Тонкоректор Baxandall с операционни усилватели
Пасивен тонкоректор
Част I

    След като ви запознах с по-голямата част от моите експерименти с тонкоректори на Baxandall, като последната ми конструкция беше с пасивен филтър, но с транзисторни усилвателни стъпала, се насочих към поредния опит за изграждане на такъв, но с усилвателен елемент, изпълнен с операционен усилвател. Като си припомним изискванията относно входното и изходното съпротивление (пардон: импеданс) на пасивния филтър, се оказва, че тези условия са най-лесно изпълними с операционни усилватели, които съчетават в себе си високо входно и ниско изходно съпротивление до няколко десетки ома. Коефициента на усилване на операционния усилвател лесно може да се коригира с промяната само на един резистор в обратната връзка, а както стана ясно от предишните статии на тази тема, изборът на Ku = 10 се осъществява трудно с транзисторни стъпала.

    Така стигнах до компилация от вече използвани активни стъпала, които изпълняват описаните условия. Като начало се спрях на принципна схема, в която запазих входното транзисторно стъпало, свързано по схема общ колектор или по-известно като емитерен повторител, което "натоварих" с пасивния филтър на Baxandall, а него, съответно, с операционен усилвател с коефициент на усилване, който може да бъде подбран по наше желание, но, разбира се не по-малко от 10-12 пъти за да преодолеем затихването на филтъра. Тази принципна схема придоби следния вид:

    Както се вижда от горната схема, взети са всички предпазни мерки срещу самовъзбуждане във входното стъпало, а режимът на транзистора в клас "А" е така подбран, че на емитера се получава постояннотоково напрежение от около 6-7 волта. От своя страна операционния усилвател е свързан по схема с изкуствена средна точка, определяща се чрез резисторния делител R10-R11, а усилването се определя от приблизителното отношение на резисторите R13/R12, което с избраните стойности е 11 пъти, тоест около 22 dB. За разлика от други принципни схеми на тонкоректори, които съм разглеждал в мои статии, в изхода на операционния усилвател съм свързал частично тонкомпенсиран регулатор на усилването с пасивната група C12-R16, а превключвателят S1 позволява включването или изключването й. Обръщам внимание, че използвания потенциометър за усилване е със "средна" точка - отвод на 10 kΩ.

    За тези, които искат да изпробват и други възможности, предлагам, всъщност основата. На тази конструкция, тоест единствено пасивен тонкоректор, в който затихването се компенсира само с операционен усилвател и няма никакви други активни елементи. Но ето и тази принципна схема в "изчистен" вид:

    Една мааалко по-различна принципна схема на пасивния тонкоректор на Baxandall, в който местата на основния усилвателен елемент и емитерния повторител са разменени спрямо Схема 1, но отново основните изисквания за натоварване по вход и изход на филтъра са спазени, ви представям на следващата схема. Това е схемата, която реализирах, измерих и изработих печатна платка, чийто графичен оригинал прилагам в края на статията. Тази печатна платка позволява да се реализират тонкоректорите от Схема 2 и Схема 3, като последната следва:

    Прави впечатление, че използвам еднополярно захранване, но с много кратка преработка, може да се използва и двуполярно захранване. За моите експериментални цели това не беше необходимо. Интересното в случая, че аз предлагам различни активни елементи - входно стъпало с операционен усилвател и изходно стъпало с транзистор по схема общ колектор за да подсигуря изискванията за натоварване на филтъра и тонкомпенсирания регулатор на усилването. Последния вече съм използвал и като първо входно стъпало в предишни схеми на тази тема. Искам да припомня, че пасивния филтър внася затихване, което трябва да бъде компенсирано, за да не се намалява значително изходния сигнал на тонкоректора и всъщност да стане неизползваем с мощно крайно стъпало. Това компенсиране се извършва чрез операционния усилвател. Неговия коефициент на усилване може приблизително да се изчисли въз основа на съотношението Ku~R5/R4. В случая той съответства на Ku = 10, който от своя страна е равно тойностен на Ku = 20.log10 = 20x1 = 20 dB. Това означава, че ако резистора R4 се замести със стойност 91 kΩ, ще достигнем необходимото усилване за компенсация на затихването на филтъра на Baxandall. Резистора R6 предпазва изхода на операционния усилвател от евентуално късо съединение по време на монтажа. Изхода на ОУ е натоварен със самия филтър, изпълнен по стандартна схема. И тук искам да припомня, че увеличаването на амплитудата в ниските и високите честоти на звуковия обхват се постига в горно положение на плъзгачите на потенциометрите. Надявам се, че на всички предназначението на емитерния повторител е ясно - неговото високо входно съпротивление се съгласува с филтъра, а изходното му ниско съпротивление, респективно с тонкомпенсирания регулатор на усилването. Работата на тези стъпала вече съм описвал в предишни мои конструкции, така че препоръчам на този, който за първи път попада на тази статия да прочете и другите статии на тази тема. Те имат свързан характер.

    А сега няколко думи за печатната платка. Въпреки че горната схема е в моно-вариант, изпълнението на конструкцията е в стерео-вариант. Използвал съм двоен операционен усилвател в корпус DIP8. И въпреки това платката, която показвам, няма универсален характер, както в предишните статии. Причината е, че съм използвал фабрични потенциометри, част от които с дълги оси, а усилването с къса ос. Естествено, за да постигна една и съща геометрия за предния панел на усилвателя и една равнина за копчетата (врътките) на потенциометрите, съм ги разместил в дълбочина на печатната платка. Но в края на краищата, това са си моите потенциометри, които съм решил да използвам в моята си конструкция. Няма да ги хвърлям, нали? Интересното в тези потенциометри е, че те са стъпкови, с централна точка. Именно това ме въодушеви при използването им в тази конструкция. Примерно, всяка стъпка предлага регулиране през +/- 6 dB. По принцип, обикновено аз не използвам скъпи елементи в моите конструкции, освен ако не се изисква да се обърне специално внимание на качеството им. В случая, така съм постъпил и с използваните операционни усилватели, като съм се водил от желанието да се намират лесно на пазара. Например такива са TL082 или NE5532, като и двете интегрални схеми представляват DIP8, два операционни усилвателя в един корпус. Може да се използват и двете, но аз препоръчвам втория поради по-малките собствени шумове.

    А ето илюстрация на последователността при сглобяване на тонкоректора със следващите снимки:

    А на следващите снимки представям тонкоректора, реализиран по Схема 2, като на първата е представен в близък план и за отбелязване, че използвания операционен усилвател е TL082, а на втората може да се види тонкоректора в тестов режим с измерване на амплитудите при 40Hz и 16kHz, като в случая снимката е направена при измерване на честота 16 000 Hz:


    Това не означава, че ако някой от вас реши да реализира практически тонкоректора от Схема 2 той няма да работи или ще има забележимо по-лошо звучене спрямо същия от Схема 3. Както казах по-горе, Схема 3 се роди като решение за спазване на входно-изходните харакеристики на пасивния филтър. Но ето сега следва и това конструктивно решение, а вдясно е реализацията на усилвател на мощност с интегралната схема TDA1560Q, която описах в друга статия:

Архив [zip,pcb][7kb]

    И на края бих искал да отбележа, че използвайки методиката за измерване, която описах в предишна статия на тази тема, установих, че повдигането на нискочестотния сигнал за честота 40 Hz, респективно високочестотния за честота 16,000 Hz се оказа същото. Тоест, независимо от използваните активни елементи - транзистори или операционни усилватели, крайният резултат остана същия.


Литература:

1. NE5532 [zip,pdf][872kb]
2. TL082 [zip,pdf][1,6mb]

 

Валери Терзиев
27 декември 2014 година