LUCRAREA NR. 11 RETELE CARE MODIFICA STRUCTURA SEMNALULUI

Transcript

1 LUCAEA N. ETELE CAE MODIFICA STUCTUA SEMNALULUI Amplificatoarele de AF sunt prevazute in mod obisnuit, cu circuite auxiliare al caror rol este acela de a opera modificari asupra semnalului transferat. Dintre acestea putem aminti: circuite pentru reglajul tonalitatii, circuite de egalizare, filtre de separatie, circuite pentru reglaj de volum compensat. Circuitele de egalizare, utilizate in amplificatoarele de redare a sunetului de pe disc si benzi magnetice, precum si filtrele de separatie utilizate la constructia incintelor sonore nu vor face obiectul acestei lucrari. Circuitele pentru reglajul tonalitatii, numite si control de ton, sunt retele pasive cu ajutorul carora se poate modifica curba de raspuns a unui amplificator in domeniul frecventelor joase si inalte, putând provoca accentuarea si/sau atenuarea semnalului in zona acestor frecvente, in raport cu valoarea pe care o are semnalul la frecvente medii. Aceste retele pot fi conectate in schema amplificatorului ca element de cuplaj sau in bucla de reactie negativa. Schimbarea curbei de raspuns a amplificatorului poate fi facuta fie progresiv (continuu sau in trepte) prin modificarea corespunzatoare a unui element a retelei, fie global, prin conectarea 98

2 Lucrarea nr. - etele care modifica structura semnalului sau deconectarea retelei in ansamblu la schema amplificatorului. Acest ultim mod de reglaj este cunoscut sub numele de registru de ton. Cu ajutorul acestuia se obtine o curba de raspuns unica, prestabilita. in primul caz se obtine un fascicol de curbe de raspuns in domeniile de frecventa in care actioneaza reglajul. Aspectul fascicolului este dependent de structura retelei: pentru unele retele curbele din fascicol au frecventa de taiere constanta si panta diferita, iar pentru altele curbele au panta constanta si frecventa de taiere variabila. U P eteaua utilizata in majoritatea amplificatoarelor in domeniul frecventelor inalte este reprezentata in figura.. in functie de pozitia cursorului potentiometrului P se obtine trecerea progresiva de la curba de raspuns ridicatoare la cea coborâtoare. Caracteristica ridicatoare extrema se obtine in pozitia a cursorului daca P + jω C >> iar caracteristica coborâtoare extrema in pozitia daca P + jω C >>. Functia de transfer a acestui circuit este o functie cu poli si zerouri si are forma generala: taiere. ( ) F s C U C = K P =αp Figura. ( + st) ( + st ) ( + st ) ( + st ) 3 4 in care,,, sunt pulsatiile de t t t t

3 P Daca se noteaza α = = = = P n P C, C de taiere devin: expresiile pulsatiilor Pentru α=0 t = n C, t = C Pentru α= t = 0, t = C n t + t = ( n + ) C, t t = C n n t + t = C, t t = C n Cu ajutorul acestora se poate trasa usor curba de raspuns. Tinând cont ca F(0)=/(n+), iar F( )=t t /(n+)t 3 t 4 pentru α=0 ridicarea maxima este data de F( )/F(0)=0lg(n+). Trebuie remarcat de asemenea ca ridicarea frecventelor inalte pentru n=0 (optim pentru gama semnalelor audio) are loc din punctul ωt= pâna in punctul ωt=. Pentru reglajul tonalitatii in domeniul frecventelor joase reteaua frecvent folosita este reprezentata in figura.. U αp P (-α)p C C U Caracteristica coborâtoare extrema se obtine in pozitia a cursorului potentiometrului, iar caracteristica coborâtoare extrema in pozitia. Figura. Functia de transfer are si de aceasta data aceeasi forma, modificându-se valorile coeficientu-lui K si ale pulsatiilor de taiere. 00

4 Lucrarea nr. - etele care modifica structura semnalului C Considerând n = = C si P = n : Pentru α=0 + n K = + n + n Pentru α= t t n + t = C n + n + t = n 3 4, t t K = + n + n ( n + ) C + n + = 0, t t 3 4 t + t = n C, t t = t 0 ( + ) n n + t = C n + n +, t t = 0 = 0 aspunsul retelei este independent de frecventa daca t =t 3 si t =t 4. Aceste conditii conduc la aceeasi valoare ca si in cazul retelei precedente: α = n n +. Portiunea curbelor de raspuns ale celor doua retele situata la frecvente mai mici, respectiv mai mari decât frecventele de taiere, reprezinta atenuarea introdusa de retele in domeniul frecventelor medii. Valoarea acestei atenuari este in ambele cazuri /(n+). Valoarea constantei de timp C pe care o contin expresiile de mai sus se stabileste in functie de frecventa la care trebuie sa inceapa ridicarea si atenuarea (determinarea frecventei se face in punctul ωt=). Cele doua retele prezentate mai sus pot fi utilizate separat sau reunite intr-un circuit comun, asa cum este cel reprezentat in 0

5 figura.3. Utilizate separat (conectate una la intrarea si cealalta la iesirea unui etaj de amplificare), cele doua retele functioneaza independent una de cealalta, dar introduc asupra semnalului transferat o atenuare de doua ori mai mare decât cea corespunzatoare fiecareia in parte. eunite in schema din figura.3 atenuarea este la jumatate fata de cazul precedent dar se manifesta o interactiune in domeniul frecventelor medii. eteaua din figura.3 poate fi utilizata fie ca element de cuplaj intre etajele amplificatoare, fie in bucla de reactie negativa a amplificatorului. in cazul folosirii in bucla de reactie negativa atenuarea introdusa de cele doua sectiuni ale retelei in zona frecventelor medii este nula. 0k 0µ 0,033µ C =n /n C /n 00k 3 n U n U 00k C 0,5µ 0k C 0,5µ k Figura.3 Sectiunea de frecvente inalte poate fi simplificata folosind o singura capacitate. Una din variantele de scheme astfel modificata este reteaua pentru reglajul tonalitatii cunoscuta sub denumirea de retea Baxandall. Aceasta are ca particularitate conectarea la masa a mijlocului potentiometrului de reglaj in domeniul frecventelor inalte. Schema unei astfel de retele este cea din figura.4. 0

6 Lucrarea nr. - etele care modifica structura semnalului 3 Z c ies g 3 e g C g Z b in Z a Z e Z f (-α) o (-α) o e g α o α o Figura.4 e eaua Baxandall Figura.5 Considerând pe rând cele doua jumatati ale potentiometrului o (portiunea a-c pentru ridicarea frecventelor inalte si portiunea b- c pentru atenuarea acestora) impreuna cu restul retelei si procedând la doua transformari stea-triunghi se obtine reteaua echivalenta din figura.5 unde impedantele sunt de valorile indicate mai jos. [ ω( α) ] Za = + j C jωαc Z b = + jω( α) C0 Zc = Zd = 0 j ( ) C Ze = + ω α 0 j ( ) C ω α 0 ramura a c 0 0 Za = 0 Z b = jωαc Z c = + jω( α) C0 Zd = jω( α) C j ( ) C Z e = + ω α 0 jω( α) C 0 ramura b c Considerând ωα( α) ( α) [ ] 0 0 C << si << se obtine 0 0 pentru cazul ridicarii frecventelor inalte functia de transfer 03

7 ( ω) F j = + jωαc si corespunzator atenuarii frecventelor inalte F ( jω) = + jωαc. Se observa ca pentru C dat curbele de raspuns isi modifica pozitia de-a lungul axei ωt odata cu schimbarea pozitiei cursorului potentiometrului o, pastrându-si insa neschimbata panta. Datorita acestui fapt plaja pentru reglajul tonalitatii este mai mare in cazul retelei Baxandall decât al celei anterior prezentate. Comportarea retelelor pentru reglajul tonalitatii este influentata de parametrii etajelor de amplificare la care se conecteaza. Pentru mentinerea plajei de reglaj si a marimii atenuarii introduse la frecvente medii este necesar ca impedantele etajelor si amplificarea acestora sa aiba valori corespunzatoare. Pentru inlaturarea acestor dezavantaje si pentru obtinerea unor caracteristici de reglaj aproape identice in cazul amplificatoarelor stereofonice, au fost realizate circuite integrate specializate pentru reglajul de ton si reglajul de volum compensat. Dintre cele mai larg utilizate sunt circuitele TCA730A in cuplaj cu TCA740A, care asigura un domeniu suficient de reglare (00dB pentru reglajul de volum), un raport mare semnal/zgomot, diafonie si distorsiuni foarte mici. Acestea sunt realizate in tehnica bipolara si permit reglajul de volum, balans si ton pentru ambele canale stereofonice, prin intermediul unor tensiuni continue exterioare de comanda. Principiul de reglare este prezentat in schema bloc din figura.6. 04

8 Lucrarea nr. - etele care modifica structura semnalului eglaj volum si balans TCA730A (partea I) eglaj ton TCA740A Corectia de frecventa (volum compensat) TCA730A (partea aii-a) Volum Balans Inalte joase U r B U r V U r i U r j Figura.6 Primul bloc, realizat cu o parte a circuitului integrat TCA730A permite reglarea volumului si balansului in fiecare din cele doua canale cu ajutorul unor tensiuni continue exterioare U rv si U rb. Al doilea bloc, care contine circuitul integrat TCA740A poate realiza reglajul de ton cu ajutorul tensiunilor continue de comanda U ri si U rj in fiecare canal. Cel de-al treilea bloc, realizat cu a doua parte a lui TCA730A face corectia caracteristicii de frecventa pentru compensarea reglajului de volum la frecvente inalte si joase in vederea obtinerii unui reglaj de volum cât mai apropiat de caracteristica fiziologica a urechii umane. Aceasta corectie fiind dependenta de volum, este necesar ca acest etaj sa fie comandat de asemenea de tensiunea exterioara U rv. Schema completa de utilizare a circuitelor integrate TCA730A si TCA740A pentru reglajul de ton si volum este prezentata in figura.. 05

9 Semnalele stereofonice ajung prin intermediul condensatoarelor de 0,µF la terminalele si 4 ale CI TCA730A sub forma tensiunii culeasa pe rezistentele de 70kΩ. Impedanta de intrare a amplificatoarelor fiind de minim 3MΩ, se obtine o impedanta totala de intrare de cca. 70kΩ. La terminalul 3 se aplica tensiunea de comanda a reglajului de volum, care prin intermediul unui circuit de control actioneaza asupra amplificarilor celor doua amplificatoare de cale. Cu o tensiune de comanda cuprinsa intre V si 9,5V se determina o modificare a amplificarii de la -80dB la +0dB dupa o lege logaritmica ( ( ) V(dB) log U U U ). o i rv U rb (V) Figura.7 La intrarea se aplica tensiunea de comanda a balansului U rb, cuprinsa intre,5v si 9V. Asa cum se observa in graficul din figura.7 se obtine un reglaj cuprins intre +5dB si -8dB pentru semnalul stânga (intrarea si iesirea 9) si respectiv de la -8dB la +5 db pentru semnalul dreapta (intrarea 4 si iesirea 6). 06

10 Lucrarea nr. - etele care modifica structura semnalului Impedanta de iesire la terminalele 9 si 6 este de 0Ω. eglajul de ton se realizeaza cu CI TCA740A. Cuplajul cu iesirile din reglajul de volum si balans se realizeaza printr-un condensator de µf. Acest circuit contine 4 potentiometre comandate cu tensiune continua, doua pentru reglajul la inalta frecventa si doua pentru reglajul in joasa frecventa (câte unul pe fiecare cale). Cu tensiunea exterioara de comanda U ri aplicata la terminalul prin intermediul unui circuit de control se comanda corectia de inalta frecventa, iar cu tensiunea U rj aplicata la terminalul 4 se comanda corectia de joasa frecventa. Se asigura astfel, conform graficului din figura.8, la frecventele de 40 Hz, respectiv 6 KHz, o variatie a amplificarii intre -8 db si +6 db (pentru 0 db U r = 5,6 V). 0 U ies [db] Frecventa [Hz] Figura.8 07

11 Ultima parte, pentru corectia de frecventa functie de reglajul de volum, este realizata cu a doua parte a circuitului TCA 730A. Ea contine pentru fiecare canal câte un potentiometru electronic ca cele din TCA 740A. Corectia de frecventa necesara, dependenta de nivelul de volum, se obtine prin intermediul unui circuit de control, tot de la tensiunea de comanda a volumului U r. Cu ajutorul retelelor legate la terminalele, si 3, respectiv 5, 6 si 7 se obtine o caracteristica de frecventa ca in figura.9, asemanatoare caracteristicii fiziologice a urechii umane. La frecventa de KHz se asigura o variatie a amplificarii de la -0 db la + db pentru o variatie a volumului de la -80 db la +0 db. U ies [db] Frecventa [Hz] Figura.9 08

12 Lucrarea nr. - etele care modifica structura semnalului Modul de lucru In cadrul orelor de laborator se vor trasa caracteristicile de frecventa ale circuitelor de corectie prezentate in figurile.3,.0 si.. Caracteristicile vor fi trasate pentru pozitiile extreme ale potentiometrelor din componenta fiecarei scheme, cât si pentru o pozitie intermediara. 0µ k 3k k Joase 47n 47n k 5n 00k Înalte k 3k6 Figura.0 Pentru circuitul din figura. potentiometrele de reglaj se vor fixa in asa fel incât sa se obtina valorile extreme de comanda. La acest circuit se vor ridica si caracteristicile de balans, pentru valorile extreme ale tensiunii de comanda si de volum, pentru 3 valori ale tensiunii de comanda (cele extreme si una intermediara). Nota. Caracteristicile din aceeasi familie se vor reprezenta pe acelasi grafic. 09

13 V=5V 00K Ω INTAE 470KΩ C 0µF 3 47K Ω T BC78C 6 470Ω 4 KΩ 5 3.3K Ω L 36mH K C6 3.9nF C3 0µF L 3mH C5 3nF C7.nF C4 0µF 9 6.8K Ω 7 33K Ω 8 00Ω T BC78C 0Ω 0.K Ω T 3 BC45 560Ω C9 µf C 5.6nF 4 3.3KΩ BFW0 C4 7nF 3 47KΩ C 4.7nF T 4 C3 0µF 5.KΩ 6 6.8KΩ 7 4K Ω 8.7KΩ 9 680KΩ C6 0.4 µf T 5 C7 D EFD08 50µF 0 KΩ 5K Ω T 6 BC78C 8K Ω 3 0KΩ BC KΩ 5 8K Ω 6 33KΩ C0 0µF C9 0.µF 7 0K Ω BC78C T 7 30 KΩ 8 47K Ω 9.7KΩ C 0µF C3 0. µf 33 30Ω 3 5K Ω 3 47Ω D 5 EFD KΩ C7 0.µF C5 0.µF C8 0µF D 6 BA KΩ A C6 0.33µF 35 0KΩ K3 M C5 0µF D PL8V D3, D 4, BA K Ω KΩ C8.5nF D 7, D 8, BA43 µa 40 50KΩ 43 7KΩ K 45 50K Ω 47 80K Ω C5 C8 0µF T 9 50 K Ω T 0 BC78C C 0.33pF βm3900 T8 BC07B 4 560Ω 6 4 BC78C 49 50KΩ 5 8KΩ 5 50KΩ C4 0µF IE²IE 55 50KΩ C0 0µF 39 KΩ 4 KΩ KΩ 46 33K Ω 48 7K Ω C 0µF 53.7K Ω 54 33KΩ Figura.. Schema electrica pentru reglajul de volum compensat cu CI TCA730A si TCA740A 0