Пассивный фильтр низких частот своими руками. Усилитель с фильтром для сабвуфера — простая схема. Применение диэлектрических резисторов в схеме

ФНЧ или фильтр низкой частоты – предназначен для того, чтобы срезать ненужные частоты с динамика. Кроссоверы в акустических системах нужны, так как каждый динамик качественно может играть лишь небольшой диапазон частот. К примеру, сабвуфер, может воспроизводить только низкие частоты. С возрастанием частоты отдача динамика падает, а количество искажений, наоборот, возрастает. Можно ли собрать фильтр для сабвуфера своими руками?

Рассмотрим один из множества вариантов создания фильтра для сабвуферного динамика. Для этого вам не понадобятся большие финансовые затраты и тяжелый труд. Самый дорогой элемент — это микросхема BA4558. Ее стоимость составляет около 20 рублей. Поэтому почти каждый любитель музыки и специалист по проектированию и сборке акустических систем, может позволить себе собрать такой ФНЧ. Помимо электрических элементов, вам понадобится паяльник и все соответствующие расходные материалы. Если вы не обладаете этими инструментами, можно в любой момент обратиться к знакомому радиолюбителю.

Фильтры сигнала делятся на два типа:

• активные;
• пассивные.

Отличием активных от пассивных является активный элемент (микросхема, транзистор, лампа). В пассивных кроссоверах данный элемент отсутствует.

После того, как у вас появился сабвуфер, встает вопрос – как обеспечить фильтрацию сигнала? Можно использовать пассивный фильтр первого или второго порядка, но у этого варианта есть минус. На выходе у них сигнал до сотен раз ослаблен, а этого недостаточно для полноценной качественной игры сабвуферного динамика. Тогда на помощь приходят простые схемы, выполненные на паре транзисторов. Однако и этот вариант не обделен недостатками. Самым лучшим вариантом является фильтр на схеме с применением сдвоенного малошумящего операционного усилителя, это микросхема BA4558. Она обладает большим количеством названий, поэтому ориентироваться надо не по буквенному обозначению, а по цифрам.

Схемотехника

Схема фильтра очень простая и не габаритная. Микросхему можно найти в старом плеере или любой другой аудиотехнике. Также она часто встречается в SMD корпусах. Фильтр, построенный на микросхеме BA4558, обеспечивает хорошую фильтрацию. Частоту можно подобрать для любого динамика или системы. Еще одной особенностью является сумматор, который позволяет использовать кроссовер как с однополярными усилителями, так и с мощными двухполярными. На выходе получаем большой номинал выходного сигнала, а этого хватит для раскачки динамика от такого усилителя как Lanzar.

Питание обеспечивается 15 – 60 В. Все зависит от токоограничивающего резистора, применяемого в схеме. Мощность такого резистора должна составлять 1 Ватт.

Узел стабилизации построен на одном стабилитроне, который должен обладать номиналом от 1 до 12 Вольт. Мощность желательно выбрать также 1 Ватт. Сглаживающий конденсатор лучше выбрать с емкостью 100 – 220 мкФ.

Перейдем к самой схеме фильтра. Входной сигнал через ограничительный резистор и разделительные конденсаторы электролитического типа. Емкость должна быть от 4.7 до 22 мкФ. Напряжение от 10 до 25 Вольт. Номинал выходного сигнала легко регулируется при помощи переменного резистора на 50 кОм. После этого следует выход. Несложно догадаться, что фильтр один. Это связано с тем, что он предназначен для сабвуфера. Стереоканалы суммируются и подаются на один выход. С такими номиналами, которые указаны выше, срез частоты получается в районе 100 Гц. Такой фильтр срезает исключительно все частоты выше 100 Гц, а все частоты ниже этого порога оставляет. Другими словами, наши уши будут слышать практически чистый бас.

» — имеется в виду активный фильтр нижних частот. Он особенно полезен при расширении стереофонической звуковой системы на дополнительный динамик воспроизводящий только самые низкие частоты. Данный проект состоит из активного фильтра второго порядка с регулируемой граничной частотой 50 — 250 Гц, входного усилителя с регулировкой усиления (0.5 — 1.5) и выходных каскадов.

Конструкция обеспечивает прямое подключение к усилителю с мостовой схемой, так как сигналы сдвинуты относительно друг друга по фазе на 180 градусов. Благодаря встроенному источнику питания, стабилизатору на плате, можно обеспечить питание фильтра симметричным напряжением от усилители мощности — как правило это двухполярка 20 — 70 В. Фильтр НЧ идеально подходит для совместной работы с промышленными и самодельными усилителями и предусилителями.

Принципиальная схема ФНЧ

Схема фильтра для сабвуфера показана на рисунке. Работает он на основе двух операционных усилителей U1-U2 (NE5532). Первый из них отвечает за суммирование и фильтрацию сигнала, в то время как второй обеспечивает его кэширование.

Принципиальная схема ФНЧ к сабу

Стереофонический входной сигнал подается на разъем GP1, а дальше через конденсаторы C1 (470nF) и C2 (470nF), резистора R3 (100k) и R4 (100k) попадает на инвертирующий вход усилителя U1A. На этом элементе реализован сумматор сигнала с регулируемым коэффициентом усиления, собранный по классической схеме. Резистор R6 (27k) вместе с P1 (50k) позволяют провести регулировку усиления в диапазоне от 0.5 до 1.5, что позволит подобрать усиления сабвуфера в целом.

Резистор R9 (100k) улучшает стабильность работы усилителя U1A и обеспечивает его хорошую поляризацию в случае отсутствия входного сигнала.

Сигнал с выхода усилителя попадает на активный фильтр нижних частот второго порядка, построенный U1B. Это типичная архитектура Sallen-Key, которая позволяет получить фильтры с разной крутизной и амплитудной. На форму этой характеристики напрямую влияют конденсаторы C8 (22nF), C9 (22nF) и резисторы R10 (22k), R13 (22k) и потенциометр P2 (100k). Логарифмическая шкала потенциометра позволяет добиться линейного изменения граничной частоты во время вращения ручки. Широкий диапазон частот (до 260 Гц) достигается при крайнем левом положении потенциометра P2, поворачивая вправо вызываем сужения полосы частот до 50 Гц. На рисунке далее показана измеренная амплитудная характеристика всей схемы для двух крайних и среднего положения потенциометра P2. В каждом из случаев потенциометр P1 был установлен в среднем положении, обеспечивающим усиление 1 (0 дб).

Сигнал с выхода фильтра обрабатывается с помощью усилителя U2. Элементы C16 (10pF) и R17 (56k) обеспечивают стабильную работу м/с U2A. Резисторы R15-R16 (56k) определяют усиление U2B, а C15 (10pF) повышает его стабильность. На обоих выходах схемы используются фильтры, состоящие из элементов R18-R19 (100 Ом), C17-C18 (10uF/50V) и R20-R21 (100k), через которые сигналы поступают на выходной разъем GP3. Благодаря такой конструкции, на выходе мы получаем два сигнала сдвинутых по фазе на 180 градусов, что позволяет осуществлять прямое подключение двух усилителей и усилителя с мостовой схемой.

В фильтре используется простой блок питания с двухполярным напряжением, основанный на стабилитронах D1 (BZX55-C16V), D2 (BZX55-C16V) и двух транзисторах T1 (BD140) и T2 (BD139). Резисторы R2 (4,7k) и R8 (4,7k) представляют собой ограничители тока стабилитронов, и были подобраны таким образом, чтобы при минимальном напряжении питания ток составлял около 1 мА, а при максимальном был безопасен для D1 и D2.

Элементы R5 (510 Ом), C4 (47uF/25V), R7 (510 Ом), C6 (47uF/25V) представляют собой простые фильтры сглаживания напряжения на базах T1 и T2. Резисторы R1 (10 Ом), R11 (10 Ом) и конденсаторы C3 (100uF/25V), C7 (100uF/25V) представляют собой также фильтр напряжения питания. Разъем питания — GP2.

Подключение сабвуферного фильтра

Стоит отметить, что модуль фильтра для сабвуфера должен быть присоединен к выходу предварительного усилителя после регулятора громкости, что позволит улучшить регулировку громкости всей системы. Потенциометром усиления можно отрегулировать соотношение громкости сабвуфера к громкости всего сигнального тракта. К выходу модуля необходимо подключить любой усилитель мощности, работающий в классической конфигурации, . При необходимости используйте только один из выходных сигналов, сдвинутых по фазе на 180 градусов относительно друг друга. Оба выходные сигнала можно использовать, если нужно построить усилитель в мостовой конфигурации.

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

Многие киноманы хотят иметь личный домашний кинотеатр, однако не все могут позволить себе такую прихоть. Каждый выходит из такой ситуации по-своему: кто-то приобретет простые китайские колонки, кто-то приспособит для басов акустику советского производства, ну а самые продвинутые, владеющие познаниями в радиотехнике, сконструируют сабвуферный низкочастотный канал самостоятельно. Тем более что это довольно-таки несложно.

Общие сведения

Рассмотрим, что же представляет собой обычный сабвуфер. По сути, это простой активный фильтр на вход которого подаются сигналы от (правый и левый каналы), усилитель и НЧ-динамик. В этой статье мы рассмотрим самый сложный элемент устройства - схему, которая позволяет самостоятельно собрать фильтр НЧ для сабвуфера. Такие устройства воспроизводят частоты, не превышающие 40 Герц. Их используют совместно с сателлитными громкоговорителями небольшого размера. Сабвуферы бывают активными и пассивными. Последние представляют собой низкочастотную головку, подключенную к общему усилителю. Такого рода приборы малоэффективны и непопулярны. Совсем другое дело - первый вариант. В таких устройствах электронный разделительный активный фильтр НЧ для сабвуфера и отдельный отделяют басы от сигнала, который подается на основные громкоговорители непосредственно в том месте подаваемого тракта, где фильтрация данного сигнала внесет наименьший уровень нелинейных искажений, по сравнению с фильтрацией выходного усилителя мощности. Добавление отдельного усилителя в сабвуферный канал значительно увеличит динамический диапазон, а также освободит усилитель средних и высоких частот от дополнительной нагрузки.

Фильтр для сабвуфера: схемы

Читателю для рассмотрения предлагается три варианта схем такого устройства. В первой схеме предложен простейший фильтр для сабвуфера, выполненный в виде сумматора на одном транзисторе. Серьезного качества звучания с таким устройством добиться не получится, зато, благодаря своей простоте, оно прекрасно подойдет начинающим радиолюбителям. А вот фильтр для сабвуфера, представленный в следующих двух вариантах, с большим успехом зарекомендовал себя как устройство с отличными характеристиками. Такие устройства устанавливают непосредственно после линейного выхода источника и входа усилителя мощности. Фильтр для сабвуферахарактеризуется низким уровнем шумов, малым энергопотреблением, а также широким диапазоном напряжения питания.

Заключение

Подводя итоги, скажем, что добавление типа значительно снижает нижнюю границу воспроизводимых частот, повышает чистоту звучания на средних частотах и обеспечивает довольно высокий уровень громкости без искажений. Устранение из спектра основного воспроизводимого сигнала, поступающего на сателлиты, низких частот позволяет им звучать чище и громче. Это объясняется тем, что конус головки низкой частоты не колеблется с большой амплитудой, пытаясь воспроизвести басы и тем самым внося искажения в сигнал.

Такой фильтр был изготовлен для мощного автомобильного сабвуфера. Представленная схема — , который срезает все ненужные полосы, оставляя только низкие. Затем сигнал усиливается и подается на вход сабвуферного усилителя. Именно благодаря такому НЧ фильтру головка играет на низких частотах, (в простонародье называют БАСС).

Схема активного сабвуфера

На плате помимо фильтра НЧ также присутствует сумматор, который предназначен для суммирования сигнала обеих каналов. На вход этого блока подается сигнал с двух каналов (стереофонический), поступая на сумматор, сигнал превращается в один единый, это дает возможность получить дополнительное усиление. После суммирования, сигнал фильтруется и срезаются частоты ниже 16Гц и выше 300Гц. Регулирующий фильтр срезает сигнал от 35Гц — 150Гц.

Таким образом, мы получаем низкочастотный сигнал с возможностью регулировки в указанных пределах. Также имеется фазовый регулятор, который дает возможность согласовать сабвуфер с акустикой автомобиля.

В ФНЧ схеме я применил только пленочные конденсаторы, говорят в усилителях они лучше керамики, но и с керамическими работает очень хорошо, разница не слишком большая.

Монтаж выполнен на печатной плате, которая была создана методом ЛУТ, .

ФНЧ.lay

Такой сабвуфер питается от двухполярного источника питания (+/-15Вольт), поскольку работает совместно с мощным . Если для питания усилителя и блока фильтров (как в моем случае) у вас только один источник питания, то блоку ФНЧ необходим двухполярный стабилизатор напряжения.
Такой блок сумматора и фильтра низких частот может работать буквально с любыми усилителями мощности. Три регулятора, один из них предназначен для регулировки громкости, другой для среза низких частот, третий — регулятор плавной фазы (о чем было сказано выше).

В моем случае были куплены только микросхемы, все остальные пассивные компоненты были сняты из старых плат. Пленочные конденсаторы на входе ФНЧ были выпаяны от старого телевизора, одним словом затраты на такой блок минимальны, не более 3$, взамен можете гордится тем, что аналогичный блок фильтров используют в современных автоусилителях, цена которых порядка 400$.