Справочное руководство по звуковой схемотехнике. Шкритек П. 1991
Книга специалиста из ФРГ, в которой изложен обширный материал по схемотехнике и электронным компонентам для звуковой аппаратуры. Анализируются характеристики звуковых Систем, методы снижения уровня искажений и шумов. Большое внимание уделяется традиционной аналоговой схемотехнике. В то же время значительная часть книги посвящена цифровым методам, применяемым в звуковой технике. Рассматриваются цифровые меюды управления, цифровая передача звука, техника записи и воспроизведения на компакт-дисках. В приложении приведены программы на Бейсике, для расчета цепей, трансформаторов, выпрямителей, а также шумов и нелинейных искажений.
Для разработчиков промышленной звуковой аппаратуры, а также квалифицированных радиолюбителей.
Год выпуска: 1991
Автор: Шкритек П.
Жанр: Справочное руководство
Издательство: М.: Мир
Формат: DjVu
Размер: 5,7 МБ
Качество: Отсканированные страницы
Количество страниц: 446
Программа для чтения книги:
Содержание
От редактора перевода . ... . .... .5
Предисловие . ...... 7
1. Введение 9
2. Линейные системы . 11
2.1. Представление сигналов в частотной области . . . 11
2.2. Амплитудно- и фазо-частотная характеристики . . 14
2.3. Коэффициент передачи . . .16
2.4 Фазовая скорость, групповое время задержки . . .18
2.5. Условия отсутствия искажений . ... 19
2.6. Минимально-фазовые цепи .... . . .20
2.7. Фазовые фильтры . 21
2.8. Взаимосвязь частотных и временных функций передачи . 23
2.8.1. Ряды Фурье ... 23
2.8.2. Непериодические сигналы .... ... 23
2.8.3. Импульсная и переходная характеристики ... 24
2.9. Обратная связь . . . . ... 25
2.10. Устойчивость . .27 2.11. Матрица переходов . . . 29
3: Нелинейные искажения 30
3.1. Статическая характеристика .... 30
3.1.1. Коэффициент нелинейных искажений (клирфактор) . . 32
3.1.2. Коэффициент интермодуляционных искажений ... . . .... 32
3.2. Обратная связь в системах с независимой от частоты характеристикой передачи 32
3.2.1. Снижение нелинейных искажений . ... ... 32
3.2.2. Измерения нелинейных искажений .... 33
3.3. Искажения в типовых транзисторных каскадах ... 34
3.3.1. Схема с общим эмиттером .... ... 34
3.3.2. Эмиттерный повторитель . . 35
3.3.3. Другие схемы транзисторных каскадов ... .35
3.4. Динамические интермодуляционные искажения ..... 36
3.4.1. Скорость нарастания и полоса частот для сигналов большой амплитуды . 36
3.4.2. Усилители с обратной связью 38
3.5. Способы снижения динамических нелинейных искажений . 40
3.5.1. Ограничение полосы частот входного сигнала . . 40
3.5.2. Схемотехнические решения . .... .41
3.6. Способы измерений динамических нелинейных искажений ... . 41
3.7. Искажения в пассивных элементах схем ... . .42
3.7.1. Искажения в резисторах ... . . 42
3.7.2. Искажения в конденсаторах . ... 42
4. Шумы .... 43
4.1. Общие сведения ..... 43
4.1.1. Параметры шума . 43
4.1.2. Сложение шумов 44
4.1.3. Усиление шумов . ... 44
4.2. Тепловой шум . . 45
4.2.1. Шум резисторов 45
4.2.2. Шум импедансов .46
4.3. Шум полупроводниковых диодов . , 46
4.4. Шум биполярных гранзисторов . . 47
4.5. Шум полевых транзисторов . . .... 48
4.6. Шум операционных усилителей . . .49
4.7. Коэффициент шума 49
4.7.1. Шум биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером . 50
4.7.2. Шум полевого транзистора в схеме с общим истоком 51
4.7.3. Шум операционных усилителей, используемых в качестве предварительных 51
4.7.4. Максимальное отношение сигнал/шум (C/UI) . . 52
4.8. Шум многокаскадных усилителей . 52
4.8.1. Прочие факторы шума усилителя .... 52
4.9. Шум параллельно включенных усилителей . 53
4.10. Шум дифференциальных усилителей 54
4.11. Трансформаторное согласование . ... 54
4.12. Инвертирующие и неинвертирующие усилители ... 55
4.13. Индуктивные и емкостные источники сигнала . . 56
4.14. Прочие источники шума 56
5. Биполярные транзисторы . 58
5.1. Режим сильного сигнала ....... 58
5.2. Выбор рабочей точки .... 59
5.3. Режим малого сигнала на низких частотах . 60
5.4. Транзистор как четырехполюсник ... 61
5.5. Основные схемы транзисторных каскадов . . 61
5.5.1. Схема с общим эмиттером (ОЭ) . .... 61
5.5.2. Схема с общим коллектором (ОК) (эмиттерный повторитель) 63
5.5.3. Схема с общей базой (ОБ) . . 63
5.6. Характеристики на высоких частотах . . .64
5.7. Специальные схемы включения ..... ... 65
5.7.1. Схема ОЭ с управляемой напряжением обратной связью по току . . 66
5.7.2. Схема ОЭ с управляемой током обратной связью по напряжению . . 66
5.7.3. Каскодная схема . ... . 66
5.7.4. Схема Дарлингтона ... . . 67
5.7.5. Комплементарная схема Дарлингтона ("составной лранзистор") . 67
5.8. Дифференциальный усилитель . 68
5.8.1. Основные схемы . . ........ 68
5.8.2. Дифференциальный усилитель с управляемой током обратной связью по напряжению . . 69
5.8.3. Симметричный активный вход . 70
5.8.4. Каскодная схема ... . . 70
5.8.5. Двухтактный дифференциальный усилитель . . . . . 71
5.9. Источники постоянного тока .... 72
5.9.1. Источники постоянного тока в схеме с общим эмиттером . 72
5.9.2. Токовое зеркало .... ... . 72
5.9.3. Токовое зеркало Вильсона 73
6. Полевые транзисторы ... 74
6.1. Режим сильного сигнала ... . . 75
6.2. Выбор рабочей точки . . . 76
6.3. Режим малого сигнала . . ... 77
6.4. Основные схемы включения . . 78
6.4.1. Схема с общим истоком (ОИ) ... 78
6.4.2. Схема с общим стоком (ОС) ("истоковый повторитель") . . 79
6.5. Характеристики на высоких частотах ... 79
6.6. Прочие схемы включения ... 80
6.6.1. Дифференциальный усилитель . . . 80
6.6.2. Каскоднан схема ... 81
6.6.3. Схема Дарлингтона .... . . 82
6.6.4. Комбинированная схема . 82
7. Операционные усилители 83
7.1. Режим малого сигнала - .83
7.1.1. Идеальный операционный усилитель . 83
7.1.2. Реальный операционный усилитель . 85
7.1.3. Основные схемы включения операционных усилителей . 85
7.1.4. Усиление в режиме холостого хода (XX) реальных операционных усилителей 86
7.1.5. Основные схемы операционных усилителей с резистивной обратной связью . 88
7.1.6. Входной и выходной импедансы ...... 90
7.2. Режим сильного сигнала . .... .90
7.2.1. Выходной каскад .... 90
7.2.2. Входной каскад, синфазные сигналы . .91
7.2.3. Входной каскад, разностные сигналы . 91
7.3. Выбор рабочей точки . . 92
7.3.1. Дрейф входных величин . ... 92
7.4. Усиление синфазных сигналов . . . . . 93
7.5. Типы операционных усилителей 94
8. Операционные усилители с управляемым коэффициентом передачи 95
8.1. Идеальный усилитель с управляемым коэффициентом передачи 95
8.2. Линеаризующие диоды .... ..... 96
8.3. Типы операционных усилителей с управляемым коэффициентом передачи . 97
8.4. Основные схемы ОУ с управляемым коэффициентом передачи . . 97
8.4.1. Усиление напряжения . . .98
8.4.2. Рехупяторы тембра .... . 98
8.4.3. Другие применения ОУ с регулируемым коэффициентом передачи . 100
9. Предварительные усилители 101
9.1. Олнокаскадные усилители . . 101
9.1.1. Каскад по схеме с общим эмиттером . . 101
9.1.2. Эмиттерный повторитель ... 103
9.1.3. Выбор рабочей точки в схемах на полевых транзисторах . 104
9.1.4. Схема с общим истоком .... 105
9.1.5. Истоковый повторитель . .106
9.2. Многокаскадные усилители . . 106
9.2.1. Схема с комплементарными транзисторами . 106
9.2.2. Схема с двумя одинаковыми транзисторами . 109
9.2.3. Варианты схем усилителей . . 111
9.2.4. Пример реализации схемы предварительного усилителя . . 113
9.3. Инвертирующий усилитель . 114
9.4. Предварительный усилитель электромагнитного звукоснимателя с подвижной катушкой .... 115
9.4.1. Предварительный усилитель на транзисторах . 116
9.4.2. Схема на двух параллельных транзисторах . 117
9.5. Схемы на операционных усилителях . ... 117
9.6. Предварительный усилитель для электродинамических микрофонов 119
9.6.1. Несимметричная схема .... . . ... 119
9.6.2. Микрофонный усилитель с входным трансформатором . 120
9.6.3. Симметричный предварительный усилитель с дифференциальным входным каскадом 120
10. Усилители - корректоры АЧХ 122
10.1. Расчет частотной характеристики и составление схемы ... 123
10.1.1. Диаграмма Боде . 123
10.1.2. Реализуемость корректирующих RC-цепсй . . . 124
10.1.3. Структура корректирующих цепей . ... . 125
10.1.4. Расчет элементов корректирующих цепей 126
10.2. Корректоры на неинвертирующих цепях . . . 127
10.2.1. Корректор НЧ с ограниченным спадом ВЧ . . 127
10.2.2. Корректор с тремя граничными частотами 128
10.3. Инвертирующие корректоры ..... 129
10.3.1. * Корректор НЧ с ограниченным спадом ВЧ . . 129
10.3.2. Корректор с тремя граничными частотами ... . 130
10.4. Устройства магнитной записи . . 131
10.4.1. Коррекция в канале воспроизведения . . 134
10.4.2. Коррекция в канале записи 136
10.5. Усилитель-корректор в проигрывателе грампластинок 138
10.5.1. Частотная характеристика механической звукозаписи . 138
10.5.2. Частотная характеристика коррекции грамзаписи . . 139
10.5.3. Магнитный звукосниматель .... 140
10.5.4. Подавление низкочастотных помех ... 141
10.5.5. Корректоры для магнитных звукоснимателей . . . 142
10.5.6. Нсинвсртирующий (электрометрический) корректор по характеристике RIAA 144
11. Регуляторы частотных характеристик 149
11.1. Частотно-зависимые регуляторы громкости . 149
11.2. Регуляторы тембра ....... 150
11.2.1. Пассивные регуляторы тембра . 151
11.2.2. Активные регуляторы тембра ..... 153
11.3. Эквалайзеры (многополосные регуляторы тембра) . .155
11.3.1. Эквалайзер с постоянной шириной полосы частот . 156
11.3.2. Эквалайзер с регулируемой полосой коррекции . 159
11.3.3. Эквалайзер с R-L-C режскторным фильтром . 161
11.4. Фильтры подавления НЧ-помсх .... 163
11.5. Изменение пространственного впечатления 164
11.5.1. Расширение стереофонической базы . 164
11.5.2. Псевдостереофоничсский эффект . 165
12. Электронные переключатели и регуляторы громкости ... 167
12.1. Переключатели на биполярных транзисторах 167
12.1.1. Плавные аттенюаторы ... 168
12.2. Переключатели на полевых транзисторах ... 168
12.3. Пассивные делители напряжения . . . 169
12.4. Регулировка усиления 170
12.5. Усилители, управляемые постоянным напряжением 172
12.5.1. Двух- и четырехквадрантные перемножитсли ... 172
12.5.2. Дифференциальные усилители, управляемые по эмиттеру ... . 173
12.5.3. Дифференциальный усилитель с перекрестными связями . 175
12.6. Регуляторы на операционных усилителях . . . 180
12.7. Усилитель логарифматор . . 180
12.8. Регуляторы, управляемые цифровыми сигналами . . 181
12.8.1. Цифровой регулятор громкости . . . 181
12.8.2. Цифровой регулятор тембра ... 181
12.9. Умножающие ЦАИ . .183
12.9.1. ЦА11 для регуляторов громкости ... 185
12.10. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) . . . . 186
13. Усилители МОЩНОСТИ 187
13.1. Основные схемы усилителей мощности . . 187
13.1.1. Входной каскад ... . 187
13.1.2. Промежуточный каскад . . 188
13.1.3. Выходной каскад ... 188
13.1.4. Максимальная выходная мощность . . .189
13.2. Рабочая точка и выходные характеристики . . . 189
13.2.1. Мощность рассеяния транзистора . . 192
13.3. Комплексные сопротивления нагрузки . .193
13.3.1. Синусоидальные сигналы ...... 193
13.3.2. Скачкообразные сигналы ... 194
13.3.3. Громкоговоритель как нагрузка . . . 196
13.3.4. Требуемый выходной ток 196
13.4. Эмиттерный и истоковый повторители на симметричной паре комплементарных транзисторов 197
13.4.1. Режим В . 198
13.4.2. Режим АВ . . 199
13.4.3. Режим А . . . .201
13.4.4. Квазикомплементарный эмиттерный повторитель . 203
13.4.5. Комплементарный истоковый повторитель . 203
13.4.6. Сравнение схем на биполярных и полевых транзисторах . 204
13.5. Отрицательное входное сопротивление . . . 205
13.6. Переходные нелинейные искажения . . 206
13.6.1. Переходные искажения 1-го рода . .... 206
13.6.2. Переходные искажения 2-го рода . . . 206
13.6.3. Управляемые источники напряжения смещения . 207
13.7. Электронные защитные устройства . 208
13.7.1. Ограничитель выходного тока . . . 208
13.7.2. Защитная схема SOAR 209
13.7.3. Рассеяние мощности на высоких частотах . . 210
13.7.4. Зашита мостовых схем oi постоянных напряжений . . . 210
13.8. Выходные каскады с большим током . . . 211
13.9. Мостовые схемы ... . 212
13.10. Схемы с разгрузкой по току . ... 215
13.10.1. Основная схема . . .215
13.10.2. Варианты схемы . 216
13.10.3. Упрощенные схемные решения ... 217
13.11. Усилители с управляемым напряжением питания . 219
13.11.1. Режим А+ . . . 219
13.11.2. Схемы питания с положительной обратной связью . 220
13.11.3. Режим G . 221
13.11.4. Плавное регулирование напряжения питания . . . 222
13.11.5. Схемы динамического линейного возбуждения . . 223
13.12. Подавление помех . . 224
13.12.1. Искажения опорного потенциала . . ... 224
13.12.2. Перекрестно-симметричная мостовая схема 225
13.13. Усилитель сигналов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ): режим D . 226
13.13.1. Разновидности ШИМ 228
13.13.2. Критерии реализации . . 229
13.13.3. Обратная связь . . . .230
13.13.4. Пример схемы . .... - 230
13.14. Мощность рассеяния, охлаждение . 231
13.15. Выбор схемы .... .... . 234
13.15.1. Эксплуатационные параметры . . 234
13.15.2. Концепции схем 235
13.15.3. Примеры расчета усилителя . 239
14. Способы снижения шумов и помех 244
14.1. Общие принципы .... .... 245
14.2. Разновидности способов снижения помех . . . 245
14.2.1. Общие свойства компандеров . . . 246
14.2.2. Критерии различия систем" . . . 248
14.3. Передаточные свойства ... . 248
14.3.1. Относительный уровень шума ... 248
14.3.2. Снижение шума в присутствии сигнала 250
14.3.3. Ошибки в установке уровня . 251
14.3.4. Динамические свойства . .251
14.4. Некомплементарные способы шумоподавления . 254
14.4.1. Динамический ограничитель шума (DN) 255
14.4.2. Динамический подавитель шума (DNR) .... 256
14.5. Комплементарный компандер с переменной АЧХ . ... 256
14.5.1. Шумоподавитель Dolby-B . 256
14.5.2. Шумоподавитель Dolby-C ... 258
14.5.3. Шумоподавитель Dolby-A . . . 258
14.5.4. Шумоподавитель Dolby-SR 258
14.6. Комплементарные широкополосные компандеры . . 259
14.6.1. Компандер dbx 259
14.6.2. Компандер для проигрывателей грампластинок (СХ) . .... 260
14.7. Комбинированные компандеры (широкополосные с переменной АЧХ) . 262
14.7.1. Последовательное включение управляемых усилителей . . . 262
14.7.2. Система "Highcom" . 262
14.8. Система вещательной передачи с переменным динамическим диапазоном звуковых сигналов 265
14.9. Прочие применения компандеров . 266
14.9.1. Системы звукопередачи с компандированием сигналов . 266
14.9.2. Индивидуальные компандеры ... 267
15. Цифровые системы управления и соединительные шины ... 268
15.1. Характеристики соединительных шин .... 268
15.2. Система шин 12С . . ... 270
15.2.1 Шина С . . . . ... 270
15.2.2. Шина 12С . ... . . 270
15.2.3. Шина D2 . .... ... 275
15.2.4. Типы ИС
15.3. Передача звуковых сигналов в цифровой форме . . . 277
15.3.1. Цифровые стыки для бытовой аппаратуры . 277
15.3.2. Студийная шина AES ...... 271
15.3.3. Шина I2S . . . . . . 279
16. Передача звуковых сигналов в цифровой форме 284
16.1. Введение .... . .284
16.2. Ограничение полосы частот 2S4
16.2.1. Теорема отсчетов . 284
16.2.2. Дисперсия сигналов, выбросы . ... 285
16.2.3. Параметры фильтров . 286
16.3. Дискретизация ... . . . 286
16.3.1. Схема выборки хранения ... . 287
16.4. Преобразование аналог-цифра . 288
16.4.1. Разрешающая способность, скорость передачи данных и емкость памяти . 288
16.4.2. Квантование ... 289
16.4.3. Отношение сигнал/шум при ИКМ 290 16.4.4. Увеличение отношения сигнал/шум ... . 291
16.4.5. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) . 292
16.4.6. АЦП с преобразованием кода . . 293
16.5. Кодирование с защитой от ошибок . 293
16.5.1. Ошибки цифровой передачи . 293
16.5.2. Коды с обнаружением ошибок ... 293
16.5.3. Коды с обнаружением ошибок в устройствах записи звука . 295
16.6. Канальное кодирование . . . 295
16.7. Канал передачи, устройства записи 296
16.8. Декодеры воспроизведения . . 296
16.9. Демодуляция цифровых сигналов . 297
16.9.1. Реальные цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) 297
16.9.2. Реализации схем 298
16.10. Цифровая обработка сигналов . . 299
16.10.1. Представление сигналов и основные элементы . 299
16.10.2. Структуры фильтров . 300
16.10.3. Реализация схем . . . 301
17. Система оптической цифровой грамзаписи "компакт-диск" 303
17.1. Общее 303
17.2. Формат сигнала . . ... 303
17.2.1. Построение кадра . .... . 306
17.2.2. Помехоустойчивый корректирующий код Рида Соломона (CIRC) 306
17.2.3. Разряды управления и индикации (субкодирование) 308
17.2.4. Разметка записываемой программы . . 311
17.2.5. Групповой код записи 8/14 . 311
17.3. Проигрыватели компакт-дисков .... 312
17.3.1. Оптическая система .... . . 312
17.3.2. Фокусировка луча, слежение за дорожкой и выделение сигналов . 312
17.3.3. Предварительная обработка сигналов ........ . 315
17.3.4. Регулирование линейной скорости вращения компакт-дисков . 317
17.3.5. Исправление ошибок . .... 317
17.3.6. Передискретизация 318
17.3.7. Снижение влияния ошибок с помощью обратной связи . 320
17.3.8. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) . 325
17.3.9. Аналоговый сглаживающий фильтр . 329
17.4. Примеры схем 330
17.5. Сравнение различных способов коррекции ошибок . 335
17.6. Сравнение способов преобразования цифра/аналог ... ... 336
17.6.1. Аналоговые фильтры . . . 336
17.6.2. Достижимые отношения сигнал/шум 338
17.7. Основные требования к системам преобразования цифра аналог . 339
17.7.1. Преобразователи Ц/А в мультиплексном режиме . . 339
17.7.2. Дрожание фазы тактовых сигналов ("джиттер") . . 341
17.7.3. Искажения максимальной скорости нарастания сигнала 341
17.8. ПЗУ на компакт-дисках . . . 342
17.9. Универсальная система записи на компакт-диски "Интерактив" . 343
17.10. Цифровые видеодиски .... ... . 348