Устройство управления электромеханическим преобразователем Советский патент 1992 года по МПК H04R5/00 

Изобретение относится к области электроники, в частности к устройствам управления преобразователями тока (например, электродинамическими, электромагнитными и их разновидностями) в механические колебания (например, звуковые) с помощью электронных усилителей мощности (например, полупроводниковых УМЗЧ) и к низкочастотным усилителям мощности (в частности, к формам выполнения обратных связей в УМ). Могут быть использованы в звуковоспроизводящих системах (УМЗЧ- громкоговоритель), в том числе в стационар- ной, переносной, бытовой, студийной, киноконцертной, стереофонической, высококачественной и т.д. (и их возможных сочетаниях) РЭА. Путем минимальных затрат и доработок могут быть применены в большинстве серийно выпускаемых или перспективных моделей соответствующей РЭА. Может найти применение в любых системах: УМ (соответствующего диапазона частот) - электромеханический преобразователь, например электродинамических вибростендах, в устройствах механической звукозаписи для управления резцом рекордера и т.д.

В качестве прототипа устройства выбран один из наиболее типичных - УМЗЧ усилителя полного высшей группы сложности Барк-У-001 стерео Н1-1 (Бриг-У-001 стерео H: -R). УМЗЧ снабжен цепью ООС по напряжению, охватывающей все каскады усиления. Низкие выходное сопротивление (не болеее 0,5 Ом) и уровень искажений (коэффициент гармоник в диапазоне частот при номинальной выходной мощности 50 Вт на нагрузке 4 Ом составляет не более 0,1 %), широкий частотный диапазон (не уже 20 Гц - 25 кГц при неравномерности не более 0,7 дБ) обеспечиваются действием глубокой общей ООС по напряжению. Усилитель имеет ключевую схему ограничения выходного тока УМЗЧ, устройство (реле) защиты и задерсл

с

VJ VI

о

00

ю

жки подключения громкоговорителей, коммутацию нагрузок УМЗЧ, выходные соединителидляподключениягромкоговорителей и предназначен для применения в звуковоспроизводящей системе с высококачественными АС.

Как любой источник напряжения, УМЗЧ чувствителен к токовым перегрузкам (режиму уменьшения /Z/ громкоговорителя и особенно - к режиму короткого замыкания выхода). Это обстоятельство снижает эксплуатационную надежность и требует введения в УМЗЧ устройств ограничения выходного тока, которые в свою очередь повышают нелинейные искажения сигнала как в пиках выходной мощности при /Z/, близких к номиналу, так и при меньших мощностях, но в возможных режимах кратковременного уменьшения /Z/ в 4-8 раз.

В прототипе, а также в традиционных системах звуковоспроизведения, громкоговоритель, элементы его коммутации и подключения к УМЗЧ, соединительные провода являются единственными элементами, не охваченными цепью (действием) ООС с целью снижения искажений, в частности интерфейсных.

Частотная зависимость модуля полного сопротивления громкоговорителя для разных акустических оформлений (закрытый ящик, фазоинвертор и др.) неравномерна. При питании громкоговорителя от источника напряжения на частотах, где /Z/ возрастает, происходит снижение отдачи (уменьшение звукового давления), вызванное снижением тока через громкоговоритель. Это наблюдается на нижних частотах в области резонанса и на верхних частотах звукового диапазона, Для акустического оформления громкоговорителя в виде фазо- инвертора характерна также неравномерность отдачи на нижних частотах, вызываемая двугорбой характеристикой, что проявляется на слух как характерное бубнение фазоинвертора. Для слуховой компенсации снижения отдачи приходится осуществлять подьем выходного напряжения усилителя регуляторами тембра на низких и высоких частотах, что в свою очередь вызывает повышение нелинейности (в частности, и интерфейсных) искажений.

Кроме того, при подходе к проектированию звуковоспроизводящей системы действует стереотип, что чем ниже выходное сопротивление УМЗЧ, тем лучше. Однако, строго говоря, отклонение подвижной системы электродинамического и их разновидностей) преобразователя (диффузора головки громкоговорителя) вызывается током и пропорционально току (в пределах

линейного участка). Следовательно, более логично питать громкоговоритель от источника тока (с высоким выходным сопротивле- нием), позаботившись о способе

5 демпфирования и линейности тока (пропор- циональности входному напряжению УМЗЧ).

Цель изобретения состоит в повышении точности преобразования электрических ко0 лебаний в механические и повышении эксплуатационной надежности систем УМ-преобразователь, в частности в повышении качества, естественности звуковоспроизведения и повышении эксплуатационной

5 надежности звуковоспроизводящей аппаратуры (УМЗЧ-громкоговоритель) за счет улучшения переходных (динамических) характеристик преобразователей, снижения нелинейных (в частности интерфейсных) и

0 частотных искажений преобразования, снижения импульсов тока в цепи УМ-преобразователь, устранения недостатков, присущих прототипу, и принципиальное нового подхода к системе УМ-преобразова5 тель, существенно отличающегося от принятого.

Поставленная цель достигается тем, что заявляемое устройство, представляющее собой усилительный тракт УМ (УМЗЧ), неин0 вертирующий либо инвертирующий усиливаемый сигнал, со входными и выходными цепями, с цепью общей ООС по напряжению либо без нее, снабжено датчиком тока, включенным в выходную цепь (цепь преоб5 разователя), а также устройствами, элементами и цепями, реализующими передачу падения напряжения на датчике тока в усилительный тракт УМ в противофазе с усиливаемым напряжением.

0 Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что устройство отличается наличием датчика тока преобразователя и наличием устройств, элементов, цепей ООС по току и их связей.

5 На фиг. 1 приведена схема устройства с незаземленной нагрузкой, выполненного на базе неинвертирующего УМ без цепи общей ООС по напряжению; на фиг. 2 показана схема упрощенного устройства.

0 Устройство для электрического демпфирования электромеханических преобразователей, компенсации искажений преобразования, защиты от токовых перегрузок (фиг. 2) содержит усилительный тракт

5 1 УМ с неинвертирующим входом для подачи входного напряжения, инвертирующим входом (либо эквивалентной ему точкой в схеме) для подачи сигнала общей ООС, выходом и общим проводом для входов и вы- хода. Устройство содержит также входную

цепь из резистора 2 между неинвертирующим входом и общим проводом, выходную цепь между выходом и общим проводом, состоящую из последовательно соединенных элемента 3 коммутации, двухполюсного соединителя 4(с подключенным преобразователем 5) и датчика 6 тока преобразователя, и цепь общей ООС по току из ограничительного резистора 7, включенного между незаземленным выводом датчика 6 и инвертирующим входом. При необходимости (при ухудшении балансировки УМ из- за отсутствия общей 100% ООС по напряжению для постоянного тока) устройство может иметь общеизвестную схему балансировки по постоянному току. Наличие элемента 3 коммутации и соединителя 4 не является обязательным и в ряде конкретных применений эти элементы могут отсутствовать.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал UBX подается на неинвертирующий вход усилительного тракта 1 УМ. Усиленный по мощности сигнал вызывает в выходной цепи ток Пр, который, протекая через последовательно соединенные преобразователь 5 и датчик 6 тока, выделяется на датчике 6 в виде падения напряже- ния, пропорционального току Пр. Снимаемый с датчика 6 сигнал через ограничительный разистор7 подается на инвертирующий вход усилительного тракта 1 УМ, где вычитается со входного сигнала. Падение напряжения на датчике 6 несет информации об отклонении формы тока Пр от

формы UBX, наличии частотных и нелинейных (в частности интерфейсных) искажений, возникающих не только в усилительном тракте 1 УМ, но и во всей

выходной цепи (коммутирующем элементе 3, соединителе 4, преобразователе 5, соединительных проводах), следовательно, вычитание его с входного сигнала способствует снижению указанных искажений.

Благодаря наличию общей ООС по току устройство обладает высоким выходным сопротивлением (источник тока).

Формула изобретения

Устройство управления электромеханическим преобразователем, содержащее усилитель мощности, охваченный отрицательной обратной связью, с инвертирующим и неинвертирующим входами,

выходом, общим проводом, выходную цепь между выходом и общим проводом из последовательно соединенных элемента коммутации и двухполюсного соединителя с первой и второй клеммами, выполненного с

возможностью подключения к нему электромеханического преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и точности преобразования, в него введен датчик тока,

включенный последовательно в выходную цепь между второй клеммой двухполюсного соединителя и общим проводом или между выходом усилителя мощности и элементом коммутации, а цепь отрицательной обратной связи включена между датчиком тока и входом усилителя мощности.

Использование: изобретение относится к электронике, в частности к устройствам управления преобразователями тока. Сущность изобретения: в устройство, содержащее усилитель мощности, введен датчик тока, включенный последовательно в выходную цепь между второй клеммой двухполосного соединителя и общим проводом или между выходом усилителя мощности и элементом коммутации, а цепь отрицательной обратной связи включена между датчиком тока и входом усилителя мощности. 1 ил.

J- W - -CD- r-LHH

/

пр

Я

#И2,2