pusty pusty pusty
pusty
pusty pusty forum szukaj książki linki artykuły
home pusty c c c c c c c c c
teoria dla początkujących schematy elektronika retro mikrokontrolery pusty
na dół

Elektronika w stylu retro

Lampowy kompresor dynamiki

Lampowy kompresor dynamiki - ten projekt jest przykładem tego jak można wykorzystać lampy, które nie nadają się do budowy wzmacniacza napięciowego, a więc dla większości obecnych entuzjastów techniki lampowej są nieprzydatne. Z pewnością zainteresuje on koneserów lampowej techniki audio. Jeśli jesteś więc zainteresowany budową takiego układu lub poznaniem zasady jego działania, to zapraszam do bliższego zapoznania się z tą konstrukcją.
   W tabelce poniżej umieszczam schemat ideowy kompresora. Plik ze schematem ideowym zawiera niezbędną bibliotekę, a sam schemat narysowany jest w formacie programu CircuitMaker 2000.

Spakowane pliki do pobrania
Nazwa schematu/pliku Format i wielkość pliku do pobrania
CKT PDF (GIF) PCB
Lampowy kompresor dynamiki 17 KB 28,0 KB ---
Lampowy kompresor
rys. 1 Autorem tekstu i schematów jest: Aleksander Zawada
Zmiany jakich dokonałem w stosunku do oryginału były podyktowane stylem i układem mojej strony.

Opis dotyczy urządzenia, przedstawionego w EP 11/03.

W układzie wykorzystano pentodę regulacyjną - lampę, której zastosowanie do układu zwykłego wzmacniacza napięciowego jest dość problematyczne. Spora ilość takich lamp, jak np. EF83, EF89 i EF183 znajduje się jeszcze w niejednej szufladzie.
   Pentody regulacyjne były stosowane w układach ARW (automatycznej regulacji wzmocnienia) odbiorników radiowych i telewizyjnych. W EP 3/2003 opisano działanie ARW przy okazji omawiania wskaźników dostrojenia. Przypomnimy tylko, że ARW ma za zadanie regulować czułość odbiornika w zależności od wielkości sygnału docierającego do odbiornika - silny sygnał - mniejsza czułość, słaby sygnał - duża czułość. Jak realizowano lampowy układ ARW? Aby to zrozumieć, należy bliżej zapoznać się z działaniem pentody regulacyjnej.
   Aby łatwiej było zrozumieć różnicę między "zwykłą" pentodą napięciową, a pentodą regulacyjną zamieściłem na rys. 1 charakterystyki przejściowe (charakterystyką przejściową pentody jest zależność prądu anodowego w funkcji napięcia siatki sterującej przy określonych napięciach na pozostałych elektrodach: anodzie, siatce ekranującej i siatce hamującej) obu tych lamp.
   Widać stąd wyraźnie, że lampa EF89 ma wydłużoną charakterystykę przejściową. Jest to cecha wszystkich pentod regulacyjnych (zwanych także selektodami albo pentodami z długą charakterystyką). Z reguły katalogowe charakterystyki lamp regulacyjnych są sporządzane tak, że oś natężenia prądu ma skalę logarytmiczną.
   W EDW 7/03 był zamieszczony pierwszy odcinek artykułu o lampach. Autor wspomnianego artykułu porównywał działanie triod z działaniem tranzystorów JFET. Między tymi tranzystorami, a triodami występują jednak dość poważne różnice, zwłaszcza jeśli chodzi o charakterystyki wyjściowe tych elementów. Inaczej rzecz przedstawia się z pentodami, których charakterystyki wyjściowe (Ia=f(Ua) przy Us1,Us2, Us3=const) są bardzo zbliżone do kształtu odpowiednich charakterystyk tranzystora JFET. Z powodu podobieństwa pentod i tranzystorów JFET możemy obliczyć wzmocnienie napięciowe pentodowego wzmacniacza oporowego z prostej zależności:
Ku= Sa· Ra
gdzie:
Ku - wzmocnienie napięciowe w V/V
Sa - nachylenie charakterystyki przejściowej w mA/V
Ra - oporność obciążenia w kW.
Nachylenie charakterystyki przejściowej (konduktancja wzajemna) jest definiowane jako stosunek zmiany prądu anodowego do zmiany napięcia na siatce sterującego przy ustalonych napięciach na pozostałych elektrodach.
   Jak widać z rys.1 dla naszej przykładowej pentody "zwykłej" EF80 parametr Sa nie zmienia się znacznie w zależności od napięcia siatki pierwszej (większe zmiany następują tylko w okolicy napięcia odcięcia) z racji dużej liniowości tej charakterystyki. Dla lampy regulacyjnej EF89 parametr ten zmienia się w szerokim zakresie wraz ze zmianami napięcia siatki pierwszej, bowiem charakterystyka tej lampy odznacza się dużą nieliniowością. Z podanego wzoru wynika, że wzmocnienie napięciowe wzmacniacza ze zwykłą pentodą mało zależy od napięcia polaryzacji siatki sterującej. Wzmacniacz z pentodą regulacyjną wykazuje natomiast silną zależność wzmocnienia napięciowego w zależności od napięcia polaryzacji siatki (a więc punktu pracy na charakterystyce przejściowej).
   Zatem pentoda regulacyjna umożliwia skonstruowanie wzmacniacza, którego wzmocnienie napięciowe jest zależne od napięcia polaryzacji siatki sterującej.
   Na rys.2b przedstawiono uproszczony schemat takiego wzmacniacza, zaś na rys.2a zasadę jego pracy na tle charakterystyki przejściowej. Przy dużym ujemnym napięciu regulacyjnym Ureg1 spoczynkowy punkt pracy lampy to A. W otoczeniu tego punktu nachylenie charakterystyki jest małe, więc wzmocnienie też jest małe. Przy małym ujemnym napięciu regulacyjnym Ureg2 punkt pracy to B. Nachylenie charakterystyki w jego otoczeniu jest duże, więc wzmocnienie też jest duże.

rys2a rys2b

   Budowa siatki sterującej lampy regulacyjnej charakteryzuje się niejednorodnością konstrukcji. Część siatki jest nawinięta rzadko, a druga część gęsto. Taką lampę można traktować jako połączenie równoległe dwóch lamp o różnych parametrach. Jak wspomniano wcześniej, lampy regulacyjne stosowano w układach ARW w odbiornikach AM. Regulowanym wzmacniaczem był najczęściej jeden stopień (pierwszy) wzmacniacza pośredniej częstotliwości. Czasami ARW obejmowała także wzmacniacz wielkiej częstotliwości i inne stopnie wzmocnienia. Regulacyjne napięcie polaryzacji siatki takiego stopnia wzmocnienia uzyskiwano bezpośrednio z detektora (wskutek prostowania nośnej) albo z bardziej rozbudowanych układów, które umożliwiały uzyskanie ARW np. z progiem zadziałania. Tego typu ARW, gdzie źródło napięcia regulującego znajduje się za wzmacniaczami w.cz i p.cz jest regulacją wstecz. Detektor musiał być włączony tak, że uzyskiwano ujemne względem masy napięcie regulujące. Ponadto napięcie to było odfiltrowywane tak, by składowa m.cz nie powodowała zmian wzmocnienia. W przeciwnym razie następowałaby niepożądana w tej sytuacji kompresja dynamiki, polegająca na tym, że głośne fragmenty audycji byłyby nienaturalnie ściszane. W nielicznych układach ARW obejmowała wzmacniacz małej częstotliwości - była to regulacja w przód, gdyż napięcie regulacyjne było uzyskiwane przed wzmacniaczem m.cz.
   Pozostaje jeszcze wyjaśnić, dlaczego pentody regulacyjne nie nadają się do zwykłych układów wzmacniaczy napięciowych. Otóż w takich układach mamy jeden spoczynkowy punkt pracy, który jest ściśle ustalony, a zmienia się jedynie amplituda napięcia sterującego (regulacja potencjometrem siły głosu). Z rys.2 b widać, że wzmacniacz z pentodą regulacyjną wprowadzi znaczne zniekształcenia nieliniowe, gdy amplituda napięcia sterującego będzie miała dużą wartość. Takie pentody mogą ewentualnie pracować przy małych amplitudach sygnału sterującego, a więc we wzmacniaczach wstępnych. Jednak ze względu na znaczne szumy pentod nie jest to dobre rozwiązanie. Do takich stopni wstępnych przewidziano stosunkowo nieliczne typy pentod niskoszumnych, jednak do układów wzmacniaczy wstępnych lepiej używać układów z triodami.
rys 3
Kompresor
Zastanawiając się, jaki można zrobić użytek z pentod regulacyjnych pomyślałem, że można zbudować lampowy kompresor dynamiki. Kompresor dynamiki należy do tzw. procesorów dźwięku. Wzmocnienie kompresora maleje po przekroczeniu pewnej wartości sygnału sterującego. Wartość spadku wzmocnienia można regulować - zmienia się stopień kompresji. Można także regulować próg zadziałania (poziomu sygnału, przy którym zaczyna się kompresja), a ponadto czasu ataku i odpuszczenia. Chodzi o to, by kompresja nie następowała za szybko po przekroczeniu progu zadziałania i nie zanikała zbyt szybko. W przeciwnym razie słychać wyraźne "pompowanie", objawiające się np. chwilowym ściszaniem muzyki w takt np. uderzeń perkusji. Kompresory są używane między innymi przy montażu audycji (wychodzą z użycia, gdyż montaż audycji przeprowadza się obecnie komputerowo), a także przez niektórych gitarzystów. Pewną odmianą kompresora jest limiter. Tego typu układy pracują w magnetofonach, gdzie przekroczenie dopuszczalnego poziomu zapisu powoduje wzrost zniekształceń. Warto dodać, że w epoce lampowej zwykłe magnetofony z reguły nie miały automatyki zapisu. Charakterystyki kompresora dynamiki przedstawiono na rys. 3.
   Na rys. 4 znajduje się schemat blokowy prezentowanego kompresora dynamiki. Okaże się niebawem, że układ elektryczny nie jest bardzo skomplikowany.

rys 5 rys 4
Wykaz elementów
Nazwa elementu Symbol Ilość
47nF/400V C1,C2,C4,C10 4
47µF/25V C3,C9,C11 3
10µF/350V C5 1
1µF/400V C6 1
22µF/400V C7,C8 2
100nF/400V C12,C18,C21 3
150nF/400V C13 1
1µF/100V C14 1
4,7µF/100V C15 1
100µF/400V C16,C17 2
220µF/400V C19 1
10nF/400V C20 1
22k 0,6W 1% R1,R8 2
510 0,6W 1% R2,R6,R9,R16,R19 5
10k 0,6W 1% R3 1
470k 0,6W 1% R4,R5,R12,R13,R29 5
1M 0,6W 1% R7,R14,R17,R27 4
5,1k 0,6W 1% R10 1
15k 0,6W 1% R11,R20 2
100k 0,6W 1% R15 1
47k 0,6W 1% R18,R22,R30 3
560k 0,6W 1% R21 1
220k 0,6W 1% R23,R24 2
5,6k 0,6W 1% R25 1
2,4k 0,6W 1% R26 1
330k 0,6W 1% R28 1
mostek prostowniczy 1A/800V Pr1 1
C1V2 D3 1
1N4007 D1,D2 2
C2V4 D4 1
C2V7 D5 1
C3V9 D6 1
C4V7 D7 1
C5V6 D8 1
C6V8 D9 1
C8V2 D10 1
C10 D11 1
C12 D12 1
ECC88 V1,V3 2
EF89 V2 1
EM800 lub EM87 V4 1
EM84, EM800 lub EM87 V5 1
Z566M lub
LC-631
V6 1
1M log. P1 1
1M liniowy P2,P3,P4 3
47k liniowy P5 1
220k liniowy P6 1
1M montażowy P7 1
bezpiecznik WTA-T 400mA B1 1
przełącznik dwupozycyjny jednosekcyjny W1 1
przełącznik 12-pozycyjny 2-sekcyjny W2 1
dwupozycyjny W3 1
Transformator wg opisu Tr1 1
gniazda "chinch" we,wy 2

Zasada działania układu jest następująca. Sygnał wejściowy jest doprowadzony jednocześnie do wtórnika katodowego I. Przewidziano regulację napięcia doprowadzanego do wtórnika I. Sygnał z wtórnika I jest doprowadzony do wzmacniacza regulowanego napięciem -Ureg, a stąd do wtórnika II i wyjścia. Opisaną wyżej drogą sygnał sterujący przechodzi przez kompresor. Napięcie regulujące -Ureg jest otrzymywane inną drogą. Sygnał wejściowy jest doprowadzony do wzmacniacza pomocniczego. Po wzmocnieniu sygnał jest doprowadzony do elekronowego wskaźnika wysterowania (magicznego oka) i do prostownika. Jest możliwa regulacja poziomu napięcia, przy którym zaczyna się prostowanie. Oznacza to, że napięcie regulujące pojawia się na wyjściu prostownika dopiero po przekroczeniu pewnego poziomu sygnału wejściowego - jest możliwa regulacja progu zadziałania kompresji. Wyprostowany sygnał zostaje uśredniony w układzie całkującym i przechodzi przez układ różniczkujący. Poprzez zmianę parametrów tych obwodów jest możliwa regulacja czasu ataku (zadziałania) (obwód całkujący) i odpuszczenia (obwód różniczkujący) kompresji. Przewidziano regulację skokową 2-stopniową i ciągłą stałych czasowych tych obwodów. Tak otrzymane napięcie regulacyjne jest poddawane ograniczeniu, przy czym przewidziano 10 nastaw ograniczania. Przełącznik nastaw ograniczania jest dwusekcyjny. Druga sekcja jest wykorzystana do sterowania pracą jarzeniowego wskaźnika nastaw (nixie). Oprócz tego istnieje możliwość regulacji twardości ograniczania - stabilizacji. Napięcie regulacyjne -Ureg może być płynnie regulowane. Poziom napięcia -Ureg jest wskazywany przez elektronowy wskaźnik poziomu kompresji (magiczne oko). Może dziwić ilość organów regulacyjnych do regulacji ciągłej i skokowej. Zależało mi jednak na tym, by można było uzyskiwać różne charakterystyki kompresora. Niektóre z nich znajdują się na rys. 5. Widać, że prezentowany kompresor może pracować jako limiter (charakterystyki 2,3,11) albo wręcz jako układ wyciszania (6,7). Natomiast charakterystyki 8,9,10 są zbliżone do charakterystyk typowego kompresora. W tab. 1 zamieszczono nastawy niektórych parametrów przy wyznaczaniu charakterystyk z rys. 5. Potencjometr czasu ataku był ustawiony we wszystkich przypadkach na minimum, potencjometr czasu odpuszczenia na maksimum, przełącznik stałej czasowej na maksimum.

Tabela 1
nr ch-ki z rys. 5 wskazania lampy nixie próg kompresji twardość ograniczania ustawienie poziomu kompresji
1 0 0 mV minimalna maksymalne
2 0 50 mV minimalna maksymalne
3 100 0 mV minimalna maksymalne
4 0 400 mV minimalna maksymalne
5 9 0 mV minimalna maksymalne
6 9 100 mV minimalna maksymalne
7 9 200 mV minimalna maksymalne
8 9 200 mV maksymalna maksymalne
9 9 200 mV maksymalna 1/2
10 9 200 mV maksymalna 3/8
11 9 200 mV maksymalna 3/8

Schemat elektryczny układu znajduje się na rys. 6.
Pierwsza część lampy V1 pracuje w układzie i wtórnika katodowego
(Ku ~ 1V/V). Potencjometr P1 umożliwia regulację sygnału doprowadzonego do wtórnika, a tym samym do wzmacniacza. Dzięki temu można układ wyregulować tak, by nie występowały duże zniekształcenia nieliniowe przy dużej amplitudzie napięcia sterującego. Zastosowanie wtórnika I jest niezbędne, gdyż nie można potencjometru siły głosu P1 włączyć zaraz przed lampą V2. Takie włączenie powodowałoby niepożądaną zmianę barwy dźwięku podczas regulacji wzmocnienia. Lampa V2 jest pentodą regulacyjną, pracującą w układzie wzmacniacza regulowanego napięciem. Poprzez rezystor R4 jest podawane na siatkę tej lampy napięcie regulujące. Lampa V2 pracuje przy niskim napięciu anodowym i niskim napięciu siatki osłonnej (drugiej). Dzięki temu lampa pracuje z nieco krótszą charakterystyką przejściową niż na rys. 1. Jest to istotne, ponieważ uzyskanie napięcia regulującego rzędu 20-30V już sprawiałoby duże trudności. Druga część lampy V1 pracuje we wtórniku II, który zapewnia małą rezystancję wyjściową układu. Lampa V3 stanowi dwustopniowy wzmacniacz pomocniczy. Sygnał z tego wzmacniacza jest podawany na dwa prostowniki: z diodą D2, zasilający lampę V5 (wskaźnik wysterowania - poziomu sygnału na wejściu), drugi z diodą D1, wytwarzający napięcie regulujące. Listki lampy V6 reagują stosunkowo powoli na zmiany sygnału sterującego, co jest spowodowane znaczną pojemnością kondensatora C21 i dużą opornością potencjometru P7. Z potencjometru P6 jest uzyskiwane napięcie polaryzacji diody D1 (w kierunku zaporowym). To napięcie powoduje, że prostownik zaczyna przewodzić, gdy poziom sygnału przekroczy wartość napięcia polaryzacji.
Lampowy kompresor dynamiki
Rys. 6
Innymi słowy potencjometr P6 jest regulatorem progu zadziałania. Uzyskane napięcie regulujące odkłada się na kondensatorze C13. Rezystor R23, potencjometr P3 i kondensator C14 (lub C15) stanowią obwód całkujący. Stała czasowa tego obwodu zawiera się od 0,220s do 1,22s (lub od około 1s do około 5,7s). Obwód różniczkujący stanowi kondensator C14 (C15), R24, P4 i P2. Stała czasowa tego obwodu od ok. 0,18s do 0,55s (lub 0,84s do 4s). Napięcie regulujące jest ograniczane za pomocą jednej z dziewięciu diod stabilizacyjnych. Przy ostatnim położeniu przełącznika W2 nie jest włączana żadna dioda. Uzyskuje się wtedy największą wartość napięcia regulującego (największa kompresja). Dzięki ograniczaniu napięcia regulującego uzyskuje się w miarę prostoliniową charakterystykę za kolanem - rys. 5. W szereg z diodą stabilizacyjną jest włączony potencjometr P5. Umożliwia on osłabienie wpływu stabilizacji napięcia regulującego, przez co uzyskuje się większą lub mniejszą nierównomierność charakterystyki za kolanem. Potencjometr P2 umożliwia płynną regulację napięcia Ureg. Lampa V4 jest w istocie woltomierzem napięcia regulującego. Pożądana jest duża czułość tej lampy. Z tego względu odpowiednie są lampy typu EM800 i EM87. Lampa "nixie" V6 jest wskaźnikiem nastawy ogranicznika . Układ jest zasilany konwencjonalnie z transformatora sieciowego. Wyprostowane przez mostek Graetza napięcie anodowe jest wygładzane w wieloogniwowym filtrze RC, złożonym z elementów C7, C8, C16,C17 ,C18, C19, R11, R25, R26.

wyprowadzenia lamp Montaż i uruchomienie
Układ modelowy zbudowano na blasze ocynkowanej, wygiętej w "U" grubości 1,5 mm. Szerokość blachy - 200 mm, długość - 400mm, wysokość - 60mm. Lampy V1, V2 i V3 powinny być ekranowane metalowymi kubkami. Rozkład wyprowadzeń lamp pokazano na rys. 7. Przewody doprowadzeń siatek tych lamp także powinny być ekranowane. Transformator sieciowy powinien dostarczać napięcie 6,3V AC do żarzenia lamp przy natężeniu 2A, napięcie anodowe 190V AC przy natężeniu 60 mA.

Wyprowadzenia lamp są zawsze rysowane tak, jakby na lampę patrzyło się od strony cokołu

   Układ działa w zasadzie zaraz po zmontowaniu. Należy jedynie regulować potencjometrem P7 tak, by przy sygnale 1V na wejściu i częstotliwości 1000Hz świecące listki lampy V5 się prawie zeszły. Przy przekroczeniu napięcia sterującego 1V i nastawieniu potencjometru P1 na maksimum mogą wystąpić zniekształcenia nieliniowe. O tym niebezpieczeństwie będą nas informowały schodzące się listki lampy V5, dlatego warto przeprowadzić regulację P7. Zresztą jeśli ktoś nie ma ochoty na "świecące bajery" może znacznie uprościć układ kompresora wyrzucając ze schematu z rys. 6 elementy: V4,V5,V6,R12,R13,R27,R28, R29,R30,D2,P7,C20,C21. Przełącznik W2 może wtedy być jednosekcyjny. Działanie kompresora możemy wypróbować włączając go między źródło sygnału, a wzmacniacz. Najlepiej, jeśli sygnał będzie się charakteryzował dużymi zmianami dynamiki. Wtedy będzie można łatwo zauważyć przy pewnych ustawieniach organów regulacyjnych, że następuje wyrównanie dynamiki.

autor:   Aleksander Zawada
aleksander.zawada@ep.com.pl

Rys. 7
pusty
do góry
WsteczMenuDalej
pusty

UWAGA: Wszystkie umieszczone schematy, informacje i przykłady mają służyć tylko do własnych celów edukacyjnych i nie należy ich wykorzystywać do żadnych konkretnych zastosowań bez przeprowadzenia własnych prób i doświadczeń, gdyż nie udzielam żadnych gwarancji, że podane informacje są całkowicie wolne od błędów i nie biorę odpowiedzialności za ewentualne szkody wynikające z zastosowania podanych informacji, schematów i przykładów.


Wszystkie nazwy handlowe, nazwy produktów oraz znaki towarowe umieszczone na tej stronie są zastrzeżone dla ich właścicieli.
Używanie ich tutaj nie powinno być uważane za naruszenie praw właściciela, jest tylko potwierdzeniem ich dobrej jakości.

All trademarks mentioned herein belong to their respective owners.
They aren't intended to infringe on ownership but only to confirm a good quality.


Strona wygląda równie dobrze w rozdzielczości 1024x768, jak i 800x600.
Optymalizowana była pod IE dlatego polecam przeglądanie jej w IE5.5 lub nowszych przy rozdzielczości 1024x768.


© Copyright 2001-2005   Elektronika analogowa
pusty
pusty pusty pusty