Принципиальная схема компрессорной станции с турбокомпрессором
Автор admin На чтение 11 мин Просмотров 3 Опубликовано Обновлено
Содержание
- Компрессорная установка: устройство, работа и схема.
- Назначение
- Устройство, схема, состав компрессорной установки
- Работа компрессорной установки
- ТИПОВЫЕ СХЕМЫ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ
- Принципиальная схема компрессорной установки
Компрессорная установка: устройство, работа и схема.
Компрессорная установка представляет собой совокупность устройств, которые устанавливаются единично или группами и снабжаются вспомогательным оборудованием и приборами, необходимыми для их нормальной эксплуатации.
Основным элементом такой системы является компрессор.
Компрессор — это технический агрегат, предназначенный для перемещения, сжатия или повышения давления газообразных сред.
Содержание статьи
Назначение
Назначение компрессорной установки состоит в получении сжатого воздуха или другого необходимого газа с целью использования его энергии.
Установки для повышения давления широко применяются в различных областях народного хозяйства. Они являются основой технологического оборудования для химического производства, применяются в транспортировании природного газа, а так же при добыче нефти и газа.
Стационарные компрессорные установки широко применяются на промышленных предприятиях в основном для обслуживания заданных технологических процессов. Зачастую такие установки полностью автоматизированы и снабжены специальной аппаратурой, которая информирует оператора о изменении режима работы.
Кроме того бывают и передвижные установки. Они монтируются на прицепе или автомобильном шасси и состоят из компрессора (воздушного или поршневого), двигателя и воздухозаборника оборудованного фильтром.
Воздушный или объёмный компрессор используется для перекачивания порций газа строго фиксированного объёма.
Принцип работы такого агрегата основан на попеременном заполнении газом определенной камеры компрессора с последующим вытеснением газа далее в магистраль.
Поршневой компрессор обеспечивает перемещение газа благодаря возвратно-поступательному движению поршня в цилиндре по двухтактному принципу впуск, затем выпуск газа без какого-либо сжатия.
В последнее время широко используется винтовой компрессор — он представляет собой агрегат промышленного назначения, нагнетающий воздух посредством винтовой пары.
Винтовой компрессор оборудован двумя винтами, один из которых имеет вогнутую поверхность, второй – выпуклую. Винты и корпус компрессора вместе образуют объем рабочей камеры. В процессе вращения винтов размер камеры растет, а по мере удаления выступов на роторах от впадин осуществляется всасывание.
В определенный момент две поверхности образуют общий объем, который постепенно сокращается в результате движения элементов в направлении отверстия нагнетания и происходит вытеснение газа.
Устройство, схема, состав компрессорной установки
Давайте рассмотрим из чего состоит схема компрессорной установки:
1 — охладитель
2 — компрессор
3 — фильтр
4 — маслоуловитель
5 — ресивер
6,7 — коллекторы холодной и сбросной воды
Основным оборудованием являются компрессор с двигателем, маслоотделитель, охладители и ресивер(воздушный баллон). Вспомогательное оборудование включает фильтр на всасывающей трубе компрессора, предохранительные клапаны и контрольно-измерительную аппаратуру.
Каждый компрессор снабжается ресивером (воздушным или газовым баллоном), основное назначение которого состоит в выравнивании кратковременных колебаний давления в воздухопроводах.
Кроме того, ресивер служит для отделения влаги и паров масла из газа – с этой целью устанавливают сепарирующие устройства.
Ресиверы помещают снаружи помещения, потому что они взрывоопасны.
Кроме того в устройство компрессорной установки входят охладители газа.
Они располагаются между ступенями компрессоров, и обычно представляют собой трубчатые вертикальные или горизонтальные теплообменники. В компрессорных установках небольшой производительности они располагаются непосредственно на цилиндровом блоке компрессора.
Схема компрессорной установки большой производительности позволяет расположить охладители вблизи компрессоров как отдельно стоящие аппараты.
С целью очистки газа, подаваемого компрессором и для поддержания в чистоте проточной полости, на всасывающей трубе компрессора ставят газовый фильтр.
Ранее применялись главным образом матерчатые фильтры. В настоящие время устанавливают масляные фильтры.
Они представляют собой цилиндрические или прямоугольные замкнутые резервуары, наполненные рыхлым материалом (металлическая стружка, кольца Рашига), смоченным в вязком масле. Поток газа, проходящий через слой такого материала, хорошо очищается от пыли.
Процедура промывки и регенерация фильтра очень просты, а сам он надёжен в эксплуатации.
Маслоотделители располагают между ступенями компрессора за охладителями. Их назначение – удалять из газа, подаваемого компрессором, взвешенные капельки масла, использованного в предыдущей ступени.
Действие маслоотделителей основано на выбрасывании частичек масла из потока под действием сил инерции, возникающих при изменениях движения газа. Маслоотделители бывают с рыхлой засыпкой как у воздушных фильтров или в виде цилиндрических центробежных аппаратов – циклонов.
Предохранительные клапаны устанавливаются между ступенями компрессора на промежуточных охладителях и ресивере. Их назначение состоит в предохранении установки от чрезмерного повышения давления. Предохранительные клапаны бывают грузовыми и пружинными.
Коммуникация компрессорной установки состоит из системы газопроводов и трубопроводов охлаждающей воды.
Большое значение для правильной эксплуатации компрессорной установки имеет контрольно-измерительная аппаратура, по показаниям которой судят о правильности работы установки.
В состав компрессорной установки входит и контрольно-измерительное оборудование.
Манометры устанавливают на промежуточных охладителях и ресивере для наблюдения за давлением газа, подаваемого компрессором. Для контроля за давлением масла в системе смазки ставится манометр на напорном патрубке масляного насоса.
Система охлаждения компрессорных установок состоит из коллекторов холодной и сбросной воды поз. 6 и 7.
Давление охлаждающей воды контролируется по манометру на коллекторе, от которого проводят водопроводы к отдельным компрессорам.
Охлаждение компрессорных установок осуществляется с помощью воды, наличие которой в системе обязательно контролируется по сливу воды в воронки на сбросном коллекторе.
Наличие охлаждающей воды в системе охлаждения обязательно контролируется по сливу воды в воронки на сбросном коллекторе.
Обязательному контролю подлежат температуры воздуха перед каждым охладителем и за ним, а так же конечная температура газа на выходе из компрессора: контролируются температуры охлаждающей воды в коллекторе и на выходе из рубашек цилиндров и всех охладителей.
В мелких установках контроль за температурой осуществляется ртутными термометрами, поставленными в гильзы с маслом.
В крупных компрессорных установках показания всех контрольно-измерительных приборов компрессоров передаются дистанционно на центральный щит. Сюда же поступают показания электрических приборов, контролирующих мощность, потребляемую электродвигателями компрессоров, а также показания расходомеров компрессоров.
Работа компрессорной установки
Работа компрессорной установки состоит из нескольких последовательных этапов:
во время всасывания воздух через воздушный фильтр попадает в рабочую полость цилиндра первой ступени
после сжатия в цилиндре, воздух через нагнетательный клапан поступает в охладитель
охлажденный в охладителе воздух направляется в цилиндр второй ступени и так далее пока не дойдет до последнего охладителя.
далее воздух попадает на маслоудалитель, в котором конденсат и масло удаляются методом периодической продувки.
Подробное описание и работа каждого элемента компрессорной установки приведены в разделе выше.
Видеоматериалы
Основные преимущества компрессорной установки это малые затраты энергии и экологичность. Такие установки способны работать с различными пневматическими агрегатами. Некоторые модели комплектуются устройствами для анализа газа.
Среди основных недостатков следует выделить большие габариты и ограничение в применении при отрицательных температурах.
Для работы на компрессорных установках требуется обученный и подготовленный персонал по специальности машинист компрессорной установки.
Источник
ТИПОВЫЕ СХЕМЫ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ
Рассмотрим состав и назначение основных элементов компрессорной станции.
1. Винтовой компрессор
2. Ресивер
3. Предохранительный клапан
4. Фильтр предварительной очистки FQ (3 мкм)
5. Рефрижераторный осушитель воздуха
6. Клапан BY-PASS
7. Фильтр тонкой очистки FP (1 мкм)
8. Микрофильтр FD (0,01 мкм)
9. Сепаратор (разделитель) конденсата
10.Клапан слива конденсата
Первым элементом компрессорной станции является винтовой компрессор для СТО (1).
При неравномерном потреблении сжатого воздуха рекомендуется установить компрессор NEW SILVER, если же потребление воздуха более-менее постоянно в течение дня, и предполагается высокая загрузка оборудования – оптимальное решение компрессор AIRBLOK.
Вторым элементом станции является воздушный ресивер (2).
В общем случае, при выборе ресивера можно воспользоваться следующим универсальным правилом: объем ресивера должен составлять около 30% от производительности воздушного компрессора для автосервиса (иными словами, для компрессора с производительностью 1000 л/мин необходим ресивер объемом 300 л).
Ресивер предназначен для решения следующих задач:
— поддержания постоянного давления в системе;
— хранения сжатого воздуха с целью обеспечения пиковых нагрузок, превышающих производительность компрессора;
— охлаждения сжатого воздуха и сбора конденсата;
— предотвращения слишком частых включений/выключений компрессора.
Третьим элементом является осушитель рефрижераторного типа (5).
Воздух, выходящий из охладителя (воздушного радиатора) винтового компрессора, имеет температуру на 7. 10 о С выше температуры окружающей среды. Если температура окружающей среды 30 о С, то на выходе из компрессора производительностью до 5 м3/мин мы имеем температуру сжатого воздуха около 40 о С.
Многие осушители рефрижераторного типа надежно работают только в случае, если температура входящего в них сжатого воздуха не превышает 35 о С. Поэтому использование ресивера между компрессором и осушителем позволяет дополнительно охладить воздух до приемлемых значений.
Еще одной важной функцией ресивера является сбор конденсата. Воздух может удерживать в одном и том же объеме (например, в 1 м 3 ) одно и то же количество влаги, которое зависит только от температуры. Поэтому при сжатии, например, 10 м 3 воздуха до давления 10 бар воздух займет объем примерно равный 1 м 3 , и вся лишняя влага, которую не сможет удержать воздух в газообразном состоянии при рабочей температуре, будет выделяться в ресивере.
Можно порекомендовать оснастить ресивер устройством автоматического слива конденсата (10).
Четвертым элементом компрессорной станции являются фильтры.
В зависимости от требуемого качества воздуха могут использоваться различные фильтры (4,7,8). При использовании осушителя рефрижераторного типа перед ним всегда ставится фильтр предварительной очистки (4).
Дело в том, что на выходе из компрессора сжатого воздуха, воздух всегда содержит твердые частицы, которые необходимо удалить. Фильтр тонкой очистки (7) установленный после осушителя, удаляет масло и микрочастицы размером свыше 1 мкм. А окончательная очистка воздуха происходит в микрофильтре (8).
Сепаратор (разделитель) конденсата (9) – заключительный элемент, входящий в комплект оборудования для подготовки сжатого воздуха.
Воздушно-масляный конденсат представляет серьезную угрозу для окружающей среды. Поэтому в большинстве европейских стран слив конденсата в общую канализацию запрещен. Утилизация конденсата должна быть экологически безопасной, что предполагает его разделение на две составляющие – воду и масло.
После этого вода удаляется в канализацию, а масло утилизируется в соответствии с действующими нормами и правилами.
Источник
Принципиальная схема компрессорной установки
Источниками сжатого воздуха, преимущественно являются централизованные компрессорные станции. Давление воздуха; используемого технологическими потребителями, колеблется 0,4 до 20 МПа.
Крупными потребителями сжатого воздуха являются технологические установки и агрегаты, где этот энергоноситель используется как необходимый компонент проведения топочных процессов (окислитель при сжигании топлива), а также сушилки, в которых он играет роль сушильного агента, системы пневмотранспорта, автоматики и пр. В промышленности крупными потребителями сжатого воздуха являются: предприятия, изготавливающие азотную к слоту, где удельный расход воздуха давлением 0,5 МПа составляет 4000 м 3 /т конечного продукта, и серную кислоту — до 2000 м 3 /т конечного продукта и др.
Общая оценка энергопотребления различных нефтехимических производств показывает, что доля, приходящаяся на сжатый воздух, составляет до 5 % общего расхода энергии на производство конечного продукта.
Системы, производящие сжатый воздух, сами являются крупнейшими потребителями энергии. Воздушные компрессоры обычно имеют электрический привод. Иногда, при наличии ВЭР избыточного давления, могут устанавливаться компрессоры с паротурбинным двигателем. На компрессорной станции допускается установка компрессоров с приводом одного типа (только электропривод или только паротурбинный привод).
Удельный расход электроэнергии на производство сжатого воздуха составляет от 80 до 140 кВт • ч/тыс. м 3 . В структуре себестоимости 1 тыс. м 3 сжатого воздуха, без учета затрат на систему осушки, около 60 % приходится на затраты электроэнергии для привода компрессора, 15% — на охлаждение воды. Таким образом, организация эффективных систем воздухоснабжения промышленных предприятий является актуальной проблемой. При проектировании или реконструкции действующих систем решается комплекс задач:
— разработка технологической схемы и выбор оборудования
— выработка энергоносителя необходимого качества, удовлетворяющего требованиям, предъявляемым потребителем: по влагосодержанию, чистоте, теплофизическим и расходным параметрам.
Для этого применяются различные методы осушки и устанавливается дополнительное оборудование — осушители, фильтры, теплообменники и пр.;
— выдача сжатого воздуха в соответствии с графиком потребления энергоносителя регулированием режимных параметров компрессора и установкой аккумуляторов;
— использование ВЭР компрессорной станции как для собственного потребления, так и для энергоснабжения смежных систем;
— организация экономичных и надежных систем коммуникаций, обеспечивающих минимальные затраты энергии для транспорта энергоносителя до наиболее удаленных потребителей.
Воздушные компрессоры выбираются в зависимости от необходимого потребителям расхода и давления. Компрессоры центробежного типа обеспечивают нагрузку 250—7000 м 3 /мин с избыточным давлением воздуха до 0,9 МПа. Компрессоры поршневого типа рассчитаны на малую производительность (менее 100 м 3 /мин) с высоким избыточным давлением 3—20 МПа.
Особенностью технологических систем компрессорных станций с поршневыми компрессорами является необходимость установки ресиверов для аккумулирования энергоносителя в целях сглаживания возникающих колебаний его расхода у потребителей.
Турбокомпрессоры регулируют подачу энергоносителя в определенных пределах за счет изменения объема забираемого воздуха. Кроме того, используется дополнительная аккумулирующая способность протяженных воздуховодов.
Требования к качеству воздуха у потребителей могут существенно различаться:
для силового пневмооборудования и инструментов используется воздух давлением 0,6—0,9 МПа с конечным влагосодержанием 0,4— 0,6 г/кг;
для технологических потребителей и пневматических систем автоматического регулирования требуется воздух давлением 0,3—1,3 МПа с конечным влагосодержанием 0,01—0,04 г/кг.
Важной задачей является организация эффективных систем осушки сжатого воздуха, которая может иметь несколько ступеней.
Принципиальная схема компрессорной установки с поршневыми двухступенчатыми компрессорами представлена на рис.
3.21. Воздух забирается через воздухозаборник 1, очищается от механических примесей в фильтре 2 и подается на вход первой ступени сжатия компрессора промежуточного давления 3. Перед подачей воздуха на вторую ступень сжатия производится его охлаждение оборотной водой в промежуточном воздухоохладителе 4. На выходе из второй ступени достигается требуемое давление сжатия, и воздух, проходя через концевой охладитель 5, влагомаслоотделитель 6, направляется в ресивер-воздухосборник 7, откуда отпускается в магистральный воздуховод 8 потребителю. Слив масла и жидкости из концевого охладителя, влагомаслоотделителя и воздухосборника осуществляется через продувочный бак 9. В схеме установлены предохранительный клапан 10, пусковой вентиль 11, разгрузочный вентиль 12 и запорная арматура.
Дата добавления: 2015-02-10 ; просмотров: 7759 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Страница не найдена
Карта сайта:
|
|
5 м3/мин
2 кВт
Lh30A-1.5
LB30A
LB75
V80
V90TБSimple Compressor — Limiter
Сжатие звука — это операция обработки сигнала, которая уменьшает громкость громких звуков или усиливает тихие звуки, тем самым уменьшая или сжимая динамический диапазон аудиосигнала.
Сжатие обычно используется при записи и воспроизведении звука, радиовещании, живом звукоусилении и в некоторых инструментальных усилителях.
Здесь мы представляем простую схему компрессора, которая способна сжимать динамический диапазон любого аналогового аудиосигнала. Специфическая схема не усиливает тихие звуки, а просто сжимает громкие звуки.
Простой компрессор-лимитер представляет собой аналоговую схему и может использоваться для обработки только аналогового звука. Его можно настроить, чтобы изменить способ воздействия на звуки с помощью двух потенциометров. Он использует мягкое сжатие для звуков средней громкости и жесткое сжатие для очень громких звуков, таким образом, действуя как ограничитель для очень громких звуков. По сути, при работе в качестве ограничителя схема использует сжатие с высокой степенью сжатия и быстрое время атаки.
Простой компрессор-лимитер был фактически разработан для использования в FM-радиовещании, где решающее значение имеет быстрое время атаки, поскольку индекс модуляции любого FM-передатчика должен поддерживаться ниже определенного предела, иначе могут возникнуть некоторые помехи в соседних радиоканалах.
.
Электронная схема
Простой компрессор-лимитер использует TL082, который представляет собой высококачественную микросхему усилителя двойного действия. Один операционный усилитель TL082 используется для измерения уровня входного сигнала, а другой операционный усилитель используется в качестве усилителя с переменным коэффициентом усиления. Измеряемый уровень сигнала обеспечивает обратную связь и выше определенного порога снижает уровень усилителя с переменным коэффициентом усиления.
Рисунок 1. Электронная схема простого компрессора — ограничителяIC1-A используется как типичный неинвертирующий усилитель. Его усиление равно 1+[R4/(R3+ rDS)], где rDS — сопротивление сток-исток полевого транзистора T1. Полевой транзистор действует как резистор, управляемый напряжением (VCR), который управляется потенциалом напряжения, приложенным к его затвору.
IC1-B представляет собой типичный инвертирующий усилитель, который принимает на вход выходной сигнал IC1-A и дополнительно усиливает его.
Коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется соотношением (R10+R11)/R12.
D1 и D2 образуют выпрямитель. Вместе с C8 и R7 используются в качестве среднеквадратичного детектора, который создает отрицательное напряжение, примерно близкое к уровню звука. Постоянная времени C8*(R7+R16) определяет скорость обнаружения, а также время атаки и восстановления компрессора.
Отрицательное напряжение, создаваемое среднеквадратичным детектором, подается на затвор T1 и управляет его сопротивлением сток-исток, которое, в свою очередь, управляет усилением усилителя с переменным коэффициентом усиления. По мере увеличения уровня звука отрицательное напряжение, создаваемое детектором среднеквадратичного значения, увеличивается. По мере увеличения этого отрицательного напряжения сопротивление сток-исток T1 также увеличивается и снижает коэффициент усиления усилителя с переменным коэффициентом усиления. Эта операция уменьшает громкость громких звуков и сжимает динамический диапазон аудиосигнала.
В то время как постоянная времени C8*(R7+R16) определяет время атаки и восстановления компрессора, порог лимитера определяется коэффициентом усиления неинвертирующего усилителя, который, в свою очередь, определяется R11. Таким образом, R7 можно использовать для регулировки скорости компрессора, а R11 — для регулировки его порога.
JFET в качестве резистора, управляемого напряжением
Для полевого транзистора с переходом (JFET) при определенных условиях эксплуатации сопротивление канала сток-исток зависит только от как почти чистый омический резистор. Максимальный ток сток-исток IDSS и минимальное сопротивление rDS(on) будут существовать, когда напряжение затвор-исток равно нулю вольт (VGS = 0). Если напряжение на затворе увеличивается (отрицательно для n-канальных JFET и положительно для p-канальных), сопротивление также увеличивается. Когда ток стока уменьшается до уровня, при котором полевой транзистор перестает быть проводником, достигается максимальное сопротивление.
Напряжение в этой точке называется напряжением отсечки или отсечки и обозначается как VGS = VGS(off). Таким образом, устройство работает как резистор, управляемый напряжением.
На рисунке 2 показаны типичные рабочие характеристики n-канального полевого транзистора. Большинство операций усиления или переключения полевых транзисторов происходит в области постоянного тока (насыщенной), показанной как область 2. Тщательное изучение области 1 (ненасыщенная или область до отсечки) показывает, что эффективный наклон, указывающий на проводимость через канал от сток-исток отличается для каждого значения напряжения смещения затвор-исток. Наклон относительно постоянен в диапазоне приложенных напряжений стока, пока напряжение затвора также постоянно, а напряжение стока низкое.
Последнее замечание является существенной деталью, которая учитывается в нашей конструкции компрессора, чтобы избежать искажения сигнала: напряжение отсечки полевого транзистора.
Изгиб линий смещения приводит к изменению rDS и, следовательно, к искажениям, возникающим в схемах видеомагнитофона.
Есть два способа избежать искажений при использовании полевого транзистора в качестве видеомагнитофона:
- Поддерживая VDS на крайне низком уровне
- Используя некоторую отрицательную обратную связь от стока до затвора
Мы используем оба вышеуказанных метода в нашей простой схеме компрессор-лимитер.
R1 и R2 образуют делитель напряжения, который действует как аттенюатор. Аттенюатор снижает уровень входного сигнала на 33 дБ, чтобы поддерживать напряжение сток-исток Т1 в безопасных пределах. Эффект затухания цепи R1-R2 в -33 дБ на выходе компенсируется нормальным коэффициентом усиления неинвертирующего усилителя (около +33 дБ).
C6 и R5 образуют цепь отрицательной обратной связи, которая подает часть напряжения стока на затвор. Во время положительных циклов сигнала это приводит к уменьшению слоя истощения канала с соответствующим увеличением тока стока.
Увеличение тока стока при заданном напряжении стока приводит к линеаризации кривых смещения VGS. В отрицательный полупериод небольшое отрицательное напряжение также подается на затвор, чтобы уменьшить величину прямого смещения сток-затвор. Это, в свою очередь, снижает ток стока и линеаризует линии смещения. Таким образом, сопротивление канала становится зависимым от постоянного управляющего напряжения затвора, а не от сигнала стока, если только не достигается кривая VDS = VGS – VGS(off).
Типовые кривые производительности
Производительность простого ограничителя компрессора измерялась с использованием двухканального осциллографа и генератора сигналов. Измерения подробно показаны на рис. 3. Различные цветовые кривые соответствуют разным пороговым значениям, установленным с помощью потенциометра R11. Производительность обычно была одинаковой в диапазоне от 30 Гц до 50 кГц; однако кривые, показанные на следующем рисунке, были получены при частоте 1 кГц.
Рисунок 3.
Типовые кривые производительности простого компрессора — лимитер
Как построить схему
Для простоты мы разработали соответствующую печатную плату. Плата имеет медь с одной стороны, и вы можете легко вытравить и просверлить ее. Медь со стороны пайки показана на рис. 4:
Рис. 4. Простой компрессор — макет печатной платы ограничителя (вид со стороны меди)Необходимо разместить и припаять все компоненты на печатной плате в соответствии с руководством по сборке на рис. 5. После построения и тестирования схемы вы можете разместить ее на передней панели усилителя или использовать как автономное устройство.
Простой компрессор-лимитер также имеет аналоговый выход, который можно использовать для управления небольшим мкА-метром или небольшим вольтметром. Измеритель, подключенный к этому выходу, обеспечит визуальную индикацию фактической степени сжатия в режиме реального времени.
Рисунок 5. Как собрать простой компрессор-лимитер Поскольку схема монофоническая (поддерживает один аудиоканал), вы можете собрать две одинаковые схемы, чтобы использовать их для стереосистемы.
В этом случае было бы нормально использовать компоненты самого высокого качества и с низкими допусками, чтобы обеспечить одинаковую производительность на обоих аудиоканалах.
Простой компрессор-лимитер требует питания от 2-х источников напряжения; 1 положительное напряжение +15В и 1 отрицательное напряжение -15В. Можно использовать простой симметричный блок питания. Потребляемый ток не превышает 5 мА.
Дизайн аналогового компрессора – Мэтт Роттингхаус
Старший дизайнерский проект: аналоговый компрессор
Это был проект по разработке схемы аналогового компрессора, анализу элементов взаимодействия с пользователем и, в конечном итоге, созданию эстетики педали.
В аудио компрессор — это устройство, уменьшающее динамический диапазон звука, т.е. сжимает его.
Это часто приводит к тому, что общий звук кажется громче. Хотя это и является конечным результатом, компрессор работает, обнаруживая, превышает ли входящий сигнал порог громкости, и когда он превышает этот порог, устройство снижает усиление в заданном соотношении.
По сути, это делает громкие части звука тише и оставляет тихие части в покое. Громкость возвращается путем добавления усиления ко всему звуку после этапа сжатия. Таким образом, сначала некоторые части звука делаются тише, а затем все звуки становятся громче, что приводит к более громкому звучанию звука в целом.
Результатом является меньший динамический диапазон, но способность слышать больше тихих частей звука и уменьшенная «напористость», что означает меньше резких переходов от тихого к громкому, например, при ударе барабана.
Аналоговые педали компрессора, как правило, являются одними из самых сложных педалей для использования и понимания, поскольку эти педали имеют больше элементов управления, и эти элементы управления действительно соответствуют конкретным математическим функциям схемы, а не субъективным описаниям звука.
Например, педали дисторшн обычно имеют ручки с субъективными описаниями, такими как «Тон», «Тепло», «Цвет» и «Драйв». Большинство гитарных педалей также редко имеют более 4 ручек.
Это не относится к компрессорам.
Как минимум, большинство компрессоров должны иметь следующие параметры управления:
- Входное усиление: Громкость входного сигнала до сжатия.
- Порог: уровень звука, с которого компрессор начинает сжимать.
- Ratio: Степень сжатия. Например, коэффициент сжатия 2:1 будет означать, что на каждые 2 дБ звука выше порогового значения компрессор выдает только 1 дБ.
- Атака: количество времени, которое требуется компрессору, чтобы отреагировать на превышение сигналом порогового значения.
- Release: сколько времени требуется для остановки сжатия, когда объем становится ниже порогового значения.
- Выходное усиление: усиление всего сигнала после сжатия.
Многие педали компрессора не имеют всех этих элементов управления, чтобы упростить взаимодействие с пользователем, в то время как профессиональные студийные компрессоры имеют гораздо больше элементов управления, таких как «колено», которое определяет, насколько точным и внезапным будет изменение, когда сигнал пересекает порог.
Мой дизайн фокусируется на включении только вышеперечисленных элементов управления, но при правильной их реализации.
Важно различать сжатие и искажение. Можно утверждать, что искажение делает то же самое с сигналом. Разница в том, что искажение действует на сигнал мгновенно и искажает форму волны. Если вы искажаете синусоиду, она будет сглажена, когда напряжение превысит пороговое значение. Компрессоры работают в большем временном окне и уменьшают усиление всего сигнала, когда он пересекает пороговое значение, а не отсекают пики формы волны.
Схема:
Основным компонентом схемы является усилитель, управляемый напряжением, который усиливает сигнал на величину, определяемую другим входным напряжением. Я решил использовать THAT 2181 VCA, который специально продается для приложений управления усилением звука, поставляется в 8-контактном корпусе со сквозным отверстием, но стоит дороже, чем большинство ИС. Эта ИС уже обрабатывает самые сложные части схемы.
. Тот, который принимает звук напрямую, напрямую принимает напряжение управления усилением, изменяет усиление звука и выводит этот звук.
Теперь нужно сгенерировать напряжение управления усилением. Есть много способов реализовать эту схему, но я выбрал подход, при котором каждый элемент управления соответствует элементу схемы. Все элементы управления работают непосредственно с управляющим напряжением, и каждый элемент управления является ступенью, влияющей на этот сигнал.
Я начал с рассмотрения функции схемы без сжатия, где выходной сигнал соответствует входному сигналу. Здесь настройка управления соотношением составляет 1:1.
Это означает, что выход на управляющий вход VCA должен установить коэффициент усиления VCA, равный 1. Это установленное напряжение, которое изменяется только цепями порога и коэффициента.
Но откуда взяться управляющему напряжению? Он должен представлять громкость входного сигнала, который является изменяемым параметром.
Чтобы получить этот сигнал, мне просто нужно было создать среднеквадратичное напряжение звука.
Это изменяющееся напряжение постоянного тока, которое представляет амплитуду переменного тока звука. Это реализовано с помощью специализированной версии преобразователя переменного тока в постоянный, который выполнен с выпрямительными диодами и фильтрующим конденсатором. Я использовал активный однополупериодный выпрямитель и активный пиковый детектор с потерями.
Элементы цепи U2, D2 и D1 образуют однополупериодный выпрямитель, пропускающий только положительные напряжения аудиосигнала. Конденсатор C3 удерживает максимально положительное пропущенное напряжение, но это напряжение уменьшается по мере медленного протекания тока через R17. Выходное напряжение Vrmsp представляет собой нефильтрованное среднеквадратичное значение напряжения, которое становится управляющим сигналом.
Резистор R17 определяет скорость, с которой сигнал приближается к нулю после пика. Этот резистор стал потенциометром для заземления, чтобы действовать как элемент управления «размыканием», устраняя необходимость в отдельном элементе схемы «размыкания».
Теперь этот сигнал используется только в том случае, если он превышает установленный порог, поэтому следующим элементом схемы в цепочке является пороговая схема, которая на самом деле является самой сложной для понимания.
Я решил использовать инвертирующий вывод отрицательного управляющего напряжения на VCA. Таким образом, конечное управляющее напряжение будет иметь положительное значение, и чем оно больше, тем больше будет уменьшено усиление. Я использую инвертирующие усилительные каскады, поэтому управляющее напряжение переключает полярность между положительной и отрицательной после каждого инвертирующего каскада. Перед VCA есть еще два каскада усилителя. Таким образом, среднеквадратичное напряжение выходит положительным, тогда пороговое напряжение должно быть отрицательным, потому что каскад отношения инвертирует его, чтобы он снова был положительным, чтобы отправить на VCA.
К сожалению, это делает пороговую схему менее интуитивно понятной, поскольку она должна быть отрицательным порогом, устанавливаемым отрицательным уровнем напряжения.
Операционный усилитель в этом каскаде сконфигурирован как инвертирующий однополупериодный выпрямитель, но с некоторыми изменениями.
Цепь порога
Резисторы R8 и R9 являются двумя сторонами потенциометра ручки порога. Это устанавливает порог, а также уровень, который должен быть превышен вводом для передачи информации. Диоды блокируют прохождение сигнала до тех пор, пока оно не превысит напряжение на VTHcontrol.
Следующий этап — этап соотношения. Он сконфигурирован как простой инвертирующий операционный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления. Ручка коэффициента определяет долю сигнала, который будет проходить на операционный усилитель от VTH. К этому операционному усилителю также подключена ручка выходного усиления, которая регулирует уровень напряжения покоя на выходе операционного усилителя. Вокруг него сосредоточено управляющее напряжение.
Цепь соотношения
В приведенной выше схеме R15 и R13 представляют собой потенциометр, который управляет пост-усилением, а R11 — потенциометр для управления соотношением.
Если все это объединить, получится схема автоматической регулировки усиления, показанная ниже.
Схема управления усилением (АРУ)
Схема АРУ была смоделирована и отрегулирована в LTSpice, а затем я протестировал всю схему на макетной плате, чтобы проверить ее работу.
Схема на макетной плате
Наконец, я добавил источник питания в схему и завершил проектирование и разводку печатной платы с помощью DipTrace. Я выбрал алюминиевый корпус для платы и убедился, что размер платы соответствует этому корпусу. На печатной плате отсутствует полная заземляющая пластина, так как есть виртуальное заземление для облегчения звука на 4,5 вольт, установленное регулятором напряжения на 9питание вольт.
Окончательный дизайн печатной платы и плата, полученные от OSHPark, показаны ниже.
Печатная плата
Тестирование:
Печатная плата была протестирована на макете перед отправкой проекта. Я убедился, что он работает должным образом, и отрегулировал значения резисторов, чтобы убедиться, что элементы управления работают для всех положений ручки.