3. Документы технического проекта
3.1. Обоснование схемотехнических решений.
Построить десятиполосный эквалайзер на базе обычных низкодобротных полосовых фильтров сложно. Из-за разброса номиналов резисторов и конденсаторов получить точное соответсвие реальных и расчетных параметров и АЧХ таких фильтров очень трудно. При этом, чтобы настроить десятиполосный эквалайзер с точностью ±10% по всем каналам, необходим не только предварительный подбор номиналов элементов до сборки, но и дополнительная их коррекция уже в готовом фильтре. На практике каждый фильтр приходится настраивать в макетном варианте и только после этого устанавливать на юбщую монтажную плату. Такая настройка отнимает много времени, требует высокой квалификации, специальных приборов и большого числа используемых для подбора элементов, что в итоге приводит к удорожанию устройства в процессе производства.
Таким образом, применение обычных низкодобротных фильтров нецелесообразно.
Рассматриваемое схемотехническое построение фильтра позволяет получить оптимальные параметры (необходимое произведение усиления на чувствительность, минимальный шум и максимальный динамический диапазон [3]).
В качестве активных элементов схемы применяются микросхемы К157УД2, которые содержат по два ОУ, что уменьшает габаритные размеры изделия.
На схеме показан только один частотный канал, остальные ему идентичны.
3.2. Расчеты, подтверждающие работоспособность изделия.
Приведем принципиальную схему фильтра, который используется в цепи обратной связи эквалайзера:
Рис. 3.1 Высокодобротный фильтр. Схема электрическая принципиальная.
Основные расчетные параметры фильтров разрабатываемого устройства [3]:
Рассматриваемое схемотехническое построение фильтра позволяет получить оптимальные параметры (необходимое произведение усиления на чувствительность, минимальный шум и максимальный динамический диапазон [3]), в том случае, если емкость С7=С8=С, а сопротивления резисторов равны R0=1/(2·p·fр·С). Резистор R12 обеспечивает требуемую добротность. Его сопротивление определяется выражением [3]:
R12=R0·Qр.
Точный подбор R0 не требуется, достаточно выбрать резистор со стандартным номиналом Rd, близким к R0. Разность между этими сопротивлениями можно скомпенсировать, подобрав номинал резистора R13 равным (R0)2/Rd.
Исходя из описанных выше зависимостей можно расчитать параметры фильтров эквалайзера. Выберем десять резонансных частот фильтров графического эквалайзера, причем каждая последующая частота вдвое больше предыдущей: 30, 60, 120, 240, 480, 960, 1920, 3840, 7680 и 15360 Гц.
Расчитаем фильтр для резонансной частоты 30 Гц:
Выберем С=1 мкФ.
Тогда
Выбираем значение сопротивлений резисторов, равное 5.1 кОм.
Аналогично расчитываем остальные фильтры. Результаты расчетов приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1
|
Номиналы элементов |
Частота настройки фильтра, Гц | |||||||||
|
30 |
60 |
120 |
240 |
480 |
960 |
1920 |
3840 |
7680 |
15360 | |
|
R9,R10,R11(кОм) |
5,1 |
5,6 |
6,2 |
6,8 |
4,7 |
5,1 |
5,6 |
6,2 |
6,2 |
6,8 |
|
С7,C8 (мкФ) |
1 |
0,5 |
0,22 |
0,1 |
0,068 |
0,033 |
0,015 |
0,0068 |
0,0033 |
0,0015 |
|
R13 (кОм) |
5,5 |
5,8 |
6 |
6,5 |
5 |
5,1 |
5,5 |
23 |
23,5 |
24 |
|
R12 (кОм) |
11 |
10 |
12 |
13 |
9,7 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
Анализ приведенных выражений fр, Qр и Кр показывает, что резонансную частоту и добротность можно регулировать соответственно резисторами R13 и R12, исключив подбор номиналов других пассивных элементов. Пределы регулировки первого параметра ±400% (дальнейшее их расширение может повлечь за собой самовозбуждение фильтра на резонансной частоте), второго - 0...20 (верхнее значение ограничено входным сопротивлением ОУ).
Рис. 3.2 Регулировка частоты фильтра резистором R13.
Рис 3.3 Регулировка добротности фильтра резистором R12.
Рис 3.4 Регулировочные характеристики эквалайзера.
Рис 3.5 Амплитудно-частотная характеристика буфферного каскада.
Данные расчеты были произведены для фильтра с резонансной частотой 960 Гц.