Фазовые компрессоры они же ограничители речевого сигнала

Микрофонные усилители – ограничители речевого сигнала для SSB-трансиверов

Весьма желательным атрибутом при формировании SSB сигнала для передачи является его компрессирование (ограничение). Связано это с тем, что речевой сигнал с микрофона, подаваемый на трансивер, обычно имеет большой пик-фактор (отношение пикового напряжения к среднему). А поскольку трансивер должен без искажений передавать: как пиковые значения сигнала, так и минимальные его значения, то средняя излучаемая мощность передатчика получается во много раз меньшей максимальной, что не есть хорошо, так как снижает эффективность работы передающего тракта.

Поэтому для повышения эффективности и дальности связи широко применяют сжатие динамического диапазона речевого сигнала.
Сжать динамический диапазон можно в микрофонном усилителе с системой АРУ. Причём ошибочно считать, что такие НЧ компрессоры дают малый выигрыш, что в большинстве источников объясняется инерционностью системы АРУ, характерной для некоторых простейших устройств. Как было показано на странице – (ссылка на страницу, Рис.3), практически безинерционные компрессоры (лимитеры) с АРУ существуют, мало того – обеспечивают значительно более низкий уровень КНИ, чем, к примеру, фазовые устройства, описываемые в данной статье.

Тем не менее, фазовые НЧ ограничители, весьма популярны среди радиолюбителей, поэтому и мы не пройдём мимо и остановимся на паре наиболее удачных конструкций, обеспечивающих необходимое сжатие динамического диапазона при приемлемых уровнях нелинейных искажений.

Приведённая ниже схема фазового ограничителя речевого (микрофонного) сигнала в том или ином виде используется во многих разработках радиолюбительских трансиверов.

Рис.1 Схема фазового ограничителя речевого сигнала (КВ трансивер «Трель» RW4LQ)

Усиленный и скорректированный по АЧХ парафазный сигнал подается на несколько фазосдвигающих RC-цепей, а после каждой из них – на свой, отдельный ограничитель.
Сигналы на выходе каждого из ограничителей имеют форму близкую к прямоугольной. Эти сигналы сдвинуты по фазе относительно друг друга, причём этот сдвиг подобран так, чтобы при сложении на сумматоре этих 4 прямоугольников получился бы ступенчатый сигнал, больше похожий на синусоиду, т. е. чтобы в выходном сигнале средняя доля гармоник, попадающих в полосу до 3 kHz, была минимальна.

Следующая похожая конструкция – микрофонный усилитель-ограничитель от автора ряда известных КВ и УКВ антенн Игоря Гончаренко (DL2KQ).


Рис.2 Микрофонный усилитель-ограничитель от Игоря Гончаренко (DL2KQ)

Вот что пишет автор на своём сайте http://dl2kq.de/ :
«Один из удачных фазовых ограничителей был использован в трансивере RA3AO. Мне удалось улучшить и несколько упростить этот узел. В таком виде он используется уже много лет, обеспечивая неизменно высокое качество сигнала.

Входной каскад предварительного усиления выполнен на транзисторе VT1, который должен быть предельно малошумящим (например, KT3102Д). Связано это с тем, что уровень ограничения всего описываемого блока достигает 20...23 dB и ровно настолько (в 10...20 раз) возрастает чувствительность по входу к шумам и наводкам. Это неизбежная плата за ограничение.

Через конденсатор C13 сигнал подаётся на вход усилителя на микросхемах OP1, OP2, "разгоняющего" максимальную амплитуду сигнала до ±20..22 В. Несмотря на то, что напряжение питания всего ±12 V, указанная цифра амплитуды верна, так как выход усилителя дифференциальный (то, что усилено OP1 повторяется с инверсией на выходе OP2).

Основное усиление осуществляется каскадом на ОУ OP1. Конденсатор С3 обеспечивает 100% отрицательную обратную связь по постоянному току, что предотвращает возникновение заметной постоянной составляющей на выходе.

Настройка сквозной АЧХ производится подбором конденсаторов C12, C13, C3. Цель – добиться максимально чёткого, разборчивого сигнала с примерно равным уровнем низких и средних частот и немного (не увлекаясь) повышенным уровнем верхних. Номиналы конденсаторов C12, C13, C3, указанные на схеме, соответствуют обычному динамическому микрофону (например, МД200) и моему глухому голосу, высоких частот в котором кот наплакал. На выходе же OP1 тот же голос звучит чётко и звонко.

После завершения этого процесса надо установить потенциометром R7 усиление каскада. Для этого, подключив осциллограф к выходу OP1, надо с минимального расстояния говорить в микрофон максимально громким голосом. При этом пики напряжения на выходе OP1 должны достигать ± 9...11 V (в зависимости от типа ОУ) и достигать самого начала ограничения ОУ по напряжению питания.

С противофазных выходов OP1 и OP2 сигнал подаётся на 4 фазосдвигающих цепи и 4 диодных ограничителя, в которых могут быть использованы любые кремниевые диоды, например KD522. Степень компрессии вычисляется как отношение амплитуды сигнала на выходе OP1 к 0,6 V (порог ограничения). Типично при средней громкости степень компрессии составляет 12...16 dB. В наиболее высокочастотной ветви фазовращателей (C8 R18) ограничитель D7...D10 сделан с удвоенным порогом ограничения. Как показала практика, это повышает разборчивость сигнала.

Прямоугольные сигналы с выходов ограничителей складываются в сумматоре-усилителе на OP4, где и приобретают ступенчатую форму, близкую к синусоиде. АЧХ выходного усилителя "подрезана" сверху (с частот 4..5 кГц) конденсатом C14. Это позволяет еще более сгладить форму ограниченного сигнала и получить следующую форму сигнала (частота 600 Hz):



Амплитуда выходного сигнала при указанном на схеме номинале R28 составляет 4...5 В. Если вам нужно иное значение – соответственно измените R28 (только не забудьте изменить и C28, чтобы завал АЧХ каскада на OP4 начинался бы с 4..5 kHz.

В качестве OP1...OP4 подходят многие типы ОУ общего применения (например К140УД6, К157УД2) с соответствующими цепями коррекции.

Вид сигнала на выходе ограничителя достаточно непривычен, но тем не менее на слух он воспринимается как неискаженный (разве что непривычно плотный) и легко разбираемый при любых уровнях громкости. При работе в режиме SSB ток анода при нормальном разговоре составляет около 60% от максимального (в режиме несущей)».