Электрическая схема компрессора: Схема подключения реле регулятора компрессора

Простой компрессор-лимитер использует TL082, который представляет собой высококачественную микросхему усилителя двойного действия. Один операционный усилитель TL082 используется для измерения уровня входного сигнала, а другой операционный усилитель используется в качестве усилителя с переменным коэффициентом усиления. Измеряемый уровень сигнала обеспечивает обратную связь и выше определенного порога снижает уровень усилителя с переменным коэффициентом усиления.

IC1-A используется как типичный неинвертирующий усилитель. Его усиление равно 1+[R4/(R3+ rDS)], где rDS — сопротивление сток-исток полевого транзистора T1. Полевой транзистор действует как резистор, управляемый напряжением (VCR), который управляется потенциалом напряжения, приложенным к его затвору.

IC1-B представляет собой типичный инвертирующий усилитель, который принимает на вход выходной сигнал IC1-A и дополнительно усиливает его. Коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется соотношением (R10+R11)/R12.

D1 и D2 образуют выпрямитель. Вместе с C8 и R7 используются в качестве среднеквадратичного детектора, который создает отрицательное напряжение, примерно близкое к уровню звука. Постоянная времени C8*(R7+R16) определяет скорость обнаружения, а также время атаки и восстановления компрессора.

Отрицательное напряжение, создаваемое среднеквадратичным детектором, подается на затвор T1 и управляет его сопротивлением сток-исток, которое, в свою очередь, управляет усилением усилителя с переменным коэффициентом усиления. По мере увеличения уровня звука отрицательное напряжение, создаваемое детектором среднеквадратичного значения, увеличивается. По мере увеличения этого отрицательного напряжения сопротивление сток-исток T1 также увеличивается и снижает коэффициент усиления усилителя с переменным коэффициентом усиления. Эта операция уменьшает громкость громких звуков и сжимает динамический диапазон аудиосигнала.

В то время как постоянная времени C8*(R7+R16) определяет время атаки и восстановления компрессора, порог ограничителя определяется коэффициентом усиления неинвертирующего усилителя, который, в свою очередь, определяется R11. Таким образом, R7 можно использовать для регулировки скорости компрессора, а R11 — для регулировки его порога.

Для полевого транзистора с переходом (JFET) при определенных условиях эксплуатации сопротивление канала сток-исток зависит только от напряжения затвор-исток, и JFET будет вести себя как почти чистый омический резистор. Максимальный ток сток-исток IDSS и минимальное сопротивление rDS(on) будут существовать, когда напряжение затвор-исток равно нулю вольт (VGS = 0). Если напряжение на затворе увеличивается (отрицательно для n-канальных JFET и положительно для p-канальных), сопротивление также увеличивается. Когда ток стока уменьшается до уровня, при котором полевой транзистор перестает быть проводником, достигается максимальное сопротивление. Напряжение в этой точке называется напряжением отсечки или отсечки и обозначается как VGS = VGS(off). Таким образом, устройство работает как резистор, управляемый напряжением.

На рисунке 2 показаны типичные рабочие характеристики n-канального полевого транзистора. Большинство операций усиления или переключения полевых транзисторов происходит в области постоянного тока (насыщенной), показанной как область 2. Тщательное изучение области 1 (ненасыщенная или область до отсечки) показывает, что эффективный наклон, указывающий на проводимость через канал от сток-исток отличается для каждого значения напряжения смещения затвор-исток. Наклон относительно постоянен в диапазоне приложенных напряжений стока, пока напряжение затвора также постоянно, а напряжение стока низкое.

Последнее замечание является существенной деталью, которая учитывается в нашей конструкции компрессора, чтобы избежать искажения сигнала: напряжение отсечки полевого транзистора. Изгиб линий смещения приводит к изменению rDS и, следовательно, к искажениям, возникающим в схемах видеомагнитофона.

Есть два способа избежать искажений при использовании полевого транзистора в качестве видеомагнитофона:

1. Поддерживая VDS на крайне низком уровне
2. Используя некоторую отрицательную обратную связь от стока до затвора

Мы используем оба вышеуказанных метода в нашей простой схеме компрессор-лимитер.

R1 и R2 образуют делитель напряжения, который действует как аттенюатор. Аттенюатор снижает уровень входного сигнала на 33 дБ, чтобы поддерживать напряжение сток-исток Т1 в безопасных пределах. Эффект затухания цепи R1-R2 в -33 дБ на выходе компенсируется нормальным коэффициентом усиления неинвертирующего усилителя (около +33 дБ).

C6 и R5 образуют цепь отрицательной обратной связи, которая подает часть напряжения стока на затвор. Во время положительных циклов сигнала это приводит к уменьшению слоя истощения канала с соответствующим увеличением тока стока. Увеличение тока стока при заданном напряжении стока приводит к линеаризации кривых смещения VGS. В отрицательный полупериод небольшое отрицательное напряжение также подается на затвор, чтобы уменьшить величину прямого смещения сток-затвор. Это, в свою очередь, снижает ток стока и линеаризует линии смещения. Таким образом, сопротивление канала становится зависимым от постоянного управляющего напряжения затвора, а не от сигнала стока, если только не достигается кривая VDS = VGS – VGS(off).

Типовые кривые производительности

Производительность простого ограничителя компрессора измерялась с использованием двухканального осциллографа и генератора сигналов. Измерения подробно показаны на рис. 3. Различные цветовые кривые соответствуют разным пороговым значениям, установленным с помощью потенциометра R11. Производительность обычно была одинаковой в диапазоне от 30 Гц до 50 кГц; однако кривые, показанные на следующем рисунке, были получены при частоте 1 кГц.

Как построить схему

Для простоты мы разработали соответствующую печатную плату. Плата имеет медь с одной стороны, и вы можете легко вытравить и просверлить ее. Медь со стороны пайки показана на рис. 4:

Необходимо разместить и припаять все компоненты на печатной плате в соответствии с руководством по сборке на рис. 5. После построения и тестирования схемы вы можете разместить ее на передней панели усилителя или использовать как автономное устройство.

Простой компрессор-лимитер также имеет аналоговый выход, который можно использовать для управления небольшим мкА-метром или небольшим вольтметром. Измеритель, подключенный к этому выходу, обеспечит визуальную индикацию фактической степени сжатия в режиме реального времени.

Поскольку схема монофоническая (поддерживает один аудиоканал), вы можете собрать две одинаковые схемы, чтобы использовать их для стереосистемы. В этом случае было бы нормально использовать компоненты самого высокого качества и с низкими допусками, чтобы обеспечить одинаковую производительность на обоих аудиоканалах.

Простой компрессор-лимитер требует питания от 2-х источников напряжения; 1 положительное напряжение +15В и 1 отрицательное напряжение -15В. Можно использовать простой симметричный блок питания. Потребляемый ток не превышает 5 мА.

Дизайн аналогового компрессора – Мэтт Роттингхаус

Старший дизайнерский проект: аналоговый компрессор

Это был проект по разработке схемы аналогового компрессора, анализу элементов взаимодействия с пользователем и, в конечном итоге, созданию эстетики педали.

В аудио компрессор — это устройство, уменьшающее динамический диапазон звука, т.е. сжимает его.

Это часто приводит к тому, что общий звук кажется громче. Хотя это и является конечным результатом, компрессор работает, обнаруживая, превышает ли входящий сигнал пороговое значение громкости, и когда он превышает этот порог, устройство снижает усиление в заданном соотношении. По сути, это делает громкие части звука тише и оставляет тихие части в покое. Громкость возвращается путем добавления усиления ко всему звуку после этапа сжатия. Таким образом, сначала некоторые части звука делаются тише, а затем все звуки становятся громче, что приводит к более громкому звучанию звука в целом.

Результатом является меньший динамический диапазон, но способность слышать больше тихих частей звука и уменьшенная «напористость», что означает меньше резких переходов от тихого к громкому, например, при ударе барабана.

Аналоговые педали компрессора, как правило, являются одними из самых сложных педалей для использования и понимания, поскольку эти педали имеют больше элементов управления, и эти элементы управления действительно соответствуют конкретным математическим функциям схемы, а не субъективным описаниям звука.

Например, педали дисторшн обычно имеют ручки с субъективными описаниями, такими как «Тон», «Тепло», «Цвет» и «Драйв». Большинство гитарных педалей также редко имеют более 4 ручек. Это не относится к компрессорам.

Как минимум, большинство компрессоров должны иметь следующие параметры управления:

• Входное усиление: Громкость входного сигнала до сжатия.
• Порог: уровень звука, с которого компрессор начинает сжимать.
• Ratio: степень сжатия. Например, коэффициент сжатия 2:1 будет означать, что на каждые 2 дБ звука выше порогового значения компрессор выдает только 1 дБ.
• Атака: количество времени, которое требуется компрессору, чтобы отреагировать на превышение сигналом порогового значения.
• Release: сколько времени требуется для остановки сжатия, когда объем становится ниже порогового значения.
• Выходное усиление: усиление всего сигнала после сжатия.

Многие педали компрессора не имеют всех этих элементов управления, чтобы упростить взаимодействие с пользователем, в то время как профессиональные студийные компрессоры имеют гораздо больше элементов управления, таких как «колено», которое определяет, насколько точным и внезапным будет изменение, когда сигнал пересекает порог.

Мой дизайн фокусируется на включении только вышеперечисленных элементов управления, но при правильной их реализации.

Важно различать сжатие и искажение. Можно утверждать, что искажение делает то же самое с сигналом. Разница в том, что искажение действует на сигнал мгновенно и искажает форму волны. Если вы искажаете синусоиду, она будет сглажена, когда напряжение превысит пороговое значение. Компрессоры работают в большем временном окне и уменьшают усиление всего сигнала, когда он пересекает пороговое значение, а не обрезают пики сигнала.

Схема:

Основным компонентом схемы является усилитель, управляемый напряжением, который усиливает сигнал на величину, определяемую другим входным напряжением. Я решил использовать THAT 2181 VCA, который специально продается для приложений управления усилением звука, поставляется в 8-контактном корпусе со сквозным отверстием, но стоит дороже, чем большинство ИС. Эта ИС уже обрабатывает самые сложные части схемы. . Тот, который принимает звук напрямую, напрямую принимает напряжение управления усилением, изменяет усиление звука и выводит этот звук.

Теперь нужно сгенерировать напряжение управления усилением. Есть много способов реализовать эту схему, но я выбрал подход, при котором каждый элемент управления соответствует элементу схемы. Все элементы управления работают непосредственно с управляющим напряжением, и каждый элемент управления является ступенью, влияющей на этот сигнал.

Я начал с рассмотрения функции схемы без сжатия, где выходной сигнал соответствует входному сигналу. Здесь настройка управления соотношением составляет 1:1.

Это означает, что выход на управляющий вход VCA должен установить коэффициент усиления VCA, равный 1. Это установленное напряжение, которое изменяется только цепями порога и соотношения.

Но откуда взяться управляющему напряжению? Он должен представлять громкость входного сигнала, который является изменяемым параметром.

Чтобы получить этот сигнал, мне просто нужно было создать среднеквадратичное напряжение звука. Это изменяющееся напряжение постоянного тока, которое представляет амплитуду переменного тока звука. Это реализовано с помощью специализированной версии преобразователя переменного тока в постоянный, который выполнен с выпрямительными диодами и фильтрующим конденсатором. Я использовал активный однополупериодный выпрямитель и активный пиковый детектор с потерями.

Элементы цепи U2, D2 и D1 образуют однополупериодный выпрямитель, пропускающий только положительные напряжения аудиосигнала. Конденсатор C3 удерживает максимально положительное пропущенное напряжение, но это напряжение уменьшается по мере медленного протекания тока через R17. Выходное напряжение Vrmsp представляет собой нефильтрованное среднеквадратичное значение напряжения, которое становится управляющим сигналом.

Резистор R17 определяет скорость, с которой сигнал приближается к нулю после пика. Этот резистор стал потенциометром для заземления, чтобы действовать как элемент управления «размыканием», устраняя необходимость в отдельном элементе схемы «размыкания».

Теперь этот сигнал используется только в том случае, если он превышает установленный порог, поэтому следующим элементом схемы в цепочке является пороговая схема, которая на самом деле является самой сложной для понимания.

Я решил использовать инвертирующий вывод отрицательного управляющего напряжения на VCA. Таким образом, конечное управляющее напряжение будет иметь положительное значение, и чем оно больше, тем больше будет уменьшено усиление. Я использую инвертирующие усилительные каскады, поэтому управляющее напряжение переключает полярность между положительной и отрицательной после каждого инвертирующего каскада. Перед VCA есть еще два каскада усилителя. Таким образом, среднеквадратичное напряжение выходит положительным, тогда пороговое напряжение должно быть отрицательным, потому что каскад отношения инвертирует его, чтобы он снова был положительным, чтобы отправить на VCA.

К сожалению, это делает пороговую схему менее интуитивно понятной, поскольку она должна быть отрицательным порогом, устанавливаемым отрицательным уровнем напряжения.

Операционный усилитель в этом каскаде сконфигурирован как инвертирующий однополупериодный выпрямитель, но с некоторыми изменениями.

Цепь порога

Резисторы R8 и R9 являются двумя сторонами потенциометра ручки порога. Это устанавливает порог, а также уровень, который должен быть превышен вводом для передачи информации. Диоды блокируют прохождение сигнала до тех пор, пока оно не превысит напряжение на VTHcontrol.

Следующий этап — этап соотношения. Он сконфигурирован как простой инвертирующий операционный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления. Ручка коэффициента определяет долю сигнала, который будет проходить на операционный усилитель от VTH. К этому операционному усилителю также подключена ручка выходного усиления, которая регулирует уровень напряжения покоя на выходе операционного усилителя. Вокруг него сосредоточено управляющее напряжение.

Цепь соотношения

В приведенной выше схеме R15 и R13 представляют собой потенциометр, который управляет пост-усилением, а R11 — потенциометр для управления соотношением.

Если все это объединить, получится схема автоматической регулировки усиления, показанная ниже.

Схема управления усилением (АРУ)

Схема АРУ ​​была смоделирована и отрегулирована в LTSpice, а затем я протестировал всю схему на макетной плате, чтобы проверить ее работу.

Схема на макетной плате

Наконец, я добавил источник питания в схему и завершил проектирование и разводку печатной платы с помощью DipTrace. Я выбрал алюминиевый корпус для платы и убедился, что размер платы соответствует этому корпусу. На печатной плате отсутствует полная заземляющая пластина, так как есть виртуальное заземление для облегчения звука на 4,5 вольт, установленное регулятором напряжения на 9питание вольт.

Окончательный дизайн печатной платы и плата, полученные от OSHPark, показаны ниже.

Печатная плата

Тестирование:

Печатная плата была протестирована на макете перед отправкой проекта. Я убедился, что он работает должным образом, и отрегулировал значения резисторов, чтобы убедиться, что элементы управления работают для всех положений ручки.

Compressed Audio желтого цвета

Сборка:

Прототип корпуса педали

Начало сборки…

Соображения по дизайну UX:

В этот момент я начал исследовать пользовательский опыт и то, как спроектировать пользовательский интерфейс максимально интуитивно понятным способом.