Портал для радиолюбителей, меломанов, аудиофилов и сочувствующих последним.

Схемы усилителей, регуляторов громкости и тембра, DAC, блоков питания и стабилизаторов и т.п.

Всё о регуляторе громкости А. Никитина (часть 5)

Регулятор громкости Никитина


Часть 5.

Согласование регулятора громкости с усилителем.

Для получения заявленных параметров, снижения искажений и обеспечения плавности регулирования громкости регулятор Никитина обязательно должен быть согласован с входным сопротивлением усилителя! Рассмотрим по порядку:

  1. Общие вопросы согласования регулятора.
  2. Согласование регулятора со схемами на ОУ и транзисторами.
  3. Согласование регулятора с ламповыми каскадами.

1. Общие вопросы согласования.

Для рассмотрения общих нюансов согласования регулятора громкости Никитина с усилителями обратимся к  статье «Искажения, возникающие в каскадах на ОУ при регулировании уровня сигнала», автор В.А.Свинтенок.

Целиком приводить её не буду (кому интересно, тот легко найдёт её на просторах Интернета). В ней автор, проведя не совсем корректные и неполные эксперименты, подтвердил известный факт, что усилители в инвертирующем включении звучат лучше и имеют меньшие искажения, чем усилители  в неинвертирующем включении. Эту особенность давно заметили и попытались объяснить Дуглас Селф и Николай Сухов (автор того самого «усилителя высокой верности»). Последний пришёл к выводу, что подобный эффект вызван тем, что в неинвертирующем включении переход б-э входного транзистора оказывается вне цепи общей отрицательной обратной связи, из-за чего не компенсируется ёмкость Миллера. Соответственно, для усилителя с полевыми транзисторами на входе подобный эффект либо значительно слабее, либо не наблюдается вовсе.

Та вот, в экспериментах описанных в статье поучаствовал и регулятор громкости Никитина. Порой, правда, не совсем корректно. Не понятно, зачем нужно было снимать характеристики ненагруженного регулятора??? Ещё раз повторю, что для обеспечения заявленных параметров (шаг регулировки, равномерность регулировки, диапазон регулировки и т.д.) регулятор обязательно должен быть согласован с нагрузкой!!!

Примечание: в указанной статье регулятор громкости Никитина чаще упоминается как «регулятор громкости лестничного типа».

Итак, наиболее интересные и полезные выводы из статьи:

...Как было показано выше, неинвертирующее включение ОУ с резисторами на входах не позволяет реализовать предельный потенциал у большинства микросхем по нелинейным искажениям. Инвертирующее включение дает ряд лучших характеристик: меньшие нелинейные искажения, более короткий и «мягкий» спектр искажений, отсутствие «порога» (резкого возрастания высших гармоник в спектре), на искажения и спектр не оказывает влияние внутреннее сопротивление источника сигнала.

схема регулятора громкости

Стандартное построение регулятора уровня с буферным повторителем в инвертирующем включении представлено на Рис.15.  На практике такая схема используется довольно редко и связано это со следующим. Чтобы сохранить входное сопротивление схемы на уровне значения сопротивления Rп и закон изменения сопротивления от угла поворота ручки потенциометра необходимо, чтобы для резисторов схемы выполнялось условие R > Rп (в 3 и более раз). Чтобы получить приемлемое входное сопротивление схемы приходится выбирать достаточно высокоомные резисторы R. А это ведет в свою очередь к повышенному уровню шума схемы.

Тем не менее, рассмотрим эту схему в качестве отправной схемы для этого типа включения.

    Для схемы, представленной на Рис.15 максимальные искажения будут в верхнем положении движка потенциометра Rп и соответствуют повторителю в инвертирующем включении. Далее по мере снижения уровня сигнала на выходе потенциометра пропорционально начнут снижаться и искажения на выходе ОУ. В связи с чем, охарактеризовать поведение активного элемента в регуляторе достаточно описанием его в одной точке – в точке наблюдения максимальных искажений.

    В Таблице 10 приведены коэффициенты гармоник для входного напряжения 2 и 4 вольта для инвертора собранного по схеме Рис.15 при номинале резисторов R = 5кОм и при коэффициенте передачи регулятора Кр = -1.

Таблица 10.

 

Таблица 10 (1)

Тип мс

OPA2134

AD8620

NE5532

OP275

Uвх(в)

4

2

4

2

4

2

4

2

Кг7%(5к)

0,00022

0,0001

0,0002

0,0001

0,000066

0,000035

0,000062

0,00004

 

Таблица 10 (2)

Тип мс

LME49860

AD8066

AD826

JRC2114

Uвх(в)

4

2

4

2

4

2

4

2

Кг7%(5к)

0,000012

6*10-6

0,000032

0,000024

0,0004

0,00018

0,000092

0,000039

 

Таблица 10 (3)

Тип мс

THS4062

AD8599

LT1220

AD825

Uвх(в)

4

2

4

2

4

2

4

2

Кг7%(5к)

0,00045

0,00017

0,00081

0,00025

0,00042

0,00012

0,00067

0,00024

 

Таблица 10 (4)

Тип мс

LME49710

LM6171

 

 

Uвх(в)

4

2

4

2

 

 

 

 

Кг7%(5к)

0,000013

5,2*10-6

0,00044

0,00019

 

 

 

 

Анализируя данные приведенные в Таблице 10 можно заметить, что выбор микросхем для построения регуляторов уровня сигнала с малыми искажениями значительно шире.

 Лучшие микросхемы в этом включении LME49860, LME49710 и AD8066. Помимо прекрасных характеристик по нелинейным искажениям у них и прекрасный спектр искажений: 2 – 3 гармоники при входном напряжении четыре вольта.

 Прекрасные характеристики и у JRC2114, OP275 и NE5532. Спектры у первых двух микросхем содержат 4 – 5 гармоник при входном напряжении 4 вольта, а вот у NE5532 он длинный, с провалом. Ее лучше использовать при входном напряжении меньше четырех вольт.

 Хорошие спектры (четыре гармоники) при входном напряжении 4 вольта и у AD826, THS4062, LT1220. Микросхемы OPA2134, AD5599 и AD8620 лучше использовать при входном напряжении два и менее вольта. У LM6171 в инвертирующем включении искажения существенно выше, а характер и поведение спектра от напряжения питания такое же что и в неинвертирующем включении.

 Как было выше сказано, на практике реализовать высокий потенциал по искажениям у данного типа регулятора проблематично из-за присущих этому включению недостатков. Так для получения входного сопротивления близкое к 10кОм необходимо в схеме инвертора выбирать довольно высокоомные резисторы (более 30кОм), что приведет к существенному росту шума регулятора и сократит количество микросхем способных на достаточно качественном уровне работать в этом включении. В значительной мере эти проблемы можно решить, если в  этом включении использовать регулятор уровня сигнала «лестничного» типа...

…для осуществления этого необходимо нагрузочный резистор регулятора отключить от общего провода и подключить к инвертирующему входу ОУ, как это показано на Рис.16.

схема регулятора громкости

Все достоинства этого регулятора в таком включении сохраняются. При коэффициенте передачи регулятора 0дБ схема представляет собой инвертор с единичным усилением и с входным сопротивлением 10кОм. Максимальные искажения такого регулятора соответствуют и максимальному сигналу на входе инвертора и будут соответствовать значениям данных приведенных в Таблице 10. На входе регулятора можно включить RC цепочку для ограничения высоких частот без опасения увеличения нелинейных искажений. По мере снижения напряжения будут снижаться и искажения, что является нормальным и естественным свойством регулятора в этом включении.

    Максимальный коэффициент ослабления сигнала и частотная характеристика определяются максимальным затуханием регулятора и его частотной характеристикой

    Забегая несколько вперед, можно сказать, что это одно из лучших решений позволяющее получить минимально достижимые нелинейные искажения с «мягким» и коротким спектром. В этом включении достижимы искажения, не превышающие уровень единиц стотысячных при 4 вольтах на входе с монотонным снижением искажений по мере увеличения коэффициента затухания регулятора.

    Единственно «не сильное» место регулятора – шумы. Они будут определяться резисторами (эквивалентное значение не более 6кОм) и коэффициентом передачи инвертора по шуму (равное двум)…

Надо также отметить, что в ходе экспериментов при неинвертирующем включении усилителя автором был выявлен рост искажений при увеличении монтажной ёмкости регулятора. Поэтому при сборке схемы в таком варианте следует уделить особое внимание элементам регулятора, их расположению и способу монтажа!

2. Согласование регулятора громкости Никитина со схемами на ОУ и транзисторах.

Пример согласования регулятора громкости Никитина с неинвертирующим усилителем:

схема регулятора громкости с неинвертирующим усилителем

Здесь входное сопротивление усилителя определяется значением резистора R11. Для согласования с регулятором громкости его номинал выбран 10 кОм. В случае необходимости получения большего усиления от ОУ можно увеличить номинал резистора R12.

Напомню, что в данной схеме не полностью реализуется потенциал операционного усилителя (по параметрам и качеству звучания) и схема довольно чувствительна к ёмкости (качеству) монтажа. Поэтому её рекомендуется использовать только в случае крайней необходимости.

При использовании ОУ в инвертирующем включении указанные выше недостатки устраняются:

схема регулятора громкости с инвертирующим усилителем

Здесь входное сопротивление усилителя определяется номиналом резистора R11. Для согласования с регулятором громкости Никитина его значение выбрано 10 кОм.

Внимание! В приведенных схемах номиналы резисторов указаны для согласования регулятора громкости Никитина с нагрузкой 10кОм. Если регулятор рассчитан на другую нагрузку (например с помощью таблицы из второй части  ) номиналы указанных резисторов надо изменить на соответствующие.

Пример согласования регулятора с реальным усилителем:

на рисунке представлен входной каскад модернизированного усилителя мощности В.Короля:

схема входного каскада

Каскад выполнен по двухтактной схеме, и при идентичных параметрах комплиментарных транзисторов Т1 и Т2 за счёт взаимной компенсации базовых токов входное сопротивление такого каскада будет определяться, в основном, номиналом резистора R1.

Для согласования такого усилителя с регулятором громкости Никитина (на 10кОм) достаточно установить резистор R1 номиналом 10кОм:

схема регулятора громкости с усилителем

3. Согласование регулятора громкости Никитина с ламповыми каскадами.

Подозреваю, что некоторым читателям входное сопротивление регулятора (10кОм) может показаться относительно низким. Хотя в большинстве современных аппаратов (звуковые карты, CD/DVD проигрыватели) на выходе стоят буферы, которые позволяют подключать нагрузку не менее 2кОм, однако…

Вдруг кто-то захочет нагрузить ламповый каскад на данный регулятор.

В этом случае, если на выходе отсутствует катодный повторитель, для согласования относительно низкого входного сопротивления регулятора с высоким выходным сопротивлением схемы (резистивного лампового каскада или SRPP) можно использовать буферный каскад, предложенный Зызюком (его надо включить между выходом лампового каскада и регулятором громкости):

схема буферного каскада

Настройка схемы (выполняется при закороченном входе – свободный вывод С1 соединить с «общим» проводом схемы):

  1. резистором R4 выставляется ток покоя VT2 равный 35мА.
  2. резистором R1 выставляется «0» постоянного напряжения на выходе схемы.

При указанном токе и напряжениях радиаторы для транзисторов не требуются.

Удачи в творчестве, качественного звука и работающих схем!


Понравилась статья? Расскажи друзьям:

0

Похожие статьи:


Следите за новостями портала:


Новое в "РадиоГазете"

  • Victor

    Автор невнимателен или не разобрался о сути фрагмента той части статьи выдержки из которой он приводит:

    1. «Не понятно, зачем нужно было снимать характеристики ненагруженного регулятора???»

    Приведу соответствующий текст фрагмента статьи:

    «Вторая возможность симметрирования представлена на Рис.11. Для ее осуществления необходим только один регулятор. Это возможно осуществить благодаря тому, что со стороны входа регулятор «лестничного» типа имеет постоянное входное сопротивление (10кОм). Изменив его включение на обратное (поменяв вход на выход) получим со стороны входа ОУ постоянное выходное сопротивление регулятора. Сигнал при этом необходимо подавать через последовательно включенное сопротивление 10кОм на выход регулятора.»

    Указанный резистор 10кОм и является в данном случае нагрузкой лестничного аттенюатора, так как схема его включения обратная. Это хорошо видно и из схемы Рис.10. Все это предпринято с целью снижения искажений в регуляторе, достигаемое в силу симметрирования входов ОУ.

    2. Следует также уточнить и следующее:

    «Надо также отметить, что в ходе экспериментов при неинвертирующем включении усилителя автором был выявлен рост искажений при увеличении монтажной ёмкости регулятора.»

    Рост искажений в данном случае вызван не наличием паразитной емкости, а разбалансировкой входов ОУ. При обычном включении лестничного аттенюатора наличие паразитной емкости регулятора приведет к изменению его АЧХ.

  • Главный редактор

    По поводу первого пункта:

    автор статьи снимал характеристики АБСОЛЮТНО ненагруженного регулятора. Точнее он был нагружен на входное сопротивление измерительного прибора, которое, как правило, очень высоко. Потому получил весьма странный график, из которого следовало, что регулятор нормально регулировать ничего не должен.

    Всё встало на свои места, когда к регулятору прицепили согласованную нагрузку.

    Согласование регулятора с нагрузкой ОБЯЗАТЕЛЬНОЕ условие для его нормальной работы!

Поиск по сайту:

Рубрики:

Самое читаемое:

Последние комментарии:

Вход:

Подписаться на новые выпуски РадиоГазеты:


Новое в "РадиоГазете"
Подписаться письмом


Контакты:

Если Вы хотите:
  1. Предложить свои материалы для публикации,
  2. Сообщить о неработающей ссылке,
  3. Поделиться своими впечатлениями или замечаниями по сайту,
пожалуйста, воспользуйтесь для этого
формой для контактов
.

Тираж: