Усилитель с фильтром для сабвуфера — простая схема. Активный фильтр низких частот (ФНЧ) для сабвуфера Низкочастотный фильтр для сабвуфера своими руками

Так как сабвуфер отвечает у нас за воспроизведение низких частот, нам необходимо «отсеить» сигналы низкой частоты из общего диапазона звука. Для этого используются так называемые фильтры нижних частот, сокращенно ФНЧ. Схем его построения существует масса, подразделяются они на пассивные и активные.

Пассивные фильтры состоят из обычных типовых элементов: конденсаторов, индуктивностей, резисторов и не имеют никаких внешних источников питания, т.е. непосредственно фильтруют нижние частоты и задерживают высокие.

Поэтому всегда ставятся после усилителя на выходе, в чем и есть сложность его сборки, потому что требует сборки усилителя, что для неспециалиста является довольно сложной задачей. Активные же фильтры построены на интегральных микросхемах, требуют дополнительного источника энергии, но в отличии от пассивных выполняют сразу две функции усиления и фильтрации.

На схеме построен активный фильтр на основе операционного усилителя BA4558, с помощью навесных элементов делаем активный фильтр нижних частот с верхней границей 100 Гц, т.е. любые частоты выше 100 Гц не усиливаются и не поступают на выход. Подстроечным резистором регулируется громкость звука, т.е. меняется коэффициент усиления сигнала.

Запитывать микросхему в обязательном порядке следует через ограничительный резистор, как показано на схеме, номинал резистора зависит от питания и тока потребления выбранного операционника.

В случае если питание берется от аккумулятора необходимо поставить стабилитрон на 12 В, как показано на схеме во избежание отказа микросхемы. Остальные тонкости сборки можете посмотреть на видео.

Доброго времени суток, уважаемые читатели! Сегодня речь пойдёт о сборке простого фильтра низких частот. Но несмотря на свою простоту, по качеству фильтр не уступает магазинным аналогам. Итак, приступим!

Основные характеристики фильтра

• Частота среза 300 Гц, более высокие частоты отсекаются;
• Питающее напряжение 9-30 Вольт;
• Потребляет фильтр 7 мА.

Схема

• DD1 - BA4558;
• VD1 - Д814Б;
• C1, C2 - 10 мкФ;
• С3 - 0,033 мкФ;
• С4 - 220 нф;
• С5 - 100 нф;
• С6 - 100 мкФ;
• С7 - 10 мкФ;
• С8 - 100 нф;
• R1, R2 - 15 кОм;
• R3, R4 - 100 кОм;
• R5 - 47 кОм;
• R6, R7 - 10 кОм;
• R8 - 1 кОм;
• R9 - 100 кОм - переменный;
• R10 - 100 кОм;
• R11 - 2 кОм.

Изготовление фильтра низких частот

(cкачиваний: 420)

При использовании современной магнитолы с акустикой чувствительностью 89 дБ и выше уровень громкости обычно вполне достаточен. Поэтому первый (бюджетный) усилитель, как правило, предназначается в первую очередь для сабвуфера. Обычно там есть блок формирования сигнала, но его возможности ограничены. Чаще всего фильтры имеют фиксированную частоту среза. А специализированный усилитель с плавно перестраиваемыми фильтрами - это вещь уже не бюджетная.

Предлагаемые схемы предназначены как раз для таких случаев. Большинство из них были разработаны "по просьбе трудящихся. Поэтому, кстати, мало рисунков печатных плат - это дело сугубо индивидуальное, зависит от деталей и компоновки в целом. Но платы зависит многое, в том числе и количество "граблей", на которые наступит радиолюбитель при повторении, поэтому все дополнения только приветствуются. Я пока проектирую платы только для конструкций "личного употребления", на все нет времени...

При разработке ставилось два условия:

• обойтись только однополярным питанием 12 вольт, чтобы не связываться с изготовлением преобразователей и не лезть за повышенным напряжением внутрь усилителя
• схема должна быть предельно простой и не требовать для повторения особой квалификации.

Первая схема предназначена для простейших установок. Поэтому ее характеристики далеки от идеала, но возможности вполне достаточны. Большой диапазон перестройки частоты частоты среза позволяет использовать сабвуфер практически с любой акустикой. Если у магнитолы нет линейных выходов - не беда. Схема может работать и с "колоночных" выходов магнитолы. Для этого нужно только увеличить сопротивление резисторов R1,R2 до 33...100 кОм.

При широкой полосе частот, воспроизводимых сабвуфером, для "стыковки" звучания с фронтальной акустикой необходимо использовать регулируемый фазовращатель. Схема простейшего сумматора с фазовращателем приведена на следующем рисунке. По сравнению с предыдущей схемой пределы перестройки частоты среза несколько сужены, все остальные рекомендации остаются в силе. Печатная плата не приводится - пусть это будет "домашним заданием".

Однако возможности простейших схем ограничены. Пассивный сумматор дает большое затухание сигнала, что заставляет использовать максимальную чувствительность усилителя. Кроме того, при работе от небуферизованного линейного выхода магнитолы (а в бюджетных линейках они все такие) возможно ухудшение разделения стереоканалов из-за невысокого входного сопротивления сумматора.
Поэтому нужно перейти к активному смесителю сигналов левого и правого каналов. Удобнее всего выполнить его на полевых транзисторах - при использовании транзисторов с напряжением отсечки более 3 вольт (КП303Г, КП303Е) необходимый режим работы достигается без смещения на затворе. В таком случае разделительный конденсатор на входе необязателен. А это дополнительное повышение качества звучания. Да и сами полевые транзисторы "благороднее".

Если встроенный фильтр усилителя устраивает, схему можно упростить.

И, наконец, когда есть все, что нужно и нужен только фазовращатель.

Наконец, если сабвуфер представляет сообой что-то более сложное, чем закрытый ящик, в канал усиления нужно включить фильтр обрезки инфранизких частот. Правда, для увеличения добротности пришлось выполнить его по схеме третьего порядка, хотя АЧХ соответствует второму.

В тех случаях, когда нужно встроить блок формирования сигнала сабвуфера непосредственно в усилитель, есть смысл перейти на двухполярное питание ОУ. Ниже приводится вариант схемы, дополненный входом высокого уровня и регулятором усиления. Резистор R18 определяет минимальный уровень выходного сигнала. Если нужно снижать его до нуля, резистор следует заменить перемычкой или снизить сопотивление до 100-200 Ом. Входные каскады и фильтр остались практически без изменений, но благодаря увеличению напряжения питания до 15 В несколько повышена перегрузочная способность. Небольшое изменение номиналов фильтра увеличило его добротность, как следствие - повысилась крутизна АЧХ непосредственно в зоне перегиба. При широкой полосе она приближается к фильтру третьего порядка. При налаживании нужно добиться, чтобы постоянное напряжение на эмиттере транзистора VT3 составляло 6-7 вольт.
Если нужно увеличить коэффициент передачи этого фильтра, можно зашунтировать резисторы в истоках полевых транзисторов электролитическими конденсаторами емкостью от 10 мкф и выше. Усиление возрастет примерно в 3 раза, но есть риск появления искажений.

Детали и монтаж
Для плавной регулировки частоты среза нужны резисторы с нелинейной зависимостью сопротивления (тип Б). В среднем пложении движка сопротивление одной половины "подковки" у них заметно больше, чем у другой. Включить их нужно так, чтобы движок закорачивал секцию с бОльшим сопротивлением.
Керамические конденсаторы в звуковом тракте использовать нельзя из-за микрофонного эффекта, их можно ставить только в цепи питания. Из недорогих и доступных лучше всего использовать полипропиленовые, фторопластовые или лавсановые. Например, К73-17 (от 0,01 до 6,8 мкф, напряжение от 50 до 630В, цена от 0,5 до 8 р за штуку в зависимости от размера и допуска). Конденсаторы нужно подобрать в пары с минимальным разбросом (важно не точное значение емкости, а рассогласование по каналам). Многие современные мультиметры позволяют измерить емкость непосредственно. Если такой возможности нет, лучше использовать конденсаторы с допуском 5%.
Полевые транзисторы по каналам нужно подбирать в пары по начальному току стока и напряжению отсечки. Если нет такой возможности, лучше использовать транзисторы из одной партии - в пределах упаковки разброс параметров обычно невелик. Вместо КП303 можно использовать сборки серии КПС, там идентичность пар обеспечивается технологически. Вместо КТ3102Е можно использовать любые другие n-p-n транзисторы с коэффициентом передачи тока более 50. Словом, возможности для творчества открываются широкие...
Чтобы избежать наводок, у транзисторов КП303 нужно соединить с общим проводом "земляную" ножку транзистора (вывод корпуса). Входные делители также должны быть как можно ближе к транзистору, чтобы в цепи "делитель-затвор" не было длинных проводников. Особенно важно это при высоком сопротивлении делителя.

Источник http://www.bluesmobil.com/shikhman/ А. И. Шихатов 1999-2003

Сегодня сабвуфер - неотъемлемая часть любого домашнего кинотеатра. Впрочем, не только домашнего. В публичных кинотеатрах тоже стоят сабвуферы. Их задача с максимальной реалистичностью воспроизводить звуки выстрелов, взрывов, грохота проползающего по экрану танка или проплывающего в экранном холодном космическом пространстве межзвездного галактического имперского крейсера. Да, да, я знаю, что крейсеры в космическом пространстве проплывают бесшумно, но у Джорджа Лукаса, который снял потрясающую киноэпопею «Звездные войны» на этот счет совершенно другое мнение. И это правильное мнение, поскольку одно дело смотреть на безмолвный имперский крейсер, а другое - слышать и даже ощущать проход мощной машины. Да, про ощущать я не оговорился, ибо низкочастотные вибрации, создаваемые мощным сабвуфером, ощущаются буквально всем телом.

Собственно, сам сабвуфер является мощным низкочаcтотным динамиком, подключенным к специальному сабвуферному каналу многоканальной системы усилителей. Сабвуферный канал при записи звуковой дорожки к фильму пишется отдельно, так что вся информация в нем содержащаяся - это исключительно о том, где и когда надо бахнуть, и с какой силой. Но это в случае цифровой записи сигнала. При аналоговой записи-воспроизведении сигнал сабвуферного канала может выделяться из общего сигнала фонограммы при помощи специального Фильтра Низких Частот - ФНЧ.

В общем случае именно ФНЧ формирует сигнал сабвуферного канала, и именно от его параметров зависит насколько мощно, сочно, четко будет бабахать сабвуфер. Разумеется, не только от ФНЧ, но и от акустического оформления самого сабвуфера зависит, насколько высоко вы будете подпрыгивать в кресле от очередного киношного выстрела или взрыва, но сейчас мы рассмотрим именно ФНЧ.

Два самых главных параметра ФНЧ называются: частота среза и крутизна спада.

Начнем с первой.

Дело в том, что динамик сабвуфера большой, тяжелый, неповоротливый, чаще всего с огромным диффузором, который призван создавать большое звуковое давление, вдавливающее зрителя в кресло. Амплитуда колебаний этого диффузора должна быть достаточно велика, поэтому на сабвуфер подается очень приличная мощность от выходного усилителя. Если мы не отфильтруем ВЧ составляющие сигнала, подаваемого на динамик, то просто спалим его, ибо он физически не сможет так быстро двигаться, в результате чего катушка динамика перегреется и разрушится.

Таким образом, наш ФНЧ занимается тем, что просто отрезает от входного сигнала ненужные для сабвуфера куски частотного диапазона и на выходе оставляет только те, которые не угробят сабвуфер и будут эффективно им воспроизводиться.

Посмотрим на амплитудно-частотную характеристику ФНЧ (ура, первая картинка!):

Итак, частота среза, выражаясь человеческим языком - это та частота, за которой амплитуда выходного сигнала резко падает. Посмотрите на левую картинку: так должен выглядеть идеальный ФНЧ - до определенной частоты сигнал есть, после нее сигнала нет. Но реальность, как обычно, несколько хуже. На правой картинке показана работа реального ФНЧ. Частота, на которой уровень выходного сигнала ослабляется на 3 дБ называется частотой среза ФНЧ - Fср. на картинке. Как видно по правой картинке, реальный ФНЧ ослабляет сигнал за частотой среза не сразу, а постепенно и тут у нас есть возможность перейти ко второй основной характеристике ФНЧ - крутизне спада.

Общеизвестно, что погоня за идеальным - самая большая ошибка человечества. Тем не менее, человечество не перестает за ним гнаться, набивая по пути знатные шишки.

С ФНЧ такая же история. Как вы видите на картинке выше, у идеального ФНЧ АЧХ поворачивает на 90 градусов на частоте среза, то есть, ни одна капелька сигнала за частотой среза не появится на выходе ФНЧ. Это - идеальная крутизна спада ФНЧ.

У любого реального ФНЧ данная характеристика более пологая и никогда не станет идеальной, но может максимально к ней приблизиться.

Посмотрим на второй рисунок - на нем отображены крутизна спада ФНЧ в зависимости от так называемого порядка ФНЧ - числа звеньев, из которых состоит фильтр.

Чем больше звеньев в ФНЧ, чем ближе его АЧХ к идеальной. Но тут надо заметить, что увеличение числа звеньев фильтра приводит к его схемотехническому усложнению и как следствие, увеличению количества электронных компонентов, из которых сделан фильтр, а следом и цены этого устройства. Помимо этого, разумеется, растут шум, искажения, уменьшается амплитуда выходного сигнала.

Простейшее звено ФНЧ выглядит следующим образом:

Это пассивный ФНЧ первого порядка. Включая такие звенья последовательно можно добиться весьма существенной крутизны спада. Но при этом, как уже отмечалось выше, существенно растут шумы и искажения в звуковом тракте. Более того, для согласования входного и выходного сопротивления такого фильтра необходимо на входе и выходе ФНЧ устанавливать буферные усилители. В противном случае сопротивление источника сигнала и сопротивление нагрузки фильтра будет существенно влиять на частоту среза.

Поэтому, чаще всего для построения ФНЧ используют схемы активного фильтра на операционных усилителях.

Вот, например, активный ФНЧ второго порядка:

Не смотря на простоту самого фильтра необходимо помнить о буферных усилителях, которые нужны и для этого типа ФНЧ. Да и к тому же, 2 порядок - это как-то маловато, а значит, нужно последовательное включение двух таких фильтров.

В общем, схема разрастется прилично.

Более того. Если вы только начинаете заниматься сабвуферами и всем, что с ними связано, непременно начнете читать профильные сайты и форумы, где обсуждаются те или иные способы построения ФНЧ. И тут выяснится, что помимо всего прочего есть фильтр Чебышева, фильтр Баттерворта, эллиптический фильтр, фильтр Саллена-Ки. И у каждого схемного решения есть свои плюсы и минусы. Честно говоря, закопаться можно запросто.

Видимо, поглядев на все это в древнерусской тоске, тайваньская компания PTC почесала в затылке и выпустила отличную микросхему - PT2351 - фильтр НЧ Саллена-Ки третьего порядка.

Микросхема в 8-выводном корпусе содержит в себе все элементы, необходимые для построения ФНЧ с очень приличными характеристиками.

Стерео сигнал от источника поступает на два буферных усилителя с высоким входным сопротивлениям. Сигнал смешивается и нормируется по уровню в смесителе, после чего поступает собственно на ФНЧ с встроенным выходным буферным каскадом (выходное сопротивление - всего 40 Ом), позволяющим подключать фильтр непосредственно к нагрузке без дополнительных плясок с буфером на ОУ.

Частота среза такого фильтра задается внешними конденсаторами.

На основе этой микросхемы был разработан набор для самостоятельной сборки NM0103 "ФНЧ для сабфувера" .

Основные технические характеристики:

Принципиальная схема:

Как видите, схема простейшая, с очень небольшим количеством навесных компонентов.

Схема универсальная - благодаря встроенному стабилизатору напряжения VD1, R3, C6, этот ФНЧ может применяться как для построения автомобильного сабвуфера, так и для домашнего кинотеатра или музыкальных систем 2.1. Максимальное напряжение питания, которое можно подавать на фильтр - 20 Вольт. Впрочем, если увеличить резистор R3, то можно и больше.

Питание однополярное, что серьезно облегчает встраивание такого фильтра в уже имеющийся звуковой тракт.

Частота среза фильтра определяется емкостью конденсаторов C3, C7. В наборе есть два комплекта конденсаторов разной емкости для построения ФНЧ с частотой среза 60 Гц или 80 Гц.

АЧХ фильтра:

Ну, а если номиналы конденсаторов, входящих в набор, вас по каким-то причинам не устроят, их можно выбрать из нижеследующей таблицы:

Часть номиналов конденсаторов получается нестандартной и составляется из двух конденсаторов стандартной емкости; номиналы указаны в скобках.

Из недостатков данной схемы по сравнению со схемами на ОУ можно отметить невозможность плавной регулировки частоты среза, а так же отсутствие регулировки фазы выходного сигнала. Но вот часто ли нужны такие регулировки?

Вещь, о которой мы сейчас расскажем, как понятно из названия статьи, является самодельным усилителем для сабвуфера, в народе называемом «Саб». Устройство имеет активный фильтр НЧ, построенный на операционных усилителях, и сумматор, обеспечивающий ввод сигнала с выхода стерео.

Поскольку сигнал для схемы берется с выходов на акустические системы, нет необходимости вмешательства в работающий усилитель. Получение сигнала с динамиков имеет еще одно преимущество, а именно — позволяет сохранить постоянное соотношение громкости сабвуфера к стереосистеме.

Естественно, усиление канала сабвуфера можно регулировать с помощью потенциометра. После отфильтровывания высоких частот и выделения низких (20-150 Гц), звуковой сигнал усиливается с помощью микросхемы TDA2030 или TDA2040, TDA2050. Это дает возможность настройки выходной мощности басов по своему вкусу. В этом проекте успешно работает любой динамик НЧ с мощностью более 50 Ватт на сабвуфер.

Схема фильтра с УМЗЧ сабвуфера

Описание работы схемы усилителя

Стерео сигнал подается на разъем In через C1 (100nF) и R1 (2,2 М) на первом канале и C2 (100nF) и R2 (2,2 М), в другом канале. Затем он поступает на вход операционного усилителя U1A (TL074). Потенциометром P1 (220k), работающем в цепи обратной связи усилителя U1A, выполняется регулировка усиления всей системы. Далее сигнал подается на фильтр второго порядка с элементами U1B (TL074), R3 (68k), R4 (150к), C3 (22nF) и C4 (4,7 nF), который работает как фильтр Баттерворта. Через цепь C5 (220nF), R5 (100k) сигнал поступает на повторитель U1C, а затем через C6 (10uF) на вход усилителя U2 (TDA2030).

Конденсатор С6 обеспечивает разделение постоянной составляющей сигнала предусилителя от усилителя мощности. Резисторы R7 (100k), R8 (100k) и R9 (100k) служат для поляризации входа усилителя, а конденсатор C7 (22uF) фильтрует напряжение смещения. Элементы R10 (4.7 k), R11 (150к) и C8 (2.2 uF) работают в петле отрицательной обратной связи и имеют задачу формирования спектральной характеристики усилителя. Резистор R12 (1R) вместе с конденсатором C9 (100nF) формируют характеристику на выходе. Конденсатор C10 (2200uF) предотвращает прохождение постоянного тока через динамик и вместе с сопротивлением динамика определяет нижнюю граничную частоту всего усилителя.

Защитные диоды D1 (1N4007) и D2 (1N4007) предотвращают появление всплесков напряжений, которые могут возникнуть в катушке динамика. Напряжение питания, в пределах 18-30 В подается на разъем Zas, конденсатор C11 (1000 — 4700uF) — основной фильтрующий конденсатор (не экономьте на его ёмкости). Стабилизатор U3 (78L15) вместе с конденсаторами C12 (100nF), C15 (100uF) и C16 (100nF) обеспечивает подачу напряжения питания 15 В на микросхему U1. Элементы R13 (10k), R14 (10k) и конденсаторы C13 (100uF), C14 (100nF) образуют делитель напряжения для операционных усилителей, формируя половину напряжения питания.

Сборка сабвуфера

Вся система паяется на . Монтаж следует начинать от впайки двух перемычек. Порядок установки остальных элементов любой. В самом конце следует впаивать конденсатор C11 потому что он должен быть установлен лежа (нужно согнуть соответствующим образом ножки).

Входной сигнал должен быть подключен к разъему In с помощью скрученных проводов (витой пары). Микросхему U2 обязательно необходимо оснастить радиатором большого размера.

Схему следует питать от трансформатора через выпрямительный диодный мост, фильтрующий конденсатор стоит уже на плате. Трансформатор должен иметь вторичное напряжение в пределах 16 — 20 В, но чтобы после выпрямления оно не превышало 30 В. К выходу следует подключить сабвуфер с хорошими параметрами — от головки очень многое зависит.