|
Предлагаемый НЧ ограничитель является модернизированным вариантом НЧ speech — процессора, первоначально опубликованного ew1mm в журнале «Радиолюбитель КВ и УКВ» №9 за 1995 год. Устройство предназначено для повышения эффективности передачи в режиме SSB, однако с успехом может быть использовано и при работе FM. Для изготовления НЧ ограничителя не требуется каких-либо специальных знаний или навыков, достаточно лишь правильно выполнить монтаж и подключить устройство к трансиверу. Использовать микрофонный усилитель трансивера не следует, так как данное устройство его полностью заменяет. В сущности, это высококачественный микрофонный усилитель, развернутая схема которого с использованием дискретных элементов дали возможность довести каждый из каскадов до высоких параметров, предполагая легкую повторяемость конструкции и качественный сигнал на передачу. [ Увеличить в новом окне ] Назначение элементов: DA1,VD1,VD2 - АРУ входного сигнала DA2, VT1 - микрофонный усилитель (МУ) с подъемом АЧХ DA3 - активный фильтр 300-3000 гц DA4, VT2, VD3 - усилитель ограничитель DA5 - активный фильтр 300-3000 гц VT3 - эмиттерный повторитель
|
Простой ограничитель речевого сигнала | soundbass
Для повышения эффективности и дальности SSB-связей используют ограничение сигнала по высокой (ВЧ) или низкой (НЧ) частоте. Лучшими параметрами обладают ВЧ-ограничители, в которых обработка сигнала происходит на промежуточной частоте. Они позволяют увеличить среднюю мощность сигнала передатчика на 6…9дБ. Незначительно, на 1…2 дБ, им уступают низкочастотные ограничители (сигнал обрабатывается в микрофонном усилителе). Но в то же время изготовить и настроить НЧ ограничитель значительно проще.
На рис. 1 и 2 предлагаются схемы схемы НЧ ограничителей, эффективность которых значительно превосходит ранее опубликованные разработки автора [1,2]. Схема на рис. 1 содержит всего два каскада, первый из которых на транзисторе VT1 представляет собой логарифмирующий усилитель. В качестве логарифмирующих элементов использованы диоды VD1 и VD2, включенные встречно-параллельно в цепь отрицательной обратной связи. Применение германиевых диодов позволяет получить выходное напряжение усилителя до 200 мВ эфф., а применение кремниевых — до 600 мВ эфф.
Puc.1
На транзисторе VT2 собран эмиттерный повторитель, позволяющий подключать усилитель практически к любому смесителю. Для регулировки уровня выходного ограниченного сигнала служит резистор R4. Применение этого резистора на выходе ограничителя позволяет использовать его как бы в качестве регулятора усиления по ПЧ в режиме передачи. Резисторы R1 и R5 предотвращают самовозбуждение каскада по постоянному току. Для этого в схеме (рис. 1) подбором резистора R2* устанавливается напряжение на коллекторе VT 1, равное +6 В. В схеме по рис. 2 такое же напряжение на коллекторах VT1 и VT2 устанавливается подбором резисторов R2* и R5* соответственно. Приведенные в статье схемы были реализованы автором в конструкциях SSB-трансиверов: прямого преобразования, с ЭМФ, с кварцевым фильтром.
Puc.2
При использовании практически любого типа динамического микрофона ограничители показали хорошее качество получаемого SSB-сигнала и отсутствие перемодуляции при значительных изменениях уровней сигналов, подаваемых с микрофона.
ЛИТЕРАТУРА
1. Артеменко В. А. Микрофонно-телефонный усилитель. — «КВ-журнал», — 1996, № 3,с. 18.
2. Артеменко В. А. Простой микрофонный усилитель транснвера. — «Радиоаматор». — 1996. № 12.с. 19.
      Автор: guitar.ru       Источник: В.Кетнерс, «Ограничитель сложного сигнала»       Дата публикации: 11 апреля 1998 г. Во многих направлениях радиотехники нередко используется динамическое сжатие диапазона. Примером могут служить НЧ компрессоры, ограничители динамического диапазона системы «Долби» для любителей магнитной записи, системы автоматического регулирования видеосигнала в телевидении, устройства «FAZ» и «Бустер» в электромузыке. Описание работы.Сложный низкочастотный сигнал, граничеснный обычным образом (например, как это реализуется в устройстве «FAZ» для электрогитары), теряет значительную часть частотной информации. Описываемый ограничитель сложного сигнала (ОСС) сохраняет большую часть гармоник при значительном его ограничении. ООС увеличивает эффективность сжатия динамического диапазона сигнала. Гитара, например, будет звучать как многоголосный орган. Рис.1. Упрощенная схема ограничетеля сложного сигнала. Суть обработки сложного сигнала описываемым устройством заключается в достижении условия, когда все обертоны (гармоники), содержащиеся в сигнале, попадают в рабочую зону транзисторного или диодного ограничителя. Упрощенная схема ООС показана на рисунке 1. Исходный сигнал подается на операционный усилитель ОУ, причем на инвертирующий вход непосредственно, а на не инвертирующий- через повторитель УЗ, выполняющий функции узла задержки. Амплитуда сигнала на выходе ОУ будет меняться в зависимости от скорости увеличения или уменьшения напряжения прямого и задержанного сигнала (а не от их амплитуды). При равенстве уровней этих сигналов на выходе ОУ сигнала не будет. На рисунке 2, где показаны эпюры напряжений в разных точках устройства, хорошо видно, что когда кривые А и Б пересекаются, то в этот момент кривая В переходит через нуль. Если затем сигнал с выхода ОУ усилить, то в зависимости от уровня ограничения он примет вид кривой Г. Но и после существенного ограничения сигнал несет в себе значительную часть частотной информации. ОСС, принципиальная схема которого представлена здесь, работает при уровне входного сигнала от 1 до 100 мВ. Верхняя частотная граница ОСС определяется параметрами цепочек обратной связи. В каждом конкретном случае они выбираются индивидуально.ОУ — любые из серии К544УД1 |
Транзисторный усилитель-ограничитель
Усилители-ограничители выполняются на усилительных элементах (ЭВП, ППП, ОУ) и одновременно с ограничением напряжения обеспечивают его усиление. Ограничение в таких схемах осуществляется за счёт использования нелинейных областей ВАХ усилительных элементов.
Один из вариантов схемы усилителя-ограничителя показан на рис.2.30.
а)
б)
Рис.2.30. Усилитель-ограничитель на транзисторе:
а) схема усилителя-ограничителя; б) эпюры напряжений.
Наличие областей отсечки и насыщения позволяет выполнить двустороннее ограничение с одновременным усилением ограниченного сигнала. В такой схеме транзистор работает в режиме ключа, переходя из режима насыщения в режим отсечки и обратно. При этом конденсатор C1 заряжается с полярностью, указанной на рис. 2.30,а за счёт того, что ток заряда через насыщенный транзистор больше тока разряда через R1, когда транзистор заперт. Диод VD создаёт цепь быстрого разряда разделительного конденсатора, тем самым предотвращает «сползание» исходной рабочей точки.
Чтобы напряжение на выходе ограничителя было симметричным относительно оси времени, исходную рабочую точку (рис.2.30,б) на нагрузочной прямой выбирают так, чтобы изменения коллекторного тока до границы насыщения и до границы отсечки были одинаковы (І’к = І»к). При нарастании положительной полуволны входного напряжения рабочая точка перемещается по нагрузочной прямой вверх, ток коллектора увеличивается, а напряжение на нём падает. При некотором значении тока базы наступает насыщение, при котором дальнейшее увеличение входного напряжения больше не вызывает изменения тока коллектора и, следовательно, напряжения на коллекторе. При уменьшении напряжения Uвх в течение того же положительного полупериода транзистор выходит из режима насыщения, и рабочая точка возвращается в активную область. Теперь при изменении входного напряжения рабочая точка движется по нагрузочной прямой вниз и при Uвх = 0 занимает положение точки M.
Отрицательная полуволна входного напряжения приводит к уменьшению коллекторного тока и, следовательно, к увеличению напряжения на коллекторе (рабочая точка перемещается по нагрузочной прямой вниз). При некотором значении Uвх транзистор переходит в режим отсечки, при котором дальнейшее увеличение отрицательной полуволны напряжения на входе не приводит к изменению тока коллектора.
Задачи и упражнения
1. Определить, будет ли цепь дифференцирующей, если R = 1 МОм
и С = 10 пФ. На вход цепи подаётся прямоугольный импульс длитель-
ностью 150 мкс.
2. На цепь, состоящую из конденсатора ёмкостью 200 пФ и сопротивления 0, 25 МОм, подан прямоугольный импульс. Определить, на сколько длительность импульса, снимаемого с конденсатора, больше длительности входного импульса. Сопротивлением источника импульсов напряжения пренебречь. Длительность импульса определяется на нулевом уровне.
3. Определить длительность импульсов на выходе дифференцирующей цепи, состоящей из конденсатора ёмкостью 20 пФ и сопротивления 50 кОм, если на вход цепи подаются прямоугольные импульсы. Длительность импульса определяется на нулевом уровне.
4. На вход последовательного диодного ограничителя приложено синусоидальное напряжение с амплитудой 100 В. Определить напряжения положительной и отрицательной полуволн на выходе ограничителя и на диоде, если Rн = 20 кОм, сопротивление открытого диода
Rд. откр. = 200 Ом, а Rд. закр. =20 МОм.
5. На вход параллельного диодного ограничителя приложено синусоидальное напряжение амплитудой 100 В. Определить напряжения положительной и отрицательной полуволн на выходе ограничителя и на диоде, если Rн = 20 кОм, сопротивление открытого диода Rд. откр. = 200 Ом,а Rд. закр. =20 МОм.
6. Синусоидальное напряжение ограничивается на уровне Uогр. Определить длительность фронта ограниченного напряжения, если синусоидальное напряжение имеет амплитуду Umи частоту f.
7. Синусоидальное напряжение с частотой 20 кГц ограничивается сверху на уровне 20 В. Определить амплитуду синусоидального напряжения, необходимую для получения длительности фронта ограниченного напряжения 2 мкс.
8. На последовательный диодный ограничитель подаются отрицательные прямоугольные импульсы с амплитудой 100 В. Начертить схему ограничителя и определить, какое постоянное напряжение надо подать на анод диода, чтобы на выходе получить амплитуду импульсов не более 50 В.
9. Синусоидальное напряжение с амплитудой 20 В ограничивается сверху с помощью последовательного диодного ограничителя. Какое постоянное напряжение следует подать на анод кристаллического диода, чтобы угол отсечки тока равнялся 60º. Начертить схему ограничителя и форму напряжения на нагрузке и на диоде.
10. Начертить схему контура ударного возбуждения для получения незатухающих колебаний. Объяснить назначение элементов схемы и начертить эпюры напряжений на элементах схемы.
|
Ограничитель учета высокочастотный — Документ
Ограничитель учета высокочастотный
Устройство предназначено для питания бытовых потребителей переменным током. Номинальное напряжение 220 В, мощность потребления в зависимости от применяемых деталей в выходном каскаде 1-5 кВт. Устройство, собранное по предлагаемой схеме, просто вставляется в розетку и от него питается нагрузка. Вся электропроводка остается нетронутой. Заземление не нужно. Счетчик при этом учитывает примерно четверть потребленной электроэнергии.
Теоретические основы
Работа устройства основана на том, что нагрузка питается не непосредственно от сети переменного тока, а от конденсатора, заряд которого соответствует синусоиде сетевого напряжения, но сам процесс заряда происходит импульсами высокой частоты. Ток, потребляемый устройством из электрической сети, представляет собой импульсы высокой частоты. Счетчики электроэнергии, в том числе электронные, содержат входной индукционный преобразователь, который имеет низкую чувствительность к токам высокой частоты. Поэтому энергопотребление в виде импульсов учитывается счетчиком с большой отрицательной погрешностью.
Принципиальная схема устройства
Схема устройства приведена на рис.1.
Основными элементами являются силовой выпрямитель Br1, конденсатор C4 и транзисторный ключ T1. Конденсатор С4 включен последовательно в цепь питания выпрямителя Br1, поэтому в моменты времени, когда Br1 нагружен на открытый транзистор T1, заряжается до мгновенной величины сетевого напряжения, соответствующей данному моменту времени.
Заряд производится импульсами с частотой около 2 кГц. Напряжение на С4, а также на подключенной параллельно ему нагрузке по форме близко к синусоидальному с действующим значением 220 В. Для ограничения импульсного тока через транзистор T1 во время заряда конденсатора, служит резистор R9, включенный последовательно с ключевым каскадом.
На логических элементах DD1.1 – DD1.3 собран задающий генератор. Он формирует импульсы частотой 2 кГц амплитудой 5В. Частота сигнала генератора определяются емкостью конденсатора С1. Частота подбирается при настройке для обеспечения наибольшей погрешности учета электроэнергии. Логический элемент DD1.4 совместно с резисторами R6, R7 выполняет функции формирователя импульсов управления мощным ключевым транзистором T1. Формирователь рассчитан таким образом, чтобы Т1 в открытом состоянии входил в режим насыщения, и за счет этого на нем рассеивалась меньшая мощность. Естественно, Т1 также должен полностью закрываться.
Источник питания выполнен по бестрансформаторной схеме. Источник питания +12В, необходимый для формирователя управляющих импульсов, состоит из балластных резисторов R3-R5, стабилитрона D2 и сглаживающего конденсатора С3. Он питается импульсным напряжением со средним значением около 110В от моста Br1. Источник питания +5В предназначен для питания микросхемы DD1, запитан от источника +12В и построен по аналогичной схеме. Он состоит из резистора R2, стабилитрона D1 и конденсатора C2.
Цепь запуска D3, R8, C5 предназначена для удержания выходного транзистора в закрытом состоянии в течение некоторого времени после включения электропитания. Это необходимо для завершения переходных процессов в источниках питания и входа в рабочий режим задающего генератора.
Рис.1. Схема электрическая принципиальная
Детали устройства
Микросхема: DD1 — К155ЛА8 или К555ЛА8. Схема рассчитана на использование логических элементов с открытым коллектором, поэтому применение других микросхем нежелательно.
Стабилитроны: D1 – КС156А, D2 – Д814.
Диод D3 – Д226.
Конденсаторы электролитические: С2, С3 — 100 мкФ × 50В. Конденсатор С4 обязательно должен быть неполярным, лучше использовать высокочастотный типа МБГЧ. Остальные конденсаторы неполярные любого типа, подбираются при настройке.
Резисторы: R3 – R5 типа МЛТ-2, R9 — проволочный (отрезок нихромовой проволоки сопротивлением 0.5-5 Ом, подбирается при настройке), остальные резисторы МЛТ-0.25.
Транзистор Т1 – устанавливаются на радиаторе.
Параметры элементов выходного каскада для различной мощности устройства приведены в таблице
Мощность, кВт | Транзистор Т1 | Диоды Br1 | Емкость С4, (ориентировочно), мкФ | Площадь радиатора для транзистора Т2, кв.см. |
1 | IRG4PC30F | Д246 | 2 | 50 |
2 | IRG4PC40F | Д246 | 4 | 100 |
3 | IRG4PC50UD | 2Д2990Б | 5 | 150 |
4 | IRG4PC50FD | 2Д2997А | 6 | 200 |
5 | IRG4PSC71U | 2Д2997А | 8 | 300 |
Наладка
При наладке схемы соблюдайте осторожность! Помните, что низковольтная часть схемы не имеет гальванической развязки от электрической сети! Не рекомендуется в качестве радиатора для транзистора использовать металлический корпус устройства. Применение плавких предохранителей – обязательно!
Источники питания +5В и +12В целесообразно проверить, отключив выходной каскад (достаточно отсоединить резистор R9). Для проверки подают выпрямленное напряжение 110В, (из сети 220В черед диод).
Затем налаживают генератор, отключив силовую часть схемы от электросети. Генератор должен формировать импульсы амплитудой 5 В и частотой около 2 кГц. Скважность импульсов приблизительно 1/1. При необходимости для этого подбирают конденсатор С1.
Формирователь импульсов должен обеспечивать на затворе транзистора прямоугольные импульсы с частотой задающего генератора, амплитудой около 12В, и спадом до нулевого значения.
Следующей стадией является проверка силовой части. Для этого восстанавливают все соединения в схеме. Конденсатор С4 временно отключают, а в качестве нагрузки используют потребитель малой мощности, например лампу накаливания мощностью около 100 Вт. При включении устройства в электрическую сеть действующее значение напряжения на нагрузке должно быть на уровне 100 – 130 В. Осциллограммы напряжения на нагрузке и на резисторе R9 должны показать, что питание нагрузки производится импульсами с частотой, задаваемой генератором. На нагрузке серия импульсов будет модулирована синусоидой сетевого напряжения (рис.2), а на резисторе R9 – пульсирующим выпрямленным напряжением (рис.3).
Рис.2. Напряжение на нагрузке без конденсатора С4
Рис.3. Напряжение на резисторе R9
Если всё исправно, подключают конденсатор С4, только вначале емкость его принимают в несколько раз меньше номинальной (например 0.1 мкФ). Действующее напряжение на нагрузке заметно возрастает и при последующем увеличении емкости С1 достигает 220 В. При этом очень важно внимательно следить за температурой транзистора Т1. Если возникает повышенный нагрев при использовании маломощной нагрузки, это свидетельствует о том, что Т1 либо не входит в режим насыщения в открытом состоянии, либо полностью не закрывается. В этом случае следует вернуться к настройке формирователя импульсов. Эксперименты показывают, что при питании нагрузки мощностью 100 Вт без конденсатора С4, транзистор Т1 в течение длительного времени не нагревается даже без радиатора.
В заключении подключается номинальная нагрузка и подбирается емкость С4 такая, чтобы обеспечить питание нагрузки напряжением 220 В. Емкость сглаживает пульсации напряжения на нагрузке, вызванные коммутацией выходного каскада (рис.4). Чем больше емкость, тем лучше напряжение на нагрузке приближается к идеальной синусоиде (рис.5). Емкость С4 следует подбирать осторожно, начиная с малых значений, так как увеличение емкости резко увеличивает импульсный ток через транзистор. Об амплитуде импульсов тока через Т1 можно судить, подключив осциллограф параллельно резистору R9. Импульсный ток должен быть не более допустимого для выбранного транзистора. В случае необходимости его ограничивают, увеличивая сопротивление R9, но лучше остановиться на меньшем значении емкости С4.
Рис.4. Напряжение на нагрузке при малой емкости конденсатора С4
Рис.5. Напряжение на нагрузке при номинальной емкости конденсатора С4
Обращаем Ваше внимание на то, что при отключенной нагрузке устройство потребляет из сети довольно большую мощность, которая учитывается счетчиком. Поэтому рекомендуется всегда нагружать устройство номинальной нагрузкой, а также отключать при снятии нагрузки.
ВНИМАНИЕ! ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННОГО УСТРОЙСТВА ЯВЛЯЕТСЯ НЕЗАКОННЫМ! ВСЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ЗА ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕЖИТ НА ВАС! СХЕМА И ОПИСАНИЕ ДАННОГО УСТРОЙСТВА ДАЕТСЯ ВАМ С ЦЕЛЬЮ ОЗНАКОМЛЕНИЯ И ДЛЯ ЛАБОРАТОЛРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ!
Операционные усилители, страница 5
Ошибка интегрирования d =1/m в схеме рис. 7а значительно меньше ошибки d=[(R1-R3)/R1-(R2-R4)/R2] в схеме рис. 76. Частотные свойства ОУ в области верхних частот сказываются на точности интегрирования в случае малой постоянной времени интегратора. Основная проблема при построении интеграторов — это дрейф нуля ОУ. Для борьбы с этим фактором описанные интеграторы применяют либо в составе более сложных схем, охваченных отрицательной ОС по току, либо применяют интеграторы со сбросом.
2.3. Дифференциаторы
Схема инвертирующего дифференциатора получается из схемы соответствующего интегратора (рис 7а), если поменять местами резистор R, и конденсатор С (рис 8а). Выходное напряжение определится следующей формулой:
Передаточная функция и частотные характеристики дифференциатора для идеального ОУ описываются выражениями
Ограниченность коэффициента усиления операционного усилителя и его частотные свойства сказываются для дифференциатора в области верхних частот (пунктирная линия на рис. 9 ). Однако основная погрешность дифференцирования возникает из-за высокочастотных электрических шумов операционного усилителя, поскольку в области достаточно высоких частот отрицательная
Рис. 8. Дифференциаторы а — идеальный; б -реальный
обратная связь практически не действует (сопротивление конденсатора С становится малым) и напряжение шума на выходе ОУ оказывается значительным. Поэтому реально схема на рис 8а может работать только в составе более сложной схемы, имеющей достаточно глубокую общую отрицательною обратную связь в области высоких частот.
Рис. 9. АЧХ (а) и ФЧХ (б) дифференциатора
С целью уменьшения выходного напряжения шума последовательно с конденсатором С включают резистор R1 (рис. 86). что увеличивает глубину отрицательной обратной связи на высоких частотах. В этом случае выражения функции передачи и частотных характеристик имеют следующий вид
где ошибка дифференцирования d(p)=рCR1, зависит от частоты. Путем рационального выбора величины сопротивления R1, ее можно сделать приемлемой в диапазоне рабочих частот, обеспечив в то же время достаточно низкий уровень выходного напряжения высокочастотного шума.
2.3. Усилители-ограничители
Усилитель-ограничитель при малых входных сигналах работает как линейный усилитель, но если напряжение на входе превысит установленный предел, то он переходит в нелинейный режим, и на его выходе поддерживается постоянный уровень напряжения (при этом, конечно, имеют место нелинейные искажения сигнала). Вообще говоря, любой усилитель при достаточно больших входных напряжениях переходит в режим ограничения, однако при этом величина ограниченного выходного напряжения определяется выходным каскадом усилителя и напряжением источника питания и не может быть задана произвольно. К тому же быстродействие усилителя в режиме ограничения получается низким, так как в этом режиме происходит насыщение транзисторов выходного каскада усилителя. Поэтому в усилителе-ограничителе уровень ограничения устанавливается ниже уровня ограничения собственно усилителя, для чего в цепь отрицательной обратной связи ОУ включаются нелинейные элементы (рис. 10).