Um filtro de sistema de áudio ajustável para o Receptor

Transcrição

1 Um filtro de sistema de áudio ajustável para o Receptor A resposta de áudio é necessário utilizar o formato de Switched Capacitor Filtros Vista frontal do painel da unidade de filtragem receptor. (Publicado originalmente em Rádio Amador, Março de 1995) Introdução Um circuito é apresentado que proporciona uma resposta de ajuste da freqüência do sinal de áudio alimentado a partir do receptor para o alto-falante. De baixa freqüência e alta freqüência corte pode ser ajustada individualmente em toda a gama discurso ajustável filtros passa baixo e alto, respectivamente. Uma fossa filtro ajustável adicional permite uma transportadora indesejados bater nota de ser rejeitada a partir da banda passante de áudio. Os filtros passa baixo e alto também pode ser comutada para controlar de modo que eles fornecem uma bandpass estreito em qualquer frequência central no discurso intervalo proporcionando assim uma resposta adequada para CW ou outros modos de banda estreita. A resposta é controlada por três capacitor ligado filtros acoplados a partir de três relógios, as freqüências de que determinam a fixação de cortar frequências ea frequência do entalhe. As freqüências de clock (e, portanto, as características dos filtros) são definir manualmente por três painéis montados potenciómetros. A entrada da unidade é ligada ao receptor (ou transceptor) fone de ouvido (assim, desligar o alto-falante interno). Um amplificador de potência na saída da unidade alimenta o sinal processado para um alto-falante externo. Fonte de Alimentação DC internos são ajustados de modo que o aparelho pode ser alimentado a partir da rede 240 V AC.

2 Filtro de Nomenclatura Como este artigo é essencialmente sobre filtros, alguns parágrafos que estabelece a terminologia utilizada em filtros podem ser úteis para alguns leitores. Os filtros são usados para restringir a banda de frequências que passam por eles. filtros Lowpass restringir freqüências acima de um corte definido fora do ponto. filtros Highpass restringir freqüências abaixo de um corte definido fora do ponto. Filtros Bandpass restringir freqüências fora dos limites definidos banda e pode ser feito através da junção highpass e lowpass pares. A freqüência de corte de um filtro é normalmente definida como o momento em que o nível do sinal cai 3 db (ou 0,707) do nível nominal dentro da banda passante. Outro tipo de filtro é uma banda de rejeição (ou fossa) filtro que aceita todas as freqüências, exceto aqueles em um definido (e geralmente restrito) da banda. Algumas características importantes são o filtro de inclinação da inclinação da curva de resposta na transição da banda passante para stopband ea atenuação stopband geral. Outras características importantes são o nível de coerência na banda passante (referido como passband ondulação) e linearidade de resposta (fase importante em alguns tipos de sinal, como o vídeo). Determinadas características são bem definidas por projetos como o filtro de Bessel, Butterworth, Chebyshev e elípticos. A escolha destes depende de qual das características mais importantes. Por exemplo, o Butterworth pode ser escolhida para baixa ondulação na banda passante. Por outro lado, o Chebychev tem um declive mais acentuado a partir do ponto de corte e maior banda de rejeição, mas à custa de alguma ondulação na banda passante. Os filtros são classificados como passivos ou activos, esta última composta em torno de elementos amplificador. Classical filtros passivos, como o Butterworth e Chebychev são feitas com elementos da série e shunt de reatância capacitiva e indutiva. A Figura 1 mostra os filtros lowpass típico que pode ser Butterworth ou Chebychev dependendo do reativa valores reais escolhido. Como mostrado no diagrama, o filtro pode ser desequilibrada ou equilibrada para atender o circuito ao qual está ligado. Quando o filtro está equilibrada os valores de indutância são compartilhados entre as duas pernas equilibrada. Figura 1 - Típica filtros lowpass passiva.

3 Selecção dos elementos reativos é também determinada pela fonte de alimentação da resistência do filtro ea resistência de carga em sua saída. Quando a fonte de resistência é igual à resistência de carga, o filtro é definida como simétrica. Quando estes são desiguais, o filtro é definido como assimétrica. Além do tipo de filtro (por exemplo, Butterworth, Chebychev, etc), o declive e fora da banda de atenuação são dependentes do número de elementos reativos no filtro e este número é muitas vezes chamado de ordem do filtro. Para um filtro Butterworth, a inclinação é de 6 db por oitava multiplicado por ordem do filtro (Obs.: Uma oitava é um aumento para o dobro da frequência). Para um filtro Chebychev, a inclinação é muito íngreme. Ao decidir sobre um projeto do filtro, a fim de filtro para um determinado tipo de filtro é escolhido para alcançar o efeito desejado de desempenho da banda. Em freqüências baixas, e em particular nas freqüências de áudio, os valores de indutância necessária para filtros passivos exigir a utilização de componentes caros indutor e grandes. Para baixas freqüências, a maioria dos designers preferem usar filtros ativos com amplificadores operacionais em torno dos quais características como a Butterworth e Chebychev pode ser configurado com elementos resistivos e capacitivos. Os filtros ativos são utilizados em freqüências de até cerca de 100 khz. Acima dessa estabilidade do circuito, pode ser um problema. Filtros Switched Capacitor Em geral, os filtros não são ajustáveis, porque a sua frequência identificação dos elementos são fixos. Um filtro que é feito frequentemente ajustável é a variável de filtro Estado. Isto tem uma característica de segunda ordem Butterworth com o recurso que lowpass, highpass, bandpass e saídas de cada fossa pode ser retirado a partir de pontos selecionados no circuito. Há dois resistores no circuito, que são de igual valor e que determinam a frequência de corte. Para fazer essa freqüência ajustável, essas resistências são substituídos por um potenciômetro gangue dois. Se uma determinada tensão é aplicada a uma resistência, uma corrente flui como determinado pelo valor da resistência em conformidade com a Lei de Ohm. Isso pode ser visto para ser simulada por carregar e descarregar um capacitor da mesma tensão a um ritmo tal que a corrente média é igual à que flui através do resistor. Variando a freqüência de comutação de carga e descarga de modo que a média atual é variada, os circuitos associados é feita a pensar que está vendo uma resistência variada. O filtro capacitor é ligado com base na variável filtro de Estado, exceto que a resistência variável controlada é substituído pelo capacitor ligado controlado por um relógio de funcionamento a frequências muitas vezes a frequência de corte do filtro. Quando a freqüência do relógio varia, a corrente média no capacitor é variado fazendo o circuito aparecem como se uma resistência no circuito eram variadas. Assim, o ajuste da frequência de corte é conseguida através da variação da frequência de relógio.

4 O capacitor ligado filtros utilizados em nossa unidade de filtro são os tipos Nacional MF6 e MF10. O MF6 é configurado como um circuito de 6 lowpass Butterworth fim com o seu próprio relógio interno funcionando a 50 vezes a frequência de corte. Tem também dois amplificadores operacionais de reposição a bordo do pacote que foram bem aproveitados na nossa unidade de filtro próprio. Para operar o pacote, um resistor e capacitor externos são necessários para definir a freqüência do relógio e então é só uma questão de conexão de entrada, saída e alimentação DC (mais e menos 5 V). Configurando o MF10 não é tão simples. É o equivalente a dois MF5 unidades de segunda ordem, separados, mas montados em um pacote de modo que uma unidade combinada de 4 ª ordem pode ser alcançado. É um filtro universal em que, variando os valores das resistências externas e as ligações externas, ele pode ser configurado como highpass, lowpass, bandpass, ou fossa, com características diferentes, tais como Bessel, Butterworth, ou Chebychev. Para elaborar o arranjo do circuito desejado, é preciso. Estudar cuidadosamente todas as notas de candidatura publicado. O MF10 requer uma fonte de clock externo, com uma frequência selecionável de 50 ou 100 vezes retira a freqüência. Em nossa aplicação, dois pacotes MF10 são utilizados, cada expulsos de um pacote de 555 operacionais como um relógio em 50 vezes a freqüência. Descrição do circuito A Figura 2 mostra o sistema de filtro em forma de bloco. Figura 2 - Audio unidade de filtro - diagrama de blocos. Detalhe do circuito completo é mostrado na figura 3. Nível de entrada do receptor é assumido como sendo o que parece em toda a bobina do altifalante receptor. Préamplificador N1 tem um ganho de tensão de 5. Isso permite uma certa margem de nível de ajuste de entrada usando potenciômetro RV1 e define o sinal para um nível mais

5 confortável para os filtros a capacitores chaveados. Como discutido mais adiante, há um sinal para o problema do ruído se forem operados em um nível demasiado baixo. Figura 3 - Diagrama de Circuito - DIAGRAMA Clique para ampliar componentes de sinal alimentados nas entradas dos filtros a capacitores chaveados perto de freqüência de clock causar sinais espúrios na saída do filtro. Estes componentes devem ser impedidos de chegar à entrada do filtro e este é alcançada principalmente pela banda limitante no IF fase do receptor e pelas limitações na resposta de áudio do receptor. Como uma precaução adicional, N2 estágio é configurado como um Butterworth de segunda ordem do filtro passa-baixa com a sua frequência de corte um pouco acima khz 3, que é o limite de freqüência superior da unidade completa. Isso é conhecido como um anti-alias pré-filtro. amplificadores operacionais N1 e N2 são do tipo ua741. Tipo ua747 combina dois 741s em um pacote e, alternativamente, esta poderia ter sido utilizado. No entanto, existem muitos componentes que formam cerca de N2 do filtro e os pacotes separados aliviar o congestionamento do componente. O primeiro filtro controlados na cadeia é N3 (MF10 tipo) que é configurado como uma quarta fase highpass Chebychev ordem. A característica Chebychev foi escolhido como sua ordem quarta cortar inclinação é um complemento para o próximo 6 Butterworth inclinação ordem do instalador lowpass associados N7 (tipo MF6). Esta escolha foi feita admitindo que haveria um pouco de ondulação db passband quase imperceptíveis ao ouvido. Operando como um elemento highpass individual, o filtro é alimentado com um sinal de clock de N4 (tipo 555) que é ajustável usando RV2 potenciômetro em uma faixa de freqüência de 5,6 a 60 khz. Dividindo por 50, isso proporciona uma highpass cortar ajuste da gama de 112 a 1200 Hz. Com o circuito Notch comutada, a saída highpass é acoplado diretamente na entrada do filtro lowpass N7 (tipo MF6). O relógio interno da N7 é ajustável usando RV4 potenciômetro sobre a faixa de freqüência de 8,5 a 150 khz. Dividindo por 50, isso proporciona uma lowpass cortar ajuste da gama de 170 a 3000 Hz. Operação do comutador SW1 para a BP (bandpass) posição desconecta N3 N4 filtro highpass de relógio e reconecta-lo para a saída do relógio filtro lowpass em N7. Isso

6 permite que o highpass frequência de corte de N3 para controlar a frequência de corte lowpass de N7 alterado pelo RV4. A estreita bandpass é formado que pode ser definida por RV4 toda a gama de frequência central de 17 a 3000 Hz. Em 1000 Hz frequência central, a largura de banda de 3 db é de cerca de 200 Hz. Filtro N5 (MF10 tipo) é configurado como um quarto Butterworth entalhe ordem. Nesta configuração, um amplificador operacional externo adicional é necessária e é feito uso de um dos amplificadores de reserva no MF6 N7 (pacote) (ver N7B na figura 2). O filtro é alimentado com o sinal de clock de N6 (tipo 555) que é ajustável na faixa de freqüência de 8,5-140 khz usando RV3 potenciômetro. Dividindo por 50, isso permite o ajuste para mover o entalhe na gama de frequências de 170 a 2000 Hz. Com o entalhe definido para 1000 frequência central Hz, a largura da fossa de 3 db abaixo é de aproximadamente 100 Hz. A frequência central do entalhe, a sua atenuação tem sido medidos para estar perto de 35 db. A saída do sistema de filtragem, a partir da saída do filtro lowpass N7, contém componentes de freqüência de clock que são facilmente removidas por um simples filtro anti-alias RC. Este filtro é formado por dois componentes R33 e C18 que são interligados pelo amplificador operacional de reposição segundo N7 (mostrado como N7C na figura 2). Se o uso de fones de ouvido foram apenas necessário, a saída de N7C pode ser acoplado diretamente na fones de ouvido. Para operar um alto-falante, um amplificador de potência é necessário para o efeito, um LM380 (dispositivo N8) tem sido utilizada. O pacote LM380 tem tensão de alto ganho muito, muito para a nossa aplicação em particular. Para corrigir isso, a entrada do LM380 é alimentado através de atenuação da rede R35-R36. O LM380 foi selecionado porque ele passou a ser em mão. Qualquer potência do amplificador de áudio, tais como o LM386 seria substituto. Dissipador de calor para o LM380, ele foi montado em uma peça de 60 mm, de cobre, placa de circuito chapeado com pia de calor pinos 3, 4, 5,10,11, 12 soldados para o cobre. Alimentação trilhos de alimentação recomendada para os filtros a capacitores chaveados são +5 V e - 5 V em relação ao solo ou 10 V em relação ao solo. A divisão anterior 5V arranjo ferroviário simplifica acoplamento entre os pacotes e isso tem sido adoptada para alimentar tanto os filtros e amplificadores operacionais associados. A 5 ferroviário V também é usado para alimentar os 555 relógios que, em seguida, entregar uma onda quadrada de saída 5V nominal, que é compatível com a especificação sinal de clock para os filtros a capacitores chaveados. A corrente de carga no trilho +5 V é de 31 ma e no trilho V -5 é 21 ma. O amplificador LM380 opera em classe AB, com grande variação de carga atual com a mudança de nível de sinal. Para evitar a interação com os circuitos de filtro, é desejável a utilização de um trilho de alimentação separada para o amplificador de potência e 12 V ferroviário é derivado para o efeito. A carga de corrente de repouso para o LM380 é de cerca de 7 ma. Esta inclina-se para cerca de 70 ma com sinal normal e 100 ma para poder condição de sobrecarga do amplificador.

7 O circuito fonte de alimentação está incluído na figura 3. Este retificador simples e utiliza circuito regulador de tensão que não requer nenhuma explicação adicional. Relógio Noise A freqüência de clock é normalmente bem acima da faixa de freqüência de voz e executando um ou mais filtros a partir de um único relógio (como para a configuração do interruptor bandpass) não cria problemas de ruído. No entanto, mais do que um relógio que funciona em freqüências diferentes (quando, na HP / LP ou mudar as configurações Notch) pode produzir bater frequências que podem cair na faixa de voz. Na unidade de construção, o ruído, tal como foi medido inferior a 50 db abaixo do nível do sinal de sobrecarga do sistema de filtragem. Para alcançar o melhor sinal-ruído, o ganho do pré-amplificador N1 ea atenuação no R35-R36 são organizados de modo que, para um nível confortável falante, o sistema de filtro funciona apenas abaixo do nível de sobrecarga. Na unidade construída, a 555 relógios foram montados no mesmo cartão e fechar com os filtros a capacitores chaveados. Testes indicaram que alguns dos batida do relógio de ruído foi induzida directamente a partir do 555 pacotes. A terra e +5 V para o 555 pacotes foram isolados do restante do sistema, mas um melhor resultado poderia ter sido alcançado o relógio tinha sido montado em um cartão separado com dissociação oferta melhorada. Outra precaução tomada foi a de desligar os relógios que não são necessários para o modo particular de funcionamento. Referindo-se a figura 3, pode-se ver que o modo de interruptores S1 e S2 incorporar contactos que, quando for o caso, desligue 5V de seus associados 555 horas. Cada um dos filtros a capacitores chaveados tem um fundamento analógico separado (marcado AGRND) separada da sua terra digital. Estas são tomadas através de um trilho comum separar a ponto do solo, desejavelmente com retorno analógicos, tais como aquelas associadas com préamplificador e N1, N2 filtro anti-alias. O barulho do relógio bater é normalmente bem mascarados pelo nível do sinal, mas, se o sinal é desligado, o barulho, a baixo nível é evidente para o ouvido, para determinadas configurações de ajuste do filtro.

8 A unidade experimental de filtro com a tampa removida. RF Pick-Up O sistema de filtro envolve toda uma infinidade de amplificadores de alto ganho que, na presença de um campo de RF de alta intensidade, são susceptíveis de coleta e corrigir o sinal de RF. Com o aparelho ligado e construído a casa do transmissor operado, feedback RF era evidente, mesmo com a entrada do filtro desligado da tomada de auscultadores transceptor. Inserção de bobinas de RF e capacitores de bypass em vários pontos do sistema de filtro não conseguiu eliminar o feedback. Parece que, para operação em conjunto com um transceptor, o sistema de filtro deve ser desativado por relés quando transmitindo. Um relé de bloqueio não foi incluída na figura 3, mas deve ser considerada como um complemento eventualmente necessários. Operação Ajuste as configurações de filtro permite que a largura de banda a ser definida no mínimo necessário para interpretar o sinal recebido, enquanto eliminando o ruído existente nas seções indesejadas da faixa de áudio. Em discurso é realmente um compromisso sobre o que parece melhor. Um discurso de banda estreita reduz o ruído, mas também reduz a inteligibilidade da fala, especialmente quando as freqüências mais altas são cortadas muito longe. Cortando as baixas frequências faz com que o som da voz fina, mas este parece afetar a inteligibilidade, em menor medida. Para reduzir os sinais de largura de banda de apenas algumas centenas de hertz (como CW e RTTY), é mais simples usar o modo bandpass onde o lowpass e filtros highpass faixa em um estado de banda estreita. A fossa é muito afiado e ajuste o potenciômetro deve ser movido com muito cuidado para resolvê-lo em um sinal de portadora indesejada. É muito fácil de se mover muito rápido e perder pegar o cancelamento que ocorre quando se passa através do sinal. Alguns potenciômetros têm rolamentos desleixado que produzem folga e isso torna difícil definir o entalhe. Vários potenciómetros diferentes foram experimentadas na unidade construídos antes de uma satisfatória foi encontrada. Em um estágio de uma volta do potenciômetro 10 foi utilizado, sendo esse ajuste fino feito muito mais fácil. No entanto, o botão de enrolamento e ao redor, muitas vezes buscando o cancelamento tornou-se um pouco entediante. Cancelamento de um sinal CW indesejados podem ser um pouco complicado. É muito fácil passar da fossa através da frequência do sinal CW em um período-chave para cima entre os personagens Morse e detectar a falta de cancelamento. Embora o entalhe manipula sinais de portador estável e sinais CW é demasiado estreito para cancelar a mudança de largura de banda de freqüência maior de sinais, tais como pacotes. A melhoria no sistema possa ser um entalhe de banda ajustável que pode ser configurado para rejeitar a banda de sinal maior., Consulte a modificações no artigo seguinte.

9 Switching no entalhe em discurso para remover uma transportadora incômodo bater tom não tem nenhum efeito negativo sobre a qualidade de voz. A seção pequena da banda fala que é cortada para fora não é evidente para o ouvido. A unidade, construída foi montado em uma base experimental utilizando componentes que estavam na mão. Nenhum trabalho foi feito para encontrar uma fonte recente de abastecimento do MF6 Nacional e pacotes MF10 ou outras marcas de filtro capacitor ligado. O ICs e outras embalagens usadas regulador estão prontamente disponíveis. A unidade de montagem de obras como muito bem. Poderia haver espaço para melhorias em reduzir ainda mais o nível de ruído proveniente do relógio do ajuste dos relógios em uma placa separada longe dos filtros e cuidadosamente a dissociação dos trilhos. filtros anti-alias simples entre cada um dos filtros a capacitores chaveados poderia ajudar ainda mais. No entanto, estes foram experimentadas na unidade montada e, como não foi perceptível a redução do ruído, não foram incluídas no circuito final. Tal como foi sugerido no início do texto, um entalhe de largura ajustável seria uma adição útil digna de maior reflexão. (Isto foi feito e as modificações são descritos em um outro artigo). Especificação de Unidade Completa Lowpass Corte Hz ajustável Slope - 6 ª ordem Butterworth Highpass Corte Hz ajustável Slope - 4 ª ordem Chebychev Bandpass freqüência Centro Hz ajustável db - largura de banda de 200 Hz 3 Notch freqüência Centro Hz ajustável Largura a 3 db para baixo Hz (medido a 1 khz) Atenuação na freqüência de centro - 35 db Máxima faixa de freqüência de 3 db para baixo Hz Entrada de Resistência ohms Impedância de carga recomendada - 4 a 8 ohms Potência máxima de saída mw em 4 ohms (Limitada por nível de sobrecarga de filtros. A energia pode ser aumentada se necessário, reduzindo R35) Máximo ganho de tensão (entrada para a saída) - 10 Nível de ruído abaixo de potência máxima - 50 db

10 Alimentação VAC a 30 ma r