Тонкоректор Baxandall с транзистори
Пасивен тонкоректор

    Всъщност, в своя оригинал, първоначалния замисъл на Питър Джеймс Баксандал преди 60 години е именно тонкоректор, в който не участват активни елементи. Още тогава се установява, че пасивния RC филтър внася съществено затихване от около 21-22 dB (10-12 пъти), което налага компенсирането му с допълнително усилвателно стъпало. И все пак тази схема остава популярна като "пасивен тонкоректор на Балсандал". На следващата схема е представен регулируемия RC филтър за регулиране на амлитудно–честотната характеристика във звуковия обхват чрез повдигане или подтискане на нискочестотния или високочестотния спектър:

    Работата на коректора може да се опише доста опростено, но за нагледност аз ще я представя на следващата схема като за улеснение ще използвам само регулирането по ниски честоти. На нея в ляво е дадено еквивалентното представяне на филтъра когато плъзгача на потенциометъра се намира в горно положение, а на дясната – в долно положение. В първия случай имаме повдигане на ниските честоти, а във втория на тяхното подтискане. Подробно описание на работата на филтъра съм дал в приложената литература към статиите си "Тонкоректор Баксандал", публикувани по рано на страниците на www.kn34pc.com:

    Все пак можем да онагледим работата на RC филтъра като за целта ще използвам една простичка програмка, която дава възможност за изчисляване дори и на елементите му, а именно Tone Stack Calculator.

    Но за да покажа нагледно промяната на амплитудно–честотната характеристика при горно и долно положение на плъзгача на потенциометъра направих съответната симулация с цитираната програмка, която ви представям на следващата фигура:

    Всеки висококачествен усилвател разполага освен с регулиране на усилването, честотно тонкомпенсиран, така и с възможност за регулиране на амплитудно-честотната характерситика, ако е стерео, за всеки от двата канала, поотделно или заедно. Регулирането се извършва за ниските и високите честоти на звуковия обхват 20-20000 Hz. Прочутата схема на Баксандал се използва и за изграждането на лентови филтри и съответно на графични еквалайзери.

    Сега следва една реална принципна схема на пасивен тонрегулатор за ниски и високи честоти тип "Баксандал", в която споменатото в началото на статията затихване, дължащо се на RC групите във филтъра може да се компенсира с едно съвсем опростено транзисторно усилвателно стъпало:


Сх. 1

    Както се вижда от схемата усилвателното стъпало предхожда филтъра на Баксандал, тоест входното ниво на сигнала се усилва 10-12 пъти, след което филтъра го подтиска със същия коефициент, така че коефициента на предаване за цялата схема е около Ku ~ 1.

    Лично аз не съм привърженик на подобна комбинация от усилвателно стъпало и филтър на Баксандал по следните съображения:

    а) транзисторът работи по схема общ емитер, респективно тя не може да осигури достатъчно ниско изходно съпротивление, каквото е изискването за входно съпротивление на филтъра.

    б) много е вероятно при коефициент на усилване на Т1 Ku = 10-12 пъти, напрежението на колектора да достигне 1/2 от захранващото напрежение и да се увеличат нелинейните изкривявания.

    Имайки предвид тези забележки, намирам, че следващата схема в по-голяма степен отговаря на изискванията и е достатъчно проста за реализация:


Сх. 2

    Може би ще забележите, че усилвателното стъпало в случая е след филтъра, а по схемно решение по нищо не се различава от същото в предходната схема. Но в последната схема посочените малко по-нагоре недъзи са отстранени. Трябва да припомня едно от правилата за построяване на тонрегулатор тип "Баксандал", а именно дълбочината на регулирането е толкова по-голяма, колкото е по-малко входното и по-голямо изходното съпротивления на свързващите стъпала. В основата на представения по-долу тонкоректор е пасивния филтър на Баксандал с компенсация на усилването с транзисторен усилвател и едновременно регулиране на двата стереоканала.

    Разбира се, всеки би могъл да направи разделено регулирането на ниските и високите честоти с отделни потенциометри, но трябва сам да разработи печатната платка за тези цели. Зaхранващото напрежение на предложената схема е +14 ÷ 18V. За разлика от активния тонкоректор при който RC веригите са включени в обратните връзки на усилвателното стъпало, а потенциометрите са линейни, при пасивния тонкоректор RC веригите се свързват последователно на транзисторното стъпало, а потенциометрите са логаритмични. В случая, повдигането на амплитудно–честотната характеристика е в посока придвижване на плъзгача на потенциометрите нагоре, към С4.

    А сега следва схемното решение на пасивния тонкоректор:


Сх. 3

    За да осигуря изискванията пасивния филтър да бъде захранен от стъпало с ниско изходно съпротивление аз използвам съставен транзистор, който чрез Т1 осигурява усилване 10-12 пъти по напрежение, или 20-22dB, към чийто изход чрез галванично свързано стъпало, реализирано с Т2 е включен емитерния повторител, чието ниско изходно съпротивление натоварва RC групата на филтъра. Резисторът R11 е предвиден за по-точно определяне на работната точка на стъпалото, но може да се окаже, че не е необходим, ако на изхода на Т2, в емитера измереното постоянно напрежение е около 1/2 Uc, захранването. Изходът на RC филтъра е десния край на резистора R8 и би следвало според горните изисквания да бъде натоварен с високо входно съпротивление на следващото стъпало. С цел намаляване на броя на активните елементи (и съответно собствени шумове) директно съм свързал потенциометъра за регулиране на усилването, който от своя страна е със средна точка и позволява свързването на допълнителна RC филтърна група за тонкомпенсация, описана в статията ми "Тонкомпенсиран регулатор на усилването", която няма да разглеждам. Бих предложил на тези, които проявяват голяма доза любопитство, да направят комбинация от горната схема и последната, като използват усилвателното стъпало Т1-Т2 като изходно стъпало към предишната. При всички положения тази комбинация отговаря на изискванията за изграждане на коректор "Баксандал".

    Тук искам да отбележа, че използвания потенциометър P3 е 50 kΩ, но силно препоръчвам стойността му да бъде по-висока, съобразно споменатите по-горе изисквания, а именно една такава стандартна е 100 kΩ.

    За посочените стойности на RC филтъра на коректора "Баксандал" направих съответната симулация с Tone Stack Calculator. Целта беше да проверя дълбочината на постигнатото регулиране при, естествено, фиксирани стойности на съпротивлението на потенциометрите, просто защото такива имах в шкафа със стари резервни части.

    Друга симулация, която следваше да направя беше със стойност на потенциометрите 100 kΩ, каквито също намерих в дълбоките резерви на шкафа. Тъй като потенциометрите от 50 kΩ се оказаха линейни, докато (както отбелязах по-горе) за построяването на пасивен тонрегулатор "Баксандал" се изискват логаритмични потенциометри, избрах вторите, които се оказаха такива. Естествено част от стойностите на RC филтърната група трябваше да се променят за да се получат съответните симетрични характеристики, както и дълбочина на регулирането и окончателната принципна схема на пасивния тонрегулатор придоби следния вид:


Сх. 4

    Естествено тук използвах потенциометър за регулиране на усилването със стойност 100 kΩ – стойността, с която се натоварва изхода на коректора и с която е направена симулацията. На следващата фигура представям две симулации на последните две схеми със стойности на потенциометрите 50 kΩ и 100 kΩ и промяна на стойностите на кондензаторите за високочестотното регулиране:

    Графиката със зелен цвят е с потенциометри 50 kΩ, а с жълт цвят – 100 kΩ. Отличителната разлика е забележима в дълбочината на повдигането/подтискането на ниски честоти под 100 Hz. Оставям на вас да направите избора, а аз се ограничавам до използването на логаритмичните потенциометри със стойност 100 kΩ, които намерих.

    Както отбелязах по-горе, за да се спазят напълно изискванията за входно и изходно натоварване на пасивния филтър, както и за да се предотврати опасността входния сигнал да бъде усилен твърде много от входното транзисторно стъпало, е по-добре то да бъде след филтъра. Ето една такава пълна принципна схема на тонкоректор, в която всички потенциометри са логаритмични и със стойност 100 kΩ:


Сх. 5

    Ако за подбор на работната точка на Т4 не се използва резистора R16X, това може да стане с подбор на стойността на резистора R15.

    Докато подготвях този материал за да покажа моята конструкция на пасивен тонрегулатор "Баксандал", попаднах на абсолютно същата схема в мрежата, но използвания в нея активен елемент беше операционен усилвател. Бих искал да ви я представя, тъй като операционния усилвател е лесно и бързо решение на изискванията към схемата, посочени в началото на статията:

    В горната схема, активния елемент е операционен усилвател, чието усилване се определя с отношението на резисторите R2/R1, което очевидно е 22 пъти. Тоест, около два пъти над коефициента на затихване на пасивния филтър. Вероятно това е във връзка с друга част от схемата, която не е публикувана, но ако вие я използвате в този вариант, ще се наложи да замените резистора R2 със стойност 1 MΩ за да установите коефициент на усилване около 10 пъти, приблизително равен на коефициента на затихване. Може би от всичко, което представих до момента, на всички се изясни, че аз предпочитам компенсацията на затихването да се извършва след филтъра. Но ето една схема на тонкоректор с пасивен филтър "Баксандал", в която усилването е разпределено в две стъпала – входно и изходно и представлява интересно решение:

    Тази схема на тонкоректор изпълнява всички изисквания, споменати в началото на статията. Тя е реализирана с операционен усилвател с изключително нисък шум NE5532, а общия коефициент на усилване от 10 пъти е разпределен по равно между входното и изходното стъпало, като всяко е с Ku ≈ 3,13 пъти (R2/R3 и R12/R13).

    Но за реализация вече беше твърде късно – вече бях "изчертал" платката и бях дал поръчка за изработването й. Печатната платка, която предлагам, е така разработена, че върху нея могат да бъдат реализирани всички предложени схеми: 1, 2, 3, 4 и 5, като някои от връзките се осъществяват с мостчета върху нея, така че да не загрозяват монтажа. Монтажа на елементите извърших по реда, по който описах схемите в статията. Първо монтирах пасивния филтър с потенциометрите за регулиране по ниски и високи честоти и, естествено, направих измерване с генератор и осцилоскоп.

    Установих, че съотношението на входното към изходното ниво на сигнала е десет пъти в полза на входното, тоест имаме затихване, което изразено в логаритмични единици е K = 20 . log(Ui/Uo), или К = 20 dB. Но ето това измерване:

    А ето последователното насищане на платката, съгласно описаните по-горе принципни схеми – Схема 1 (пасивна част), Схема 2, Схема 5.

    Какво показват резултатите от практическите измервания:

    Измерванията на регулирането на амплитудно-честотната характеристика в нискочестотния обхват на честота F = 40 Hz при средно положение на потенциометъра и крайно дясно (максимална амплитуда) показват повдигане от седем пъти, или по формулата по-горе това съотношение се изразява като K = 20.log(7) = 20 x 0,884 = 17 dB. Същото измерване във високочестотната част на звуковия обхват, на честота 16 kHz дава следния резултат: K = 20.log(8) = 20 x 0,9 = 18 dB.
 

Oбща тестова схема с карйното стъпало на ИС TDA1560

Валери Терзиев
2 декември 2014 година