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 С1=С2=С, а сопротивления резисторов равны R₀=1/(2·p·f_ð·С). Резистор R5 обеспечивает требуемую добротность. Его сопротивление определяется выражением [3]:

R5=R₀·Q_ð.

Точный подбор R₀ не требуется, достаточно выбрать резистор со стандартным номиналом R_d, близким к R₀. Разность между этими сопротивлениями можно скомпенсировать, подобрав номинал резистора R4 равным (R₀)²/R_d.

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:

R₀=1/(2·p·f_ð·Ñ).

Выберем С=1 мкФ.

Тогда R₀=1/(2·p·30·1·10^-6); R₀=5305.32.

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
фильтра	30	60	120	240	480	950		1920	3840	7680	15360
C, ìêÔ	1	0.5	0.22	0.1	0.068	0.033		0.015	0.0068	0.0033	0.0015
R, Îì	5.1	5.6	6.2	6.8	4.7	5.1	5.6		6.2	6.2	6.8

Анализ приведенных выражений f_ð, Q_ð è Ê_ð показывает, что резонансную частоту и добротность можно регулировать соответственно резисторами R4 и R5, 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).

Зависимость частоты от изменения сопротивления резистора R4 представлена на рис. 3.2.

Рис. 3.2 Регулировка частоты фильтра резистором R4.

Зависимость добротности от изменения сопротивления резистора R5 приведеня на рис. 3.3.

Рис 3.3 Регулировка добротности фильтра резистором R5.

Регулировочные характеристики эквалайзера, приведенны на рис. 3.4.

Рис 3.4 Регулировочные характеристики эквалайзера.

Амплитудно-частотная характеристика буфферного каскада представлена на рис. 3.5.

Рис 3.5 Амплитудно-частотная характеристика буфферного каскада.

Данные расчеты были произведены для фильтра с резонансной частотой 960 Гц с помощью САПР MICRO-CAP III фирмы Spectrum Software.

3.3. Порядок настройки изделия.

Перед налаживанием эквалайзера отключают его фильтры от ОУ DA1, затем подают на них напряжение питания и проверяют постоянное напряжение на их выводах. Если в каком либо фильтре оно превысит ±20 мВ, заменяют соответствующий ОУ.

Так поступают и в случае самовозбуждения фильтра, разумеется, проверив предварительно правильность монтажа. После этого на вход каждого из фильтров поочередно подают синусоидальный сигнал с частотой, равной резонансной частоте фильтра, и, подключив к его выходу миливольтметр переменного тока или осциллограф, резистором R12 настраивают фильтр по максимуму напряжения на его выходе. Для установки требуемой оптимальной добротности фильтров Q_ð=1,4, которая выбрана из условия минимума шумов, на их входы также подают синусоидальный сигнал с частотой, равной резонансной. Измерив напряжение на выходе фильтра, увеличивают или уменьшают частоту вдвое и резистором R8 устанавливают на выходе фильтра вчетверо меньшее напряжение.

После настройки фильтра переменные резисторы R8 и R12 можно заменить постоянными, подобрав их сопротивление с точностью ±3%. Проведя эту операцию для всех фильтров, соединяют их с ОУ DA1 и резисторами R5.