В статье речь пойдет об активном фильтре
для
двухполосного усилителя
. Фильтр не нуждается в трудоемкой настройке и выполнен на доступных ОУ.
Первый раз эту схему я собирал лет 10 назад, нужно было раскачать колонки Радиотехника S90
не очень мощным самодельным усилителем (Ватт 25-30 навскидку), цель — узнать на что вообще способны эти колонки.
Но мощности усилителя явно не хватало. И в одной интересной книжке я набрел на схему этого фильтра. Решил попробовать раскачать S90 двухполосным усилителем.
Одно из преимуществ заключается в том, что при перегрузке низкочастотного канала, его искажения хорошо маскируются СЧ-ВЧ звеном, следовательно максимальная неискаженная мощность на слух становится заметно больше. В итоге мне удалось раскачать одну колонку так, что шифер на гараже стал трещать.
↑ Схема
Второй канал идентичный, не показан. Пины питания чипа см. в даташите на применённый ОУ.
Входной сигнал подан на неинвертирующий вход операционного усилителя МС1, который выполняет функции активного фильтра низких частот с крутизной спада частотной характеристики 18 дБ/октаву, и на неинвертирующий вход операционного усилителя МС2, который выполняет функции дифференциального усилителя с коэффициентом передачи по напряжению Ku=1.
На инвертирующий вход МС2 подан сигнал с выхода фильтра низких частот МС1. В дифференциальном усилителе МС2 из спектра входного сигнала вычитается его низкочастотная часть, и на выходе МС2 появляется только высокочастотная часть входного сигнала.
Таким образом, требуется лишь обеспечить заданную частоту среза фильтра низких частот, которая и будет частотой разделения.
Значения элементов фильтра находятся из соотношений:
C1 = C2 = C3; R1 = R4; R5 = R1/6,8; R1×C1 = 0,4/Fp, где Fр — частота разделения.
R1 я брал 22 кОм, а дальше все рассчитывается по формулам в зависимости от требуемой частоты разделения.
Схема оконечного усилителя мощности звука
Для упрощения схемы и в целях уменьшения размеров готового устройства, в качестве оконечных усилителей были использованы микросхемы серии TDA, которые широко применяются в малогабаритной аудиоаппаратуре, например, в автомагнитолах. Эти микросхемы имеют, как правило, достаточно приемлемые характеристики для бытовой аппаратуры вполне высокого качества. При этом они имеют встроенные схемы защиты от перегрузки, перегрева и коротких замыканий в нагрузке. Мощностные характеристики определялись исключительно мощностями имеющихся акустических систем. Так, для СЧ-ВЧ полосы была использована МС TDA1558Q в мостовом включении. Эта МС может включаться по схеме 4 канала по 11 Вт, либо по мостовой схеме 2х22 Вт). Для колонок мощностью 20 ватт была применена такая мостовая схема включения (рис.3)
Схема 3 – усилитель мощности на 1558
Схема предельно простая и отдельного описания, явно, не требует. Неиспользуемые выводы МС — 4,9,15 — следует оставить свободными. Если отдельный выключатель MUTE / ST-BY использоваться не будет, контакт 14 МС следует соединить напрямую с плюсовым проводом питания. Электролитический конденсатор большой ёмкости (2200 mF) желательно ставить как можно ближе к выводам МС. От его ёмкости зависит не только качество сглаживания питающего напряжения, но и перегрузочная способность усилителя. Конденсатор 0,1 mF в цепи питания ставится для фильтрация возможной высокочастотной составляющей. Рабочее напряжение всех элементов должно быть не ниже напряжения питания (+U).
↑ Печатная плата
В качестве ОУ я применил счетверенный ОУ типа К1401УД2. Эта плата под него. Для стереосистемы из двух двухполосных АС достаточно собрать 1 плату.
#09/02/2021
Печатка От Игоря (Datagor) под LM324, LM2902, LM224, LM124:
Причесал ПП, изменил питание под импортные ОУ (!), подписал компоненты согласно схеме, подписал входы и выходы и т.п. GND — общий питания, земля; +V, −V — питание ±12V … 15V; IN1, IN2 — аудиовходы (ЛК, ПК) от источника (зв.карта, ЦАП, пред, телефон); HF1, HF2 — выходы ВЧ-полос, на усилители; LF1, LF2 — выходы НЧ-полос, на усилители;
Конденсаторы по питанию, которых нет на схеме: С50, С53 — 100μF … 470μF 16V (электролит); С51, С52 — 0.1μF … 0.68μF (плёнка или керамика); ОУ — LM324, LM2902, LM224, LM124 и др, счетверённые (dip-14 quadruple opamp).
Обратите внимание:
у импортных ОУ и у К1401УД2 питание инверсное! Шутка отечественных разработчиков. Выбирайте ПП соответственно вашему ОУ.
Забирайте ПП в файлах.
Разделительный фильтр для двухполосной акустической системы
Всем привет, продолжаю серию обзоров про самодельную акустику. Про динамики начало тут. Сегодня о том, как не надо делать разделительный фильтр. Что такое разделительный фильтр (для любителей англицизмов «кроссовер»)? Это устройство, пропускающее определенные частотные составляющие в сигнале и ослабляющее остальные. Фильтр может быть реализован в виде аналоговой схемы (пассивные и активные фильтры), а также реализован программно или в виде цифрового устройства (цифровые фильтры). Если в акустической системе больше одного динамика, то что бы динамики играли согласовано по своим частотным диапазонам, необходим фильтр, который даст динамику играть в своей полосе частот, в своей «зоне комфорта». Но есть главная особенность. Фильтр для акустической системы нельзя рассчитать, слишком много факторов будут влиять на конечную АЧХ акустики (параметры динамика, расположение их на корпусе, бафлстеп и пр.) Нужны измерения конкретных динамиков в конкретном корпусе. Конечно, это касается домашнего Hi Fi, а не low автозвука и поделок из отечественных динамиков в ящике для хранения картофеля.
Так как здесь все же сайт для
для обзоров товаров, заказанных в зарубежных интернет-магазинах
а не форум по звукотехнике, я расписывать все подробно не буду, но очень рекомендую
ознакомится с этой статьей и данным разделом форума.
Теперь посмотрим на то, что предлагают китайцы тем, кто все таки решился пойти по простому пути и поставить готовый фильтр. Так как проект у меня ультрабюджетный, я выбрал самое дно рынка, самый дешевый и простой разделительный фильтр для двух полос. Плата фильтра продается по одной.
Размеры платы и подключения:
Тут есть система перемычек:
- Без перемычек — «нормальный» режим.
- С1 перемычка — усиление высоких частот (ВЧ).
- С2 перемычка — усиление низких частот (НЧ).
- Обе перемычки — усиление всего и вся))
Внешний вид платы:
Клеммы: вход с усилителя, выход для НЧ динамика и выход для ВЧ динамика. Так на вскидку, тут фильтр второго порядка (катушка+конденсатор) на НЧ и фильтр первого порядка на ВЧ (конденсатор). Аттенюатор из резисторов отсутствует, если у Вас отличается чувствительность (громкость) динамиков, то это Ваши проблемы. Примерно такую передаточную характеристику мы ждем от такого фильтра:
Но давайте рассмотрим подробнее, перевернув плату топология становится на свои места:
Это все же фильтр первого порядка на НЧ с сабсоник фильтром. Конденсатор тут стоит последовательно с катушкой. На ВЧ работают один либо пара конденсаторов. Вот, собственно, и разница между НЧ фильтром второго порядка и первый порядок + сабсоник:
Сабсоник может быть полезен как раз для мелких динамиков, что бы низкие частоты не шли на динамик, не способный их воспроизвести. Посмотрим теперь номиналы элементов:
Электролит 220 мкФ 50 В, пленка 1,5 мкФ 100 В 2 шт. Индуктивность катушки я не смог определить, она очень мала. Вот ее параметры: Ферритовый каркас 6 мм в диаметре 20 мм длиной, намотана 17 витков проводом 1 мм.
Измеренные графики работы этого фильтра:
По два графика — это работа перемычек. Что же мы видим? Да то, что фильтр-то, нифига не фильтрует. По НЧ индуктивность совсем не работает (зеленая линия), не заваливает АЧХ к середине (басовик будет играть весь диапазон), второй график (желтый) работа сабсоника. По ВЧ — обычный фильтр первого порядка. В принципе, все это плату можно заменить одним конденсатором 3,3 мкФ.
Результат (точнее отсутствие результата) вполне ожидаемо, фильтр по НЧ не работает, сэкономили на катушке. Но для моего проекта пойдет и этот)) Но, если задумаете делать много полосную систему, пере
↑ Программа для расчёта 2-полосного фильтра АС
#08/02/2021
От Игоря (Datagor): Сделал программку-расчёт в MS Excel этого фильтра.
Вводим частоту раздела и номинал резистора R1, остальные номиналы схемы считаются автоматом. Можно двигать, подбирать номиналы ближе к существующим. Диапазон R1 от 10кОм до 30кОм. Можно удобно распечатать расчёт вместе со схемой на одном листе А4. Угощайтесь, у кого затруднения с ручным расчётом.
