Устройство усилителя «DL Audio Gryphon Lite 1.1500». Предусилитель и фильтры.
Продолжение материала по устройству автомобильного усилителя DL Audio Gryphon Lite 1.1500 класса D. Предыдущие части:
-
Вводная часть. Усилитель DL Audio Gryphon Lite 1.1500. Принципиальная схема и обзор аппарата;
-
Часть №1. Преобразователь напряжения.
Предусилитель и фильтры (кроссовер).
Блок предусилителя и фильтров состоит из двух основных узлов. Первый из них, это предварительный усилитель аудиосигнала, второй – система активных фильтров с возможностью плавной регулировки настроек (кроссовер). Также может включать цепи коммутации сигнала, буферные усилители, входные и выходные разъёмы для подключения сигнальных кабелей, индикаторы работы устройства.
Блок фильтров необходим поскольку низкочастотный тыловой динамик (сабвуфер) не способен воспроизводить весь спектр аудиосигнала без искажений. Набор фильтров позволяет выделить из спектра звуковых частот необходимую полосу, а также подстроить систему для работы с конкретным сабвуфером.
Органами управления данного блока являются те самые регуляторы «GAIN», «LPF», «SUBSONIC», «BASS BOOST» на передней панели усилителя.
Так как оригинальной схемы предусилителя и кроссовера от моноблока Gryphon Lite 1.1500 нет, то воспользуемся схемой от усилителя «AVATAR ATU-2000.1D». По своему составу они очень похожи. Совпадает не только количество основных регуляторов и диапазон регулировки частот/усиления, но и набор используемых микросхем. В обоих аппаратах блок выполнен на трёх микросхемах TL074C (SO-14), – малошумящих операционных усилителях.
Стоит понимать, что основные узлы данного блока построены по типовым схемам. Как правило, это фильтры низких и высоких частот на операционных усилителях (ОУ) второго, третьего или же четвёртого порядка. Фильтры четвёртого порядка применяются, как правило, в старших и более дорогих моделях серии.
Остальные узлы, такие как предварительный усилитель или повторители на ОУ также не новы и подробно описаны в соответствующей литературе.
Предложенная схема взята в качестве примера. Разберём её основные участки.
Принципиальная схема предварительного усилителя и фильтров
Нумерация и позиционные обозначения элементов условные.
Каждая микросхема TL074C состоит из четырёх операционных усилителей (ОУ). На схеме они обозначены, как U1A, U1B и т. д. U1 – номер микросхемы, а буквами A, B, C, D обозначаются ОУ в её составе.
Обычно микросхемы в блоке предусилителя и фильтров питаются двухполярным напряжением ±12...15V, которое поступает от дополнительных выпрямителей преобразователя напряжения усилителя.
На принципиальной схеме цепи питания микросхем обозначаются так: +VCC и -VCC.
В качестве регуляторов используются переменные сдвоенные резисторы. Каждый состоит из двух секций (два переменных резистора на одной оси регулятора).
Переменные резисторы на схеме обозначены, как VR1.1, где VR1 это номер переменного резистора в схеме, а вторая цифра после точки, – это номер секции.
Пояснения к работе схемы.
На вход U1A поступает объединённый аудиосигнал с входных разъёмов «INPUT L» и «INPUT R», к которому подключаются разъёмы типа "тюльпан" от головного устройства.
Считается (с некоторыми оговорками), что человеческий слух плохо локализует низкие частоты. Поэтому двухканальный стереосигнал объединяется в один.
Полученный сигнал усиливается операционным усилителем U1A и далее подаётся на вход следующего операционного усилителя U1B. Но, перед этим он поступает на регулятор громкости «GAIN». Он выполнен на переменном резисторе VR1. В маркировке B10k указан номинал (10 кОм) и функциональная характеристика (B, показательная) переменного резистора.
Параллельно VR1 и резистору R80 подключается переменный резистор «REMOTE». Это тот самый дистанционный регулятор баса. Выносной блок с регулятором громкости, который устанавливается в салоне авто и подключается проводом к разъёму «REMOTE» на лицевой панели.
На элементах U1B, U2B выполнены неинвертирующие усилители. Их коэффициент усиления задаётся резисторами в цепи обратной связи: R114, R115 (для U1B); R67, R68 (для U2B).
На U1C выполнен фильтр низких частот (схема Саллена – Ки) с фиксированной частотой среза. Первое звено состоит из R109, С73. Второе звено выполнено на резисторе R110 и конденсаторе C74. Согласно номиналам данных элементов частота среза фильтра составляет 159,1549 Гц (~160 Гц).
Фильтры LPF и SUBSONIC выполнены по топологии Саллена-Ки и имеют крутизну спада 12 дБ/Окт., то есть это фильтры второго порядка. Каждый фильтр является активным и выполнен на одном операционном усилителе (ОУ).
Фильтр низких частот «LPF».
На U1D выполнен перестраиваемый фильтр низкой частоты (ФНЧ) второго порядка. Регулятором переменного резистора VR2 задаётся частота среза данного фильтра. Это тот самый регулятор «LPF» на лицевой панели усилителя.
Резисторами R87, R88 задаётся коэффициент усиления операционного усилителя U1D. Основные элементы фильтра: первое звено выполнено на R99, VR2.1 и C54, второе звено выполнено на R84, VR2.2, C53.
Исходя из расчётов по номиналам данных элементов частота среза ФНЧ может быть перестроена в диапазоне от 43,84 до 482,28 Гц. Тут стоит вспомнить, что все частоты выше 160 Гц уже "убраны" ФНЧ, который выполнен на ОУ U1C. Таким образом, с помощью регулятора «LPF» можно задать частоту среза ФНЧ от 43 до 160 Гц. Всё частоты выше установленной будут подавлены.
Поскольку фильтры имеют пологий спад, то в документации и на лицевой панели под регулятором указан более широкий диапазон настройки от 40 до 180 Гц.
Фильтр инфранизких частот «SUBSONIC».
На U2A собран фильтр высокой частоты (ФВЧ) второго порядка, он же HPF. Но, здесь он выполняет роль фильтра инфранизких частот «SUBSONIC». Он срезает все частоты ниже заданной. Регулятором переменного резистора VR3.1, VR3.2 устанавливается необходимая частота среза фильтра от 10 Гц до 50 Гц.
Первое звено ФВЧ собрано на R81, VR3.2, C56, второе на R70, VR3.1, C55. C65 – разделительный конденсатор по постоянному току. Резисторами R85, R86 задаётся коэффициент усиления U2A.
Расчёт по номиналам элементов фильтра показал, что частота среза сабсоника перестраивается от 11,4 до 40,8 Гц. На лицевой панели указано OFF — 50Hz. Под OFF (отключен) предполагается частота в 10 Гц.
Таким образом максимальная ширина полосы частот после фильтров будет находиться в интервале от 10 до 180 Гц. Это диапазон воспроизводимых частот нашего усилителя. Подстройкой положения регуляторов «LPF» и «SUBSONIC» становится возможна плавная настройка этого интервала, например, в диапазоне от 30 до 100 Гц.
«BASS BOOST» или "бустер".
Регулятор басового усиления «BASS BOOST» реализован на U3A, U3B, U3C, U3D. Он несколько отличается от типовых схем бас-буста, которые применяются в блоке входных фильтров бюджетных усилителей класса AB.
В них, как правило, используется схема с эквивалентом последовательного колебательного контура на операционном усилителе (ОУ), настроенного на частоту 45 Гц, сигнал с которого поступает в цепь обратной связи другого ОУ. В такой схеме применяется два ОУ и всего один регулятор на переменном резисторе, которым задаётся усиление на центральной частоте 45 Гц в диапазоне от 0 до 12 дБ.
В данном усилителе «BASS BOOST» выполнен по схеме параметрического эквалайзера, который работает на подъём частоты настройки. Здесь есть возможность задать как центральную частоту подъёма в диапазоне 30...80 герц, так и желаемый уровень усиления.
То есть создаётся "горб" на выбранной частоте, а "высоту" (усиление) этого горба можно регулировать в интервале 0...12 дБ.
Переменным резистором VR4 с двумя секциями (VR4.1, VR4.2) задаётся центральная частота подъёма. Её можно установить в интервале от 30 до 80 герц. Это тот самый регулятор «FREQ» на лицевой панели усилителя.
Резистором VR5 («Bass Boost») устанавливается желаемый уровень усиления в пределах от 0 до 12 децибел.
Стоит отметить, что использование «BASS BOOST» перегружает сабвуфер на частоте усиления (обычно 45...50 Гц). Кроме того, возрастает потребляемая усилителем мощность и нагрузка на него, так как при усилении на 3 дБ мощность увеличивается вдвое, а при 6 дБ вчетверо.
Бас-буст предназначен для корректировки амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) сабвуфера. Необдуманное использование бас-буста может привести к его порче. Именно поэтому фанаты автозвука недолюбливают «BASS BOOST» и считают его злом.
Цепи обратной связи.
Операционный усилитель (ОУ) на U2C включен в цепь обратной связи. В цепь его отрицательной обратной связи (ООС) на резисторах R75, R76 включены элементы R77, R74, C66. На R74 приходит сигнал обратной связи (D) с выхода переключательного каскада усилителя.
Аналогичная схема в усилителе Gryphon Lite 1.1500 реализована на микросхеме TL072C (U3), которая показана на общей схеме. Более подробно о ней рассказано в следующей части про усилитель класса D.
С выхода ОУ U2C через резистор R73 и разделительный конденсатор C62 итоговый звуковой сигнал (IN) поступает на вход компаратора в блоке ШИ-модулятора усилителя мощности класса D.
Мостовое включение.
Если имеется два одинаковых усилителя, то становится возможным мостовое включение – два усилителя на один сабвуфер. При этом выходная мощность суммируется и в качестве нагрузки можно использовать сабвуфер раза в два мощнее.
Входы «BRIDGE IN» и «BRIDGE OUT» необходимы для реализации мостового включения двух одинаковых усилителей.
От головного устройства (ГУ) стереосигнал подаётся на входы правого «INPUT R» и левого «INPUT L» каналов главного усилителя ("Мастера").
После ОУ на U2B отфильтрованный и усиленный сигнал разветвляется. Часть его идёт на вход следующего ОУ U2C и далее на ШИ-модулятор первого, главного усилителя. Вторая часть аудиосигнала через резистор R117 поступает на инвертирующий усилитель U2D и далее с его выхода через разделительный конденсатор C30 на разъём «BRIDGE OUT». Инвертирующий усилитель U2D необходим для изменения фазы приходящего сигнала на противоположенную. Это требуется для работы мостовой схемы.
С выхода «BRIDGE OUT» главного усилителя ("Мастера") сигнал подаётся на вход «BRIDGE IN» второго, ведомого усилителя ("Слейв").
При этом аудиосигнал поступает на вход «BRIDGE IN» и через резисторы R97, R98 на вход операционного усилителя U2C. С его выхода усиленный сигнал через резистор R73 и разделительный конденсатор C62 поступает на вход компаратора в ШИ-модуляторе (IN). Далее в дело вступает усилитель класса D, о котором будет рассказано в следующей части.
Важное замечание. Если взглянуть на лицевую панель усилителя Gryphon Lite 1.1500, то можно заметить, что на ней нет разъёмов «BRIDGE IN» и «BRIDGE OUT», а также нет переключателя «MASTER/SLAVE» для корректной настройки усилителя для работы в мостовом включении.
Разобраться с этим делом помогла бы банальная инструкция пользователя, но её также не удалось найти, как и оригинальной схемы на аппарат.
По заверению официалов, усилитель всё же можно подключить в мост.
Вероятнее всего аудиосигнал с головного устройства после подачи на входы «INPUT R/L» инвертируется с помощью двух операционных усилителей и далее подаётся на выходы правого «OUTPUT R» и левого канала «OUTPUT L». Такую схемную реализацию можно увидеть у многих многоканальных усилителей AB класса.
Получается, что на втором усилителе необходимо выставить точно такие же настройки основных регуляторов («GAIN», «LPF» и др.), как и на условно "главном" усилителе.
Часть №3. Усилитель класса D.
Главная → Мастерская → Текущая страница
Также Вам будет интересно узнать: