ARV

Входной фильтр для цветомузыки

38 сообщений в этой теме

ARV    212

Коллеги, я не большой специалист в аналоговой схемотехнике, поэтому прошу помочь разобраться в моей личной проблемке.

Итак, я "спроектировал" следующую схему (спроектировал - это громко сказано: взял за основу широкоизвестную схему входного каскада и на указанном на схеме сайте подобрал номиналы компонентов):

5940177e027cb_.thumb.JPG.d701148bc0d89a9417d532aa4f85199b.JPG

Не смотря на свою аналоговую малограмостность, я все-таки рискнул внести собственные новшества: резисторы R7...R10 по моей задумке подключаются к выводам микроконтроллера и служат для изменения коэффициента усиления каскада на DA1A, я так надеялся реализовать программную АРУ. По моим расчетам минимальный коэффициент усиления этой схемы равен 2 (резисторы R7...R10 все "болтаются в воздухе"), а максимальный - 17 (все резисторы заземлены). Питание схемы 5В. То, что выход схемы помечен меткой Input - не принимайте близко к сердцу, это Input для цифровой части.

Но при макетировании я столкнулся с тем, что минимальный коэффициент усиления порядка 3, а максимальный - едва превышает 10. Я не понимаю, почему.

Кроме того, не смотря на смещение по постоянному току (R4,R5) на 1,25 вольта, на выходе DA1A без искажений получается сигнал максимум до 1 вольта размахом (синусоида 1 кГц), если подавать входной сигнал больше того, который при заданном Ку обеспечивает этот размах, то нижняя часть полуволны дико сильно искажается. Я знаю об особенностях однополярного питания ОУ, и о том, что выбранный мною ОУ далеко не Rail-to-Rail, но неужели все на самом деле так плохо с усилением "нижней" полуволны?!

Может быть, что-то посоветуете?

АРУ с программным управлением, кстати, не взлетела... Ку программно меняется (с учетом вышеописанных странностей), но при подключении-отключении "старшего" резистора R7 на входе ОУ возникает очень заметный скачок постоянной составляющей... причина мне не понятна. И, кстати, видимо из-за некачественной цифровой разводки, на выходе схемы при этом присутствует четко фиксируемый цветомузыкой сигнал порядка 250 Гц (фиксируется при помощи FFT), хотя осциллографом обнаружить его не получилось. В общем, заодно прошу совета: нужна ли АРУ для цветомузыки и в каких пределах она должна по-вашему менять Ку схемы?

Изменено пользователем ARV

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Быстрый заказ печатных плат

Полный цикл производства PCB по низким ценам!

  • x
    мм
Заказать Получить купон на $5.00
Falconist    4 099

Если нужна реально действующая АРУ для электретного микрофона - то вот, только сегодня опубликовано: http://cxem.net/sound/soundpred/soundpred37.php

За сам фильтр ничего не скажу, Возможно, что велосипед и с круглыми колесами, а возможно, что и с квадратными. Я когда-то не заморачивался, повторил готовое: http://sound.whsites.net/project62a.htm (Рис. 3, 4)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
mvkarp    3 533

Только что @Falconist опубликовал статью "Усилитель для электретного микрофона с АРУ". Загляните.

LM358, насколько помню, ни в дугу в звуковом тракте - искажения типа "ступенька" очень высоки. Также она по выходу не Rail-to-Rail, потому у Вас малый размах на выходе.
Программная реализация АРУ - сомнительная затея. В обратной связи появляется дополнительная цепочка временнОй задержки на время обработки и выдачи управляющего сигнала.


 

 

 

Изменено пользователем mvkarp
  • Одобряю 1

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Falconist    4 099

Карпыч, чуть-чуть опоздал, но спасибо!

В данном случае это не звук и 358-й вполне подойдет.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
mvkarp    3 533

Писал долго. :)
Название темы как-то проглотил, не вкусил. :( Да, для цветомузыки сойдет. 

@ARV , в модели просчитывали усиление? На какой частоте? С4 увеличивали, чтобы скорректировать усиление на выбранной частоте? (лень считать, проще проверить АЧХ в модели).

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Sstvov    40

АЧХ там сильно кривая кстати, С3 низкие частоты сильно режет

Возможно проблемы в слишком низком напряжении питания. Может попробовать поднять его и посмотреть направится ли усиление в соответствии с расчетным.

 

fx[.jpg

Изменено пользователем Sstvov

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
mvkarp    3 533

Моделирование АЧХ в Mulisim 14 (Входной фильтр для цветомузыки.ms14). Под графиками - частота курсора и усиление на этой частоте в разах.
Приблизительная частота среза в области верхних частот около 4 кГц.

Конденсатор на входе 0,1 мкФ, резистор изменения усиления 7,5 кОм

Скрытый текст

5940452ce39a5__(7501).thumb.jpg.69cc1046b564e1553b165fa4a1c8c7d5.jpg

Конденсатор на входе 100 мкФ, резистор изменения усиления 7,5 кОм

Скрытый текст

 

Скрытый текст

5940452d76d30__(75100).thumb.jpg.6f55c139336555767a0e30c92a885790.jpg

 

Конденсатор на входе 100 мкФ, резистор изменения усиления 120 кОм

Скрытый текст

5940452e20c0b__(120100).thumb.jpg.3834a6e2a857f12c51a103aac9a680bf.jpg

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
ARV    212

Моделировал в протеусе, модель подтверждает теоретические расчеты. Фильтр свою работу выполняет, претензий нет.

Ку я считал по теоретическим формулам, т.е. 1+R13/R6, и по расчетам выходило то, что я описал, а на практике минимальный Ку завышен, а максимальный - занижен, причем занижен сильно - почти вдвое. Разумеется, разброс резисторов и т.п., но разница больше, чем вдвое?! Как-то не понятно соотношение теории с практикой...

Схему @Falconist смотрел, как и много других. Очень не нравится подбор полевика, поэтому и пытался сделать ступенчатое регулирование (как уже писал, оно работает, хотя и с отклонениями от теории). 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Falconist    4 099

Подключайте правые выводы резисторов регулировки усиления не прямо к ножкам МК, а к коллекторам (или лучше стокам) дополнительных ключей - и не будет расхождения с теорией.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
mvkarp    3 533

Практика подтверждает теорию. У Вас, @ARV , где-то ошибка в чистоте эксперимента. Возможно, @Falconist указал прямо на нее. Порты МК перевОдите в Z-состояние?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
ARV    212
Только что, Falconist сказал:

Подключайте правые выводы резисторов регулировки усиления не прямо к ножкам МК, а к коллекторам (или лучше стокам) дополнительных ключей

Я делал это путем припаивания к общему - расхождения есть. С точки зрения схемотехники выход МК - это и есть сток транзистора, так что разницы нет.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
mvkarp    3 533
1 минуту назад, ARV сказал:

Я делал это путем припаивания к общему

А усиление чего измеряли - первого каскада или всей схемы?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
ARV    212
Только что, mvkarp сказал:

Порты МК перевОдите в Z-состояние?

Обижаете, уважаемый! Разумеется, отключенный резистор - это Z-состояние, а подключенный - это "вывод 0".

Только что, mvkarp сказал:

А усиление чего измеряли - первого каскада или всей схемы?

B того, и другого. Мерял RMS переменку на входе С3 и аналогично на выходах первого и второго ОУ... разница есть, но в относительных единицах все примерно, как я и описал.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
colorad    224

А если сначала провести эксперимент с постоянным напряжением , в качестве усилителей постоянного напряжения LM358 от 5 Вольт работают неплохо . Но бывают и левые .

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
ARV    212

У меня в реале LM158... но это по идее то же самое, только на широкий температурный диапазон...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Falconist    4 099

У этих ОУ довольно большой входной ток. Уменьшите номиналы резисторов ООС хотя бы в 4...5 раз

13 минуты назад, ARV сказал:

отключенный резистор - это Z-состояние, а подключенный - это "вывод 0".

Боюсь, что это далеко не так.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
ARV    212
Только что, Falconist сказал:

Боюсь, что это далеко не так

Это, разумеется, не так, но совсем не далеко - очень-очень близко. Можете рассмотреть структурную схему push-pull выхода МК...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Falconist    4 099

Давайте не будем спорить по поводу вкуса устриц, а сначала попробуйте то, что я рекомендовал выше.

В макете по своей статье я использовал ОУ с МОП-транзисторами на входе, поэтому 100 кОм в ООС было примерно нормально. У 358 на входе биполяры, причем, даже не супер-бета.

Если снижение номиналов ничего не даст - попробуйте увеличить напряжение питания. У 358-й диапазон выходных напряжений при питании 5 В составляет всего около 3,5 В (1,5 В возле потенциала плюсовой шины не используются).

Цитата

Дьявол кроется в мелочах...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
ARV    212

Я принял к сведению вашу рекомендацию о сопротивлении резисторов, поэкспериментирую. Поднятие уровня питания выходит за рамки предъявляемых требований к схеме.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
mvkarp    3 533
19 минут назад, ARV сказал:

Поднятие уровня питания выходит за рамки

Это исключительно в познавательных целях. Интересно все же, из-за каких отклонений усиление не соответствует расчетному.

Склоняюсь к проверке нескольких вариантов:
- снижение номиналов резисторов ОС;
- повышение питания - возможно, максимальное усиление ограничивается искажениями в области больших выходных сигналов (осциллографом посмотреть бы);
- искажение измеренных коэффициентов за счет шумов (опять бы в осциллограф заглянуть).

Отклонения номиналов резисторов не рассматриваю, хотя и оно может быть.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
ARV    212
Только что, mvkarp сказал:

Это исключительно в познавательных целях

Разве что когда-нибудь в будущем... Сейчас у меня в плане поскорее завершить "долгострой" цветомузыки.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
mvkarp    3 533

С3 не забудьте увеличить. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
ARV    212
Только что, mvkarp сказал:

С3 не забудьте увеличить

Ну как бы для моих целей лишняя чувствительность в области НЧ и так не особо требуется... По схеме 0,47 мкФ, а фактически прилепил 0,1 - и в общем, результатом удовлетворен...

Дело в том, что при FFT-анализе и без дополнительных усилий оказывается, что основной спектр в области НЧ лежит, и приходится это как-то программно учитывать, иначе все красное будет... Так что спад АЧХ в низкочастотной области не сильно повредит.

Но совет "намотаю на ус", мало ли что...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
ARV    212

Итак, очередная порция вопросов. После предыдущей порции решил заменить ОУ, отказаться от дискретного регулирования усиления, заменив его "классической" схемой АРУ. Теперь схема выглядит так:

Screenshot_1.jpg.76fa7bede26143e3b10cf42b61f98158.jpg

Передаточная характеристика этой схемы получилась такая:

Screenshot_2.jpg.53202a2e232b6c43c6340e239ff3b8fe.jpg

На графике Красным показана амплитуда на выходе, а синим - RMS значение переменной составляющей. По горизонтали - RMS значение входного сигнала на частоте 1000 Гц.

По расчету схема должна иметь усиление (до срабатывания АРУ) порядка 120, фактически, согласно графику, не дотягивает и до 30 - вопрос: почему?

Очень бы хотелось реализовать отключение АРУ сигналом с МК. Есть некоторые мысли, например, замыкать портом МК через резистор 300 Ом базу транзистора на общий. Нормальная идея или есть лучше?

Очень бы хотелось так же иметь возможность "электронного" регулирования усиления при отключенной АРУ. Главное, чтобы схемотехнически это было максимально просто. Есть идея подавать на схему АРУ (на выпрямитель через конденсатор) ШИМ с микроконтроллера, но нет идей, как реализовать отключение этого конденсатора от выхода ОУ... Что посоветуете?

Хотелось бы как-то "усилить" подавление усиления АРУ, чтобы можно было довести коэффициент передачи этого каскада до значений даже меньше 1, т.е. расширить динамический диапазон АРУ (и, соответственно, "ручного" регулирования). Как?

Изменено пользователем ARV

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
oldmao    1 216
5 часов назад, ARV сказал:

По расчету схема должна иметь усиление (до срабатывания АРУ) порядка 120, фактически, согласно графику, не дотягивает и до 30 - вопрос: почему?

Потому что импеданс С4 не учтён. 
Использовать биполярный транзистор в качестве аттенюатора - не лучшая идея, нелинейный он при амплитудах более 50 мВ, ЕМНИП.
"Есть безумная идея, не решайте сгоряча!" (с) Высоцкий В.С. Почитайте в "Радио" за 1984 год (начиная с первого номера) цикл статей "Дискретно-аналоговые элементы в тракте звуковой частоты". ШИМ сюда - будет в тютельку.

Изменено пользователем oldmao

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас