ∙ مع 1 (ليست حرجة).

5. مرشح المكونات. تظهر دائرة المرشح لمصدر طاقة ثنائي القطب في الشكل. 9 أ، وأحادي القطب - في الشكل 1. ص.2.9ب. تظهر استجابة سعة المرشح في الشكل. ص.2.10. يجب أن يختلف تردد البداية والنهاية لنطاق المرور بمقدار خمس مرات على الأقل.

أ)

ب)

في مثل هذا المخطط، عامل الجودة س= 10. يمكن ضبطه بشكل مستقل عن تردد الرنين عن طريق تغيير R1 و R2. ويعتمد عامل الجودة على المقاومة التي تحدد تردد الرنين على النحو التالي:

.

مع طوبولوجيا دائرة الترشيح هذه، يكون معامل النقل هو 1.

المشكلة الوحيدة هي سعة ضجيج الوضع الشائع للمكبر السفلي في حالة مصدر إمداد أحادي القطب.

إجراء الحساب

1. اختر مع 1 = مع 2 .

2. احسب قيم المقاوم:

,

أين F- تردد جهد الدخل.

3. نحن نحسب ر 1 = ر 2 = 20 · ر 3 .

لمرشح مزود بمصدر طاقة أحادي القطب (الشكل 3 ب) معفي = معالخروج = (100…1000) ∙ مع 1 (غير حرجة)، ر 5 = ر 6 = 100 كيلو أوم.

5. مرشح توقف النطاق. تظهر دائرة المرشح لمصدر طاقة ثنائي القطب في الشكل. ص.2.11أ، وأحادي القطب - في الشكل. ص.2.11ب. تظهر استجابة سعة المرشح في الشكل. ص.2.12. يجب أن تختلف ترددات البداية والنهاية لنطاق المرور بمقدار خمسين مرة على الأقل.

أ)

ب)

أرز. ص.2.12

في هذه الحالة، يكون التتالي غير ممكن لأن خصائص المرشح لا تتداخل، كما هو الحال في مرشح النطاق العريض

1. باستخدام القسم 2، نقوم بحساب مرشح التمرير العالي للحد الأدنى لنطاق التمرير العلوي.

2. باستخدام القسم 1، نقوم بحساب مرشح الترددات المنخفضة للحد الأعلى لنطاق التمرير السفلي.

لمرشح مزود بمصدر طاقة أحادي القطب (الشكل 3 ب) معفي = معخارج =
= (100…1000) ∙ مع 1 (ليست حرجة). ر 3 = ر 4 = ر 5 = 100 ك.

الملحق 3

المعدلات النشطة

في كثير من الأحيان يكون من الضروري عزل مكون إشارة من قطبية واحدة (تصحيح نصف الموجة)، أو تحديد القيمة المطلقة للإشارة (تصحيح الموجة الكاملة). يمكن تنفيذ مثل هذه الدوائر باستخدام دوائر مقاومة الصمام الثنائي. ومع ذلك، فإن انخفاض الجهد الكبير عبر الصمام الثنائي عند الانحياز الأمامي (0.5-1 فولت) وعدم الخطية لخصائص الجهد الحالي سوف يؤدي إلى أخطاء كبيرة، خاصة عند مستويات إشارة الدخل المنخفضة. يمكن أن يؤدي استخدام المضخمات التشغيلية إلى تقليل تأثير خصائص الثنائيات الحقيقية بشكل كبير.

تظهر دوائر مقومات نصف الموجة غير المقلوبة في الشكل. ص.3.1. ( وخارج> 0 - الشكل. ص.3.1أ؛ وخارج< 0 – рис. П.3.1б) Диод VD2 необходим для повышения быстродействия схем за счет замыкания выхода ОУ на землю. Поэтому следует использовать такие ОУ, которые допускают короткоезамыкание выхода в течение длительного времени. При отсутствии этого диода в режиме отсечки ОУ будет входить в состояние ограничения сигнала на уровне напряжения питания.

أ

ب

أرز. ص.3.2

تظهر دائرة المقوم النشط للموجة الكاملة في الشكل. ص.3.2. في مثل هذه الدائرة، يتم استخدام اتصال مقلوب لمضخم العمليات ويتم توفير نفس مقاومات الإدخال لكلا نصفي الموجات من جهد الخرج. تتكون الدائرة من مضخم تشغيلي (DA2) ومقوم نصف موجة يعتمد على مضخم تشغيلي (DA1).

دعونا نفكر في أوضاع تشغيل op-amp DA1. مع جهد الإدخال الإيجابي، يعمل DA1 كمضخم مقلوب - الجهد و 2 سالب، لذا فإن الدايود VD1 مفتوح والصمام الثنائي VD2 مغلق. نتيجة ل و 1 = –ومدخل عندما يكون جهد الإدخال سالبًا، ويصبح الرقم 2 موجبًا، ويتم إيقاف تشغيل الصمام الثنائي VD1 ويتم إلغاء قفل VD2. يتم إغلاق دائرة التغذية المرتدة السلبية، ونتيجة لذلك تظل نقطة الجمع عند الصفر المحتمل. بما أن الصمام الثنائي VD1 مغلق، فإن الجهد الكهربائي و 1 هو أيضا صفر.

يوري ساديكوف
موسكو

تعرض المقالة نتائج العمل على إنشاء جهاز عبارة عن مجموعة من المرشحات النشطة لبناء مكبرات صوت منخفضة التردد ثلاثية النطاق عالية الجودة لفئتي HiFi و HiEnd.

في عملية الدراسات الأولية لاستجابة التردد الإجمالية لمكبر صوت ثلاثي النطاق تم إنشاؤه باستخدام ثلاثة مرشحات نشطة من الدرجة الثانية، اتضح أن هذه الخاصية لها تفاوت عالٍ جدًا عند أي ترددات وصلة مرشح. وفي الوقت نفسه، من المهم جدًا دقة إعدادات التصفية. حتى مع عدم التطابق البسيط، يمكن أن يصل عدم انتظام استجابة التردد الإجمالية إلى 10...15 ديسيبل!

تنتج MASTER KIT مجموعة NM2116، والتي يمكنك من خلالها تجميع مجموعة من المرشحات، المبنية على أساس مرشحين ومجمع طرحي، والذي لا يحتوي على العيوب المذكورة أعلاه. الجهاز المطور غير حساس لمعلمات ترددات القطع للمرشحات الفردية وفي نفس الوقت يوفر استجابة تردد إجمالية خطية للغاية.

العناصر الرئيسية لمعدات إعادة إنتاج الصوت الحديثة عالية الجودة هي الأنظمة الصوتية (AS).

أبسطها وأرخصها هي مكبرات الصوت أحادية الاتجاه التي تحتوي على مكبر صوت واحد. هذه الأنظمة الصوتية غير قادرة على العمل بجودة عالية في نطاق ترددي واسع بسبب استخدام مكبر صوت واحد (رأس مكبر الصوت - GG). عند إعادة إنتاج ترددات مختلفة، يتم وضع متطلبات مختلفة على GG. عند الترددات المنخفضة (LF)، يجب أن يكون لدى مكبر الصوت مخروط كبير وصلب، وتردد رنين منخفض، وله شوط طويل (لضخ كمية كبيرة من الهواء). وعلى الترددات العالية (HF)، على العكس من ذلك، تحتاج إلى ناشر صغير وخفيف الوزن ولكنه متين بضربة صغيرة. يكاد يكون من المستحيل الجمع بين كل هذه الخصائص في مكبر صوت واحد (على الرغم من المحاولات العديدة)، لذلك فإن مكبر الصوت الواحد لديه تفاوت عالي التردد. بالإضافة إلى ذلك، يوجد في مكبرات الصوت ذات النطاق العريض تأثير التشكيل البيني، والذي يتجلى في تعديل المكونات عالية التردد للإشارة الصوتية بواسطة مكونات منخفضة التردد. ونتيجة لذلك، يتم تعطيل الصورة الصوتية. الحل التقليدي لهذه المشكلة هو تقسيم نطاق التردد المعاد إنتاجه إلى نطاقات فرعية وبناء أنظمة صوتية تعتمد على عدة مكبرات صوت لكل نطاق تردد فرعي محدد.

مرشحات العزل الكهربائية السلبية والنشطة

لتقليل مستوى تشويه التشكيل البيني، يتم تركيب مرشحات العزل الكهربائي أمام مكبرات الصوت. تؤدي هذه المرشحات أيضًا وظيفة توزيع طاقة الإشارة الصوتية بين GG. وهي مصممة لتردد متقاطع محدد، وبعد ذلك يوفر المرشح مقدارًا محددًا من التوهين، معبرًا عنه بالديسيبل لكل أوكتاف. يعتمد ميل توهين مرشح الفصل على تصميم بنائه. يوفر مرشح الدرجة الأولى توهينًا قدره 6 ديسيبل/أكتوبر، والترتيب الثاني - 12 ديسيبل/أكتوبر، والترتيب الثالث - 18 ديسيبل/أكتوبر. في أغلب الأحيان، يتم استخدام مرشحات الدرجة الثانية في مكبرات الصوت. نادرًا ما يتم استخدام المرشحات ذات الترتيب الأعلى في مكبرات الصوت نظرًا للتنفيذ المعقد للقيم الدقيقة للعناصر وعدم الحاجة إلى منحدرات توهين أعلى.

يعتمد تردد فصل المرشح على معلمات GG المستخدمة وعلى خصائص السمع. أفضل خيار للتردد المتقاطع هو أن يعمل كل مكبر صوت GG داخل منطقة عمل المكبس للناشر. ومع ذلك، في هذه الحالة، يجب أن يكون لدى المتكلم العديد من ترددات التقاطع (على التوالي، GG)، مما يزيد بشكل كبير من تكلفته. من المبرر تقنيًا أنه يكفي استخدام فصل التردد ثلاثي النطاق لإنتاج صوت عالي الجودة. ومع ذلك، في الممارسة العملية هناك أنظمة مكبرات صوت ذات 4 و 5 وحتى 6 اتجاهات. يتم اختيار تردد التقاطع الأول (المنخفض) في نطاق 200...400 هرتز، وتردد التقاطع الثاني (الأوسط) في نطاق 2500...4000 هرتز.

تقليديًا، يتم تصنيع المرشحات باستخدام عناصر L وC وR السلبية، ويتم تثبيتها مباشرة عند مخرج مضخم الطاقة النهائي (PA) في مبيت السماعة، وفقًا للشكل 1.

رسم بياني 1. الأداء التقليدي للمتحدثين.

ومع ذلك، فإن هذا التصميم لديه عدد من العيوب. أولاً، لضمان ترددات القطع المطلوبة، عليك العمل مع محاثات كبيرة إلى حد ما، حيث يجب استيفاء شرطين في وقت واحد - لتوفير تردد القطع المطلوب والتأكد من مطابقة المرشح مع GG (وبعبارة أخرى، هو من المستحيل تقليل الحث عن طريق زيادة السعة الموجودة في المرشح). يُنصح بلف المحاثات على الإطارات دون استخدام المغناطيسات الحديدية بسبب اللاخطية الكبيرة لمنحنى مغنطتها. وفقا لذلك، محاثات الهواء ضخمة جدا. بالإضافة إلى ذلك، هناك خطأ في اللف، والذي لا يسمح بتردد قطع محسوب بدقة.

يتمتع السلك المستخدم في لف الملفات بمقاومة أومية محدودة، مما يؤدي بدوره إلى انخفاض كفاءة النظام ككل وتحويل جزء من الطاقة المفيدة للسلطة الفلسطينية إلى حرارة. هذا ملحوظ بشكل خاص في مكبرات الصوت في السيارة، حيث يقتصر جهد الإمداد على 12 فولت. لذلك، لبناء أنظمة استريو السيارة، غالبًا ما يتم استخدام GGs ذات مقاومة منخفضة للملف (~2...4 أوم). في مثل هذا النظام، يمكن أن يؤدي إدخال مقاومة إضافية للمرشح بمقدار 0.5 أوم إلى انخفاض طاقة الخرج بنسبة 30%...40%.

عند تصميم مضخم طاقة عالي الجودة، يحاولون تقليل مقاومة الخرج لزيادة درجة تخميد GG. يؤدي استخدام المرشحات المنفعلة إلى تقليل درجة تخميد GG بشكل كبير، حيث يتم توصيل مفاعلة المرشح الإضافية على التوالي مع خرج مكبر الصوت. بالنسبة للمستمع، يتجلى هذا في ظهور صوت الجهير "المزدهر".

الحل الفعال هو استخدام مرشحات إلكترونية غير سلبية، ولكن نشطة، والتي لا تحتوي على جميع العيوب المذكورة. على عكس المرشحات السلبية، يتم تثبيت المرشحات النشطة قبل PA كما هو موضح في الشكل 2.

الصورة 2. بناء مسار إعادة إنتاج الصوت باستخدام المرشحات النشطة.

المرشحات النشطة هي مرشحات RC الموجودة على مكبرات الصوت التشغيلية (مضخم التشغيل). من السهل إنشاء مرشحات صوتية نشطة بأي ترتيب وبأي تردد مقطوع. يتم حساب هذه المرشحات باستخدام معاملات جدولية مع نوع مرشح محدد مسبقًا والترتيب المطلوب وتكرار القطع.

إن استخدام المكونات الإلكترونية الحديثة يجعل من الممكن إنتاج مرشحات بأقل مستويات الضوضاء الجوهرية، وانخفاض استهلاك الطاقة، والأبعاد وسهولة التنفيذ/النسخ. ونتيجة لذلك، يؤدي استخدام المرشحات النشطة إلى زيادة درجة تخميد GG، وتقليل فقد الطاقة، وتقليل التشويه، وزيادة كفاءة مسار إعادة إنتاج الصوت ككل.

تشمل عيوب هذه البنية الحاجة إلى استخدام العديد من مضخمات الطاقة وعدة أزواج من الأسلاك لتوصيل أنظمة السماعات. ومع ذلك، هذا ليس حاسما في هذا الوقت. لقد أدى مستوى التكنولوجيا الحديثة إلى خفض سعر العقل وحجمه بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، ظهر عدد لا بأس به من مكبرات الصوت المدمجة القوية ذات الخصائص الممتازة، حتى للاستخدام الاحترافي. يوجد اليوم عدد من الدوائر المتكاملة مع العديد من المناطق المحمية في حالة واحدة (تنتج باناسونيك RCN311W64A-P IC مع 6 مضخمات طاقة خصيصًا لبناء أنظمة استريو ثلاثية الاتجاهات). بالإضافة إلى ذلك، يمكن وضع PA داخل مكبرات الصوت ويمكن استخدام أسلاك قصيرة ذات مقطع كبير لتوصيل مكبرات الصوت، ويمكن توفير إشارة الإدخال عبر كابل رفيع محمي. ومع ذلك، حتى لو لم يكن من الممكن تثبيت PA داخل مكبرات الصوت، فإن استخدام كابلات التوصيل متعددة النواة لا يشكل مشكلة صعبة.

نمذجة واختيار الهيكل الأمثل للمرشحات النشطة

عند إنشاء كتلة من المرشحات النشطة، تقرر استخدام هيكل يتكون من مرشح تمرير عالي (HPF)، ومرشح متوسط ​​التردد (مرشح تمرير النطاق، PSF) ومرشح تمرير منخفض (LPF).

تم تنفيذ حل الدائرة هذا عمليا. تم بناء كتلة من المرشحات النشطة LF وHF وPF. تم اختيار أداة الجمع ثلاثية القنوات كنموذج لمكبر صوت ثلاثي الاتجاهات، مما يوفر تجميعًا لمكونات التردد، وفقًا للشكل 3.

تين. 3. نموذج لمكبر صوت ثلاثي القنوات مع مجموعة من المرشحات النشطة ومرشح مرشح على PF.

عند قياس استجابة التردد لمثل هذا النظام، مع ترددات القطع المختارة على النحو الأمثل، كان من المتوقع الحصول على اعتماد خطي. لكن النتائج كانت بعيدة عن المتوقع. عند نقاط الوصل لخصائص المرشح، لوحظت الانخفاضات/التجاوزات اعتمادًا على نسبة ترددات القطع للمرشحات المجاورة. ونتيجة لذلك، من خلال تحديد قيم تردد القطع، لم يكن من الممكن جلب استجابة تردد التمرير للنظام إلى شكل خطي. تشير اللاخطية لخاصية التمرير إلى وجود تشوهات التردد في الترتيب الموسيقي المعاد إنتاجه. وترد نتائج التجربة في الشكل 4 والشكل 5 والشكل 6. يوضح الشكل 4 اقتران مرشح الترددات المنخفضة ومرشح التمرير العالي عند مستوى قياسي قدره 0.707. كما يتبين من الشكل، عند نقطة الوصل، فإن استجابة التردد الناتجة (الموضحة باللون الأحمر) لديها انخفاض كبير. عند توسيع الخصائص، يزيد عمق وعرض الفجوة، على التوالي. يوضح الشكل 5 اقتران مرشح الترددات المنخفضة ومرشح التمرير العالي عند مستوى 0.93 (التحول في خصائص تردد المرشحات). يوضح هذا الاعتماد الحد الأدنى من التفاوت الذي يمكن تحقيقه في استجابة التردد التمريري عن طريق اختيار ترددات القطع للمرشحات. كما يتبين من الشكل، من الواضح أن الاعتماد ليس خطيا. في هذه الحالة، يمكن اعتبار ترددات القطع للمرشحات مثالية لنظام معين. مع مزيد من التحول في خصائص تردد المرشحات (المطابقة عند مستوى 0.97)، يظهر تجاوز في استجابة التردد التمريري عند نقطة الوصل لخصائص المرشح. ويظهر موقف مماثل في الشكل 6.

الشكل 4. استجابة تردد التمرير المنخفض (أسود)، استجابة تردد التمرير العالي (أسود) واستجابة تردد التمرير (أحمر)، المطابقة عند المستوى 0.707.

الشكل 5. استجابة تردد التمرير المنخفض (أسود)، استجابة تردد التمرير العالي (أسود) واستجابة تردد التمرير (أحمر)، المطابقة عند المستوى 0.93.

الشكل 6. استجابة تردد التمرير المنخفض (أسود)، استجابة تردد التمرير العالي (أسود) واستجابة تردد التمرير (أحمر)، مطابقة عند مستوى 0.97 وظهور تجاوز.

السبب الرئيسي لعدم خطية استجابة التردد المار هو وجود تشوهات الطور عند حدود ترددات قطع المرشح.

يمكن حل مشكلة مماثلة عن طريق إنشاء مرشح متوسط ​​التردد ليس على شكل مرشح تمرير النطاق، ولكن باستخدام أداة الجمع الطرحية على مضخم العمليات. يتم تشكيل خصائص PSF وفقًا للصيغة: Usch = Uin - Uns - Uss

يظهر هيكل هذا النظام في الشكل 7.

الشكل 7. نموذج لمكبر صوت ثلاثي القنوات مع مجموعة من المرشحات النشطة وPSF على جامع طرح.

مع هذه الطريقة لتشكيل قناة متوسطة التردد، ليست هناك حاجة لضبط ترددات قطع المرشح المجاورة، لأن يتم تشكيل إشارة التردد المتوسط ​​عن طريق طرح إشارات مرشح التمرير العالي والمنخفض من الإشارة الإجمالية. بالإضافة إلى توفير استجابات ترددية تكميلية، تنتج المرشحات أيضًا استجابات طورية تكميلية، مما يضمن عدم وجود انبعاثات وتراجعات في استجابة التردد الإجمالية للنظام بأكمله.

يظهر الشكل 1 استجابة التردد لقسم التردد المتوسط ​​بترددات القطع Fav1 = 300 هرتز وFav2 = 3000 هرتز. 8. وفقًا للانخفاض في استجابة التردد، يتم ضمان توهين لا يزيد عن 6 ديسيبل / أكتوبر، وهو ما يكفي، كما تظهر الممارسة، للتنفيذ العملي لـ PSF والحصول على صوت عالي الجودة للمدى المتوسط ​​GG .

الشكل 8. استجابة التردد لمرشح التمرير المتوسط.

تبين أن معامل الإرسال التمريري لمثل هذا النظام المزود بمرشح تمرير منخفض ومرشح تمرير عالي ومرشح تمرير عالي على أداة الطرح خطي على مدى التردد بأكمله البالغ 20 هرتز...20 كيلو هرتز ، وفقا للشكل. 9. تشوهات السعة والمرحلة غائبة تمامًا، مما يضمن نقاء الكريستال للإشارة الصوتية المستنسخة.

الشكل 9. الاستجابة الترددية لنظام الترشيح مع مرشح التردد على جامع الطرح.

تشمل عيوب هذا الحل متطلبات صارمة لدقة قيم المقاومات R1، R2، R3 (وفقًا للشكل 10، الذي يوضح الدائرة الكهربائية للمجمع الطرح) التي تضمن توازن المجمع. يجب استخدام هذه المقاومات ضمن تفاوتات دقة تبلغ 1%. ومع ذلك، إذا نشأت مشاكل في الحصول على مثل هذه المقاومات، فستحتاج إلى موازنة الأفعى باستخدام مقاومات التشذيب بدلاً من R1، R2.

يتم تنفيذ موازنة الأفعى باستخدام الطريقة التالية. أولاً، يجب تطبيق تذبذب منخفض التردد بتردد أقل بكثير من تردد قطع مرشح التمرير المنخفض، على سبيل المثال 100 هرتز، على مدخلات نظام الترشيح. من خلال تغيير قيمة R1، من الضروري تعيين الحد الأدنى لمستوى الإشارة عند إخراج الأفعى. ثم يتم تطبيق تذبذب بتردد أعلى بشكل واضح من تردد قطع مرشح التمرير العالي، على سبيل المثال 15 كيلو هرتز، على دخل نظام المرشح. عن طريق تغيير قيمة R2، يتم تعيين الحد الأدنى لمستوى الإشارة عند إخراج الأفعى مرة أخرى. اكتمل الإعداد.

الشكل 10. دائرة الإضافة الطرحية.

منهجية حساب مرشحات التمرير المنخفض النشطة ومرشحات التمرير العالي

كما تظهر النظرية، لتصفية ترددات النطاق الصوتي، من الضروري استخدام مرشحات بتروورث بما لا يزيد عن الترتيب الثاني أو الثالث، مما يضمن الحد الأدنى من التفاوت في نطاق المرور.

تظهر دائرة مرشح الترددات المنخفضة من الدرجة الثانية في الشكل. 11. يتم حسابها وفقا للصيغة:

حيث a1=1.4142 وb1=1.0 عبارة عن معاملات جدولية، ويتم تحديد C1 وC2 من النسبة C2/C1 أكبر من 4xb1/a12، ويجب ألا تختار النسبة C2/C1 أكبر بكثير من الجانب الأيمن من المتراجحة.

الشكل 11. دائرة مرشح التردد المنخفض من الدرجة الثانية بتروورث.

تظهر دائرة مرشح التمرير العالي من الدرجة الثانية في الشكل. 12. يتم حسابها باستخدام الصيغ:

حيث C=C1=C2 (تم تعيينها قبل الحساب)، وa1=1.4142 وb1=1.0 هي نفس معاملات الجدول.

الشكل 12. دائرة مرشح التردد العالي من الدرجة الثانية بتروورث.

قام متخصصو MASTER KIT بتطوير ودراسة خصائص وحدة التصفية هذه، التي تتمتع بأقصى قدر من الوظائف وأبعاد قليلة، وهو أمر ضروري عند استخدام الجهاز في الحياة اليومية. أتاح استخدام قاعدة العناصر الحديثة ضمان أقصى قدر من الجودة للتطوير.

الخصائص التقنية لوحدة التصفية

يظهر مخطط الدائرة الكهربائية للمرشح النشط في الشكل 13. وترد قائمة عناصر التصفية في الجدول.

يتم تصنيع المرشح باستخدام أربعة مكبرات صوت تشغيلية. يتم دمج مضخمات التشغيل في حزمة IC واحدة MC3403 (DA2). يحتوي DA1 (LM78L09) على مثبت جهد الإمداد مع مكثفات المرشح المقابلة: C1، C3 عند الإدخال وC4 عند الإخراج. يتم عمل نقطة منتصف صناعية على مقسم المقاومة R2 و R3 والمكثف C5.

يحتوي مضخم التشغيل DA2.1 على سلسلة عازلة لإقران معاوقات الإخراج والإدخال لمصدر الإشارة ومرشحات التمرير المنخفض والتمرير العالي والمتوسطة المدى. يتم تجميع مرشح الترددات المنخفضة على op-amp DA2.2، ويتم تجميع مرشح الترددات العالية على op-amp DA2.3. يؤدي Op-amp DA2.4 وظيفة مُشكل مرشح تمرير النطاق المتوسط.

يتم توفير جهد الإمداد إلى جهات الاتصال X3 وX4، ويتم توفير إشارة الدخل إلى جهات الاتصال X1 وX2. تتم إزالة إشارة الخرج المفلترة لمسار التردد المنخفض من جهات الاتصال X5، X9؛ مع مسارات X6 وX8 – HF ومع مسارات X7 وX10 – MF، على التوالي.

الشكل 13. مخطط الدائرة الكهربائية لمرشح نشط ثلاثي النطاق

قائمة عناصر مرشح نشط ثلاثي النطاق

يظهر مظهر المرشح في الشكل 14، وتظهر لوحة الدوائر المطبوعة في الشكل 15، ويظهر موقع العناصر في الشكل 16.

من الناحية الهيكلية، يتم تصنيع الفلتر على لوحة دوائر مطبوعة مصنوعة من رقائق الألياف الزجاجية. ينص التصميم على تركيب اللوحة في علبة BOX-Z24A القياسية، ولهذا الغرض، يتم توفير فتحات تثبيت على طول حواف اللوحة بقطر 4 و8 مم. يتم تأمين اللوحة في العلبة باستخدام اثنين من البراغي.

الشكل 14. منظر خارجي للمرشح النشط.

الشكل 15. لوحة الدوائر المطبوعة المرشحة النشطة.

الشكل 16. ترتيب العناصر على لوحة الدوائر المطبوعة المرشحة النشطة.