Аудиосхемы, особенно с микрофонами, имеют тенденцию улавливать гул с частотой 50 Гц, который излучается сетевой электропроводкой. Описанная схема позволяет простым способом ограничить его уровень, при этом минимально влияя на остальную часть спектра сигнала.
Технические параметры:
- два независимых канала аудиосигнала,
- усиление в полосе пропускания: 0 дБ,
- максимальное затухание: около 35 дБ,
- рабочий диапазон: 20 Гц – 50 кГц,
- источник питания с напряжением ± 9 – 15 В,
- входное сопротивление: 1 МОм,
- выходное сопротивление: 30 Ом.
Длинные и неправильно экранированные соединительные кабели могут быть источником сетевого гула (фона) с частотой 50 Гц, который хорошо слышен. Если устранить его причину невозможно, остается только подавить эту составляющую в самом сигнале.
Это невозможно сделать с помощью простого фильтра верхних частот, так как все низкие частоты, необходимые для правильного восприятия звука, тоже исчезнут из сигнала. По этой причине надо использовать фильтр с полосой пропускания которая в наименьшей степени влияет на остальную часть спектра отфильтрованного сигнала. На графике показана АЧХ желаемой характеристики.
Принципиальная схема системы приведена на рисунке. Она выполнена по чисто аналоговой технологии, а используемые компоненты дешевы и легко доступны. Фильтр состоит из двух одинаковых каналов, поэтому обсудим один из них.
Входной сигнал – желательно без постоянной составляющей – подается на разъем J1. Резистор R1 смещает вход операционного усилителя. Он также устанавливает входное сопротивление на 1 МОм.
Операционный усилитель US1B действует как повторитель напряжения, чтобы обеспечить минимально возможное и постоянное сопротивление для управления следующим каскадом. Задача резистора R2 – защитить чувствительный вход усилителя (который построен на транзисторах JFET) от электростатического разряда. Поскольку токи, поляризующие входы усилителя, пренебрежимо малы, порядка пикоампер, в их компенсации нет необходимости.
Следующий блок – полосовой фильтр типа ТТ, составляющие которого выбраны на частоту 50 Гц. Повторитель в цепи US1A снижает выходное сопротивление всей цепи и обеспечивает сигнал обратной связи, который снимается с резистивного делителя R6, R7. Делитель определяет добротность фильтра, которая должна быть компромиссом между полосой пропускания, значением демпфирования и стабильностью схемы.
Значения сопротивления делителя подбирались экспериментально при испытаниях. Внутреннее сопротивление этого делителя также добавляется к сопротивлению R5, которое должно быть равно половине сопротивления резисторов R3 и R4.
Резистор R3 улучшает стабильность когда его выход нагружен емкостью значительной величины (например длинный экранированный кабель) или когда он замкнут на землю, например системой подавления.
Питание схемы фильтруется простыми RC-цепями с частотой среза около 48 Гц, которые эффективно устраняют большинство ВЧ помех.
Схема собрана на двусторонней печатной плате размером 50 х 45 мм, расположение путей и сборка показаны на рисунке. Все компоненты размещены на верхней стороне печатной платы. Рекомендуем начать сборку с пайки компонентов в корпусах SMD из-за высокой плотности их между компонентами с более высокими размерами.
Правильно собранная схема не требует никаких настроек и сразу готова к работе. На J3 должно подаваться симметричное, хорошо отфильтрованное постоянное напряжение, не обязательно стабилизированное, со значением ± 9 – 15 В. Его значение влияет на максимальную амплитуду неискаженного выходного напряжения: при ± 9 В оно примерно 5 В, а при ± 15 В около 11 В. Потребление тока 3 мА (без входного сигнала).
Характеристическая кривая в диапазоне 10 Гц – 50 кГц показана на рисунке. Она имеет один четкий минимум для частоты 50 Гц, а в остальных случаях коэффициент усиления составляет 0 дБ. В характеристиках нет неровностей, поэтому остальная полоса пропускания останется неизменной.
На рисунке далее показан фрагмент характеристики в области заблокированной частоты – в диапазоне 10 – 100 Гц, сделанный с шагом 1 Гц.
Максимальное затухание составляет примерно 35 дБ и достигается на частоте 51 Гц. При 50 Гц всего на один децибел меньше. Вид характеристик во втором канале был практически идентичен.