25_30.pdf

Lampowy kompresor dynamiki sygnału audio

P R O J E K T Y

Lampowy kompresor

dynamiki sygnału audio

Przegl¹daj¹c moje zapasy

lamp prÛøniowych

stwierdzi³em, øe z†wielu nie

bÍdÍ mia³ wiÍkszego poøytku

- nie nadaj¹ siÍ do budowy

wzmacniacza napiÍciowego.

Tak jest na przyk³ad

z†pentodami regulacyjnymi:

EF83, EF 183 i†EF 89,

ktÛrych sporo zalega jeszcze

w†niejednej piwnicy. Co

moøna zrobiÊ z†tymi

lampami? WyrzuciÊ do

úmieci? Zdecydowanie nie!

Rekomendacje : smakowity

k¹sek dla prawdziwych

koneserÛw lampowej techniki

audio, przeøywaj¹cej niezwyk³y

renesans.

Pentody regulacyjne by³y sto-

sowane w†uk³adach ARW (auto-

matycznej regulacji wzmocnienia)

odbiornikÛw radiowych i†telewi-

zyjnych. W†EP3/2003 opisaliúmy

dzia³anie ARW przy okazji oma-

wiania wskaünikÛw dostrojenia

(magicznych ìoczekî). Przypomnij-

my tylko, øe zadaniem ARW jest

regulowanie wzmocnienia wzmac-

niacza poúredniej czÍstotliwoúci

w odbiorniku w†zaleønoúci od

wartoúci sygna³u docieraj¹cego do

odbiornika: silny sygna³ - mniej-

sze wzmocnienie, s³aby sygna³ -

duøe wzmocnienie.

Jak realizowano lampowy uk³ad

ARW? Aby to wyjaúniÊ, naleøy

poznaÊ w³aúciwoúci pentody regu-

lacyjnej.

Wzmocnienie napiÍciowe pen-

todowego wzmacniacza oporowe-

go oblicza siÍ z†zaleønoúci:

u R

⋅

gdzie:

K u - wzmocnienie napiÍciowe

w†[V/V],

S a - nachylenie charakterystyki

przejúciowej (konduktancja wza-

jemna) w†[mA/V],

R a - opornoúÊ obci¹øenia w†[k

Nachylenie charakterystyki

przejúciowej jest definiowane jako

stosunek zmiany pr¹du anodowego

do zmiany napiÍcia na siatce

steruj¹cego przy ustalonych napiÍ-

ciach na pozosta³ych elektrodach.

Jak widaÊ na rys. 1 , dla przyk³a-

dowej pentody zwyk³ej (EF80) pa-

rametr S a nie zmienia siÍ†znacznie

w†zaleønoúci od napiÍcia siatki

pierwszej (wiÍksze zmiany nastÍ-

puj¹†tylko w†okolicy napiÍcia od-

ciÍcia) z†racji duøej liniowoúci tej

charakterystyki. Dla lampy regula-

cyjnej EF89 nachylenie zmienia

siÍ w†szerokim przedziale wartoúci

wraz ze zmianami napiÍcia siatki

pierwszej, co úwiadczy o tym, øe

charakterystyka tej lampy cechuje

siÍ duø¹ nieliniowoúci¹. Z†podane-

go wzoru wynika, øe wzmocnienie

napiÍciowe wzmacniacza ze zwyk-

³¹ pentod¹ bardzo ma³o zaleøa³o

od napiÍcia polaryzacji siatki ste-

ruj¹cej. Wzmacniacz z†pentod¹ re-

gulacyjn¹ wykazuje natomiast sil-

n¹ zaleønoúÊ wzmocnienia na-

piÍciowego w†zaleønoúci od napiÍ-

cia polaryzacji siatki (a wiÍc pun-

Ω

Pentoda regulacyjna

RÛønice miÍdzy dzia³aniem

ìzwyk³ejî pentody napiÍciowej

i†pentody regulacyjnej ilustruj¹

( rys. 1) charakterystyki przejúcio-

we (charakterystyk¹ przejúciow¹

pentody jest zaleønoúÊ pr¹du ano-

dowego napiÍcia siatki przy okreú-

lonych napiÍciach na pozosta³ych

elektrodach: anodzie, siatce ekra-

nuj¹cej i†siatce hamuj¹cej) obu

tych lamp. WidaÊ na nich wy-

raünie, øe lampa EF89 ma cha-

rakterystykÍ przejúciow¹ o znacz-

nie mniejszym nachyleniu (wy-

d³uøon¹). Jest to cecha wszystkich

pentod regulacyjnych (zwanych

takøe selektodami albo pentodami

z†d³ug¹ charakterystyk¹).

Elektronika Praktyczna 11/2003

Lampowy kompresor dynamiki sygnału audio

Rys. 1. Charakterystyki przejściowe pentod: regulacyjnej i standardowej

przy U a =U s2 =200 V i U s3 =0 V

w†przÛd, gdyø napiÍcie regulacyj-

ne by³o uzyskiwane przed wzmac-

niaczem m.cz.

Pozostaje jeszcze wyjaúniÊ, dla-

czego pentody regulacyjne nie

nadaj¹†siÍ do zwyk³ych uk³adÛw

wzmacniaczy napiÍciowych. OtÛø

w†takich uk³adach mamy jeden

spoczynkowy punkt pracy, ktÛry

jest úciúle ustalony, a†zmienia siÍ

jedynie amplituda napiÍcia steru-

j¹cego (regulacja potencjometrem

si³y g³osu). Z rys.2b†wynika, øe

we wzmacniaczu z†pentod¹ regu-

lacyjn¹ wyst¹pi³yby znaczne znie-

kszta³cenia nieliniowe, gdyby am-

plituda napiÍcia steruj¹cego mia³a

duø¹ wartoúÊ. Takie pentody

mog¹†ewentualnie pracowaÊ przy

ma³ych amplitudach sygna³u ste-

ruj¹cego, a†wiÍc we wzmacnia-

czach wstÍpnych. Jednak ze

wzglÍdu na znaczne szumy pen-

tod nie jest to dobre rozwi¹zanie.

Do stopni wstÍpnych moøna

stosowaÊ pentody niskoszumne.

Jednak do uk³adÛw wzmacniaczy

wstÍpnych lepiej uøywaÊ uk³adÛw

triod.

ktu pracy na charakterystyce prz-

ejúciowej). Zatem pentoda regula-

cyjna umoøliwia skonstruowanie

wzmacniacza, ktÛrego wzmocnie-

nie napiÍciowe jest zaleøne od

spoczynkowej wartoúci w punkcie

pracy napiÍcia polaryzacji siatki

steruj¹cej.

Na rys. 2a przedstawiono

uproszczony schemat takiego

wzmacniacza, zaú†na rys. 2b

zilustrowano, w oparciu o charak-

terystykÍ przejúciow¹ lampy, prze-

biegi pr¹du anodowego (a wiÍc

i†napiÍcia na obci¹øeniu) dla

rÛønych spoczynkowych punktÛw

pracy A i B. Przy takiej samej

amplitudzie napiÍcia wejúciowego

i tym samym obci¹øeniu, wzmoc-

nienie dla punktu B jest zacznie

wiÍksze niø dla A.

Przy duøym ujemnym napiÍciu

regulacyjnym U reg1 spoczynkowy

punkt pracy lampy znajduje

siÍ†w†punkcie A. W†otoczeniu te-

go punktu nachylenie charakterys-

tyki jest ma³e, wiÍc wzmocnienie

teø jest ma³e. Przy ma³ym ujem-

nym napiÍciu regulacyjnym U reg2

punkt pracy przesuwa siÍ†do pun-

ktu B. Nachylenie charakterystyki

w†jego otoczeniu jest duøe, wiÍc

wzmocnienie teø jest duøe.

Jak wspomniano wczeúniej, lam-

py regulacyjne stosowano w†uk³a-

dach ARW w†odbiornikach AM.

Regulowanym wzmacniaczem by³

najczÍúciej jeden stopieÒ (pierwszy)

wzmacniacza poúredniej czÍstotli-

woúci. Czasami ARW obejmowa³o

takøe wzmacniacz wielkiej czÍstot-

liwoúci i†inne stopnie wzmocnie-

nia. Regulacyjne napiÍcie polaryza-

cji siatki takiego stopnia wzmoc-

nienia uzyskiwano bezpoúrednio

z†detektora albo z†bardziej rozbudo-

wanych uk³adÛw, ktÛre umoøliwia-

³y uzyskanie ARW np. z†progiem

zadzia³ania. Tego rodzaju ARW,

gdy ürÛd³o napiÍcia reguluj¹cego

znajduje siÍ za wzmacniaczami

w.cz. i†p.cz. jest regulacj¹ wstecz.

Detektor musia³ byÊ w³¹czony tak,

øe uzyskiwano ujemne wzglÍdem

masy napiÍcie regulacyjne. Ponad-

to, napiÍcie to by³o odfiltrowywane

tak, by sk³adowa m.cz. nie powo-

dowa³a zmian wzmocnienia.

W†przeciwnym przypadku nastÍpo-

wa³aby niepoø¹dana kompresja dy-

namiki sygna³u, polegaj¹ca na tym,

øe g³oúne fragmenty audycji by³yby

nienaturalnie úciszane.

W nielicznych uk³adach ARW

obejmowa³a wzmacniacz ma³ej

czÍstotliwoúci-by³a to regulacja

Kompresor

Pentody regulacyjne by³y

stosowane we wzmacniaczach do

automatycznej regulacji wzmoc-

nienia. Postanowi³em je zastoso-

waÊ w uk³adzie regulacji wzmoc-

nienia - w†lampowym kompreso-

rze dynamiki sygna³u akustyczne-

go. Kompresor naleøy do tzw.

procesorÛw düwiÍku. Wzmocnie-

nie kompresora maleje po prze-

kroczeniu pewnej wartoúci sygna-

³u steruj¹cego. WartoúÊ spadku

wzmocnienia moøna regulowaÊ-

zmieniaj¹c stopieÒ kompresji.

Moøna takøe regulowaÊ prÛg

zadzia³ania (poziom sygna³u, przy

ktÛrym zaczyna siÍ kompresja),

a†ponadto czasu opÛünienia za-

dzia³ania i†odpuszczenia. Chodzi

Rys. 2. Schemat wzmacniacza o regulowanym wzmocnieniu z pentodą regu−

lacyjną (a) i przebiegi prądu anodowego dla różnych punktów pracy (b)

Elektronika Praktyczna 11/2003

Lampowy kompresor dynamiki sygnału audio

Rys. 3. Charakterystyki U wy =f(U we )

wzmacniacza i ograniczników

różnego typu

Opis dzia³ania uk³adu

Na rys. 4 przedstawiono†sche-

mat blokowy prezentowanego

kompresora dynamiki. Dzia³a on

nastÍpuj¹co: sygna³ wejúciowy

jest doprowadzony jednoczeúnie

do wtÛrnika katodowego I. Prze-

widziano regulacjÍ†poziomu syg-

na³u doprowadzanego do wtÛrni-

ka I. Sygna³ z†wtÛrnika I jest

doprowadzony do wzmacniacza

o†wzmocnieniu regulowanym na-

piÍciem -U reg , a†st¹d do wtÛrnika

II i†wyjúcia. Opisan¹ wyøej

úcieøka sygna³u steruj¹cego jest

w³aúciwie g³Ûwn¹ úcieøk¹ kom-

presora. NapiÍcie reguluj¹ce -U reg

jest otrzymywane w innym obwo-

dzie. Sygna³ wejúciowy jest do-

prowadzony do wzmacniacza po-

mocniczego. Po wzmocnieniu syg-

na³ jest doprowadzony do elek-

tronowego wskaünika wysterowa-

nia (magicznego oka) i†do pros-

townika. Moøliwa jest regulacja

poziomu napiÍcia, przy ktÛrym

zaczyna siÍ prostowanie. Oznacza

to, øe napiÍcie reguluj¹ce poja-

wia siÍ na wyjúciu prostownika

dopiero po przekroczeniu pewne-

go poziomu sygna³u wejúciowego.

W ten sposÛb jest moøliwa re-

gulacja progu zadzia³ania kom-

presji. Wyprostowany sygna³ zo-

staje uúredniony w†uk³adzie ca³-

kuj¹cym i†przechodzi przez uk³ad

rÛøniczkuj¹cy. Poprzez zmianÍ

parametrÛw tych obwodÛw jest

moøliwa regulacja czasu opÛü-

nienia zadzia³ania (obwÛd ca³ku-

j¹cy) i†odpuszczenia kompresji.

Przewidziano regulacjÍ skokow¹

(2-stopniow¹) i†ci¹g³¹ sta³ych cza-

sowych tych obwodÛw. Tak otrzy-

mane napiÍcie regulacyjne jest

poddawane ograniczeniu, przy

czym przewidziano 10 nastaw

ograniczania. Prze³¹cznik nastaw

ograniczania jest dwusekcyjny.

Druga sekcja jest wykorzystana

do sterowania prac¹ jarzeniowego

wskaünika nastaw (Nixie). Op-

rÛcz tego istnieje moøliwoúÊ re-

gulacji ìtwardoúciî ograniczania-

stabilizacji. NapiÍcie regulacyjne

-U reg moøe byÊ p³ynnie regulo-

wane. Poziom napiÍcia -U reg jest

wskazywany przez elektronowy

wskaünik poziomu kompresji (ma-

giczne ìokoî).

Moøe dziwiÊ liczba zastosowa-

nych elementÛw regulacyjnych do

regulacji ci¹g³ej i†skokowej. Zale-

øa³o mi jednak na tym, aby moøna

by³o uzyskiwaÊ rÛøne charakterys-

tyki kompresora - przedstawiono

je na rys. 5 . WidaÊ, øe prezen-

towany kompresor moøe pracowaÊ

jako limiter (charakterystyki 2,

3†i†11) albo wrÍcz jako uk³ad

wyciszania (6, 7). Natomiast cha-

rakterystyki 8, 9†i†10 s¹ zbliøone

do charakterystyk typowego kom-

presora. W† tab. 1 zamieszczono

"nastawy" niektÛrych parametrÛw

przy wyznaczaniu charakterystyk

z†rys. 5. Potencjometr czasu opÛü-

nienia zadzia³ania by³ ustawiony

we wszystkich przypadkach na

minimaln¹ wartoúÊ rezystancji

o†to, by kompresja nie nastÍpowa-

³a za szybko po przekroczeniu

poziomu progu zadzia³ania i†nie

zanika³a†zbyt szybko, bo wÛwczas

s³ychaÊ wyraüne ìpompowanieî

düwiÍku, objawiaj¹ce siÍ chwilo-

wym úciszaniem muzyki w†takt

np. uderzeÒ perkusji.

Kompresory s¹ uøywane miÍdzy

innymi przy montaøu audycji (stop-

niowo wychodz¹ z†uøycia, gdyø

montaø audycji przeprowadza siÍ

obecnie komputerowo), a†takøe

przez niektÛrych gitarzystÛw.

Pewn¹†odmian¹ kompresora

jest limiter. Tego rodzaju uk³ady

pracuj¹ w†magnetofonach, gdzie

przekroczenie dopuszczalnego po-

ziomu zapisu powoduje wzrost

zniekszta³ceÒ. Charakterystyki

kompresora dynamiki przedstawio-

no na rys. 3 .

Rys. 4. Schemat blokowy lampowego kompresora sygnału audio

Elektronika Praktyczna 11/2003

Lampowy kompresor dynamiki sygnału audio

/0,6W 1%

R2, R6, R9, R16, R19: 510 Ω /0,6W 1%

R3: 10 k Ω /0,6W 1%

R4, R5, R12, R13, R29: 470k Ω /0,6W 1%

R7, R14, R17, R27: 1M Ω /0,6W 1%

R10: 5,1k

Ω

/0,6W 1%

R11, R20: 15 k

Ω

/0,6W 1%

R18, R22, R30: 47 k

Ω

/0,6W 1%

R23, R24: 220 k

Ω

/0,6W 1%

R25: 5,6 k

Ω

/0,6W 1%

R26: 2,4 k

Ω

/0,6W 1%

R28: 330 k

Ω

/0,6W 1%

potencjometr

logarytmiczny

P2, P3, P4: 1M

Ω

potencjometr

Rys. 5. Wybrane charakterystyki U wy =f(U we ) kompresora (sygnał testowy

o częstotliwości 1 kHz)

potencjometr liniowy

P6: 220 k Ω potencjometr liniowy

P7: 1M

Ω

potencjometr montażowy

Kondensatory

C1, C2, C4, C10: 47 nF/400V

C3, C9, C11: 47

Ω

(a†wiÍc i sta³ej czasu), potencjometr

czasu odpuszczenia na maksymaln¹

wartoúÊ, a prze³¹cznik sta³ej cza-

sowej (W1) na maksymaln¹ wartoúÊ

(kondensator C15).

Schemat elektryczny kompreso-

ra pokazano na rys. 6 . Pierwsza

czÍúÊ lampy V1 pracuje w†uk³adzie

i†wtÛrnika katodowego (K u †

czas regulacji wzmocnienia. Lampa

V2 jest pentod¹ regulacyjn¹, pra-

cuj¹c¹ w†uk³adzie wzmacniacza o

wzmocnieniu regulowanym napiÍ-

ciem. Poprzez rezystor R4 jest

podawane na siatkÍ tej lampy

napiÍcie reguluj¹ce. Lampa V2 pra-

cuje przy niskim napiÍciu anodo-

wym i†niskim napiÍciu siatki os³on-

nej (drugiej). DziÍki temu lampa

pracuje z†nieco ìkrÛtsz¹î charakte-

rystyk¹ przejúciow¹ niø pokazano

na rys. 1. Jest to istotne, poniewaø

uzyskanie napiÍcia reguluj¹cego rzÍ-

du 20...30 V†sprawia³oby duøe trud-

noúci. Druga po³owa lampy V1

pracuje we wtÛrniku II, ktÛry za-

pewnia ma³¹ rezystancjÍ wyjúciow¹

uk³adu. Lampa V3 stanowi dwu-

stopniowy wzmacniacz pomocni-

czy. Sygna³ z†tego wzmacniacza

jest podawany na dwa prostowniki:

pierwszy z†diod¹ D2, zasilaj¹cy

lampÍ V5 (wskaünik wysterowania-

F/25V

C5: 10

F/350V

F/400V

C7, C8: 22

F/400V

C12, C18, C21: 100nF/400V

C13: 150nF/400V

C14: 1

†1V/V).

Potencjometr P1 umoøliwia regula-

cjÍ poziomu sygna³u doprowadzo-

nego do wtÛrnika, a†tym samym do

wzmacniacza. DziÍki temu moøna

dobraÊ poziom sygna³u tak, aby nie

wystÍpowa³y w kompresorze duøe

zniekszta³cenia nieliniowe przy

duøej amplitudzie napiÍcia steruj¹-

cego. Zastosowanie wtÛrnika I jest

niezbÍdne, gdyø nie moøna poten-

cjometru poziomu sygna³u (si³y

g³osu) P1 w³¹czyÊ w obwodzie

siatki pierwszej lampy V2. Takie

w³¹czenie powodowa³oby niepoø¹-

dan¹ zmianÍ barwy düwiÍku pod-

≈

F/100V

C15: 4,7

F/100V

C16, C17: 100

F/400V

C20: 10nF/400V

Półprzewodniki

D1, D2: 1N4007

D3: C1V2

D4: C2V4

D5: C2V7

D6: C3V9

D7: C4V7

D8: C5V6

D9: C6V8

D10: C8V2

D11: C10

D12: C12

Pr1: mostek prostowniczy 1A/800V

Lampy

V1, V3: ECC88

V2: EF89

V4: EM800 lub EM 87

V5: EM84, EM800 lub EM 87

V6: Z566M lub LC−631

Różne

2 gniazda chinch

B1: bezpiecznik 400 mAT

W1: przełącznik 2−pozycyjny 1−

sekcyjny

W2: przełącznik 12−pozycyjny 2−

sekcyjny

W3: 2−pozycyjny

Transformator wg opisu

Tab. 1. Nastawy parametrów regulatorów kompresora przy wyznaczaniu

charakterystyk pokazanych na rys. 5

Wskazanie

Próg

Twardoœæ

Ustawienie

charakterystyki

lampy Nixie

kompresji

ograniczania

poziomu kompresji

0 mV

minimalna

maksymalne

50 mV

minimalna

maksymalne

100 mV

minimalna

maksymalne

400 mV

minimalna

maksymalne

0 mV

minimalna

maksymalne

100 mV

minimalna

maksymalne

200 mV

minimalna

maksymalne

200mV

maksymalna

maksymalne

200mV

maksymalna

1/2

200mV

maksymalna

3/8

200mV

maksymalna

3/8

Elektronika Praktyczna 11/2003

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1, R8: 22k

R15: 100k

R21: 560 k

P1: 1M

liniowy

P5: 47 k

C6: 1

C19: 220

Lampowy kompresor dynamiki sygnału audio

Rys. 6. Schemat elektryczny lampowego kompresora dynamiki sygnału audio

Elektronika Praktyczna 11/2003

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: