Linkwitz-Frequenzgangkorrektor im Low-Power-UMZCH. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Transistor-Leistungsverstärker

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Das akustische Design der Lautsprecher kann man sich als Hochfrequenzfilter vorstellen, es kommt also nicht nur zu einem Abfall der Amplituden-Frequenz-Charakteristik (AFC) im Tieftonbereich (von 12 auf 24 dB pro Oktave), sondern auch eine entsprechende Änderung der Phasen-Frequenz-Charakteristik (PFC). Je nach Qualitätsfaktor des Tieftonkopfes im Akustikdesign kann es zu einer Spitze im Frequenzgang kommen (bis zu 6 ... 8 dB bei der Resonanzfrequenz des Kopfes im Akustikdesign fc), die führt zu einem "murmelnden" Geräusch.

Durch den Einsatz eines speziellen Korrektors mit „Spiegel“-Charakteristik zum Frequenzgang des Lautsprechers lässt sich nicht nur der Frequenzbereich im Bassbereich erweitern und „Muscheln“ beseitigen, sondern auch der Phasengang korrigieren, was sich günstig auf den Frequenzgang auswirkt Wiedergabetreue. Der äquivalente Qualitätsfaktor des akustischen Systems (AS) wird nahezu optimal, gleich 0,71.

Der Linkwitz-Frequenzgangkorrektor (Abb. 1) ist ein invertierender Verstärker, der von einem frequenzabhängigen OOS unter Verwendung von zwei doppelten unvollständigen T-Brücken abgedeckt wird - am Eingang und im OS-Kreis. Die Eingangs-T-Brücke ist in der OS-Schaltung auf die Frequenz fc abgestimmt - auf die Frequenz (0,25 ... 0,5) fc.

Abb.1. Linkwitz-Frequenzgangkorrektor

Die Elemente der T-Brücken sind so gewählt, dass die Zeitkonstanten der RC-Glieder korrigieren

τ1 = R1*C2 = R5*C3;
τ2 = R2*С1 = R4*С4

waren gleich. Die Verstärkung im LF-Bereich wird durch das Verhältnis K bestimmt_nc = R4/R2. Je nach Gütefaktor des Tieftöners im Akustikdesign ist der Wert von K_nc variiert innerhalb von 4,5 ... 15.

Offensichtlich muss der UMZCH bei Verwendung eines Korrektors einen angemessenen Übersteuerungsspielraum haben. Die Güte der T-Brücken hängt von den Widerständen R1 und R5 ab. Die Parameter der Korrektorelemente für einige Werte des Qualitätsfaktors des Kopfes in einem akustischen System mit einem Phaseninverter (FI) sind in Tabelle 1 angegeben.

Die Nennwerte von RC-Gliedern müssen mit einer Genauigkeit von ±1 % gewählt werden. Die letzte Spalte gibt die untere Frequenz des entzerrten Lautsprechers an (relativ zur Kopfresonanzfrequenz fs). Für andere Werte der Frequenz fc werden die Kapazitäten der Kondensatoren C1 ... C4 neu berechnet. Beispielsweise ist die Kapazität C1:

C1' = C1*80 / fc

Die restlichen Container werden auf die gleiche Weise berechnet. Sie können im Gegenteil die Kapazitäten gleich lassen und die Werte der Widerstände R1 ... R6 neu berechnen.

Ab einer Güte des Kopfes von 1,6 steigt die Korrektorkennlinie bei Frequenzen von 20 ... 30 Hz deutlich an. Um den UMZCH bei infratiefen Frequenzen nicht zu überlasten, empfiehlt es sich, an seinen Eingang ein zusätzliches RC-Filter erster Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 30 Hz zu schalten.

Um die Funktionsweise des Korrektors zu verstehen, betrachten Sie die Eigenschaften einer Doppel-T-Brücke (Abb. 2a).

Abb.2.a. Doppelte T-Brücke

Es ist ein Kerbfilter mit einer Frequenz von f0:

f0=1 / 2πRC .

Die Sperrtiefe (Frequenzunterdrückung f0) eines solchen Filters erreicht 50 dB bei Betrieb an einer hochohmigen Last. Eine unvollständige Doppel-T-Brücke (Abb. 2b) hat die gleiche Abstimmfrequenz, aber die Filterqualität ist viel geringer und die Kerbtiefe beträgt nur 10 dB.

Abb.2.b. Unvollständige Doppel-T-Brücke

Der Vorteil einer unvollständigen Brücke besteht darin, dass Sie die Filterabstimmfrequenz durch Ändern nur einer Kapazität Cx ​​abstimmen können. Die Abstimmfrequenz einer unvollständigen Doppel-T-Brücke wird durch die Formel bestimmt:

f = f0 * n^1/2, n = 2 * Cx/C.

Die Ablehnungstiefe einer unvollständigen Doppel-T-Brücke für einige Werte von n ist in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

n	0,1	0,125	0,25	0,5	1,0	2	3	4	5	10
Unterdrückungstiefe, dB	1,5	2,0	3,5	6,0	10	14	17	19	21	26

Der Linkwitz-Frequenzgangkorrektor ist hauptsächlich für geschlossene akustische Systeme gedacht, kann aber auch in Verbindung mit einem Phasenwender verwendet werden.

Bestimmung des Qualitätsfaktors AC Q_ts Und die Resonanzfrequenz fc erfordert ein beliebiges Elektretmikrofon (z. B. IEC-3) und einen Vorverstärker mit einem glatten Frequenzgang im Bereich von 10 bis 10000 Hz.

Die Resonanzfrequenz fc kann wie folgt mit einer Genauigkeit von 10...15% bestimmt werden. Das Lautsprechergehäuse wird abgedichtet, indem das Phaseninverterloch dicht verschlossen wird. Das Mikrofon wird in unmittelbarer Nähe (in einem Abstand von 2 ... 2 mm) zum Diffusor des Tieftonkopfes mit einem Versatz von 3/0,1 des Diffusorradius von seiner Mittelachse platziert. Den Lautsprechern wird ein Signal mit einer Leistung von 0,5 ... 20 W zugeführt. Das Signal vom Ausgang des Verstärkers wird von einem Voltmeter und einem Oszilloskop gesteuert. Durch Veränderung der Frequenz des Generators wird der Frequenzgang des Lautsprechers von 500 auf XNUMX Hz aufgebaut.

Sie sind vom Vorhandensein eines Buckels im Frequenzgang im fc-Bereich und einem charakteristischen Abfall mit einer Steilheit von 12 dB / Okt. überzeugt. unterhalb dieser Frequenz.

Entfernen Sie den Tieftöner und bestimmen Sie seine Hauptresonanzfrequenz im freien Raum fs und den Gesamtgütefaktor Q_tsB. nach den in [2] beschriebenen Methoden. Danach wird der Qualitätsfaktor des Lautsprechers durch die Formel bestimmt:

Q_ts = Q_ts *fc/fs.

Art des Frequenzgangs und Phasengangs des Korrektors für Q_ts = 1,0 sind in Abb. 3, Frequenzgang für Q, dargestellt_ts = 1,4; 1,8; 2,5 - jeweils in Abb. 4 ... 6.

Ris.3.

Ris.4.

Ris.5.

Ris.6.

Eine Zeichnung einer Leiterplatte mit den Abmessungen 45 x 49 mm für einen Zweikanalkorrektor ist in Abb. 7, eine Montagezeichnung in Abb. 8 dargestellt. Die Platine bietet Platz für die Installation von unpolaren Leistungsentkopplungskondensatoren (sie sind im Diagramm nicht dargestellt). Als Operationsverstärker können Chips vom Typ K544UD1 oder KR140UD608 verwendet werden.

Abb.7. Leiterplatte eines zweikanaligen Korrektors

Abb.8. Montagezeichnung

Da der Korrektor bei Frequenzen von 30 ... 40 Hz eine Verstärkung von 10 bis 15 dB (3 ... 5-mal) haben kann, was bei Verwendung in einem Verstärker mit geringer Leistung zu seiner Überlastung und seinem starken Signal führt Einschränkung ist es notwendig, Maßnahmen zu ergreifen, um die Sichtverzerrung zu reduzieren. Zu diesem Zweck werden in letzter Zeit vermehrt Signalbegrenzer (Limiter) eingesetzt [3,4, XNUMX].

Eine mögliche Version des adaptiven Limiters ist in Abb. 9 dargestellt. Mit Hilfe der Widerstände R4 und R5 wird ein sanftes symmetrisches Clipping des Signals erreicht, das bei einer 2 ... 3-fachen Eingangsüberlastung nicht an eine harte Grenze stößt. Durch den Anschluss des Eingangsteilers an das UMZCH-Netzteil bleibt die stufenlose Begrenzung auch bei Änderungen der Versorgungsspannung erhalten.

Abb.9. Adaptiver Begrenzer

Die Glätte des Begrenzerverhaltens hängt von der Anzahl der Dioden und in gewissem Maße von den Eingangswiderständen ab (je größer der Widerstandswert und je weniger Dioden, desto enger die Clipping-Charakteristik). Es ist wünschenswert, Dioden mit ähnlichen Eigenschaften zu wählen.

Eine Zeichnung der Leiterplatte des Begrenzers mit den Abmessungen 52 x 34 mm ist in Abb. 10 gezeigt, eine Montagezeichnung - in Abb. 11. Als VT1 und VT2 können Sie Transistoren wie KT502E, KT503E, VT3 und VT4 verwenden - alle komplementären Low-Power-Transistoren, z. B. KT3102, KT3107. Dioden - alle Low-Power-Dioden, sowohl Silizium als auch Germanium.

Abb.10. Limiter-Platine

Abb.11. Montagezeichnung

Im Vergleich zur „harten“ Begrenzung wird bei Verwendung eines Limiters das Signalspektrum mit Obertönen niedrigerer Ordnung angereichert. In diesem Fall kommt es jedoch an den Spitzen des Signals zu einer deutlichen Abnahme der Mittel- und Hochfrequenzkomponenten und der Hinzufügung ungeradzahliger Harmonischer.

Um diesen Effekt zu reduzieren, wurde ein Korrektor kombiniert mit einem Begrenzer entwickelt (Abb. 12).

Abb.12. Korrektor kombiniert mit Limiter

Anstatt die Anzahl der Dioden zu erhöhen, werden die Widerstände R22 und R23 eingeführt, um die Glätte der Begrenzung zu erhöhen, und um die Begrenzung der Mittel- und Hochfrequenzkomponenten zu verringern, sind serielle RC-Schaltungen in den Teilern R13-R15 (R14- R16). Oszillogramme von Signalen mit einer Frequenz von 30 Hz (700 mV) und 1 kHz (175 mV) mit einem herkömmlichen Begrenzer (ohne Teiler) und mit dem vorgeschlagenen sind in Abb. 13 bzw. 14 dargestellt.

Ris.13.

Ris.14.

Auf dem Oszillogramm in Abb. 14 wird im Vergleich zu Abb. 13 das Signal mit einer Frequenz von 1 kHz deutlich weniger unterdrückt, jedoch treten bereits Phasenverzerrungen auf. Daher muss ein Kompromiss zwischen dem Erhaltungsgrad der MF- und HF-Anteile des Signals und zusätzlichen Phasenverzerrungen gefunden werden.

Die Leiterplatte des Geräts mit den Abmessungen 55 x 75 mm ist in Abb. 15 dargestellt, und die Zusammenbauzeichnung ist in Abb. 16 dargestellt.

Abb.15. Die Platine des Korrektors kombiniert mit dem Begrenzer

Abb.16. Montagezeichnung

Literatur

1. I. Alexejew. Über die Verzerrung des Frequenzganges kleiner akustischer Systeme und "tiefer Bass". - Radiohobby, 2000, N5, S.59.
2. I. Aldoshina, A. Voishvilo. Hochwertige Akustiksysteme und Emitter. - M.: Radio und Kommunikation, 1985.
3. A. Petrow. Transistor UMZCH auf dem Weg zur Perfektion. - Funkamateur, 1999, N5, S.18.
4. S. Ageew. Superlinearer UMZCH mit tiefem Umweltschutz. - Radio, 1999, N11, S. 14.

Autor: A. Petrov, Mogilev; Veröffentlichung: radioradar.net

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