Способ формирования амплитудно-частотной характеристики усилителя для воспроизведения сигнала, записанного на грампластинку (RIAA корректор) Российский патент 2022 года по МПК H03F3/181 

1. Название изобретения, его назначение

Способ формирования амплитудно-частотной характеристики усилителя для воспроизведения сигнала, записанного на грампластинку (RIAA корректор).

2. Область техники H03F 3/181

Изобретение относится к транзисторным усилителям электрических сигналов. Техническим результатом изобретения является повышение верности воспроизведения входного сигнала, улучшение массогабаритных характеристик, повышение технологичности и надежности за счет уменьшения количества элементов схемы. Сущность изобретения: амплитудно-частотная характеристика усилителя для воспроизведения сигнала, записанного на грампластинку формируется при помощи фильтра верхних частот с заданной постоянной времени τ=L/R. Функцию сопротивления R выполняет динамическое сопротивление полевого транзистора, который одновременно является усилительным элементом схемы. Величина L задается катушкой индуктивности, один конец которой соединен с истоком полевого транзистора, второй соединен с общим проводом питания схемы. Усиленный сигнал с заданной амплитудно-частотной характеристикой снимается со стока полевого транзистора, который через резистор нагрузки соединен с положительным выводом питания схемы.

Уровень техники

Известно несколько способов формирования амплитудно-частотной характеристики усилителей с заданной постоянной времени τ=L/R:

- «AN М-10 phono» производства Audio Note Japan;

- использование в качестве L индуктивности рассеяния описан в 2001 году в журнале «Аудиомагазин» А.М. Лихницкким в статье «RX-корректор». Этот способ был подтвержден патентом US 7,493,180 В2 от 17.02.2009.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, примененный российской аудио инжиниринговой компанией Next Sound в фонокорректоре «Next Sound Lx» https://www.hi-fi.ru/news/dom/detail/fonokorrektor-next-sound-lx/. В корректоре «Next Sound Lx» функцию сопротивления R выполняет динамическое сопротивление электронной ламы. Однако сопротивление электронных ламп составляет от нескольких сотен до тысяч Ом, что в соответствии с формулой постоянной времени, не применимо для коррекции амплитудно-частотной характеристики в области верхних звуковых частот (τ=L/R=75* 10^-6 секунд).

3. Сущность изобретения

Техническим результатом данного способа формирования амплитудно-частотной характеристики является получение динамического сопротивления R=16,6 Ом участка сток-исток полевого транзистора одновременно являющимся усилительным элементом, что позволило получить заданную коррекцию амплитудно-частотной характеристики τ=75*10^-6 секунд (RIAA коррекцию) в наиболее чувствительной для человеческого уха полосе частот.

Технический результат достигается выбором рабочей точки на максимально ровном резистивном участке выходной характеристики полевого транзистора. Небольшие размеры полевого транзистора и индуктивности позволили получить значительный выигрыш в массогабаритных показателях, а также, показателях надежности RIAA корректора по сравнению с ближайшим аналогом.

4. Краткое описание чертежей

На изображении Фиг. 1 показана выходная вольтамперная характеристика для N- канального полевого транзистора с управляющим PN переходом. При напряжении затвор-исток от -0,2 до 0 Вольт зависимость тока исток-сток линейная и соответствует закону Ома для участка цепи.

Динамическое сопротивление участка исток-сток транзистора в точке с током 3,7 мА определена по формуле:

R_дин=ΔU/ΔI

На изображении Фиг. 2 показан способ формирования амплитудно-частотной характеристики (RIAA коррекция). Входной сигнал через контакт U_BX подан на затвор полевого транзистора, исток которого через индуктивность L соединен с минусом источника питания. Выходной сигнал U_ВЫХ снимается со стока полевого транзистора, нагрузкой которого служит резистор R, соединенный с плюсом источника питания. Математически выраженная функция зависимости выходного сигнала от входного имеет вид:

U_ВЫХ/U_BX=k0/(1+j* ω * τ2),

где:

U_ВЫХ, U_BX - амплитуды сигналов на выходе и входе соответственно;

k0 - коэффициент усиления, не зависящий от частоты;

j - мнимая единица;

ω=2π*f;

f - частота сигнала;

τ2=(L*ΔI)/ΔU - задает частоту раздела среднечастотной и высокочастотной областей.

Результирующая амплитудно-частотная характеристика (RIAA коррекция) показана на Фиг. 3.

5. Осуществление технического результата изобретения

Для проверки правильности предположений и расчетов, приведенных в описании изобретения был изготовлен действующий макет RIAA корректора по приведенной на Фиг. 4 схеме электрической принципиальной.

Усиление и частотная коррекция напряжения входного сигнала с постоянной времени τ2 происходит в первом каскаде, реализованном по каскодной схеме на транзисторах VT1 и VT2. Необходимый коэффициент усиления определяется сопротивлением резистора R5 и напряжением питания каскада. Характеристики каскада и характер его искажений определяются режимами VT2 которые заданы диодом Зенера. Усиленное напряжение, амплитудно-частотная характеристика которого в области частот от 1000 Гц до 20000 Гц соответствует стандарту RIAA через резистор R6 подано на истоковый повторитель, на транзисторе VT3 с источником тока на транзисторах VT4, VT5. Истоковый повторитель нагружен на межкаскадный трансформатор МКТ1, выходное напряжение с которого подано на следующие каскады RIAA корректора.

Фото действующего макета RIAA корректора показано на Фиг. 5.

Изобретение относится к радиоэлектронной промышленности. Технический результат – уменьшение массогабаритных показателей и повышение надежности RIAA корректора. Для этого предложен транзисторный усилитель электрических сигналов для формирования амплитудно-частотной характеристики усилителя для воспроизведения сигнала, который обеспечивает получение амплитудно-частотной характеристики в области частот от 2122,1 Гц и выше соответствующей стандарту RIAA для усилителей, применяемых при воспроизведении долгоиграющей граммофонной записи современных пластинок. Тип коррекции - LR фильтр высоких частот с постоянной времени τ2=75 микросекунд, где: L - постоянная индуктивность; R - динамическое сопротивление сток-исток полевого транзистора. 5 ил.

Транзисторный усилитель электрических сигналов для формирования амплитудно-частотной характеристики усилителя для воспроизведения сигнала, записанного на грампластинку, содержит первый каскад для усиления и частотной коррекции напряжения входного сигнала, реализованный на транзисторах VT1 и VT2, при этом вход устройства Uвх через резистор R2 соединен с затвором транзистора VT1, исток которого через индуктивность L соединен с общим проводом, к точке соединения входа Uвх и резистора R2 подключен резистор R1, другой вывод которого соединен с общим проводом, сток транзистора VT1 подключен к истоку транзистора VT2, затвор которого через резистор R3 и конденсатор C1 подключен к общему проводу, к точке соединения конденсатора C1 и резистора R3 подключен диод Зенера D1, другой вывод которого подключен к общему проводу, а также резистор R4, другой вывод которого соединен с выводом резистора R5 и шиной источника питания, другой вывод резистора R5 подключен к стоку транзистора VT2 и резистору R6, другой вывод которого подключен к затвору транзистора VT3, сток которого подключен к шине источника питания, а исток через межкаскадный трансформатор MKT1 подключен к стоку транзистора VT4 и через конденсатор C2 к общему проводу, исток транзистора VT4 подключен к коллектору транзистора VT5, эмиттер которого через резистор R8 подключен к общему проводу, а база соединена с точкой соединения диодов Зенера D2 и D3, другой вывод диода Зенера D3 подключен к общему проводу, а другой вывод диода Зенера D2 подключен к точке соединения резисторов R7 и R8, другой вывод резистора R7 подключен к затвору транзистора VT4, а другой вывод резистора R8 подключен к шине источника питания.