Расчет фильтра нижних частот

Фильтр нижних частот-01

Фильтр нижних частот для сабвуфера — здесь показана простая схема, выполняющая три полезных функции, значительно облегчающие реализацию канала сабвуфера в аудиосистеме:

Первое — суммирует сигналы обоих стерео каналов. Второе — отфильтровывает ненужные высокие частоты. Третье — обеспечивает два сигнала с противоположными фазами, что позволяет легко построить мостовой усилитель.

Рекомендации: Устройство особенно рекомендуется операторам акустических систем, музыкантам и разработчикам аудио аппаратуры.

Фильтр нижних частот-1

Характеристики — фильтр нижних частот сабвуфера

  • частотный диапазон: 18Гц…150Гц (для элементов, поставляемых в комплекте)
  • напряжение питания: одинополярное в диапазоне 10…35В или симметричное ±5…±16В
  • два набора входов: линейный вход и вход, позволяющий принимать сигнал напрямую с выходов динамиков любого усилителя
  • суммирование сигналов обоих стерео каналов
  • размеры платы: 50×58мм

Описание схемы фильтра нижних частот для сабвуфера

Электрическая схема модуля представлена ​​на рис. 1. С учетом различных применений схемы, цепи питания были реализованы таким образом, что система может питаться одним напряжением в диапазоне 10…35В или симметричным ±5…±16В.

Фильтр нижних частот-2
Рис.1 Схема фильтра нижних частот для саба

Элементы R1, R4, C9, R13, R14, C10, C17 и стабилизатор U1 нужны только при питании фильтра одним напряжением. Модуль имеет два набора входов. На точки А и В должен поступать линейный сигнал 100мВ…1В, например, с выхода предусилителя.

Часто такого выхода нет, и тогда следует использовать точки С, D — которые подключаются к выходам стереофонического усилителя мощности (рис. 3).

На практике оказывается, что гораздо выгоднее задействовать точки С, D вместо А, В. Ведь сигнал на линейном выходе имеет постоянный уровень, не зависящий от потенциометра регулятора громкости. Однако использование сигналов от динамиков сохранит пропорции их громкости и громкости сабвуфера постоянными.

Читайте также:  Как подключить активный сабвуфер в машину

Сигналы левого и правого каналов суммируются в цепи с усилителем U2А. Уровень сигнала можно отрегулировать по мере необходимости с помощью PR1. Так как регулировку уровня нужно сделать только один раз, согласовав громкость сабвуфера с громкоговорителями стерео системы, подстроечного резистора в роли PR1 будет вполне достаточно.


Рис.3 Пример подключения фильтра НЧ сабвуфера

Сигнал с сумматора-буфера U1A поступает на ФНЧ третьего порядка с элементами R9…11, C13…C15, U2B. Верхняя частота среза и форма волны фильтра могут быть выбраны по желанию. Как правило, верхняя граничная частота составляет около 150 Гц. Помимо частоты среза можно регулировать крутизну фильтра. Максимальная крутизна составляет 18 дБ/октаву.

Фактически, нижняя граничная частота модуля составляет около 20Гц и определяется в основном емкостью С16, а также сопротивлениями R5, R12. Те кому нужно расширить полосу пропускания вниз, могут увеличить емкость С16 (и возможно С11, С12) до 470нФ или даже 1мкФ.

На выходные буферы подаются отфильтрованные сигналы с частотами в диапазоне примерно 20Гц…150Гц. Схема с усилителем U1C имеет коэффициент усиления -1, который инвертирует фазу сигнала. Схема с усилителем U1D располагает коэффициентом усиления +1, то-есть не инвертирует фазу.

Таким образом, один и тот же сигнал, имеющий противоположные фазы, доступен в точках E,F. Наличие такого сигнала позволяет максимально просто реализовать мостовой усилитель.

Монтаж и ввод в эксплуатацию фильтра НЧ басового громкоговорителя

Сборка НЧ фильтра по своему типу является классической и не должна вызвать никаких затруднений. Сначала следует впаять перемычку Z (рядом с С3), затем нужно установить самые маленькие компоненты, и уже после этого более крупные.

В типовом варианте С13 ставить не надо, а вместо R9 припаять перемычку (резистор 0 Ом). Наконец, вставьте микросхему U2 в гнездо-держатель.


Рис.2 Расположение элементов на печатной плате фильтра нижних частот

ВНИМАНИЕ! В зависимости от способа подачи питающего напряжения, силовые цепи фильтра нижних частот должны быть правильно выполнены.

Фильтр нижних частот с однополярным питанием

Не устанавливайте элементы С3, С4. При напряжении питания в диапазоне 10…15В стабилизатор U1 устанавливать не нужно, а на его место впаять перемычку (выводы 1 и 3). При использовании питающего напряжения (16…35В) необходимо установить стабилизатор U1.

Читайте также:  Сабвуфер для дома

Напряжение питания должно быть подключено к точкам V+ и V-. Сигнальная земля является отрицательным полюсом источника питания — соедините его с землей взаимодействующих устройств.

Симметричное напряжение питания

Не устанавливайте компоненты R1, R4, C1, C2, C9, R13, R14, U1. Припаяйте перемычку между отмеченными кружками точками пайки U1 (ножки 1, 3). Поставьте перемычки вместо С10, С17. Источник питания (±5…±16В) подключается к точкам V+, GND, V-. GND является точкой заземления — подключите ее к общей точке «земля» всех взаимодействующих устройств.

Схема, собранная из проверенных элементов, не требует какой то специальной настройки и сразу же после включения питания начинает корректно работать. Единственной регулировкой будет настройка подстроечным резистором PR1 правильные соотношения самых низких тонов по отношению к другим.

Сделайте это после подключения усилителя и динамика (сабвуфера), когда вся система будет готова. Полярность громкоговорителя (горячая клемма отмечена красной точкой) должна быть подобрана экспериментально. Смысл в том, чтобы согласовать фазу сабвуфера с фазой динамиков в имеющихся колонках.

Список компонентов (в порядке пайки)

R9 0 Ом:
R1,R4: 10 кОм:
R2,R3: 2,2 мОм:
R5,R6: 56кОм:
R7,R8,R12,R14: 100кОм:
R10: 4,3кОм:
R11 18кОм:
R13: 100кОм
PR1: подстроечный резистор 220кОм
C1,C5,C6,C8: 100нФ (только при питании симметричным напряжением):
C4: 100мкФ/16В:
C2,C7: 100мкФ/16В (только при питании симметричным напряжением):
C3: 10мкФ/50В:
C9,C10,C17: керамика 220нФ или МКТ
C11,C12,C14,C16: 68нФ
С13: 1мкФ
U1: LM78L15 (смотрите даташит)
U2: держатель микросхемы+TL074
X1,X2,X3: винтовые соединители ARK

Фирменные усилители мощности