Hi-fi forstærker. Hi-fi forstærker. Med Med fjernbetjening og digital styring

Transkript

1 Hi-fi forstærker Hi-fi forstærker Med Med fjernbetjening og digital styring Projektgruppe E34 E3 - projekt, 2007 Institut for Elektroniske Systemer Aalborg Universitet Projektgruppe E34 E3-projekt, 2007 Institut for Elektroniske Systemer Aalborg Universitet

2

3 A A L B O R G U N I V E R SI T E T Institut for elektroniske systemer Elektronik og elektroteknik Frederik Bajers vej 7a 9220 Aalborg Øst Tlf Titel: Hi-fi forstærker med trådløs fjernbetjening Tema: Analog og digital elektronik Projektperiode: 3/9 9/ Projektgruppe: E34 Synopsis: Deltagere: Benjamin Biegel Troels Jessen Morten Juelsgaard Peter Koldkjær Vejleder: Hans Ebert Baggrunden for denne rapport er projektforslaget Digitaltstyret hi-fi forstærker med fjernbetjening. Først udspecificeres de opstillede krav til hi-fi forstærkeren, hvorefter projektets mulige omfang betragtes. Efterfølgende laves en afgrænsing, således at projektet omfatter kanalvælger, volumenkontrol, tonekontrol, fjern- og nærbetjening, samt effektforstærker. For disse blokke opstilles konstruktions- og brugermæssige krav samt testkriterier, bl.a. at forstærkeren skal give 0 W i en 8 Ω belastning, ligesom forstærkeren maksimalt må forvrænge 0,7%. På de konstruerede blokke laves beregninger, simuleringer samt en verificering af deres funktionalitet. For blokkene, der behandler lydsignalet, måles forvrængningen. Resultatet er en afsat effekt på 7,5 W i belastningen, og en total forvrængning på 0,07%. For den udviklede fjernbetjening, opnås en rækkevidde på 80 cm uden optisk forstærkning på modtagersiden. Oplagstal: 6 Sideantal: 230 Bilagsantal og -art: Afsluttet den: 9/ Den samlede forstærker konkluderes at opfylde de opstillede krav på tilfredsstillende vis, idet der let vil kunne kompenseres for forstærkerens mangler. 7 bilag i rapporten samt CD vedlagt Rapportens indhold er frit tilgængeligt, men offentliggørelse (med kildeangivelse) må kun ske efter aftale med forfatterne.

4

5 A A L B O R G U N I V E R SI T E T Department of electronic systems Electronical engineering Frederik Bajers vej 7a 9220 Aalborg Øst Tlf Titel: Hi-Fi Amplifier with Wireless Remote Control Theme: Analog and digital electronic Project period: 3/9 9/ Project group: E34 Synopsis: Members of the group: Benjamin Biegel Troels Jessen Morten Juelsgaard Peter Koldkjær Supervisor: Hans Ebert The basis of this report is the project proposal Hi-Fi Amplifier with Wireless Remote Control First the requirements to the hi-fi amplifier are specified, after which the possible extent of the report is considered. Following, a delimitation is made so that the extent of the report includes channel switch, volume control, equalizer, local- and remote control and power amplifier. To all of the elements, construction and user requirements along with test criterions are specified, including a power output of 0 W in a 8 Ω load and a maximum total harmonic disortion of 0.7%. Computations, simulations and finally verification of every of the hi-fi elements are accomplished. For the elements that handle audio signals, the harmonic disortion is measured. The conclusive results are a power output of 7,5 W and a total harmonic disortion of 0.07%. The developed remote control reaches a range of 2.6 feet without optic gain on the reciever. Number of copies: 6 Number of pages: 230 Appendices and attachments: enclosed Project completed: 9/ It is concluded, that the resulting amplifier meets the specified requirements in a satisfactory way as the s- hortcommings of the amplifier easily could be resolved. 7 appendices in the report plus CD The contents of this report i freely available, but publication (with specification of source) may only be done after arrangement with the authors.

6

7 Forord Denne rapport er udarbejdet af gruppe E34, 3. semester elektronik, ved Aalborg Universitet. Semestertemaet har været Analog og digital elektronik, hvor projektgruppen har beskæftiget sig med at konstruere en hi-fi forstærker med trådløs fjernbetjening og digital styring. Målgruppen for denne rapport er både vejleder og censor, men også medstuderende, der har interesse i at få indsigt i den behandlede problemstilling. Der er derfor til tider brugt energi på at forklare, eller udlede tekniske sammenhænge, som måske kunne betragtes som værende en selvfølge i andre situationer. Alle tekniske afsnit i rapporten er forsøgt skrevet efter samme opbygning for at opnå mest mulig struktur og konsekvens igennem rapporten. Imidlertid adskiller enkelte afsnit sig fra den overordnede struktur, da det, af forskellige årsager, er fundet hensigtsmæssigt for det pågældende afsnit. Under udviklingen af de forskellige kredsløb, følges en konsekvent nummerering og navngivning af elektriske komponenter. Navngivningen starter med en forkortelse af den egentlige komponent (R for modstand, C for kondensator etc.). Herefter følger et indeks, der dels beskriver hvilken del af forstærkeren komponenten optræder i, og dels indeholder et nummer på komponenten. Således bliver den tredie modstand i afsnittet om effektforstærker til R E03, og så fremdeles. På kredsløbstegninger vil dette dog blive angivet som R.E03. Ydermere optræder der ved udregningen af komponenter ofte to komponentværdier, nemlig en præcis og en afrundet værdi. Her svarer den afrundede værdi altid til en standard komponent det er muligt at benytte. Alle de større kredsløb der konstrueres i rapporten, findes som folde-ud sider bagerst i rapporten. I de fleste tekniske afsnit, vil de gennemgåede udregninger understøttes af en simulering af det elektriske kredsløb. Til at foretage disse simuleringer, er programmet LTspice version 2.2 fra Linear Technologies benyttet. Gennemgående i rapporten, er det vigtigt at læseren skelner mellem brugen af ordene forstærker og effektforstærker. Når ordet forstærker benyttes, er der tale om det samlede produkt, dvs. den totale forstærker. Ordet effektforstærker dækker derimod kun over en blok, der er en del af den samlede forstærker. Om måden der skrives matematik på i rapporten, bør det nævnes at der bruges tegnet E, som titalseksponent. Ved præsentation af ligninger, står enheden på resultatet, angivet i en parentes i højre margin, eksempelvis: [m/s]. Såfremt enheden er angivet som [-], betyder det at resultatet er uden benævnelse. Slutteligt skal det forklares at kildeangivelsen i rapporten sker ved numre, og eventuelt en sideangivelse. Eksempelvis kilde [26, s. 240], eller blot kilde [27]. Benjamin Biegel Troels Jessen Morten Juelsgaard Peter Koldkjær

8

9 Indhold Indledende analyse 3. Studieordningen Projektbeskrivelse Projektafgrænsning Opgaveformulering Kravspecifikation 6 2. Standardiseringsmæssige krav Overordnede funktionsmæssige krav Kanalvælger Krav til blokken Overordnede løsningsmuligheder Valg og analyse af kredsløb Dimensionering og beregning Simulering Verificering Delkonklusion Tonekontrol Krav til blokken Overordnede løsningsmuligheder Valg af teknologi Valg og analyse af kredsløb Dimensionering og beregning Simulering Konstruktion og implementering af 230

10 INDHOLD 4.8 Verificering Delkonklusion Volumenkontrol Krav til blokken Grænseflader Overordnede løsningsmuligheder Valg og analyse af kredsløb Dimensionering og beregning Simulering Verificering Delkonklusion Effektforstærkeren Krav til blokken Overordnede løsningsmuligheder Valg og analyse af kredsløb Dimensionering og beregning Højfrekvensrespons og stabilitet Simulering Verificering Delkonklusion Fjernbetjening Krav til blokken Overordnede løsningsmuligheder Valg og analyse af kredsløb til sender Design af sendekredsløb Dimensionering og beregning af sendekredsløb Simulering af sendekredsløb Verificering af sendekredsløb Valg og analyse af kredsløb til modtager Dimensionering og beregning af modtagerkredsløb Simulering af modtager kredsløb Verificering af modtagerkredsløb af 230 INDHOLD

11 INDHOLD 7.2 Delkonklusion på fjernbetjening Nærbetjening Krav til nærbetjening Overordnede løsningsmuligheder Valg og analyse af kredsløb Dimensionering og beregning Simulering Konstruktion, implementering og verificering Delkonklusion Accepttest Indgangskrav Udgangskrav Frekvensrespons Forstærkning Temperaturkrav Forvrængning Konklusion 88 A Projektforslaget 90 B Beskrivelse af encoder og decoder 9 C Målerapport om indgangsimpedans 96 C. Måleprocedure C.2 Teorien bag målingerne C.3 Måleopstilling C.4 Udstyrsliste C.5 Måleresultater C.6 Måleusikkerhed og fejlkilder D Målerapport om udgangsimpedans 99 D. Måleprocedure D.2 Teorien bag målingerne D.3 Måleopstilling INDHOLD af 230

12 INDHOLD D.4 Udstyrsliste D.5 Måleresultater D.6 Måleusikkerhed og fejlkilder E Målerapport om forvrængning 202 E. Måleprocedure E.2 Teorien bag målingen E.3 Måleopstilling E.4 Udstyrsliste E.5 Måleusikkerheder og fejlkilder F Målerapport om termisk stabilitet 205 F. Måleprocedure F.2 Teorien bag målingen F.3 Måleopstilling F.4 Udstyrsliste F.5 Resultater F.6 Måleusikkerheder og fejlkilder G Højfrekvent respons 208 G. Højfrekvensrespons for spændingsforstærkeren G.2 Højfrekvensrespons for differensforstærkeren H Foldud-diagram over kanalvælger 25 I Foldud-diagram over tonekontrol 27 J Foldud-diagram over volumenkontrol 29 K Foldud-diagram over effektforstærkeren 22 L Foldud-diagram over fjernbetjeningens sender 223 M Foldud-diagram over fjernbetjeningens modtager 225 N Foldud-diagram over nærbetjening 227 Litteratur af 230 INDHOLD

13 Kapitel Indledende analyse På baggrund af krav fra studieordningen, kilde [5] og med udgangspunkt i det opstillede projektforslag, omhandlende Digitalt styret hi-fi Forstærker med trådløs fjernbetjening (bilag A), foretages en indledende analyse af indholdet af et totalt dækkende, teknisk projekt. Efterfølgende foretages en afgrænsning fra de tekniske områder, der af forskellige årsager ikke behandles.. Studieordningen I studieordningen [5] fremgår det at temaet for 3. semesters projektarbejdet er Analog og digital elektronik, projektet skal indeholde begge disse områder indenfor elektronik, dog med hovedvægt på det analoge. Projektet skal ligeledes indbefatte et tilbagekoblingssystem. Problemet skal ydermere deles op i delproblemer som enkeltvis analyseres med henblik på at finde den mest hensigtsmæssige løsning. Studieordningen kræver at der tages hensyn til funktionalitet, effektivitet og ressourcer, samt at løsninger til de enkelte delproblemer dimensioneres ved hjælp af analyse, beregninger og simuleringer. Endeligt skal de teoretiske analyser, beregninger og simuleringer verificeres ved hjælp af relevante målinger..2 Projektbeskrivelse I dette afsnit beskrives projektets produkt, med alle ønskelige funktionaliteter. Beskrivelsen tager udgangspunkt i projektforslaget, men er ikke begrænset til dette. Det ønskes at forstærkeren skal have tre indgange. To stereo indgange fra eksempelvis en CDafspiller eller en nyere radio, samt en balanceret mono indgang fra en mikrofon. Forstærkeren ønskes ydermere at bestå af følgende underblokke: Forforstærker Kanalvælger Tonekontrol 3 af 230

14 .3 Projektafgrænsning Volumenkontrol Display Betjeningspanel med fjernbetjening Effektforstærker Spændingsforsyning On/Off kontrol Et samlet blokdiagram, over et komplet produkt vil dermed se ud som på figur.. Mikrofon signal Forforstærker Display Line signal Line signal Kanalvælger Tonekontrol Volumen kontrol Effektforstærker Højtaler -Signalgang -Sammenkobling Nærbetjening Fjernbetjening On/Off kontrol Spændings forsyning Figur.: Samtlige blokke der bør konstrueres, for at konstruere en samlet forstærker.3 Projektafgrænsning I det følgende laves en afgrænsning fra den netop gennemgåede totale løsning af projektet. Dette gøres ud fra en tidsmæssig betragtning om at det ikke vil være muligt for gruppens medlemmer, at tilegne sig den fornødne viden, til at konstruere samtlige blokke, på den givne tidsfrist. De elementer der udvælges, til at blive viderebearbejdet, er kanalvælgeren, tonekontrollen, volumenkontrollen, betjeningsenheden med fjernbetjening, samt effektforstærkeren. Disse blokke er udvalgt idet disse anses som værende essentielle for projektet, og dermed minimum for hvad der bør konstrueres. Det er således valgt ikke at arbejde videre med de ellers nævnte blokke, og ej heller en mikrofonindgang. Arbejdet med de udvalgte delblokke, gennemføres således, at kravene fra studieordningen stadig overholdes. Af de udvalgte blokke er der stadig et par elementer der bør klarlægges. Ovenfor er det forklaret at der ønskes to indgange til systemet, idet mikrofonindgangen ikke konstrueres. De to indgange der konstrueres er stereo indgange, men disse konverteres til et monosignal, da den endelige forstærker kun laves med en enkelt udgang. I analysefasen for implementeringen af de forskellige blokke, er der flere muligheder der kan 4 af 230. Indledende analyse

15 .4 Opgaveformulering anvendes. Det bør dog allerede på dette stadie afklares, at der kun vil arbejdes videre med løsninger, der kan konstrueres ud fra de komponenter der er umiddelbart tilgængelige ved Universitetets komponentudlevering, eller kan bestilles hjem i løbet af kort tid. Med henblik på den netop gennemførte afgrænsning af projektet, er det muligt at opstille en egentlig hovedopgave, med tilhørende underproblemer, der bearbejdes i det resterende projektforløb..4 Opgaveformulering I det nedenforstående er den egentlige opgaveformulering gennemgået. Først skrives hovedproblemet, og dernæst listes de opstillede underproblemer: Hvordan konstrueres en hi-fi forstærker med tonekontrol, volumenkontrol, og både fjern- og nærbetjening? Det overordnede problem opdeles i følgende delproblemerne:. Hvordan konstrueres en tonekontrol der på passende vis kan justere relevante frekvensbånd, hvor der er taget højde for den menneskelige hørelse? 2. Hvordan konstrueres en digitalt styret volumenkontrol, der kan kontrollere forstærkerens volumenniveau? 3. Hvordan konstrueres en digitalt styret kanalvælger, der kan skifte mellem to indgangskanaler? 4. Hvordan konstrueres en betjeningsenhed, der gør det muligt for brugeren at styre volumenkontrollen samt kanalvælgeren, nært såvel som fjernt? 5. Hvordan konstrueres en effektforstærker med tydelig gengivelse af lydsignalet og minimal forvrængning? På baggrund af denne problemformulering, er det nødvendigt at undersøge gældende standarder på området, med henblik på at opfylde krav og bestemmelser, der allerede findes indenfor hifi området. I denne sammenhæng bør det afklares, at der kun i ringe omfang lægges vægt på gældende sikkerhedsmæssige krav, såsom blottet elektronik, idet disse ikke anses som værende aktuelle for det ingeniørmæssige læringselement i dette projekt. I det følgende opstilles desuden flere tekniske og brugermæssige krav, samt hvilke metoder der benyttes til verificering af om disse er overholdt.. Indledende analyse 5 af 230

16 Kapitel 2 Kravspecifikation I dette kapitel gennemgås kravene der opstilles for de enkelte delblokke, samt med hvilken begrundelse de opstilles. Der opstilles forskellige typer af krav, hvortil der undersøges gældende standarder på hi-fi området. Der opstilles to typer af krav til produktet: Funktions- og standardiseringskrav. Som det fremgår af afgrænsningen i afsnit.3, tages der ikke højde for særlige sikkerhedsmæssige krav, med undtagelse af enkelte krav omkring temperaturgrænser. På baggrund af kravene opstillet i dette kapitel, vil den resterende del af projektet omhandle konstruktionen af løsningen på hoved- og delproblemerne. De enkelte krav beskrives og forklares inden for de ovennævnte to kategorier. Først gennemgås de standardiseringsmæssige krav, for at få overblik over hvilke områder der skal overholdes. Efterfølgende gennemgås de øvrige funktionsmæssige krav til både den samlede forstærker, men også de enkelte underblokke. Af hensyn til muligheden for at kunne verificere hvorvidt de opstillede krav overholdes, opstilles der, sammen med kravene, en målemetode. De opstillede krav er, hvor det er fundet hensigtsmæssigt, opstillet i en tabel, overfor den anvendte målemetode. Til flere af kravene er der skrevet en kommentar i kursiv. Denne kommentar skal ses som en udvidelse/forklaring af det ovenstående krav. 2. Standardiseringsmæssige krav Som omtalt tages der hensyn til flere standarder indenfor området hi-fi. Der er overvældende mange punkter og områder der skal overholdes, for at et produkt kan siges at være brugbart i en markedshenseende, og marketingssammenhæng. Det er ikke overkommeligt i dette projekt, at konstruere et produkt der overholder samtlige standardiseringer. Derfor er der udvalgt visse væsentlige dele, for hvilke produktet konstrueres til at overholde. I det følgende gennemgås kort de anvendte standarder. De standardiseringsmæssige krav tager udgangspunkt i IECs standard om Household highfidelity audio equipment and systems - Methods of measureing and specifying the performance (standard: IEC , kilde [6]), som alle medlemmer af European Standard i 995 blev 6 af 230

17 2. Standardiseringsmæssige krav påbudt at anvende. Den danske udgave af denne standard, er standarden: DA/EN Det foreskrives af denne standard, desuden at følge IECs standard om Sound system equipment (standard: IEC , kilde [37]), hvorfor denne standard også anvendes. En anden standard, som desuden er relevant, er IEC 6938, kilde [38], som fra 996 erstatter IEC , og bla. sætter en standard for line-signalet, som benyttes omfangsrigt i dette projekt, jævnfør afsnit 2.2. De krav der er interessante i standarderne, er hovedsageligt dem der beskriver de ydre parametre for den samlede forstærker, dvs. ved signalindgangen og -udgangen. Dette skal ses med henblik på både ind- og udgangsimpedanser, samt ind- og udgangssignalniveauer. De opstillede krav til disse områder, gennemgås i det følgende. 2.. Indgangskrav Der sættes grænser for både indgangsspænding, og -impedans, kilde [38, s. 23, 37]. Standardiseringskrav til forstærkerindgang - Forstærkeren skal kunne modtage et standard linesignal. Et standard line-signal er defineret til at have en amplitude på 2 V (eff.) Målemetode Fremgår umiddelbart af implementeringen af de elektriske kredsløb. - Forstærkeren skal have en indgangsimpedans på minimum 22 kω. Der påtrykkes et signal, med en frekvens på khz, med kendt amplitude. På indgangen sættes en skydemodstand, der varieres, indtil halvdelen af signalet er forsvundet efter modstanden. Størrelsen af skydemodstanden er da lig indgangsimpedansen. Tabel 2.: Standardiseringsmæssige målbare krav til indgangstrinnet 2. Kravspecifikation 7 af 230

18 2.2 Overordnede funktionsmæssige krav 2..2 Udgangskrav Ligeledes sættes krav for forstærkere der driver en impedans-defineret højtaler, dvs. en højtaler uden egen forstærker Standardiseringsrav til udgangstrinnet - Der skal være en udgangsimpedans i forstærkeren som svarer til mindre end /0 af indgangsmodstanden i højtaleren. Dette skyldes at jo større forholdet mellem udgangsimpedans og højtalerimpedans er, jo mindre tydelig bliver højtalerens egenfrekvenser. Målemetode Som det vil tydeliggøres senere, ønskes det at tilpasse udgangstrinnet til en højtaler med en indgangsimpedans på 8 Ω, hvorfor udgangsmodstanden skal være: R 0 < 8 Ω (2.) 0 Dette kontrolleres ved at måle spændingsdelingen, når en kendt modstand påsættes udgangen. Tabel 2.2: Standardiseringsmæssige målbare krav til udgangstrinnet 2..3 Forvrængning Udover ind- og udgangskrav, er der standardiserede krav til bl.a. forvrængning. Ved forvrængning forståes et ændret frekvensindhold på udgangen, i forhold til indgangen, hvilket ikke er ønsket ved en forstærker. Dette skyldes det lydsignal der sendes ind, ikke vil være behageligt at lytte til, når det er blevet behandlet af forstærkeren, hvis der er stor grad af forvrængning. Forvrængning er svært at undgå fuldstændigt, hvorfor der i gældende standarder blot er sat et krav til maksimal forvrængningen. I henhold til IEC [37, afsnit 22.2], er kravet til Total Harmonisk Forvrængning (THD), at denne ikke må overskride 0, 7%. Den samlede forvrængning i forstærkeren måles med apparater, beregnet til måling af forvrængning. Dette gennemgås i større detalje i bilag E Temperaturkrav Stærkstrømsbekendtgørelsen er ikke umiddelbart en standard, men derimod en del af lovgrundlaget. I denne opstilles der krav omkring temperaturen til dele, der ikke er beregnet til at skulle berøres under normal brug. Denne temperatur må ikke overskride 80 C, kilde [8, afsnit 423]. Dette må gælde for de elektriske kredse der konstrueres i dette projekt, hvorfor dette krav også er medtaget. Det antages desuden at temperaturen i rummet, hvor forstærkeren skal arbejde, ikke overstiger 35 C. 2.2 Overordnede funktionsmæssige krav I det følgende gennemgås de opstillede funktionsmæssige krav, til løsningerne på de opstillede problemer i afsnit.4. Kravene gennemgås først for de opstillede delblokke enkeltvis, og efterfølgende gennemgås de krav der stilles fælles, blokkene imellem. 8 af Kravspecifikation

19 2.2 Overordnede funktionsmæssige krav Et blokdiagram, over den samlede løsning der ønskes konstrueret, ses på figur 2.. Figuren illustrerer hvilke blokke der er afgrænset væk, samt lydsignalets vej igennem forstærkeren. Som det Mikrofon signal Forforstærker Display Line signal Line signal Kanalvælger Tonekontrol Volumen kontrol Effektforstærker Højtaler -Konstrueres -Konstrueres ikke -Benyttes -Signalgang -Sammenkobling Nærbetjening Fjernbetjening On/Off kontrol Spændings forsyning Figur 2.: Blokdiagram over forstærkeren, efter afgrænsning. også er antydet i afsnit.4, behandles produktet som et antal separate problemer, for hvilke de funktionsmæssige krav beskrives nedenfor Betjeningsenheden På figur 2. ses fjernbetjeningen og nærbetjeningen, som to adskilte blokke. Disse hører imidlertid tæt sammen, og betragtes derfor som en enkelt samlet blok, kaldet betjeningsenheden eller bare betjeningen, hvorunder nær- og fjernbetjeningen er underblokke. Med nærbetjening menes, at der skal være et betjeningspanel på selve forstærkeren. De funktionsmæssige krav til betjeningenenheden er, at den skal være i stand til at styre fire funktioner nært såvel som fjernt. Disse fire funktioner skal være: Volumen op, volumen ned, kanalskift samt on/off. Som nævnt i afsnit.3, vil On/Off-kontrollen ikke blive konstrueret i dette projekt. Alligevel vælges, at lave en kanal til denne funktion, for at muliggøre konstruktion af denne delblok på et senere tidspunk. Til fjernbetjeningsdelen er der en række yderligere funktionsmæssige krav, hvilke er listet i tabel 2.3, sammen med målemetoden kravene verificeres med. 2. Kravspecifikation 9 af 230

20 2.2 Overordnede funktionsmæssige krav Krav til fjernbetjeningen - Fjernbetjeningen skal være trådløs, og bestå af både en sender og en modtager. Dette ønskes for at øge brugervenligheden af betjeningsenheden. - Fjernbetjeningen skal virke i en afstand af tre meter mellem sender og modtager, uden forhindringer. Vurderes som en passende afstand, for at få tilstrækkeligt udbytte af fjernbetjeningens mobilitet. - Senderen skal fungere med en forsyningsspænding på 4,5 V. Denne forsyningsspænding er valgt idet det svarer til tre,5 V alkaline celler, hvilket vurderes som værende normal forsyningsspænding til en fjernbetjening. - Senderen må ikke bruge strøm når den ikke anvendes. - En lille LED skal lyse hver gang der sendes, og modtages signaler, på både sender og modtager side. Af hensyn til brugervenlighed. Målemetode Fremgår umiddelbart af den endelige implementering. Måles ved samlet test af fjernbetjeningen i frit rum. Fremgår umiddelbart af den endelige implementering. Fremgår umiddelbart af den endelige implementering. Fremgår umiddelbart af den endelige implementering. Tabel 2.3: De funktionsmæssige krav til fjernbetjeningen Kanalvælger Kanalvælgeren skal skifte mellem to forskellige indgangssignaler, hver gang der modtages et logisk højt signal fra betjeningsenheden. Desuden skal den indeholde en stereo til mono konvertering, da der ønskes en mulighed for at modtage et signal i stereo, på trods af at resten af forstærkeren designes som en monoforstærker af konstruktionsmæssige hensyn Tonekontrol Frekvensområdet der arbejdes med skal svare til det, for et menneske, hørbare frekvensområde. Som inspiration og sammenligningsgrundlag til konstruktion af tonekontrollen, benyttes en Genelec hi-fi forstærker model 034B. Ud fra denne hi-fi forstærkers datablad, kilde [0], opsættes krav til tonekontrollen. Først og fremmest skal tonekontrollen kunne opdele frekvensspektret i følgende tre frekvensområder: Bas (27 Hz Hz), Mellemtoner (400 Hz - 3,2 khz ) og Diskant (3,2 khz - 22 khz). Disse tre frekvensområder skal hver for sig kunne forstærke fra -6 db til 6 db, svarende til en halvering og en fordobling af indgangsspændingen. Kravet til overgangen mellem de tre frekvensbånd, er ligeledes taget fra Genelec s hi-fi forstærker og fastsættes derfor til en dæmpning på 80 db/dekade. I yderområderne skal dæmpningen af frekvenser over 22 khz være på 60 db/dekade, mens der under det hørbare område, dvs. under 20 af Kravspecifikation

21 2.2 Overordnede funktionsmæssige krav 27 Hz, ønskes en dæmpning på 80 db/dekade. Derudover skal det samlede frekvensspektrum for de tre frekvensområder give et lineært respons, dvs. når alle tre frekvensområder (bas, mellemtone og diskant) står til samme dæmpning, skal det samlede respons give samme forstærkning over hele det hørbare frekvensområde. En skitse af tonekontrollens amplituderespons ses på figur 2.2. Figur 2.2: Skitsering af frekvensgangen for tonekontrollen, når der er fuld dæmpning for alle tre frekvensbånd. Måling For at verifiere om kravene til tonekontrollen er opnået, vil følgende test udføres: Alle tre frekvensbånd sættes i neutralstilling (0 db), og der påtrykkes et sweepet sinussignal i et frekvensområde tilpas større end det hørbare område. Det påtrykte signal skal svare til et linesignal, dvs. 2 V (eff.). Efterfølgende måles udgangssignalet. Den acceptable afvigelse på hver enkelt måling, er ± db. En halv dekade under og over det hørbare område, skal signalet være dæmpet minimum 20 db. Den nærmere udspecificering af målemetoden beskrives i afsnit Kravspecifikation 2 af 230

22 2.2 Overordnede funktionsmæssige krav Volumenkontrol I det følgende afsnit, opstilles funktionskrav og målemetoder til volumenkontrollen. Kravene er listet i tabel 2.4. Krav til Volumenkontrollen - Der ønskes en tilnærmet trinløs styring af volumen således, at det ikke skal være muligt at høre en forskel mellem hver trin. En hørbar forskel er en ændring på 3 db, hvorfor det vurderes at styringen bør være i nærheden af db/trin, for at skabe den ønskede trinløse effekt. - Der må maksimalt være en afvigelse på /2 db ved hvert volumentrin, i forhold til det forventede volumenniveau. Dette krav opstilles for at have en standard for en acceptabel afvigelse for hvert volumentrin. - Det skal være muligt at gøre lydsignalet ikke hørbart, ved at skrue volumen i bund, svarende til at slukke for signalet. Dette kan implementeres ved at lave en så stor dæmpning af lydsignalet, at det ikke er menneskeligt muligt at høre det. - Det ønskes at der ved en konstant volumenændring, dvs. brugeren holder volumenknappen i bund, sker en jævn regulering af volumenniveauet, hvad endten det er op eller ned. For at opnå dette, bør hastigheden af trinskift ved konstant ændring, ikke være højere end 3 trin/s, svarende til 3 db/s. - Volumenændringen skal ske ved at volumenkontrollen modtager et logisk højt niveau fra betjeningsmodulet. Signalet modtages på to forskellige signaler, afhængigt af om der skal skrues op eller ned. Målemetode Ved at måle spændingsændringen på et signal, for hvert skift i niveau, med et oscilloskop, kan det fastslås hvorvidt kravet er opfyldt. Måles ved at sammenholde det egentlige spændingsniveau af et volumentrin skift, med det forventede niveau. Dette er umiddelbart simpelt at måle, ved at skrue volumen helt ned, og observere om signalet er hørbart. Måles ved at observere signalsstyrken ved et volumenniveau, og herefter lave en kontinuert ændring af volumen i en kortere periode. Efterfølgende kan volumenændringen noteres, i forhold til tryktiden. Fremgår umiddelbart af implementeringen. - Der skal implementeres en sikring mod at der skrues op og ned på samme tid. Fremgår umiddelbart af den endelige implementering. Tabel 2.4: De funktionsmæssige krav til volumenkontrollen. 22 af Kravspecifikation

23 2.2 Overordnede funktionsmæssige krav Effektforstærker De opstillede krav til effektforstærkeren ses i tabel 2.5. Det skal bemærkes at idet effektforstærkeren er central del af den samlede forstærker, er der et vist overlap i de funktionsmæssige krav til effektforstærkeren, og de standardiseringsmæssige krav til den samlede hi-fi forstærker. Derfor er der også visse af kravene der undergår en hvis uddybning i forhold til afsnit 2. Krav til effektforstærker - Forvrængningen skal være på under 0,5%. Der refereres her til den totale harmoniske forvrængning - Der må ikke være forvrængning på baggrund af signalklipning og crossover distortion. Begge begreber uddybes mere under konstruktionen af effektforstærkeren, afsnit 6. - Effektforstærkerens udgangstrin, skal konstrueres med kortslutningsbeskyttelse. Korslutningsbeskyttelsen implenteres som et værn mod utilsigtet kortslutning af udgangen. - Effektforstærkeren skal være stabil ved både høj belastning, samt ved ingen forstærkning (standby). Dette gøres for at se om forstærkeren er temperaturstabil, dvs. at der ikke risikeres termisk runaway. - Forstærkeren skal kunne levere en effektiv udgangseffekt på 0 W, i en 8 Ω modstand. - Effektforstærkeren skal give maksimal forstærkning, når indgangssignalet har en spænding på 4 V (eff.). Dette skyldes at med et line-signal på indgangen af den samlede forstærker, og en forstærkning på 6 db i tonekontrollen, er 4 V (eff.) det stærkeste signal der kan komme på indgangen til effektforstærkeren. Målemetode Måles med apparatur designet til forvrængningsmåling. Denne sender en ren frekvens ind og måler efterfølgende frekvenssammensætningen på udgangen. Måles med et oscilloskop. Udgangsterminalerne kortsluttes og der måles på hvor meget effekt udgangstransistorerne trækker. Effekten afsat i udgangstransistorerne bestemmes ved høj såvel som lav forstærkning, samtidig med at kølepladernes temperatur følges. Udgangseffekten af forstærkeren måles på udgangstrinnet af effektforstærkeren, ved at måle både strøm og spænding, ved maksimal forstærkning. Udgangseffekten af forstærkeren måles på udgangstrinnet af effektforstærkeren, ved at måle både strøm og spænding, ved maksimal forstærkning. 2. Kravspecifikation 23 af 230

24 2.2 Overordnede funktionsmæssige krav Krav til effektforstærker - Effektforstærkeren skal konstrueres således at den kan benyttes i miljøer der er maksimalt 35 C. Målemetode Der opstilles ikke nogen målemetode for dette krav. - Da der anvendes højtalere på 8 Ω, skal udgangsimpedansen i henhold til de standardiseringsmæssige krav, være under 0,8 Ω. Kontrolleres ved at måle spændingsdelingen, når en kendt modstand påsættes udgangen. Tabel 2.5: De funktionsmæssige krav til effekforstærkertrinnet Tekniske krav til blokovergange Idet der ønskes en så ensartet konstruktion af alle de elektriske kredse som muligt, er det nødvendigt at stille krav til hvilken spændingsforsyning der skal benyttes i de forskellige blokke. Ligeledes skal der opstilles krav til ind- og udgangsimpedanser for alle de blokke der direkte behandler lydsignalet. Overgangsimpedanser For alle blokke der direkte har med lydsignalet at gøre, bestemmes det at indgangsimpedansen skal være minimum 50 kω og udgangsimpedansen skal være maksimum 50 Ω. Dette gøres for, at der mistes så lidt af signalet som muligt, ved overgangen mellem de forskellige blokke. Dette gælder således for samtlige blokke, undtagen betjeningsmodulet, idet denne ikke har med lydsignalet at gøre direkte. Spændingsforsyning De forskellige blokkene modtager ±4 V spænding samt stel, fra en central strømforsyning. Dette gælder for alle blokke, pånær effektforstærkeren, der skal have en forsyningsspænding på ±20 V. Idet der er opstillet krav til samtlige blokke, kan det lade sig gøre at begynde analysen, og løsningen af problemerne opstillet i afsnit af Kravspecifikation

25 Kapitel 3 Kanalvælger Kanalvælgeren er den første blok i forstærkeren. Formålet med kanalvælgeren er at brugeren har mulighed for, at vælge mellem forskellige lydkilder. 3. Krav til blokken Kravene til kanalvælgeren er gennemgået i afsnit på side 20, hvorfor der her blot bringes en opsummering. Kanalvælgeren skal konstrueres med to stereo indgangssignaler. Kanalvælgeren skal omdanne et stereosignal om til et monosignal. Der skal skiftes kanal når der modtages et logisk højt signal fra betjeningsenheden. Der skal være en indgangsimpedans på minimum 50 kω, og en udgangsimpedans på maksimum 50 Ω. 3.. Grænseflader Kanalvælgeren modtager lydsignalet direkte fra afspilningskilden, og har til opgave at omdanne dette til et monosignal og efterfølgende videretransmitere det til tonekontrollen. Desuden har kanalvælgeren en grænseflade til betjeningsenheden, idet det er herfra der modtages signal, når der skal skiftes indgangskanal. En illustration af grænsefladerne ses på figur af 230

26 3.2 Overordnede løsningsmuligheder Lydkilde Stereosignal Lydkilde 2 Stereosignal Kanalvælger -Signalvalg -Monokonvertering Monosignal Tonekontrol Skift kanal -Logisk højt Betjeningsenhed Figur 3.: Grænsefladerne for kanalvælgeren. 3.2 Overordnede løsningsmuligheder En kanalvælger, i sin simpleste form, er en omskifter der mekanisk styrer hvilket af de indkommende signaler der skal sendes videre. Det ønskes imidlertid at kanalvælgeren skal være udelukkende elektronisk og tilmed kunne styres af et digitalt signal. Der skal derfor konstrueres en elektronisk omskifter, der giver mulighed for at sende ét signal, ud af flere, videre. Ud fra de opstillede krav og ønsker, er der en praktisk opdeling af kanalvælgeren, i tre underblokke: Digitalt kredsløb Et kredsløb der sørger for at signalvælgeren lader det korrekte indgangssignal gå igennem, afhængigt af input fra betjeningsmodulet. Signalvælger Dette er selve kanalvælgeren, der udvælger ét blandt flere indkomne signaler, og sender dette videre til resten af forstærkeren. Stereo til monomixer Dette delkredsløb skal kunne tage stereo udgangssignalet fra eksempelvis en CD-afspiller, og omforme dette til et monosignal. I det følgende gennemgås enkelte implementeringsformer til de tre underblokke Digitalt kredsløb Det digitale kredsløbs eneste funktion er som sagt at skifte et input til signalvælgeren, hver gang der modtages en clock fra betjeningsmodulet. Derfor vil den oplagte mulighed være at benytte en flip-flop. Denne opkobles således, at udgangen skifter hver gang den registreres et signal fra betjeningsmodulet. 26 af Kanalvælger

27 3.3 Valg og analyse af kredsløb Signalvælger Relæstyring Signalvælgeren kan designes med relæer, hvilket giver en meget lav forvrængning. Multiplexer Det er muligt at benytte en multiplexer, der alt efter dets input, sender et givent signal videre. En ulempe ved at bruge multiplexere, er at der opstår en svag forvrængning, hvilket er uhensigtsmæssigt Stereo til monomixer Et steroesignal består i virkeligheden af to parallelle signaler, svarende til højre og venstre. At kombinere disse to signaler til et enkelt monosignal, kan eksempelvis gøres med en summationskobling, der desuden vil sikre en lav udgangsimpedans Valg af teknologi Til den digitale del af kanalvælgeren, bruges en D-flipflop. Signalvælgeren vælges implementeret ved hjælp af en multiplexer. Dette gøres idet det menes at det undervisningsmæssige indhold er bedre i forhold til relæ-løsningen. Stereo-mono konverteren implementeres med en summationskobling, hvilket også er den eneste gennemgåede løsningsmodel. Der vælges at anvende en CMOS 4052 multiplexer, databladet anføres som kilde [22]. 3.3 Valg og analyse af kredsløb Kredsløbsdiagrammet for kanalvælgeren ses på figur 3.2. I bilag H på side 25 findes et folduddiagram over kredsløbet. I det følgende afsnit gennemgås analysen af kredsløbet, hvorefter den egentlige dimensionering af komponenterne gennemgås. Kredsløbets digitale del består af en Line Line Fra betjening Line2 Line ICKA S Q D CLK R Q 403N ICK2 X0 X X X2 X3 Y0 Y Y Y2 Y3 INH A B 4052N 3 3 RK3 RKF 50 k 25 k RK2 50 k 2 5 TLC07 ICK3A Til tonekontrol Figur 3.2: Diagram over kanalvælgeren 3. Kanalvælger 27 af 230

28 3.4 Dimensionering og beregning D-flip-flop, der styrer det logiske niveau på ben A på multiplexeren. Multiplexeren fungerer således at værdien af de to ben A og B, styrer hvilke forbindelser der skabes mellem de forskellige indgange og udgange. I denne implementering er B stellet, og hvis A er lav, er der forbindelse mellem X 0 og X, samt mellem Y 0 og Y. Såfremt A er høj er der på samme måde forbindelse mellem X og X, samt mellem Y og Y. Idet der kun arbejdes med to kanaler, er det altså ikke nødvendigt at inddrage benet B [22]. Når der fra betjeningsenheden signaleres at skifte kanal, går ben CLK på flip-floppen højt, hvorved værdien af D, overføres til Q. Ben Q antager da den inverterede værdi, hvorved D også skifter værdi. Næste gang der modtages signal fra betjeningen, gentages processen og ben Q antager herved den modsatte værdi i forhold til før. På samme tid vil det skifte hvilken kanal der lukkes igennem multiplexeren. Idet flip-floppen er positivt kanttrigget, er det kun når CLK går fra LAV til HØJ, at Q ændres. For det netop gennemgåede, kan følgende sandhedstabel dermed opstilles. D CLK Q Q 0 0 0! Q last Q last 0! Q last Q last Tabel 3.: Sandhedstabel for flip-floppen. Bemærk at dette er lige inden de forskellige ben skifter værdi, dvs. inden D antager den nye Q værdi. Idet indgangene skal være i stereo, bruges der to indgange til hvert signal, svarende til højre og venstre. Efter multiplexeren placeres en summationskobling, der summerer de to signaler fra indgangen og kombinerer disse til et monosignal der sendes videre til det næste trin i forstærkeren, tonekontrollen. 3.4 Dimensionering og beregning Dimensioneringen af summationskoblingen foretages på baggrund af standardligningen for en inverterende forstærkerkobling, hvor der ses bort fra råforstærkningen. Det kan tillades, da der ikke skal benyttes en stor endelig forstærkning A v. A v = R kf R kx [ ] (3.) Hvor: R kx udgøres af parallelforbindingen mellem R k og R k2 [Ω]. Derved vil ligningen for forstærkningen se ud som følger: 28 af Kanalvælger

29 3.5 Simulering R kf A v = [ ] (3.2) R k R k2 Da højre og venstre signal ønskes prioriteret lige højt, skal R k og R k2 være lige store. Disse vælges begge til 50 Ω, for at få en passende indgangsimpedans. Da kanalvælgeren amplitudemæssigt skal være transparent, skal forstærkningen A v være -. For at finde værdien for R kf isoleres denne: R kf = A v (R k R k2 ) [Ω] (3.3) R kf = ( ) (50 kω 50 kω) = 25 kω (3.4) 3.5 Simulering Den eneste del der kan simuleres i denne blok, er summationskoblingen. Denne kobling anses dog som værende så standardiseret at en simulering er unødvendig. 3.6 Verificering Verificeringen for kanalvælgeren består i at påføre to forskellige signaler på de to kanaler og dernæst sende signaler fra betjeningsenheden, for at verificere at kanalen skifter. Det er desuden nødvendigt at verificere at de to signaler ikke blandes sammen. Sidstnævnte gøres i første omgang ud fra et visuel vurdering. I afsnit måles forvrængningen gennem en indgang, mens et andet signal påtrykkes den anden indgang. Dermed vil det kunne måles som forvrængning, hvis signalerne blandes. På de to figurer, 3.3 og 3.4, ses de to signaler der sendes ind på kanal hhv. kanal 2. For at kunne se om de to signaler blandes sammen eller ændres, er det valgt at benytte sinussignaler frem for regulære lydsignaler. Frekvensen af de to signaler vælges til at være khz og 20 khz, idet disse frekvenser er lette at skelne fra hinanden. Amplituden er valgt til 2 V (eff.) da dette svarer til et standard line-signal. 3. Kanalvælger 29 af 230

30 3.6 Verificering 3 2 Signal spænding [V] Tid [ms] Figur 3.3: Det målte indgangssignal til kanalvælgeren på kanal. 3 2 Signal spænding [V] Tid [ms] Figur 3.4: Det målte indgangssignal til kanalvælgeren på kanal 2. På figur 3.5 ses signalet på udgangen når der er et højt signal på Q. Det ses at det umiddelbart kun er khz bølgen der slipper igennem. På figur 3.6 ses udgangsignalet når Q er lav. Her ses det at det umiddelbart kun er 20 khz bølgen der slipper igennem. Hvad der er svært at se på de to figurer, er at der opnås et fasedrej på 80 som konsekvens summationskoblingen. 30 af Kanalvælger

31 3.6 Verificering 5 4 Signal spænding [V] Output fra kanalvælger Værdi af Q Tid [ms] Figur 3.5: Det målte udgangssignal fra kanalvælgeren, når ben Q er højt. 3 Output fra kanalvælger Værdi af Q 2 Signal spænding [V] Tid [ms] Figur 3.6: Det målte udgangssignal fra kanalvælgeren, når ben Q er lavt Ind- og udgangsimpedans Idet kanalvælgeren er første blok i den samlede forstærker, skal indgangsimpedansen ifølge kravspecifikationen, være minimum 22 kω. I henhold til bilag C, er dette overholdt, idet indgangsmodstanden er målt til 50 kω. Dette stemmer overens med det forventede, da multiplexerne optræder transparent og der derfor ses ind i en 50 kω modstand, i både højre og venstre kanal. 3. Kanalvælger 3 af 230

32 3.7 Delkonklusion Udgangsimpedansen skal ifølge kravspeifikationen være maksimum 50 Ω. Måling af dette er dog valgt undladt, idet sidste led i kredsløbet er en opamp med tilbagekobling, hvilket giver en særdeles lille udgangsimpedans. Ifølge databladet for TLC07 [4], er udgangsimpedansen ved closed loop omkring 0,25 Ω, hvilket er væsentligt under 50 Ω Forvrængning Idet der benyttes en multiplexer i kredsløbet, bør der laves en måling af forvrængningen på lydsignalet. Målingen er udført som beskrevet i bilag E, dog med den tilføjelse at der er påført et 0 khz sinussignal på den ubenyttede indgang. Herved måles samtidigt hvorvidt der forekommer en sammenblanding af de to indgangssignaler. Fra kilde [22] vides det at multiplexeren giver en forvrængning på 0,04%. Resultaterne af målingerne ses på figur 3.7. THD [%] Frekvens [Hz] Figur 3.7: Målt forvrængningen ved frekvenssweep. I bilag E er det beskrevet at THD skal bestemmes ved khz. Det ses at forvrængningen ved khz er 0,007%, hvilket er langt under det forventede. Dette må samtidigt betyde, at de to kanaler ikke blandes sammen. 3.7 Delkonklusion Kanalvælgeren er konstrueret således at et højt signal fra betjeningsenheden vil skifte mellem de to indgange. Det er verificeret at der ikke sker en sammenblanding af de to signaler, i udgangssignalet. Det er desuden bekræftet, at både ind- og udgangsimpedanser overholder de opstillede krav. Grundet implementeringsformen af kanalvælgeren, er der en hvis forvrængning. Forvrængningen 32 af Kanalvælger

33 3.7 Delkonklusion i selve kanalvælgeren er ikke særligt stor, men kan imidlertid få indflydelse, når forvrængningen gennem samtlige blokke i forstærkeren forenes. 3. Kanalvælger 33 af 230

34 Kapitel 4 Tonekontrol Tonekontrollen er den enhed, der gør den samlede forstærkerenhed i stand til at forstærke og dæmpe givne tonelejer, eksempeltvist justere bas eller diskant. 4. Krav til blokken Kravene til tonekontrollen ses i kravsspecifikationen, afsnit På punktform ser kravene således ud:. Tonekontrollen skal give en dæmpning af toner under 27 Hz med 80 db/dek 2. Tonekontrollen skal give en dæmpning af toner over 22 khz med 60 db/dek 3. Tonekontrollen skal have mulighed for at forstærke toner fra 27 Hz Hz med -6 db til +6 db (Bas) hvorom det gælder at overgangen mellem bas og mellemtoner skal have en hældning på -80 db/dek 4. Tonekontrollen skal have mulighed for at forstærke toner fra 400 Hz - 3,2 khz med -6 db til +6 db (Mellemtone) hvorom det gælder at overgangen mellem mellemtoner og diskant skal have en hældning på -80 db/dek 5. Tonekontrollen skal have mulighed for at forstærke toner fra 3,2 khz - 22 khz med -6 db til +6 db (Diskant) 6. Tonekontrollen skal give et lineært fase-respons. Med lineært fase-respons menes, at faseresponset som funktion af frekvens følger en ret linie. 7. Tonekontrollen skal have et samlet frekvensrespons uden ripple, dvs. forstærkningen skal være jævn inden for hver af de tre frekvensområder. Ydermere skal tonekontrollen have samme indgangs- og udgangsimpedans som de øvrige blokke der bearbejder lydsignaler. Dermed er indgangsimpedansen 50 kω, og udgangsimpedansen er 50 Ω. 34 af 230

35 4.2 Overordnede løsningsmuligheder Kravene fra til 5 er udført ud fra sammenligning med en Genelec model B034B HiFi-forstærker [0]. Krav nummer 6 er opstillet, idet et ikke-lineært fase-respons vil resultere i en ikke acceptabel lyd-forvrængning [39][s. 53]. 4.. Grænseflader Tonekontrollen får et lydsignal fra kanalvælgeren. Dette signal er, rent spændingsmæssigt, uændret fra lydkilden, dvs. der er tale om et line-signal. Efter signalet er ført igennem tonekontrollen, sendes det videre til volumenkontrollen. Signalet er på dette tidspunkt manipuleret, inden for de opstillede frekvensbånd. Hvis alle tre frekvensbånd forstærker maksimalt, vil signalet have en amplitude på 4 V (eff.). Grænsefladerne er illustreret på figur 4.. Kanalvælger Line-signal Tonekontrol Volumenkontrol Manipuleret signal indenfor de tre frekvensbånd. Max 4 V ( eff.) Figur 4.: Grænsefladerne for tonekontrollen. 4.2 Overordnede løsningsmuligheder Det vælges at undersøge om analoge filtre sammen med spændingsdelinger kan opfylde de 7 stillede krav. De fire følgende, grundlæggende filtertyper undersøges: Butterworth filter Chebyshev filter Inverteret Chebyshev filter Elliptisk filter De fire typer dækker over fire forskellige tilnærmelser af et ideelt filter. De fire tilnærmelser har forskellige karakteristikker og gode henholdsvist dårlige egenskaber, som kort vil blive beskrevet her. Butterworth-filtret Butterworth-filtret er også kaldet maksimum fladt respons filter, fordi det som den eneste tilnærmelse har en glat overgang fra pasbånd til stopbånd. Desuden er faseresponset ligeledes meget glat, hvilket medfører en lavere dæmpning. [39, s. 9] 4. Tonekontrol 35 af 230

36 4.2 Overordnede løsningsmuligheder Chebyshev-filtret Chebyshev-filtret har i modsætning til Butterworth-filtret ripple i pasbåndet. Dette betyder også at Chebyshev-filtret har mulighed for at give et stejlere knæk fra pasbåndet til stopbåndet. Faseresponset for Chebyshev-filtret er ikke nær så lineært som ved Butterworth-filtret. [39, s. 27] Inverteret Chebyshev-filter Det inverterede Chebyshev-filter har ligesom Butterworth-filtret et glat pasbåndsrespons, men har derimod ripple i stopbåndet. Ligesom standard Chebyshev-filtret, har det inverterede Chebyshevfilter, også mulighed for et stejlt knæk fra pasbånd til stopbånd. Dog er faseresponset meget ulineært. [39, s. 34] Elliptisk-filter Det elliptiske filter har både ripple i basbåndet og stopbåndet og derfor også mulighed for et stejlere knæk end Chebyshev- og Butterworth-filtrene. Dog er faseresponset meget ulineært. [39, s. 43] Tabellerne 4. og 4.2 fra [39, s. 53] beskriver, i tal, netop fase- og forstærknings-karakteristikkerne for de fire filtertyper, for henholdsvist et 3. og et 4. ordens filter. På samme måde viser figur 4.2 fasekarakteristikken for de fire filtre. De sammenlignede filtre er alle lavpasfiltre. Desuden er det normaliserede filtre, dvs. at filtrene har knækfrekvens ved rad/s [39, s. 8]. Det normaliserede filter er en standard-måde at angive et filter på. Det er altid et lavpasfilter med knækfrekvens i rad/s hvor der er en bestemt dæmpning, benævnt a pass [db] og en båndspærrefrekvens på 2 rad/s hvor der er en dæmpning på a stop [db]. Fordelen ved det normaliserede filter er at det kan om arrangeres til både lavpasfilter, højpasfilter, båndpasfilter og båndstopfilter med vilkårlige dæmpninger i knæk- og stopfrekvensen. Denne metode gennemgås yderligere i beregningerne. Dette begrunder, at selvom de fire filter-typer kun betragtes i lavpasfilter-versionen og ved blot én knækfrekvens, er sammenligningen gyldig for alle vinkelfrekvenser og også for højpas-, båndpas- og båndstopfiltre [39, s ]. Filtertype 3. ordens 4. ordens Butterworth -2,5 db -8,3 db Chebyshev -22,5 db -33,8 db Inverteret Chebyshev -22,5 db -33,8 db Elliptisk -34,5 db -5,9 db Tabel 4.: Sammenligning af filtertypers forstærkning ved 2 rad/s, for de normaliserede filtre. Kilde [39][s. 53] 36 af Tonekontrol