CS196404B2 - Zapojení operačního zesilovače pro plynule nastavitelné potlačování a zdůrazňování nízkého kmitočtu změnou odporu, zejména pro studiovou regulaci barvy zvuku - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení operačního zesilovače pro plynule nastavitelně potlačování a zdůrazňování nízkého kmitočtu změnou odporu, zejména pro studiovou regulaci barvy zvuku, u něhož je operační zesilovač opatřen kmitočtově závislou zá- , pornou zpětnou vazbou.

S elektrickým zesilováním a reprodukcí zvuku zrodil se současně požadavek, abý v jednotlivých částech použitého kmitočtového pásma byla míra zesílení proměnná. Regulátory používané v dolní části pásma tónových kmitočtů, krátce zvané'regulátory hloubek, hrají důležitou roli při vytváření věrného přenosu. Na taková zařízení jsou kladeny stále větší požadavky v důsledku stále více se rozšiřující zvukové techniky.

Pro řešení úlohy regulace hloubek jsou známa četná zařízení, Můžeme jako příklady uvést následující zařízení:

a) Pasivní obvody RC . Těmito obvody se uskutečňuje kmitočtově nezávislé tlumení podle zdůrazňování a toto tlumení se modifikuje členy RC s proměnnou časovou konstantou, .takže obvod je směrem nahoru neúčinný, přičemž ve směru nízkých kmitočtů, v závislosti na poloze regulátoru, nastane zvyšující se zdů2 razňování nebo odřezávání. Z důvodů konstrukčních vykazuje toto zapojení veliké základní tlumení, obecně 12 až 25 dB a existují úzké podmínky co do impedance pro zdroj, popřípadě pro zátěž. Závažná nevýhoda spočívá v tom, že zdůrazňování nastává jen vůči základnímu tlumení. Takové zapojení může být tedy použito v důsledku uvedených nedostatků jen v komerční technice, není vhodné pro studiově-technické účely.

bj Aktivní členy RC

Podle základní formy těchto zapojení je uspořádáno pasivní zapojení v záporné zpětné vazbě aktivního členu. V důsledku toho nastává místo dřívějšího velikého tlumení veliké zesílení, které však nemůže být zmenšeno, protože fázová charakteristika zapojení nepřipouští žádnou^{1 * * * S} těsnou zpětnou vazbu, V důsledku vysokého základního zesílení nemůže ho proto být použito ve studiových systémech.

c) Řešení obsahující členi L

Použití indukčnosti pro regulaci hloubek je nasnadě. V důsledku obtížné výroby vinutí, rozptylu a jejich obtížné vyladitelnos196404 ti se tato zapojení nerozšířila. Použití indukčnoteti je také nevýhodné v důsledku zvýšené citlivosti na brum.

d) Kombinovaná řešení

U těchto řešení jsou aktivní a pasivní členy tak kombinovány, že se zdůrazňování provádí aktivní cestou, odřezávání pasivní cestou, přičemž je možné základní zesílení činící 0 dB. Tím se dosáhne komplikovaného, ale výhodného systému. Tento systém může být těžko ovládán plynulou regulací, protože aktivní a pasivní systémy, přizpůsobující se navzájem, vyžadují příliš přesného nastavení.

e) Studiově-technická řešení

Z nahoře uvedeného jednoznačně plyne, že na regulátor hloubek mohou být kladeny četné požadavky, proto by se nemělo ve studiové technice všeobecně trvat na plynulé regulaci. V důsledku toho se pro jednotlivé regulační kroky zabudovávaly nebo vypouštěly různé prvky, jimiž bylo možno dosáhnout žádané regulační charakteristiky, jen ale tak, že regulace během nahrávání nemohla být modifikována, protože její působení je slyšitelné.

f) Systémy s aktivním filtrem t

Vyvinutí systémů s aktivním filtrem bylo umožněno moderními operačními zesilovači. Mezi těmito řešeními je znám tak zvaný regulátor „Baxandall“, který má velmi výhodné vlastnosti — základní zesílení Ó dB a plynulá regulace. Jeho nevýhoda spočívá v tom, že zdůrazňování, když dosáhlo maximální hodnoty, zůstane konstantním a při vyšším zdůrazňování vžnikne při kmitočtu 1 kHz značné posunutí úrovně.

Na moderní regulátory hloubek, doplněné užitečnými vlastnostmi zapojení podle vynálezu, mohou být kladeny následující požadavky:

1. regulace má být prováděna plynule,

2. zesílení v lineární, poloze má činit Ó dB,

3. regulace má ve středu pásma vykazovat malý účinek, asi 1 kHz,

4. zdůrazňování se má pokud možno uskutečňovat v širokém pásmu,

5. zdůrazňování se má na nízkých kmitočtech. po dosažení maxima opět zmenšovat, '6. zapojení nesmí obsahovat žádný induktivní člen,

7. zapojení má svými parametry uspokojovat studiově-technické podmínky.

Cílem vynálezu je tedy uspokojit podmínky moderní regulace hloyibek.

Tato úloha je vyřešena a uvedené nedostatky jsou u zapojení podle vynálezu odstraněny tím, že operační zesilovač je opatřen proměnnou kmitočtově závislou kladnou zpětnou vazbou, která je připojena prostřednictvím .střední odbočky uzemněného prvního poteciometru k zápornému vstupu operačního zesilovače.

Zapojením podle vynálezu lze dosáhnout, ve srovnání se známými řešeními stejného určení, nového a vyššího 'účinku, a to tím, že v důsledku kmitočtově závislé kladné zpětné vazby se vrchol zdůrazňovací charakteristiky spolu se zvýšením zdůrazňování posune do rozsahu vyšších kmitočtů.

Příklad zapojení podle vynálezu je zobrazen na výkresech na nichž, na obr. 1 je zná-, zorněno schematicky zapojení známého regulátoru typu Baxandall, na cíbr. 2 je znázorněna přenosová charakteristika regulátoru typu Baxandall, na obr. 3 je znázorně-. no zapojení podle vynálezu, na obr. 4 je znázorněno vytváření přenosové charakteristiky zapojením podle vynálezu ve třech fázích, na- obr. 5 jsou znázorněny přenosové charakteristiky zapojení podle vynálezu s indikací různého zdůrazňování a na obr. 6 je principiální schéma zapojení podle vynálezu.

Dosud známá regulátory typu Baxandall jsou konstruovány tak, že v záporné zpětné vazbě operačního zesilovače s obracením fáze je umístěn potenciometr a členy RC zajišťující fázovou závislost, (viz obr. 1). Přenosové charakteristiky, znázorněné na obr.. 2, se dosahují ve dvou krajních polohách potenciometru v zapojení, podle obr. 1, přičemž na ose úseček je nanesena velikost kmitočtu a na ose pořadnic jsou naneseny hodnoty zdůrazňování, popřípadě odřezávání.

Na obr. 3 je vidět, že k zápornému vstupu D2 operačního zesilovače 2 se dvěma vstupy je připojen výstup B kmitočtově závislé zpětné vazby 3. Ke kladnému vstupu Dl operačního zesilovače 2 je připojen výstup F proměnné kmitočtově závislé kladné zpětné vazby 1. Současně je výstup Ě operačního zesilovače 2 připojen jednak kě vstupu. C kmitočtově závislé záporné zpětné vazby 3, jednak ke vstupu 6 proměnné kmitočtově závislé kladné zpětné vazby 1. Výstup E operačního zesilovače 2 tvoří výstup celého zapojení, přičemž vstup A zapojení je tvořen vstupem kmitočtově , závislé záporné zpětné vazby 3.

Podle obr. 6 je k zápornému vstupu operačního zesilovače 2 připojen běžec druhého potenciometru Plb. Běžec je připojen jednak k třetímu kondenzátoru G3, jehož druhá elektroda je spojena s jedním koncem druhého potenciometru Plb, jednak ke čtvrtému kondenzátoru C4, jehož druhá elektroda je spojena s druhým koncem druhého potenciometru Plb. Společný přípoj čtvrtého kondenzátoru C4 a druhého potenciometru Plb je připojen prostřednictvím šestého odporu R6 k výstupu K operačního zesilovače 2. Společný přípoj druhého potenciometru Plb a třetího kondenzátoru G3 je připojen prostřednictvím Sériového zapojení pátého kondenzátoru C5 a pátého od196404

S póru RS ke vstupu A zapojení. K výstupu K operačního zesilovače 2 je připojen vstup Wieriova můstku, sestávajícího z prvního kondenzátoru Cl, druhého kondenzátoru C2 a z prvního odporu RI a druhého odporu R2. Střední odbočka Wienova můstku je připojena k jednomu konci prvního potenciometru Pia, jehož střední odbočka je uzemněna. Druhý konec prvního potenciometru Pia je rovněž uzemněn, přičemž jeho běžec je připojen přes čtvrtý odpor R4 ke kladnému vstupu operačního zesilovače 2.

První potenciometr Pia a druhý potenciometr Plb jsou vytvořeny jako tandemový potenciometr.

Funkce, popřípadě ovládání zapojení budou vysvětleny pomocí obr. 3. V lineární poloze jsou vyrovnány jak operační zesilovač 2, tak také záporná zpětná vazba 3. V důsledku toho nedojde na vstup kmitočtově závislé kladné zpětné vazby 1 žádný signál. V případě hlubokého odřezávání funguje jen aktivní regulátor, sestávající z operačního· zesilovače 2 a ze záporné zpětné vazby 3, přičemž kladná zpětná vazba 1 je neúčinná.

Při vysokém zdůrazňování se vlivem působení aktivního regulátoru superponuje působení kladné zpětné vazby 1. Jak je vidět z obr. 4, je výsledná křivka součtem křivky a a křivky b. Na vrcholu křivký b kladné zpětné vazby je maximum zdůrazňování, přičemž míra zdůrazňování se zmenšuje, směrem k hlubokým kmitočtům. V důsledku toho· nezdůrazňují se obvodem signály pásma nižších kmitočtů.

Vrchol křivky b kladné zpětné vazby se volí tak, aby byl tam, kde počíná klesat nejhlubší zdůrazňování. V důsledku toho se zdůrazňuje strana vyšších kmitočtů křivky.

V bodu maximálního zdůrazňování se uplatní sečtené působení obou křivek. V důsledku toho je výsledkem působení aktivního výstupního· regulátoru nepatrné zdůrazňování. Proto ve středu pásma je velmi malé prodloužení pásma. Regulátor podle vynálezu má mimoto ještě výhody, které se mohou prokázat tehdy, když postupujeme od lineární polohy k maximálně zdůrazněné poloze, viz obr. 5.

Pohyb vrcholu křivky, ke kterému dochází během regulace, je znázorněn na obr. 5

Claims (2)

1. Zapojení operačního zesilovače pro plynule nastavitelné potlačování a zdůrazňování nízkého kmitočtu změnou odporu, zejména pro· studiovou regulaci barvy zvuku, u něhož je operační zesilovač opatřen kmitočtově závislou zápornou zpětnou vazbou, vyznačující se tím, že operační zesilovač (2) je dále opatřen proměnnou kmitočtově závislou kladnou zpětnou vazbou (lj, kte6 přerušovanou čarou. Při menším zdůrazňování uplatní se působení aktivního regulátoru a účinek kladné zpětné vazby zůstane zanedbatelně malý. Zvýší-li se zdůrazňování, stane se i vliv kladné zpětné vazby významnějším. V důsledku toho se pohybuje vrchol maximálního zdůrazňování během regulace ve směru vyšších kmitočtů. Výhody toho jsou následující.

Když přenesený signál obsahuje jen hluboké složky, je třeba menšího zdůrazňování. Zdůrazňování se uskutečňuje na okraji pásma. Když je signál chudý na hluboké tóny, je proto třeba velkého zdůrazňování, je zdůrazňování okraje pásma nevýhodné, protože tam je signál velmi malý, je proto výhodné koncentrovat zdůrazňování na vyšší kmitočet, u něhož může existovat potřebná „hluboká“ složka.

Z obr. 5 lze vidět, že výstupní signál operačního zesilovače 2 je součtem signálů přicházejících na kladný vstup a na záporný vstup. Ve střední poloze prvního potenciometru Pia a druhého potenciometru Plb a při pohybu v jednom směru nepřichází žádný signál na kladný vstup, takže je účinný druhý vstup. Když dojde k pohybu ze střední polohy v opačném směru, dojde od výstupu na kladný vstup signál přes o sobě známý Wienův můstek, který zde v kladné zpětné vazbě plní korekční funkci na kmitočtu určovaném členy RC děliče. Dělič se zpětnou vazbou je strmý pásmový filtr, jehož střední kmitočet pásma byl zvolen vyšším než je jmenovitý zdůrazňovaní kmitočet dosavadního regulátoru.

Výstup se v tomto případě řídí oběma vstupy, přičemž se k. jednoduché zdůrazňovací charakteristice přičítá přenosová charakteristice přenosová charakteristika pásmového filtru. Třetím odporem R3 se nastaví žádaná hodnota kladné zpětné vazby. Zapojení může být sestaveno z lineárních potenciometrů, které zaručují střední polohu dostatečné přesnosti. V důsledku toho nevyžaduje lineární přenos žádného zvláštního nastavení.

Pomocí zapojení podle vynálezu může být realizována korekce +12 až 16 dB v pásmu 40 až 100 Hz vedle přenosové charakteristiky známé ve studiové technice.

VYNÁLEZU ' rá je připojena prostřednictvím střední odbočky uzemněného prvního potenciometru (Pia) k zápornému vstupu operačního· zesilovače (2).

2. Zapojení podle bodů 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kmitočtově závislá kladná zpětná vazba (1) je tvořena Wienovým můstkem, jehož výstup jé připojen ke vstupu operačního zesilovače (2).