Тонкомпенсированный электронный регулятор уровня
Категория Схемы аудиотехники материалы в категории Подкатегория Схемы устройств коммутации и индикации аудиосигналов и предусилителей
Л. ЛЕВИЦКИЙ, г. Мытищи Московской обл.
Радио, 1998 год, №5
Этот относительно простой регулятор уровня сигнала выполнен на дискретных элементах. Его можно рекомендовать радиолюбителям, которые хотят ввести в свою аппаратуру электронные регуляторы, но не могут приобрести соответствующие микросхемы. Данный регулятор, при условии подбора элементов, позволяет получить параметры, необходимые для применения в высококачественной аппаратуре звуковоспроизведения.
Предлагаемый электронный регулятор уровня, в отличие от регулятора громкости, который может быть и тон-компенсированным, выполнен по схеме сдвоенного дифференциального каскада, в котором звуковой сигнал подается в цепи эмиттеров, а коэффициент передачи изменяется в широких пределах посредством управления по цепи базы транзисторов.
В микросхемах электронных регуляторов на транзисторах одной структуры (например К525ПС1) коллекторы дифференциальных каскадов нагружены на резисторы, подключенные к шине питания +Uпит (рис. 1). Сопротивление резисторов R3 и R4 гораздо ниже динамического сопротивления транзисторов VT1 — VT4, поэтому шумы и пульсации с шины питания поступают на выход без ослабления. Вследствие этого требуются источники питания с низким уровнем пульсаций.
Кроме того, такая структура не позволяет получить непосредственно максимальный размах выходного сигнала ±12 В при напряжении питания ±15 В, да и коэффициент нелинейных искажений получается значительным. Перечисленные факторы затрудняют применение таких устройств для регуляторов громкости в высококачественной аппаратуре.
Если каскад выполнить по симметричной схеме (рис. 2)
то помехи по цепи питания можно значительно уменьшить. Помимо этого, здесь сигнал всегда остается симметричным, т.е. четные гармоники ниже, чем в исходном варианте. Но максимальный уровень выходного сигнала регулятора в таком включении транзисторов ограничен еще больше: он составляет всего около 300 мВ. Чтобы его увеличить, возможно, конечно, «развести» напряжение на базах транзисторов вплоть до величины ±( |Uпит| -1 В), но это потребует заметного усложнения устройства.
Проблему можно решить проще — подключением выхода регулятора к инверсному входу охваченного обратной связью ОУ в инвертирующем включении (действующего как преобразователь ток — напряжение). Его выходное напряжение зависит от отношения сопротивления резистора цепи обратной связи к сопротивлению источника сигнала (для ОУ). Максимальная же амплитуда сигнала при этом будет стандартной для конкретного типа ОУ и составит не менее 9 В, практически без повышения уровня гармоник.
В таком варианте регулятора полоса рабочих частот сузится до той, которую способен обеспечить этот ОУ, но для применения в звукотехнических устройствах имеются вполне современные ОУ с отличными параметрами.
Полная схема электронного регулятора (рис. 3) несколько сложнее функциональной. Такой регулятор использован для управления уровнем громкости в составе усилителя аудиокомплекса. Транзисторы VT1 — VT4 представляют собственно электронный регулятор. Входной сигнал звуковой частоты через резисторы R4 и R5, преобразующие входное напряжение в ток, подается в точки соединения эмиттеров VT1, VT2 и VT3, VT4 соответственно. Базы транзисторов VT2 и VT3 соединены с общим проводом через резистор R1, а на VT1 и VT4 подается управляющее напряжение в пределах -50...+50 мВ, что приводит к перераспределению тока коллекторов VT1 — VT4 либо на общий провод, либо на инверсный вход ОУ DA1. Последний усиливает его в соотношении R10/[(R4 • R5)/(R4 + R5)] для максимального коэффициента передачи сигнала.
Для приведенной схемы коэффициент максимального усиления Кмакс= 4,4. Изменением резисторов R4, R5 и R10 его можно сделать практически любым, допускаемым для применяемого ОУ.
При таком построении все транзисторы регулятора работают при практически неизменном напряжении на коллекторах, и поэтому гармонические искажения не возникают. Основным источником искажений остается ОУ, им и определяется качество регулятора в целом.
Примененный ОУ может быть заменен другим, с малым коэффициентом гармоник на звуковых частотах и скорректированный для единичного усиления. В электронном регуляторе некоторые ОУ целесообразно дополнить двумя дополнительными транзисторами VT5, VT6 для снижения переключательных искажений выходного каскада (перевод в режим работы в классе А при снижении выходного тока). Но это вовсе не обязательно.
Транзисторы в регуляторе допустимо применять и другие: например, комплементарные пары серий КТ3107 и КТ3102, КТ315 и КТ361 с любыми буквенными индексами при условии, что их коэффициент передачи тока базы более 100 в диапазоне токов регулирования. Если он заметно падает при уменьшении тока коллектора, то это создает дополнительные искажения. Полевой транзистор может быть серии КП307. Все резисторы МЛТ - 0,125, электролитические конденсаторы — К50-6 или аналогичные, входной конденсатор — с пленочным диэлектриком (например серии К73).
В данном регуляторе напряжение на транзисторах практически постоянно, но токи меняются значительно, и с целью уменьшения этих изменений ток смещения дифференциальных каскадов выбран в несколько раз большим, чем входной.
Нужно также обратить внимание на необходимость установки дополнительных резисторов R1 и R3; без них усилитель возбуждается. Возможно, что окажется достаточно одного R1, допустимо также уменьшить их сопротивление, но не ниже 200 Ом.
Источник питания допустимо использовать с нестабилиэированным напряжением, но с достаточно хорошим подавлением пульсаций (до порядка 0,01...0,1%).
Настройка регулятора заключается в следующем. Сначала при максимальном коэффициенте передачи (Uyпр = +50 мB) устанавливают нулевое смещение на выходе ОУ подбором резистора R6 (или R7). В авторском экземпляре регулятора такого подбора не потребовалось (допустимо отклонение сопротивлений резисторов до 5 — 10%).
Несколько больше влияет на этот параметр разница в напряжении UБЭ для транзисторов регулятора (при одинаковом токе). После проверки и, если нужно, установки нуля на выходе ОУ при максимальном коэффициенте передачи проверяется постоянная составляющая при уменьшении усиления на 6 дБ (Uyпp= 0), когда отклонение достигает максимума.
В авторском варианте в каждом из каналов регулятора отклонение от нуля достигало 1...3 В. Исправить это можно либо подбором одного из транзисторов регулятора (любого), либо введением цепи смещения в разрыв между базами пары транзисторов (тоже любой). Можно, однако, как и автор, оставить это без дополнительной балансировки или подбора, так как даже в худшем случае для неискаженного сигнала остается размах сигнала до напряжения ±5 В.
От своих аналоговых собратьев регулятор отличается более низким коэффициентом гармоник (менее 0,2 %), а от цифровых — возможностью обрабатывать входные сигналы с напряжением, сколько угодно превышающим питающее, и отсутствием модуляции сигнала регулирующим. Кроме того, регулировка уровня имеет плавный характер (если управляющее напряжение изменяется без скачков). Если управляющее напряжение создавать цифровым методом, то появится дискретность, но без модуляции.