Простые дополнения к аудиоусилителю предотвращают искажения при больших уровнях входного сигнала

Maxim MAX9700A

Усиление человеческого голоса ставит перед разработчиком несколько непростых задач. Одна из самых сложных – обеспечение достаточного усиления, позволяющего услышать тихо говорящего человека, при сохранении достаточно запаса по уровню выходного сигнала для людей, которые говорят громко. Если усиление слишком велико, громкий голос или шум вызывают ограничение звукового сигнала, что делает его неразборчивым и неприятным для ушей.

Вебинар «Необычное в обычном. Сравнительный анализ современных решений Recom» (27.01.2022)

Одним из решений этой дилеммы является ограничение сигнала с помощью нелинейной передаточной функции, реализованной путем добавления нескольких компонентов в стандартную прикладную схему (Рисунок 1). Когда положительный или отрицательный пик входного аудиосигнала превышают напряжение включения одного из встречно включенных диодов (D1), диод открывается и ослабляет любое дальнейшее увеличение амплитуды сигнала, подаваемого на усилитель мощности класса D MAX9700A. Резисторы R1 и R2 добавляют последовательное сопротивление, предотвращающее перегрузку источника звука.

Ограничивая выходное напряжение усилителя, цепь из малосигнальных диодов предотвращает искажения звукового сигнала.
Рисунок 1. Ограничивая выходное напряжение усилителя, цепь из малосигнальных диодов
предотвращает искажения звукового сигнала.

При нормальной работе входной аудиосигнал практически не ослабляется диодной цепью, а увеличение выходного импеданса источника из-за дополнительных резисторов R1 и R2 не приводит к затуханию сигнала благодаря высокому входному сопротивлению микросхемы U1. По мере увеличения амплитуд входных сигналов передаточная функция смещается (Рисунок 2).

Благодаря ослаблению сигнала простой диодной цепью передаточная характеристика для входных сигналов с более высокой амплитудой становится нелинейной.
Рисунок 2. Благодаря ослаблению сигнала простой диодной цепью передаточная
характеристика для входных сигналов с более высокой амплитудой
становится нелинейной.

Как видите, для низкоуровневых сигналов выход отслеживает вход. При входных уровнях выше примерно 0.5 В с.к.з. наблюдается снижение усиления схемы. Компрессия усиления не зависит от пикового выходного напряжения, что подтверждается откликами для различных напряжений питания. Обратите внимание, что отклики для ограниченных входных сигналов при напряжениях питания 3.3 и 5 В абсолютно одинаковы, поэтому кривые накладываются друг на друга. Кроме того, при напряжениях питания 2.5 и 3.3 В из-за ограниченного диапазона изменения входные сигналы сжимаются даже при отсутствии компрессии.

Материалы по теме

  1. Datasheet Maxim MAX9700A
  2. Datasheet NXP BAV99

Electronic Design

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Simple Additions To Audio Amplifier Prevent Clipping At Higher Inputs

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

Запись вебинара «Микросхемы для защиты цепей питания: ограничители всплесков напряжения и тока, контроллеры горячей замены, идеальные диоды»
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Схема и идея с нафталина. Ограничение по амплитуде поменялось еще в допотопной телефонии с появлением купороксных и селеновых диодов. назывался "фриттер" устанавливался параллельно наушнику. А если эти два диода установить последовательно то будет "шумоподавитель".
  • Наверное в названии статьи надо заменить слово "искажения" на слово "аудиоклиппирование".
  • Представляю какие будут искажения звука на разных частотах,"благодаря" применению диодов. Если только эту схему применять для передачи голоса и где качество звука большой роли не играет -то можно применить.
  • а не вокала. В телефонии подобные вещи на ура идут более 100 лет. Непонятно, зачем такая статья, и непонятно, почему производитель не сделал опционально такой ограничитель внутри ИМС.