Управляемый усилитель напряжением: 4.36. Некоторые полезные идеи

Как разработать простой, управляемый напряжением, двунаправленный источник тока

Добавлено 16 ноября 2020 в 06:45

Сохранить или поделиться

В данной статье представлен высокопроизводительный источник тока, для которого требуется всего несколько легкодоступных компонентов.

Когда всё, что вы делаете, это рисуете схему, источники напряжения и тока одинаково легко реализовать. Однако, войдя в реальный мир схемотехники, мы постепенно понимаем, что создание более или менее стабильного тока по какой-то причине намного сложнее, чем создание более или менее стабильного напряжения. Однако это не меняет того факта, что источники тока иногда очень полезны, и хорошо, что умные инженеры создали множество практических схем источников тока.

Краткий обзор источника тока

В данной статье я хочу поделиться с вами интересным источником тока, который я нашел в старой заметке по применению, опубликованной Linear Technology. Однако сначала я должен упомянуть другие типы источников тока, которые обсуждаются в существующих статьях на RadioProg.

Если вы хотите перейти на уровень транзисторов, у нас есть статьи о токовом зеркале на MOSFET транзисторах и токовом зеркале на биполярных транзисторах. Если вы предпочитаете использовать операционные усилители, источник тока Хауленда вырабатывает ток, управляемый напряжением, и требует только одного операционного усилителя и четырех резисторов.

Рисунок 1 – Источник тока Хауленда

Если вам не нравится работать с дискретными транзисторами и (по какой-то причине) у вас нет под рукой операционных усилителей, возможно, вы захотите преобразовать один из ваших линейных стабилизаторов напряжения в источник тока.

Источник тока Джима Уильямса

Это ни в коем случае не официальное название схемы, и я, конечно, не хочу иметь в виду, что это единственный источник тока, который когда-либо проектировал Джим Уильямс – я не удивлюсь, если узнаю, что он придумал полдюжины инновационных, высокопроизводительных схем источников тока. Тем не менее, он является автором заметки о применении, и я не знаю, как еще назвать эту схему.

Как показано на схеме ниже, для этого источника тока требуются две микросхемы усилителей и несколько пассивных элементов.

Рисунок 2 – Схема источника тока, управляемого напряжением. Взята из технического описания LT1102

LT1006 – это типовой прецизионный операционный усилитель, а LT1102 – высокоточный инструментальный усилитель. Информация по применению была опубликована в 1991 году, так что это старые микросхемы. Я использовал LT1006 и LT1102 в своем моделировании (которое будет обсуждаться в следующей статье), чтобы убедиться, что в моделировании всё соответствует исходной конструкции, и, фактически, интернет-магазины по-прежнему классифицирует оба этих компонента как «производимые». Тем не менее, я рекомендую вам поэкспериментировать с некоторыми более новыми (и предположительно более производительными) заменами этих устаревших микросхем.

В следующем списке представлены некоторые характеристики схемы источника тока Джима Вильямса.

• Она управляется напряжением и является двунаправленной – величина и направление тока нагрузки определяются величиной и полярностью входного напряжения.
• В качестве опорной точки она использует землю; одна сторона сопротивления нагрузки подключена непосредственно к земле.
• Как показывает формула, включенная в рисунок выше, на величину тока также влияет R, то есть номинал резистора, помещенного между входными выводами инструментального усилителя.
• Если для R вы используете резистор очень высокой точности, и погрешность, вносимая этим компонентом, незначительна, начальная точность и температурная стабильность схемы соответствуют точности коэффициента усиления и температурному коэффициенту инструментального усилителя.
• Схема имеет хорошую стабильность и совместима с быстрыми изменениями входного напряжения.

Принцип работы схемы

Ключом к работе этого источника тока является использование инструментального усилителя. Измеряя напряжение на фиксированном сопротивлении, включенном последовательно с нагрузкой, мы можем генерировать выходной ток, на который не влияет значение сопротивления нагрузки.

Ниже представлена моя попытка пошагового объяснения того, как работает эта схема.

Рисунок 3 – Пояснение работы схемы источника тока

1. Операционный усилитель (A1) работает в схеме с отрицательной обратной связью. Наличие инструментального усилителя (A2) в тракте обратной связи не меняет того факта, что петля обратной связи замкнута.
2. Наличие отрицательной обратной связи позволяет нам использовать упрощение о виртуальном коротком замыкании. Таким образом, выход A2 должен быть равен входному напряжению.
3. Виртуальное короткое замыкание не возникает из ниоткуда; скорее, виртуальное короткое замыкание вызвано действием выхода операционного усилителя. Поскольку A2 имеет коэффициент усиления 100, выход A1 будет делать всё необходимое, чтобы напряжение на R было равно входному напряжению, деленному на 100.
4. Поскольку R – фиксированное сопротивление, и поскольку напряжение на R всегда пропорционально входному напряжению, мы знаем из закона Ома, что ток через R всегда будет пропорционален входному напряжению.
5. Поскольку нагрузка включена последовательно с резистором R, выходной ток всегда пропорционален входному напряжению, независимо от сопротивления нагрузки (конечно, в определенных пределах – например, вы не сможете обеспечить ток 10 мА через нагрузку 1 МОм, конечно если вы не сможете найти усилители, которые принимают напряжение питания до 10 000 В или около того).
6. Конденсатор и другой резистор определяют частотную характеристику схемы, и я предполагаю, что их значения были выбраны таким образом, чтобы создать необходимый запас по фазе.

Заключение

Мы рассмотрели простую схему двунаправленного источника тока, которая построена на основе высокоточного операционного усилителя и высокоточного инструментального усилителя.

В следующей статье мы воспользуемся моделированием LTspice для дальнейшего изучения работы и производительности этой схемы.

Оригинал статьи:

Теги

Двунаправленный источник токаИнструментальный усилительИсточник токаОУ (операционный усилитель)Токовое зеркалоУправление с помощью напряжения

Сохранить или поделиться

9.

2. Усилители, управляемые напряжением

ных входа: инвертирующий Вх(–) и неинвертирующий Вх(+). Это означает, что входной сигнал здесь можно подаватьотносительно общей точки либо на любой вход, либо на оба входа. В последнем случае усилитель воспринимает только разность входных сигна-

лов ∆Uвх =Uвх(+) – Uвх(–).

Рабочие точки транзисторов дифференциального каскада смещаются токовым зеркалом, выполненным на транзисторах 1 и 2. Оно температурно стабилизировано диодом 7. Поскольку в токо-

вом зеркале Iу = IэΣ, то суммарным током эмиттеров можно управлять подачей управляющего тока Iу через внешний вывод микросхемы. Управляющий ток можно задавать либо регулируемым источником напряжения и последовательно с ним включенным высокоомным резистором или дополнительным внешним управляющим токовым зеркалом.

Таким образом, в данной схеме, изменяя Iу, можно менять токи коллекторов. В силу идентичности транзисторов каскада при

∆Uвх = 0 коллекторные токи покоя одинаковы, т. е. Iк03 = Iк04 = Iу/2. При ∆Uвх ≠ 0 коллекторные токи начинают разниться тем больше, чем больше ∆Uвх, а именно Iк3 = Iк03 ± ∆I = Iу/2 ± ∆I, а Iк4 =

= Iу/2 – ∆I. Эта разность коллекторных токов, зависящая от ∆Uвх и

+

Iу, преобразуется последующими токовыми зеркалами с коэффициентом передачи, приблизительно равным единице, в выходной ток Iвых, наблюдаемый относительно общей шины усилителя.

Зависимость коллекторных токов от ∆Uвх определяется известным соотношением

∆Uвх = (kT/q) ln(Iк4/Iк3).

При малых, порядка единиц милливольт, ∆Uвх коллекторные токи отличаются столь мало, что предыдущее соотношение можно представить первым членом его разложения в ряд Тейлора:

∆Uвх = (kT/q) ln(Iк4/Iк3) ≈ (kT/q) [(Iк4 – Iк3)/Iк4].

Поскольку Iк3 = Iк4 = Iу/2, то

∆Uвх ≈ (2kT/q) [(Iк4 – Iк3)/Iу]

или

∆Uвх(Iуq/2kT) = gm ∆Uвх = Iк4 – Iк3= Iвых,

где gm = Iуq/2kT – крутизна характеристики усилителя – его проводимость или коэффициент передачи.

RS Components – Offline Error Page

RS Online is temporarily unavailable.

Our website is currently unavailable to allow us to carry out improvements to the
site. Please accept our apologies for the inconvenience. Click below to find out
your local service details during this maintenance period.

We are still accepting your orders using the following order lines via fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Telephone: 11 4371-1025/2525, 11 4372-7140/7163

Fax: 11 4372-2551

We are still accepting your orders using the following order lines via fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Tel: +994 (12) 5962246, +994 (12) 5962247

Fax: +994 (12) 5962276

Mob: +994 (50) 2208426

We are still accepting your orders using the following order lines via fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Tel: +97317312151

Fax: +97317312161

We are still accepting your orders using the following order lines via fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Telephone: (22) 2105-7777

Fax: (22) 2773-5038

We are still accepting your orders using the following order lines via fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Telephone: 55 11 5506 7588

Fax: 55 11 5506 7588

RS internet stranice trenutno nisu dostupne.

Primite naše isprike poradi mogućih problema uzrokovanih njihovom nedostupnosti.

Vaše narudžbe i upite možete slati emailom, telefaksom ili telefonima.

Telefoni: 033/ 715 435, 716 011, 716 010 (radnim danima od 08:00h-17:00h)

Telefaks: 033/ 715 436

Seguimos recibiendo sus solicitudes vía telefónica, fax o correo electrónico.

Lamentamos los inconvenientes que esto le pueda haber ocasionado.

Central: (+56 2) 600 668 1400 (08:45 hrs. a 18:15 hrs. Lunes a Viernes)

Desde móviles (+56 2) 2822 8000


Fax: (+56 2) 668 1410

Ispričavamo se, RS Internet stranice trenutno nisu dostupne.

Vaše narudžbe i upite možete slati emailom, telefaksom ili telefonom.

Telefoni: 01/ 6191 671, 6191 673 (radnim danima od 08:00h-16:00h)

Telefaks: 01/ 6191 677

Za sve informacije glede Internet stranica nazovite: 091/ 6191 673

We are still accepting your orders using the following order lines via fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Tel: 00357 2237 6450 (08:00-16:00 Monday-Friday)

Fax: 00357 2237 6591

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Tel: +20-26900890, +20-26900892 (Sat-Wed 08:00-13:00, 16:00-19:00, Thurs 08:00-13:00)

Fax: +202 24187105

Hetkel võtame Teie tellimusi vastu telefonitsi ja emaili teel.


Vabandame tekitatud ebamugavuste pärast.

Tel: +372 6 59 3620 (08:30-17:00 E-R)

Faks: +372 659 3601

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Tel: +44 (0) 1536 444215 (09:00-17:15 Monday-Friday)

Fax: +44 (0) 1536 209380

Voimme edelleen ottaa tilauksia vastaan puhelimella, faxilla tai sähköpostilla.


Pahoittelemme tämän katkoksen mahdollisesti aiheuttamia hankaluuksia.

Puh: +358 (0)10 2891 220 (08:00-16:00 ma-pe)

Fax: +358 (0)10 2891 270

Μπορούμε να δεχθούμε τις παραγγελίες σας μέσω φαξ ή email.


Λυπούμαστε για την αναστάτωση.

Τηλ: 2106755100 (08:00-16:00 Δευτέρα-Παρασκευή)

Φαξ: 2106755113

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Tel: +91 (0) 120 4519100 (08:30-17:30 Monday-Friday)

Fax: +91 (0) 120 4519198/99

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Tel: 03-9517222

Fax: 03-9517224

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Telephone: + 962 06 5540316 / 7

Fax: + 962 06 5541574

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Tel: +7 (727) 2792447, +7 (727) 2792064

Mob: +7 (701) 7353371

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Telephone: 22452775, 22458328, 22432467

Fax: 22452776, 22458329

Mēs joprojām strādājam un pieņemam Jūsu pasūtījumus pa telefonu, faksu un e-pastu.

Lūdzu pieņemiet mūsu atvainošanos par sagādātajām neērtībām.

Tālrunis: 371 67185567

Fakss: 371 67185563

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Telephone: (+961) 1.346372, (+961) 1.346373

Fax: (+961) 1.738599

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Tel: +218.21.369 8555 (08:30-17:00 Saturday-Thursday)

Fax: +218.21.369 3795

Kol puslapis yra nepasiekiamas užsakymus galite pateikti telefonu, faksu ar el.
paštu.

Atsiprašome už nesklandumus.

Tel. +370 5 2397850 (pirmadieniais — penktadieniais nuo 8:00 iki 17:00 val.)

Faks. +370 5 2397861

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Tel: 2381 5203 205 (08:00-17:00 Monday-Friday)

Fax: 21 49 90 68

Seguimos recibiendo sus solicitudes vía telefónica, fax o correo electrónico.

Lamentamos los inconvenientes que esto le pueda haber ocasionado.

RS web nije dostupan.

Primite naše isprike zbog mogućih problema uzrokovanih njegovom nedostupnosti.

Vaše narudžbe i upite možete slati emailom, telefaksom ili telefonima.

Telefoni: +3851/ 6191 671, 6191 673 (radnim danima od 08:00h-17:00h)

Telefaks: +3851/ 6191 677

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Telephone: +(968) 24 704391

Fax: +(968) 24 793501

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Telephone: +92 (0) 51-2261841-2

Fax: +92 (0) 51-2261840

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Telephone: (511) 01219-7229

Fax: (511) 01447-5511 anexo 100

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Telephone: +974 4320469 / 4424313

Fax: +974 4442838 / 4438866

Acceptam in continuare comenzile dumneavoastra trimise prin telefon, fax, sau email.

Ne cerem scuze pentru inconvenientul creat.

Tel: 021 304 62 33 (08:15-17:15 Luni-Vineri)

Fax: 021 304 62 34

На сайте ведутся технические работы. Вы можете связаться с нами по электронной почте, факсу или телефону, указанным ниже.
Приносим извинения за временные неудобства.

Тел. / факс: 8-800-100-777-1

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Telephone: +966 1 4633117 (Sat-Wed 08:00-13:00 16:00-19:00, Thurs 08:00-13:00)

Fax: +966 1 4652766

RS web nije dostupan.

Primite naše isprike zbog mogućih problema uzrokovanih njegovom nedostupnosti.

Vaše narudžbe i upite možete slati emailom, telefaksom ili telefonima.

Telefon: 021/ 4758 555 (radnim danima od 08:00h-17:00h)

Telefaks: 021/ 6432 283

Naďalej akceptujeme Vaše objednávky poslané faxom alebo emailom.

Príjmite, prosím, naše ospravedlnenie za spôsobené nepríjemnosti.

Telefón : +421232786079 (8am — 4pm)

Fax: +421232786078

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Telephone: 00216 71 862 095, 00216 71 862 205

Fax: 00216 71 862 394

Su anda yapilmakta olan iyilestirme ve gelistirme çalismalari sebebiyle websitemiz
hizmet disidir.

Verdigimiz rahatsizlik için sizlerden özür dileriz. Bu sürede bize ulasmak isterseniz
iletisim bilgilerimiz asagidadir.

Tel : 0212 210 05 07 (Haftaiçi hergün 08:30-17:30)

Fax: 0212 210 05 08

Мы по-прежнему принимаем Ваши заказы по телефону, факсу или электронной почте.

Приносим извинения за причиненные неудобства.

Tel: +38 (044) 501-55-41 (09:00-18:00 понедельник-пятница)

Fax: +38 (044) 501-55-41

We are still accepting your orders using the following order lines via telephone,
fax or email.

Please accept our apologies for any inconvenience caused by this.

Tel: +971 4 3433444 (07:30-17:30 Sunday-Thursday)

Fax: +971 4 3437788

Усилители с управляемым коэффициентом усиления

    Магнитные усилители характеризуются коэффициентами усиления мощности (отношение рабочего тока к управляющему) усиления напряжения (отношение напряжения на нагрузке к напряжению управляющей цепи усилителя). Обычно коэффициент усиления мощности в усилителях, применяемых в электрооборудовании электровакуумного производства, не превышает 200. В технике существуют конструкции магнитных усилителей с коэффициентом усиления до 5000. [c.49]








    УСИЛИТЕЛИ С УПРАВЛЯЕМЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ УСИЛЕНИЯ [c.162]

    В согласии с этой аналогией, часть системы автоматического терморегулирования, состоящую из управляющего устройства, нагревателя, регулируемого объекта и чувствительного элемента, можно назвать температурным усилителем с коэффициентом усиления . . Это означает, что небольшое изменение заданной (входной) величины увеличивается в а раз после прохождения через такой усилитель. В общем случае изменение выходной величины будет несколько отставать во времени от изменения входной величины. В большинстве случаев запаздывание будет в основном определяться медленностью процесса теплопередачи, тогда как запаздыванием из-за электрических и механических причин можно будет с уверенностью пренебречь. Если входная величина будет изменяться медленно, то запаздывание выходной величины будет меньшим, чем в случае быстрого изменения. Для удобства количественного выражения этого процесса запаздывания допустим, что входная величина изменяется синусоидально . Тогда это постоянное запаздывание можно будет представить как некоторый сдвиг фазы, изменяющийся с частотой сигнала. Соотношение между запаздыванием и сдвигом фазы становится ясным при рассмотрении рис. 9 запаздывание в п периодов колебаний эквивалентно сдвигу фазы на 2яи радианов. При более высоких частотах данное постоянное [c. 44]

    Когда условия устойчивости электрогидравлического усилителя удовлетворяются и постоянные времени Т . оказываются значительно меньше постоянных времени управляемых усилителем устройств (другого гидроусилителя или исполнительного гидродвигателя), можно структурную схему, изображенную на рис. 13.6, заменить одним пропорциональным звеном с коэффициентом усиления [c.377]

    Диодный выпрямитель питается напряжением сигнала, поступающим обычно с оконечного каскада усилителя, причем на катод диода подается задерживающий опорный положительный потенциал /огр. Как только выходное напряжение усилителя /вых превысит /огр, на выходе выпрямителя появится отрицательное напряжение. Будучи приложенным после дополнительного усиления к управляющим сеткам усилительных каскадов, это отрицательное напряжение понизит усиление каскадов. При этом, если коэффициент усиления усилителя постоянного тока достаточно высок, то /вых будет лишь незначительно превышать /огр при изменениях входного 162 [c. 162]

    Прибор вместе с объектом регулирования представляет собой статический регулятор с обратной связью, в котором ошибка регулирования зависит от силы выходного тока. Каждому значению разбаланса на входе регулятора соответствует определенная сила выходного тока. В результате применения усилителя с большим коэффициентом усиления максимальная ошибка регулирования при полной силе тока не превышает 0,01 В. Регулирование потенциала достигается изменением величины поляризующего тока. Потенциостат состоит из задатчика, высокоомного вольтметра, усилителя с преобразователем, генератора линейно нарастающего напряжения, управляемого выпрямителя и блока питания. [c.111]

    На рис. 1-39,а показана простейшая схема параметрического стабилизатора тока, построенного на использовании лампы в качестве автоматически управляемого сопротивления. На рис. 1-39,6 показана схема простого стабилизатора тока, выполненного по компенсационной схеме, а на рис. 1-39,е — транзисторный аналог. Следует заметить, что для получения больших токов и качественного улучшения стабилизации применяются более сложные схемы, содержащие усилители с большим коэффициентом усиления и мощные регулирующие элементы, получаемые в результате параллельного включения и применения составных транзисторов. [c.86]

    На выходе усилителя включен фазочувствительный двухфазный электродвигатель типа ДНД-0,5. Этот электродвигатель управляет перемещением движка реохорда в цепи моста. Схема отрегулирована так, что перемещение движка направлено в сторону уменьшения разбаланса. Наименьшее напряжение на управляющей обмотке, обеспечивающее устойчивое вращение ротора электродвигателя, равно 0,4 в. При коэффициенте усиления 6000 указанное напряжение соответствует изменению сопротивления термометра / т на 0,06 ом. Это обеспечивает чувствительность в 0,25°,. [c.462]

    Окончательно убеждаются в работоспособности усилителя напряжения проверкой электронным осциллографом коэффициента усиления каждого каскада. Для этого надо замкнуть между собой провода входа усилителя (зажимы 7 и 5 на рис. 129) и отсоединить провод 10 управляющей обмотки реверсивного двигателя. Осциллограф ЭО-7 подключают к усилителю, как показано на рис. 131. [c.172]

    При нагрузке усилителя ток нагрузки i , протекая по обмотке якоря, создает магнитный поток продольной реакции якоря Фа, направленный по продольной оси машины навстречу потоку Ф,. Поскольку н. с. управляющей обмотки весьма малы, продольный поток реакции якоря оказывает существенное влияние на э. д. с. усилителя и резко снижает его коэффициент усиления. Для устранения вредного влияния продольного потока реакции якоря на главных полюсах усилителя имеется компенсационная обмотка КО. [c.286]

    Устройство работает следующим образом. Управляющие импульсы подаются на управляемый клапан в моменты времени, соответствующие концам горизонтальных участков напряжения переменного тока, когда емкостный ток становится минимальным. Управляемый клапан находится в открытом состоянии при отсутствии управляющего импульса и закрывается с его приходом. В соответствии с этим при отсутствии управляющего импульса цепь отрицательной обратной связи оконечного усилителя замкнута, и коэффициент передачи этого усилителя оказывается близким к единице. Под действием управляющего импульса цепь обратной связи оконечного усилителя размыкается, и его коэффициент усиления Ху становится близким к К = 50-100. При этом импульсы емкостного тока проходят через тракт усиления при коэффициенте передачи оконечного усилителя, равном единице, а импульсы тока электрохимической реакции-при коэффициенте передачи усилителя, равном Х, = 50-100. [c.96]

    Двигатель Д1 (рис. 1) является основным и его мощность определяется из расчета максимальной нагрузки на привод при заданном крутящем моменте и максимальной скорости. Двигатель Д2 — вспомогательный. Его мощность значительно меньше и зависит от ряда факторов, рассмотренных ниже. Вал двигателя Д2 соединен с валом двигателя Д1 через механический понижающий редуктор Р и автоматически действующую обгонную муфту МО. В зависимости от назначения привода применяется реверсивная или нереверсивная муфта. Питание двигателей от источника энергии осуществляется через управляющие элементы У/ и У2 (регуляторы, усилители и т. п.). При этом возможны два варианта питания 1) коэффициенты усиления по управляющему сигналу элементов У1 и У2 различны 2) эти коэффициенты равны. В последнем случае возможно параллельное питание двух двигателей только через один управляющий элемент, что значительно упрощает конструкцию привода (но снижает максимально возможный диапазон регулирования). При первом варианте питания практический интерес представляет только случай, когда коэффициент усиления элемента У2 больше, чем элемента У1. [c.61]

    Сигнал, возникающий при разбалансе M O ra, подается на трехкаскадный апериодический усилитель с коэффициентом усиления около 50 дб. Выходной каскад его нагружен трансформатором Тр2. Устойчивая работа усилителя обеспечивается высоким катодным смещением ламп 6Ж8 с одновременной подачей на управляющие сетки этих ламп положительного потенциала с делителя R28-29. Чувствительность прибора устанавливается потенциометром R26 во втором каскаде усилителя и для расщирения диапазона измерений может понижаться ступенями с помощью делителя 30-33. Потенциометры Rsi-sz- служат длл подгонки коэффициентов ослабления в отношении 1 10 100. [c.40]

    Динамический диапазон АЦП является одной из основных характеристик, определяющих эффективность работы всей системы Динамический диапазон в процессе сканирования масс спектра может рассматриваться как диапазон между нижним пределом регистрации пика, содержащего такое малое число ионов, чтобы он мог еще регистрироваться как самостоятельный пик, и верхним пределом соответствующим вводу такого количества образца в ионный источник, что ионный ток стре мится к насыщению (приблизительно 10 А) Амплитуда импульса, соответствующего одному иону, при средних скоростях сканирования эквивалентна примерно 0,5 10 А Таким обра зом, динамический диапазон должен составлять не менее 10 Так как быстродействующий аналого цифровой преобра зователь не может обеспечить столь большой динамический диапазон, то эффективный диапазон системы увеличивают путем деления выходного сигнала среди ряда усилителей, имеющих разные коэффициенты усиления, и подключения всех этих каналов через мультиплексор Другой вариант заключается в использовании программируемого усилителя, управляемого системой обработки данных [71] [c. 47]

    Значительно большую точность можно получить, используя электродвигатели в сочетании с тахогенераторамн в компенсационных схемах. На рис. 67 приведена схема такого устрой-ства °. Генераторный ток (/г), протекая по сопротивлению Я, величина которого может быть изменена при помощи переключателя П, создает падение напряжения ип=1гЯ. Эта напряжение компенсируется напряжением генератора постоянного тока (тахогенератора) Г, ротор которого вращает асинхронный двухфазный электродвигатель Д через редуктор Р. Постоянное напряжение небаланса Ун=ин—11 при помощи вибропреобразователя Вп превращается в пропорциональное по величине переменное напряжение технической частоты. Это напряжение через усилитель переменного тока У поступает на управляющую обмотку электродвигателя Д. Число оборотов электродвигателя зависит от величины этого управляющего напряжения и, следовательно, от величины напряжения небаланса Иц. При достаточно большом коэффициенте усиления усилителя напряжение тахогенератора 1]ц весьма мало отличается от напряжения Ип и скорость вращения ротора тахогенератора точно соответствует силе генераторного тока, а число оборотов ротора за время анализа — количеству электричества, прошедшему через электролизер. Для регистрации числа оборотов служит счетчик Сч, связанный с редуктором Р. При хороших характеристиках тахогенератора такая система позволяет измерять количество электричества с точностью 0,1—0,2%. [c.109]

    На рис. 46 приводится приемно-усилительная схема приставки НС-381 Р ]. Фототек регистрируется фотоумножителем ФЭУ-17, усиливается усилителем посте яиного тока, собранным по схеме моста на лампе 6Ж1Ж. В цепи управляющей сетки включены сопротивления 1, 10 и 100 Мом, позволяющие изменять коэффициент усиления усилителя в отношении 1 10 100. Коэффициент усиления при сопротивлении 100 Мои равен К = 10 . Потенциометр R позволяет компенсировать постоянную составляющую темнового тока. Регистрация фототека [c.112]

    Промышленность выпускает магнитные усилители с П-образным магнитопроводом типа УПМ и УМ-ЭП в различных типоисполнениях и магнитные усилители для суммирования и усиления управляющих сигналов в системах автоматического управления и регулирования типа ТУМ (10 типоразмеров) с коэффициентом усиления 20.  [c.197]

    Блок-схема ОДИ изображена на рис. 2. Напряжение с выхода электрометрического усилителя хроматографа поступает на вход усилителя у, который служит для усиления и является буферным каскадом. Коэффициент усиления блока у имеет значения 1 10 30. Напряжение с блока у поступает на интегратор Я, и-нтерционный элемент Я. Э. и управляющий блок У. Э. Элементы У, И, И. Э. и У. Э. выполнены на базе усилителей постоянного тока УПД-3, характеризующихся высоким качеством. В режиме отслеживания дрейфа параллельно емкости С подключается сопротивление / о и на вход блока через сопротивление 7 1 подается напряжение у с выхода блока У. В этом режиме блок Я. Э. (см. рис. 2) является инерционным звеном с передаточной характеристикой [c.103]

    После предварительного усиления сигнал детектируется. Основными требованиями к детектору являются помехоустойчивость и высокий коэффициент передачи. Наибольшей помехоустойчивостью обладают фазовые детекторы. Схема однотактного фазового детектора на транзисторных компенсированных ключах показана на рис. 3.31. Для устранения погрешности, вызываемой искажением фазы сигнала усилителем, в цепь управляющего детектором напряжения Оупр включается фазовращатель, поворот фазы напряжения которого должен перекрывать фазовые искажения усилителя (рис. 3.32). Фазовращатель на рис. 3.32 (/ 3, С1, Тр) обеспечивает поворот фазы до 180°. [c.122]

Управляемый усилитель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Управляемый усилитель

Cтраница 1

Управляемый усилитель на транзисторе VT15 предназначен для регулирования усиления в тракте ПЧ ЧМ и AM. Для этого используется эмиттерно-базовый переход транзистора VT15, который в данном случае является элементом с переменной проводимостью.
 [2]

Использование управляемых усилителей позволяет осуществлять операции, с помощью которых производится автоматическая коррекция систематических погрешностей измерения. Одна из таких операций — калибровка прибора, выполняемая в два цикла. При проведении первого цикла — установки нуля — осуществляется коррекция аддитивной составляющей погрешности. На втором цикле, когда осуществляется калибровка коэффициента усиления измерительного усилителя, корректируется мультипликативная погрешность.
 [3]

Алгоритм управления управляемым усилителем обеспечивает установку его коэффициента передачи как в ручном, так и в автоматическом режиме. В ручном режиме требуемый коэффициент передачи устанавливается с помощью клавиатуры. В автоматическом режиме он регулируется автоматически до выполнения условия нахождения показаний АЦП в заданных пределах. При нарушении этого условия необходима регулировка выходного сигнала ГКЧ.
 [4]

В состав этого усилителя входит управляемый усилитель с изменяемым коэффициентом усиления. С его помощью обеспечивается автоматическое переключение пределов измерения по командам контроллера и коррекция коэффициента усиления измерительного усилителя при калибровке прибора.
 [5]

Функциональный состав: 1 — управляемый усилитель регулятора баланса канала А; II — преобразователь напряжения регулятора баланса; / / / — управляемый усилитель регулятора баланса канала Б; IV…
 [6]

Подобная схема обеспечивает глубину регулировки коэффициента передачи управляемых усилителей около 15 — 20 дБ, что вполне достаточно с точки зрения слухового восприятия.
 [8]

Максимальное отклонение фтахтахв генераторах возникает при г характеристике управляемого усилителя.
 [9]

Чтобы приблизить эти сигналы к исходным, их подают на управляемые усилители У. Напряжение, регулирующее коэффициент усиления этих усилителей, вырабатывается — из сигналов Л / и Я / управляющей целью, состоящей из выпрямителей В, фильтров Ф и дифференциального усилителя ДУ. Если сигналы Л / и Я2 резко различаются ( например, Л / 1, а Яз 0 или, наоборот, Л / 0, а Я2 1), то усилители У.
 [10]

Автоматическая установка диапазона измерения осуществляется путем дискретного изменения коэффициента усиления управляемого усилителя по командам контроллера, который анализирует ход результата измерения.
 [11]

Назначение выводов: 1 — вход ограничителя напряжения; 2 — вход управляемого усилителя; 3 — подавитель добротности; 4 5 6 — для переключения развязывающих конденсаторов к каскадам управляемого усилителя; 7 — для подключения фа-зосдвигающего контура; 8 — напряжени питания; 9 — выход; 10 — для подключения фазосдвигающего контура; 11 — для подключения конденсатора формирования импульсов; 12 — для подключения конденсатора фильтра АРУ; 13 — для подключения развязывающих конденсаторов управляемого усилителя; 14 — подавитель добротности; 15 — вход управляемого усилителя; 16 — общий.
 [12]

Коммутатор БКУ-1 предназначен для обеспечения электрическим питанием всех сигнальных линий концентратора через блоки приема и регистрации и представляет собой мостовой управляемый усилитель мощности, на два входа которого ( транзисторы VT3, VT8) поступает противофазное напряжение от задающего генератора, расположенного в БКУ-2. Электрическое питание коммутатора осуществляется от стабилизированного напряжения величиной 25 В.
 [13]

Система автоматического регулирования таких центрифуг может состоять из программирующего устройства, промежуточных усилителей, конечных усилителей — ЭМУ или управляемых усилителей и генераторов, элементов обратных связей, приводного ( исполнительного) двигателя.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

Источник напряжения, управляемый напряжением.

OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Источник напряжения, управляемый напряжением

Схема на рис. 1.21 содержит независимый источник напряжения V и зависимый источник напряжения Е c меткой 2V_a. От чего же зависит этот зависимый источник? Его выходное напряжение является функцией напряжения на резисторе R₁, которое обозначается как V_a. Множитель 2 означает, что напряжение Е равно удвоенному значению V_a. В общем виде множитель обозначается как k.

Рис. 1.21. Источник напряжения, управляемый напряжением

Токи и напряжения в схеме могут быть получены с помощью обычных уравнений. Для левого контура второй закон Кирхгофа дает

V = R₁I₁₂ + E = R_II₁₂ + 2V_a,

где I₁₂ — ток через резистор R₁. Поскольку V_a=R₁I₁₂, выражение можно преобразовать к виду:

V = R₁I₁₂ + 2R₁I₁₂ = 3R₁I₁₂;

10 В = 3·(250 Ом)·I₁₂;

I₁₂ = 13,33 мА;

V₁₂ = V_a = R₁I₁₂ = (250 Ом)·(13,33 мА) = 3,333 В;

Е = 2V_a = 6,667 В.

Поскольку это напряжение приложено к R₂, можно найти ток через R₂, а также ток через ветвь, содержащую R₃ и R_L:

Ток через источник Е определяется из первого закона Кирхгофа:

I_Е = 13,33 мА – 66,67 мкА – 6,41 мА = 6,85 мА.

Как такие задачи решаются на PSpice? Входным файлом для схемы на рис. 1.21 будет:

Voltage-Controlled Voltage Sources

V 1 0 10V

Е 2 0 1 2 2

R1 1 2 250

R2 2 0 100k

R3 2 3 40

RL 3 0 1k

.OP

.OPT nopage

.TF V(3) V

.END

Новой командой во входном файле является команда описания зависимого источника напряжения Е. Узлы 2 и 0 являются его положительным и отрицательным полюсами, узлы 1 и 2 являются положительным и отрицательным полюсами напряжения, которое управляет выходным напряжением источника Е. Наконец, последнее число 2 является коэффициентом k. Выходной файл (рис. 1.22) дает значения V(2) = 6,6667 В и V(3) = 6,4103 В, как и было ранее рассчитано. Ток источника напряжения V также равен расчетному значению 13,333 мА. Ток источника питания E равен 6,856 мА и направлен от положительного полюса источника внутри него. 

**** 07/27/05 12:27:16 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) ************

Voltage-Controlled Voltage Sources

**** CIRCUIT DESCRIPTION

V 1 0 10V

E 2 0 1 2 2

R1 1 2 250

R2 2 0 100k

R3 2 3 40

RL 3 0 1k

.OP

.OPT nopage

.TF V(3) V.END

**** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 10.0000 ( 2) 6.6667  ( 3) 6.4103

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

V   -1.333E-02

TOTAL POWER DISSIPATION 1.33E-01 WATTS

**** OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

**** VOLTAGE-CONTROLLED VOLTAGE SOURCES

NAME     E

V-SOURCE 6. 667E+00

I-SOURCE 6.856E-03

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS

V(3)/V = 6.410E-01

INPUT RESISTANCE AT V = 7.500E+02

OUTPUT RESISTANCE AT V(3) = 3.846E+01

Рис. 1.22. Выходной файл для схемы на рис. 1.21

Выходной файл дает значение входного сопротивления в 750 Ом. Это просто отношение V к I₁₂. Для определения выходного сопротивления каждый из источников питания необходимо закоротить. При закорачивании узлов 2 и 0 параллельное соединение R₃ и R_L дает сопротивление 8,46 Ом.

На рис 1.23 показана модификация схемы, для которой входной файл имеет вид:

Another Voltage-Controlled Voltage Sources

V 1 0 10V

E 2 0 1 2 2

R1 1 2 250

R2 2 0 100k

R3 3 4 40

RL 4 0 1k

.OP

.OPT nopage

.TF V(4) V

.END

Рис. 1.23. К исследованию схемы с источником напряжения, управляемым напряжением

В этой упрощенной схеме легче рассчитать усилитель напряжения. Ток в левом контуре равен:

Падение напряжения на R2 равно:

V₂ = V_a = I₁₂R₂=(99,75 мкА)(100 кОм) = 9,975 В;

и

Е = 2V_a = (2) (9,75 В) = 19,95 В.

Из выходного файла находим V(2)=9,9751 В, V(3)=19,95 В и V(4)=19,183 В. Ток через источник питания V составляет 99,75 мкА, а ток через источник Е равен -19,18 мА. Знак минус показывает, что ток внутри источника течет от минуса к плюсу.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Генератор, управляемый напряжением, на операционном усилителе

Схема генератора, управляемого напряжением, изображённого на рисунке 1, позволяет получить частоту сигнала на выходе, лежащую в диапазоне 0,5. ..4 кГц при изменении входного напряжения от 0,5 до 8,5 вольт. Зависимость частоты на выходе генератора от управляющего напряжения показана на рисунке 2.

Принцип действия этого генератора основан на том, что конденсатор C1 заряжается через резистор R1 до заданного напряжения, затем происходит его разряд через диод D1, и далее процесс повторяется. Процессом разряда управляет компаратор-одновибратор, реализованный на операционном усилителе DA1. Чем меньше напряжение, до которого заряжается конденсатор, тем больше частота на выходе генератора.

Рис. 1. Принципиальная схема генератора, управляемого напряжением.
DA1 — любой операционный усилитель общего применения, например, 741, 140УД708 и т.д.
Диод D1 — любой маломощный кремниевый типа КД503, КД509 или германиевый типа Д9.

Рис. 2. Зависимость частоты на выходе генератора от управляющего напряжения.

Применение компаратора-одновибратора позволяет увеличить диапазон управляющих напряжений, и кроме того амплитуда выходного сигнала остаётся неизменным (рисунок 3).

Рис. 3. Осциллограммы генератора при управляющем напряжении U_упр=1,5 В.
Красный цвет — напряжение на выходе ОУ DA1, синий — напряжение на конденсаторе C1.

Рассмотрим работу компаратора-одновибратора. В исходных условиях конденсатор C2 заряжен, а C1 разряжен. Поскольку напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя DA1 меньше, чем на его прямом входе, то на выходе DA1 присутствует напряжение, близкое к напряжению питания. Как только напряжение на конденсаторе C1 станет больше, чем напряжение прямом входе усилителя DA1, на выходе компаратора-одновибратора появится напряжение, близкое к нулю. Поскольку конденсатор C2 заряжен, то через этот конденсатор на прямой вход усилителя потечёт ток обратной полярности, что приведёт к появлению отрицательного напряжения на прямом входе усилителя DA1, и это продлится до тех пор, пока конденсатор C2 не перезарядится. То есть конденсатор C2 образовывает временную положительную обратную связь, которая превращает усилитель в триггер Шмитта, и за время действия этой ОС частотозадающий конденсатор C1 успевает почти полностью разрядиться через диод D1.

В схеме генератора может быть применён практически любой операционный усилитель, например, 741, 140УД708 и т.д. Диод D1 — любой кремниевый типа КД503, КД509 или германиевый типа Д9.

BACK

DIY Усилитель с регулируемым напряжением — HackMe

Назначение усилителя, управляемого напряжением, — создать подобную огибающую амплитуды.

Когда я начал разработку Rockit 8 Bit Synth, я подумал, что могу реализовать усилитель с регулируемым напряжением, VCA, в 8-битной земле, сэкономив драгоценное оборудование, и все будет легко. Что ж, как и многие другие вещи, которые я узнал в процессе разработки этого проекта, реальность была бы не такой доброй. В этом посте я объясню, почему это не работает, а затем расскажу, как можно реализовать функциональный усилитель с управлением напряжением, используя довольно простое оборудование.

Что такое усилитель, управляемый напряжением?

Как следует из названия, это усилитель, усиление или усиление которого регулируется напряжением. Изменяя входное напряжение, мы можем изменять амплитуду сигнала, делая его тише и громче, подавая меньшее или большее напряжение в качестве управляющего сигнала. Технически они обычно управляются током, но когда вы пропускаете ток через такой элемент, как резистор, вы преобразуете ток в напряжение. Люди, которые первыми сделали его, решили назвать его усилителем с регулируемым напряжением, поэтому мы уважаем их, придерживаясь их имени.8 = 256 разных чисел. В цифровом мире 0 является отправной точкой, поэтому наибольшее число, которое мы можем иметь, равно 255. При цифровом масштабировании амплитуды, то есть изменении амплитуды сигнала, мы просто умножаем сигнал на дробь. Например, если сигнал представляет собой простую прямоугольную волну с амплитудой 255, сигнал, равный 1, в половине случаев и 0, в другой половине времени, и мы хотим масштабировать его до половины выходной амплитуды, мы умножьте сигнал на 127/255, и вы получите сигнал, равный 127 в половине случаев и 0 в половине случаев. Что ж, это может сработать, особенно для прямоугольных волн, которые легко масштабировать. Но что происходит, когда у вас есть синусоида, состоящая не из двух чисел, а может быть любым числом между ними? Что ж, когда вы выполняете такое же масштабирование, вы фактически получаете 7-битную синусоидальную волну. Видите ли, вместо представления синусоидальной волны числами от 0 до 255 у нас есть только от 0 до 127. 7-битная синусоидальная волна на самом деле не звучит ужасно, в отличие от 8-битной звуковой волны, но она становится все более шумной. Что, если мы хотим создать действительно небольшую волну греха? Что ж, чем меньше вы идете, тем меньше эффективная скорость передачи данных, пока вы не получите сигнал, который не похож на синусоидальную волну.Это звучит особенно ужасно, если вы попытаетесь создать VCA, который со временем должен перейти от очень маленького до полного размера. По мере того, как он прогрессирует от крошечного до полномасштабного, вы получаете всевозможные артефакты, которые невероятно сбивают с толку. Поверьте, я пробовал. Этот вариант, безусловно, будет работать намного лучше в 16-, 24- или 32-битной системе, но в 8-битном мире нам нужно найти другой способ.

Готовые решения

Если у вас есть деньги, вы можете купить VCA в микросхеме, и в целом он будет работать лучше, чем все, что вы можете построить самостоятельно.Но что в этом хорошего? Если вы решили пойти по легкому пути, вы можете приобрести DBX2150 или один из его современных эквивалентов, например THAT 2181 или 2002. Эти микросхемы недешевы, от 3 до 5 долларов за штуку. Эти микросхемы — это то, что вы найдете в микшерах, привязанных к фейдерам, и составляют значительную часть стоимости большого микшера.

Сделай сам JFET VCA

Один из вариантов создания собственного — это JFET, соединительный полевой транзистор, основанный на усилителе, управляемом напряжением. JFET может работать как переменный резистор.С p-канальным JFET вы подаете положительное напряжение, чтобы выключить его. Постепенно более низкие напряжения активизируют JFET, уменьшая его сопротивление. Вы можете думать о приложенном напряжении как о блокировке тока через устройство. В этом случае вы можете использовать его в нижней части делителя напряжения, например:

Более высокие напряжения ближе к отсечке JFET приводят к более высоким сопротивлениям, что дает минимальное затухание. Более низкое приложенное напряжение дает более низкое сопротивление, что приводит к большему затуханию.

Если бы эта схема работала идеально, мы были бы в бизнесе. К сожалению, есть несколько спойлеров. К сожалению, зависимость управления между приложенным напряжением и сопротивлением нелинейна. Если мы изменим управляющее напряжение от высокого к низкому, затухание изменится очень мало для большей части диапазона, а затем в конце внезапно упадет. Другая большая проблема, по крайней мере для меня, — это вариативность от JFET к JFET. Проблема настолько серьезна, что полевые транзисторы JFET указаны с широким диапазоном напряжений отсечки, а не с хорошим конкретным числом с небольшим допуском.

Есть несколько способов решения этой проблемы. Вы можете применить логарифмические напряжения, чтобы устранить некоторую нелинейность. 8 бит позволяют генерировать плавное логарифмическое напряжение за пределами жесткого. Распространенное решение — добавить половину напряжения сток-исток обратно к затвору. Это имеет эффект линеаризации. Использование одного или двух операционных усилителей для выхода и обратной связи по напряжению — традиционная практика, обычно встречающаяся в гитарных педалях с регуляторами усиления. Для меня вариативность от части к части слишком велика, и я узнал лучший способ.

Операционный усилитель крутизны VCA

Операционный усилитель крутизны

Ответом на мою проблему VCA является операционный усилитель крутизны или OTA. Существует множество применений OTA, и довольно хороший VCA — одно из них. Я кое-что узнал о том, как им пользоваться, и передам свои уроки вам.

Высокое усиление

Схема внутри ОТА

Операционные усилители

без обратной связи или без обратной связи имеют очень высокое усиление, часто 100000 и выше. В этой схеме OTA не имеет обратной связи, поэтому имеет очень высокий потенциал усиления. Но в отличие от других операционных усилителей, у OTA есть вход, который позволяет нам ограничивать усиление. Если вы посмотрите на внутренности операционного усилителя, вы увидите «Amp Bias Input», который является текущим входом. Мы можем в основном голодать или насыщать этот вход током, который является зеркалом тока для входа операционного усилителя. Этот ток будет точно таким же, как на входном каскаде операционного усилителя. Больше тока означает большее усиление, а меньшее — меньшее усиление.Следует отметить, что напряжение на входе смещения должно быть как минимум в два раза выше напряжения включения база-эмиттер, то есть напряжение не менее 1,2–1,3 В. Ниже этого напряжения OTA не будет выводить ничего, потому что транзисторы будут отключены и нулевой ток будет доступен для входного каскада для усиления сигнала.

Это снимок экрана из схемы Rockit 8 Bit Synth моей реализации VCA.

Другое соображение, связанное с высоким коэффициентом усиления, заключается в том, что входной сигнал должен быть очень маленьким, менее примерно 5 мВ. На моей схеме вы заметите, что делитель напряжения на входе снижает пиковый сигнал с 5 В до пикового сигнала 5 мВ. Вы можете превысить это напряжение, но вы столкнетесь с нелинейностью усиления, что означает, что усиление больше не будет линейно увеличиваться и уменьшаться с увеличением или уменьшением уровня входного сигнала.

Управляющий сигнал

Управляющий сигнал представляет собой отфильтрованный сигнал ШИМ, поступающий в R36. Предоставляя диапазон рабочих циклов, мы генерируем управляющее напряжение, которое затем преобразуется в ток с помощью R35.Увеличение и уменьшение значения R35 сильно повлияет на уровень выходного сигнала. Это значение может быть определено экспериментально путем измерения входов и выходов, что я и сделал, или его можно приблизительно рассчитать по формуле для усиления, которая составляет:

A = Vout / Vin = (вход с разделением напряжения) * 19,2 * Ibias * Rload

и Ibias будет равно:

(Vcontrol — 1,2 В) / R35

Это очень грубый расчет, потому что значение 1,2 В не совсем точное, так как входное напряжение базового эмиттера может быть выше. Формула усиления тоже не идеальна. Он примерно соответствует вашим ценностям, но вам придется поэкспериментировать, чтобы получить именно то, что вам нужно.

Выход операционного усилителя

На выходе ОТА очень малый ток. Максимальный выходной ток составляет микроампер. Чтобы сделать это полезным, нам понадобится резистор Rl, чтобы преобразовать его в напряжение. В то же время мы, очевидно, не можем загрузить этот выход, потому что любая нагрузка резко повлияет на напряжение, потому что ток недоступен.Вы заметите, что OTA имеет встроенный транзистор пары Дарлингтона на микросхеме.

Производитель Рекомендовал VCA

Как показано на этом изображении производителя, пара Дарлингтона может использоваться на выходе в качестве буфера. Пара Дарлингтона будет обеспечивать необходимый ток для следующего этапа на пути прохождения сигнала, избавляя OTA от нагрузки.

В моем случае я не могу использовать буфер Дарлингтона из-за ограничений, которые он накладывает на шины напряжения. Пара Дарлингтона будет иметь минимальное падение напряжения на ней, равное 1.0 В означает, что сигнал максимально приближается к максимальному напряжению питания цепи, прежде чем оно искажается. Мое максимальное напряжение питания составляет 5,0 В, что исключает 20% моего рабочего диапазона. Неприемлемый.

Буфер операционного усилителя

Буфер операционного усилителя Unity Gain

Решением является использование операционного усилителя с питанием от шины питания к сети в качестве буфера с единичным усилением. Это снижает верхний предел выходного напряжения, и мы можем довольно близко подойти к полной выходной мощности.

Последние мысли

Этот усилитель с регулируемым напряжением полностью работоспособен и протестирован.Вещей, которые могут вызвать изменения в этой схеме, много, но в основном они ограничиваются большими и меньшими входными сигналами и более высокими или более низкими диапазонами напряжения питания. Чтобы сделать его полезным, вам все равно придется подавать управляющий сигнал с сигналами, которые позволяют изменяться усилению напряжения со временем. Как-нибудь я представлю свой код для генератора огибающей амплитуды. Ура и удачного взлома!

Усилитель с управляемым напряжением (VCA) объяснил

Что такое VCA?

VCA — это процессор, который может изменять амплитуду сигнала пропорционально управляющему напряжению, приложенному к его входу управления амплитудной модуляцией.Проще говоря, это просто усилитель, выходом которого можно управлять с помощью управляющего сигнала.

Объяснение ввода

Усилитель, управляемый напряжением (VCA), имеет два типа входов:

Это вход, на который поступает биполярный сигнал. Впоследствии это основной сигнал, и все изменения вносятся в этот сигнал.

• Модулятор (вход управления)

Обычно через этот вход поступает однополярный положительный сигнал, который изменяет биполярный сигнал, поступающий с входного сигнала.

Как это работает?

VCA — это усилитель, который обычно принимает биполярный сигнал на несущей или сигнальном входе и однополярный положительный сигнал на его модуляторном или управляющем входе. Кроме того, выходной сигнал является мгновенным произведением обоих этих сигналов. Это умножение обеих амплитуд в каждый момент времени.

Многие VCA имеют ручки усиления, доступные для установки на различные значения.Несущий сигнал может проходить через VCA только при наличии положительного смещения или положительного сигнала через управляющий вход. Поэтому, когда он смещен в 0 и сигнал модулятора не поступает, на выходе сигнал не будет. По этой причине на управляющий вход обычно подается однополярный положительный сигнал. Кроме того, если звук должен часто срываться для определенных эффектов, также отправляется биполярный сигнал.

Использование VCA

Tremolo — это плавное и медленно повторяющееся изменение громкости. VCA очень хорош в достижении этого эффекта.

Например:

Пока VCA настроен на положительное значение, пропустите аудиосигнал через вход сигнала. Теперь пропустите биполярный сигнал низкой частоты, такой как синусоида, через управляющий вход. Результирующий сигнал будет иметь медленно повторяющиеся изменения громкости, и это будет ваш эффект тремоло.

Когда мы бьем ноту на гитаре, появляется атака, а затем медленное затухание.Такого же эффекта можно добиться с электронными инструментами, такими как синтезаторы, чтобы они звучали более реалистично и вызывали эмоции. Название этого процесса — формирование конверта.

Для этого нам понадобится генератор огибающей и VCA. Генератор конверта создает конверт, который изменяется со временем. Обычно имеет 4 параметра; Атака, распад, выдержка и распад.

Обычно аудиосигнал проходит через входной сигнал VCA. Одновременно на вход Control поступает сигнал от генератора огибающей. Результирующий звук имеет огибающую громкости.

Если частота модулятора остается низкой, он производит только периодические изменения громкости звукового сигнала. Это называется эффектом тремоло. Если частота модулятора переходит в слышимый диапазон, происходит странная вещь. Модуляция становится настолько быстрой, что изменяется форма исходного аудиосигнала, что приводит к совершенно другому звуку с другой высотой тона. VCA довольно хорош в достижении амплитудной модуляции.

VCA может регулировать громкость всего, что создает управляющее напряжение. Вам просто нужно пропустить аудиосигнал через вход сигнала и подключить вход управления к педали, колесу модуляции и т. Д. Затем они могут регулировать громкость получаемого звука.

Дополнительные ресурсы и исходные тексты

Синтез звука и сэмплирование — Мартин Русс

Введение в VCA

Раскрыв внутреннюю работу генераторов, генераторов контуров и фильтров, Гордон Рид обращает свое внимание на то, что на первый взгляд кажется совершенно очевидным. Может ли скромный усилитель с регулируемым напряжением действительно хранить какие-то секреты Synth?

В этой серии есть один компонент синтезатора, который я часто упоминал — особенно в Synth Secrets Part 3 (SOS, июль 1999 г.) — без полного объяснения того, что это такое. Это усилитель, управляемый напряжением, или VCA, и он является важным элементом в работе любого аналогового синтезатора. Действительно, VCA настолько фундаментален, что имеет свои аналоги во всех типах синтеза: аналоговые синтезаторы с цифровым управлением имеют «DCA», в то время как чисто цифровые синтезаторы и сэмплеры имеют всевозможные изменяющиеся во времени усилители («TVA»), уровни операторов и т. Д. и бог знает что еще.Итак, статья этого месяца будет посвящена VCA и способам, с помощью которых они и их современные эквиваленты помогают вам создавать звуки, которые вы хотите слышать.

Во-первых, мы должны различать усилители в цепи аудиосигнала и усилители, используемые для изменения управляющих напряжений. Итак, давайте начнем с возвращения на минутку к Synth Secrets, часть 3, и вернемся к рисунку 1 этой статьи (рисунок 1 этой статьи тоже). Здесь показан простой звуковой генератор, состоящий из тон-генератора и усилителя, который позволяет вам слышать, что такое генератор… ммм, генерирующий. Ясно, что усилитель на этой схеме действует аналогично усилителям в вашей Hi-Fi или автомобильной стереосистеме. Говоря прямо, это делает сигнал громче.

Это все хорошо, но для нас это не совсем хорошее описание. Вы когда-нибудь спрашивали себя: «Что такое усилитель?» Если вы гитарист, вы можете описать усилитель как нечто, что вы используете для добавления искажений и других эффектов, когда вы усиливаете звук до кричащей кульминации. Если вы любитель Hi-Fi, скорее всего, вы опишете его как огромную, неконтролируемую и дорогую группу специально подобранных клапанов и источников питания, которые делают сигнал громче с минимальным количеством слышимых побочных эффектов.Но если бы вы были инженером, вы, вероятно, описали бы идеальный усилитель как устройство, которое преобразует входной сигнал с амплитудой A ₁ в новый сигнал, имеющий ту же форму, что и исходный, но с выходной амплитудой A ₂ .

Очевидно, что если A ₂ больше, чем A ₁ , сигнал будет громче, чем раньше. Если A ₂ меньше, чем A ₁ , сигнал будет тише исходного. Все просто, да? Но все же недостаточно сказать, что сигналы становятся тише или громче.Нам нужно знать, насколько они это делают. Определить это также просто: мы просто вычисляем отношение A ₂ к A ₁ и называем результат «усилением» усилителя (уравнение 1). Так, например, если A ₂ является двойным A ₁ , отношение равно «2», и мы говорим, что усиление равно 2. К сожалению, мы не можем предположить, что вы будете воспринимать сигнал как двойной. так же громко, как и раньше, потому что человеческое ухо так не работает … но это обсуждение в другой раз.

Теперь давайте подумаем о регуляторе громкости на передней панели такого устройства, как дешевый транзисторный радиоприемник. В человеческих терминах это увеличивает и уменьшает громкость сигнала, который вы слышите, так что это каким-то образом изменяет усиление. На рисунке 2 (выше) показана возможная реализация такого элемента управления.

На этой схеме схема приемника вырабатывает сигнал малой амплитуды, который проходит непосредственно на предусилитель. Это повышает сигнал до «линейного уровня». Выходной сигнал затем проходит через регулятор громкости, который в этой реализации является просто пассивным потенциометром.Если ручка регулировки громкости полностью повернута по часовой стрелке, сигнал не изменяется и проходит на линейном уровне на усилитель мощности. Затем это усиливает сигнал до уровня, при котором он может приводить в движение катушку провода и кусок картона (динамик), так что вы слышите трансляцию. Однако, если вы постепенно поворачиваете регулятор громкости против часовой стрелки, громкость звука, который вы слышите, будет неуклонно уменьшаться до тех пор, пока ручка не будет полностью повернута против часовой стрелки, воцарится тишина. Это связано с тем, что потенциометр постепенно уменьшает количество сигнала, поступающего на усилитель мощности.

Это может показаться странным, но вы можете переопределить эту ручку громкости как своего рода усилитель. Просто его Прибыль никогда не превышает единицы. Когда он выключен, соотношение выход / вход равно 0, а когда оно установлено на максимальное значение, соотношение выход / вход равно 1. По определению, таким образом, усиление всегда находится между 0 и 1. Обычно, однако, , вы бы не назвали такое пассивное устройство усилителем. Вы бы назвали это «аттенюатором».

Есть еще один важный момент, который следует учитывать в отношении цепи усилитель / аттенюатор на Рисунке 2.Теперь мы знаем, что для любого положения ручки усиление аттенюатора — это некоторое число GATTEN, которое находится между 0 и 1. Мы также можем предположить, что предусилитель имеет большое усиление (мы назовем это GPRE) и что усилитель мощности имеет еще одно большое усиление (которое мы назовем GPOWER). Тогда мы можем сказать, что общий прирост через систему — это произведение всех индивидуальных приростов, как показано в уравнении 2.

Это важный результат, поэтому назовем его Synth Secret:

Если у вас есть более одного усилителя и / или аттенюатора последовательно, вы можете рассчитать коэффициент усиления всей системы, просто умножив отдельные коэффициенты усиления.

Хотя рисунок 2 легко понять, схема, которую он изображает, не очень хороша. Это связано с тем, что аудиосигнал проходит через сам аттенюатор. Поскольку это обычно дешевый потенциометр, вполне вероятно, что он внесет в сигнал потрескивание и искажение. Для большинства людей этого следует избегать, поэтому нам нужна лучшая схема, которая выполняет ту же работу без нежелательных побочных эффектов.

На рисунке 3 (ниже) показана такая схема. Он содержит те же элементы, но ручка регулировки громкости теперь ослабляет источник напряжения, который регулирует усиление предусилителя.Другими словами, мы переопределили предусилитель как усилитель, управляемый напряжением, и аудиосигнал больше не проходит через регулятор громкости.

Давайте теперь свяжем наше «радио» со структурой простого аналогового синтезатора. Ясно, что сигнал, генерируемый схемой приемника, может быть любым: речью, 5-м сигналом Бетховена, «уродом» Сильвершэра или пилообразной волной. Так почему бы нам не заменить слова «схема приемника» словами «тон-генератор»? Далее рассмотрим усилитель мощности на схеме.Некоторые синтезаторы со встроенными динамиками имеют их (например, ARP 2600, Roland HS60 и Yamaha YS200), но большинство оставляют окончательное усиление внешним устройствам. В результате мы можем потерять «усилитель мощности» из нашей блок-схемы без ущерба для нашего обсуждения. Остается предусилитель и регулятор громкости.

Если вы вспомните Synth Secrets Part 3, вы вспомните, что мы можем заменить регулятор громкости какой-то схемой контроллера. Итак, на Рисунке 4 показан тот же путь аудиосигнала, что и раньше, но предусилитель (теперь называемый просто «Усилитель») управляется контурным генератором, который сам запускается… ну, курок. Рисунок 4 может сильно отличаться от рисунка 3, но по сути он описывает ту же взаимосвязь генератора, усилителя и регулятора громкости. Итак, давайте проанализируем, что происходит.

Допустим, тон-генератор выдает начальный сигнал ± 2 В. Предположим также, что генератор контуров был разработан для вывода огибающей ADSR, которая находится в диапазоне от 0 В до + 5 В. Теперь предположим, что VCA ничего не выводит, когда на его вход CV подается 0 В, и выводит максимальную амплитуду аудиосигнала ± 10 В, когда сигнал CV + 5 В подается на его вход CV.Это означает, что усилитель имеет максимальное усиление 5 (G = 10 В / 2 В) и минимальное усиление, равное нулю (G = 0 В / 2 В). Наконец, давайте определим, что характеристика усилителя является «линейной», т.е. что 1 В на входе CV генерирует усиление 2; 2 В на входе CV генерирует усиление 4 и так далее. Это означает, что величина усиления аудиосигнала в любой момент времени пропорциональна мгновенному уровню контура, приложенного к входу CV усилителя.

Рисунок 5: Количественная оценка воздействия контурного генератора на усилитель.Все эти напряжения могут показаться запутанными, записанные таким образом, поэтому я представил их (надеюсь) более четко на рисунке 5.

Вы можете подумать, что здесь достаточно деталей, чтобы представить все, что вам нужно знать о практической СВУ. Но нет. Если вы посмотрите на передние панели ARP Odyssey или ARP 2600, вы увидите ползунок с надписью «Initial Gain» или «VCA Gain». Это добавляет начальное CV или «смещение» к любому CV, создаваемому генератором контуров (см. Рисунок 6 ниже).

Так, например, если мы возьмем контур, показанный на рисунке 5, и добавим начальное усиление + 3V, мы получим контур, показанный на рисунке 7. Это смещение имеет немедленный эффект — VCA всегда просят произвести усиление больше нуля. Поскольку CV, представленный VCA, имеет постоянное смещение + 3V, сигнал всегда вырабатывается на выходе: если фильтр открыт, синтезатор будет воспроизводить звук непрерывно, пока он не будет выключен.

На протяжении всего обсуждения мы предполагали, что VCA имеет бесконечный запас по пространству.Это означает, что независимо от того, сколько усиления вы от него потребуете, он будет продолжать передавать ту же форму сигнала без добавления искажений или каких-либо других артефактов. Это, конечно, невозможно, и если вы попросите VCA сгенерировать сигнал, превышающий его возможности, это приведет к определенному типу искажений.

Давайте снова посмотрим на рисунок 5. Вы помните, что мы определили максимальный выход VCA как ± 10 В, достигаемый, когда управляющий CV достигает + 5 В. Итак, что произойдет, если мы заменим наш контур ADSR с 0 В на + 5 В на контур + 8 В, показанный на рисунке 7? Очевидно, что на пике контура VCA попытается, но потерпит неудачу, сгенерировать сигнал ± 16 В.Поскольку оно не может превышать ± 10 В, сигнал «ограничивается», как показано на Рисунке 8.

Если вы внимательно посмотрите на часть формы выходного сигнала, которая возникает в течение периода контура ADSR, вы увидите, что выходной сигнал больше не имеет пилообразной формы исходного входного сигнала. «Вершины» формы волны возводятся в квадрат на стадиях атаки и затухания из-за неспособности усилителя усилить сигнал выше предела ± 10 В. Результатом этого является резкое искажение («искажение отсечения»), которое исчезает, когда сигнал, требуемый от VCA, возвращается в диапазон в пределах его возможностей, и форма волны возвращается к своей первоначальной пилообразной форме.Конечно, некоторые музыканты творчески используют это искажение, и оно может быть довольно эффективным, когда усилитель срезает «мягче», округляя форму волны, а не возводя ее в квадрат. Такой ход мыслей может также привести к обсуждению сжатия и насыщения аналоговой ленты, а также к одной из причин, почему аналоговые записи отличаются от цифровых. Но, опять же, нам придется отложить это на другой день.

Все, что мы обсуждали до сих пор, предполагает, что VCA находится в тракте аудиосигнала.Но на самом деле большинство VCA не находятся здесь: они находятся в путях управляющего напряжения внутри синтезатора.

Давайте вернемся к генератору контура, управляющему усилителем на рисунке 6. Вы помните, что он выводит контур ADSR с максимальным напряжением +5 В в конце стадии атаки. Теперь, если вы вспомните Synth Secrets прошлого месяца, вы также вспомните, что подавляющее большинство аналоговых генераторов контуров не дает вам контроля над уровнем в конце атаки: независимо от того, какие настройки для A, D, S или R, уровень атаки всегда равен + 5В (или какому-либо максимуму этого конкретного устройства).Это, как мы уже обсуждали, сгенерирует усиление 5 в нашем VCA. Но во многих случаях мы не хотим, чтобы контур так сильно влиял на сигнал. Так что же нам делать, если мы не хотим, чтобы результат был настолько экстремальным?

Рисунок 9: Масштабирование контура с использованием VCA. Посмотрите на Рисунок 9. Как вы можете видеть, я поместил VCA в тракт управляющего сигнала, и он, в свою очередь, управляется CV, который сам управляется аттенюатором. Этот VCA применяет усиление (определяемое положением аттенюатора) к контуру ADSR, так что вы можете ослаблять или усиливать его, не меняя его формы.

Этот результат не был бы важен, если бы ADSR был единственным CV, влияющим на усилитель сигнала. В конце концов, уменьшение амплитуды контура не будет отличаться от уменьшения конечного выхода синтезатора, возможно, просто выключив внешний усилитель. Но ADSR — не единственное резюме. Помимо начального усиления, показанного на рисунке 9, у вас могут быть LFO или множество других контроллеров, изменяющих действие усилителя аудиосигнала на сигнал. В этом случае вы изменяете степень, с которой ADSR изменяет сигнал относительно начального уровня и любых других используемых модификаторов.

Рисунок 10: Управление фильтром нижних частот с помощью ADSR и VCA. Чтобы прояснить это, давайте воспользуемся другим примером, с которым вы будете сталкиваться чаще. Рисунок 10 похож на рисунок 9, за исключением того, что CV управляют фильтром нижних частот, а не усилителем. Как вы можете видеть, фейдер в верхней части рисунка теперь является начальным уровнем фильтра, обычно называемым «частотой среза», и VCA управляет количеством контуров, применяемых к нему. Ясно, что вы не хотите, чтобы фильтр полностью открывался для каждого издаваемого вами звука, поэтому почти каждый синтезатор позволяет вам ослабить контур с помощью VCA, как показано.

Важная роль, которую играют VCA, часто упускается из виду, когда мы думаем о синтезе. Действительно, если вы посмотрите на панели управления многих аналоговых синтезаторов, вы увидите, что в разделе, описанном как «Усилитель» или «VCA», чаще всего преобладает контурный генератор ADSR с, возможно, регулятором уровня огибающей (также называемым « Amount ‘) и / или элемент управления начальным уровнем. Вот почему многим новичкам трудно различить контурный генератор, VCA в тракте CV и сам усилитель аудиосигнала.Точно так же секция фильтра часто содержит второй контурный генератор и еще один регулятор «Amount» рядом с регуляторами отсечки и резонанса. Это, конечно, означает, что в разделе VCF также есть VCA.

Рисунок 11: Представление реального модуля VCA. Давайте закончим этот месяц, рассмотрев хорошо определенный VCA от британского производителя модульных синтезаторов. Как видно из рисунка 11, устройство имеет четыре входа, пять регуляторов и выход. Имеется два сигнальных входа (обозначенные SIG 1 IN и SIG 2 IN), что означает, что в модуле есть смеситель сигналов.Есть два входа CV, которые управляют усилением самого VCA, что означает, что там также есть смеситель CV. Входы CV обозначены как CV1-IN LIN и CV2-IN LOG. Каждый из четырех входов имеет связанный элемент управления уровнем, и есть элемент управления начальным уровнем, как мы обсуждали выше. Блок-схема всего этого показана на рисунке 12.

Как видите, это довольно много электроники. Конечно, мы не должны называть это устройство «просто» VCA, но производители синтезаторов часто бросают вызов точности, чтобы упростить понимание (и слава богу за это!).Вам может быть любопытно, почему один из входов CV называется «LIN», а другой — «LOG». Это приводит нас к совершенно новой главе о том, как сигналы существуют и реагируют на них в реальном мире. Следовательно, ему тоже придется подождать до другого раза.

Рисунок 12: Мощный модуль VCA. Прежде чем закончить, я хочу напомнить вам еще одну мысль. На протяжении всей этой статьи мы рассматривали основной путь сигнала как путь аудиосигнала. Но что мешает нам использовать CV в качестве основных входных сигналов на рисунках 4, 5, 6, 8, 9, 10 и 12? Ответ — «ничего», и это приводит нас прямо к другому секрету Synth:

.

Одним из наиболее распространенных способов использования VCA является изменение действий CV с помощью других CV;

…и, вопреки тому, что я написал во втором абзаце этой статьи, другой:

Не следует различать усилители в цепи аудиосигнала и усилители, используемые для изменения управляющих напряжений.

Конечно, ничто не мешает нам передавать выходные данные нашего первого VCA второму для дальнейшей модификации … и так далее, и так далее. И все это время остается в силе наш первый Synth Secret (модифицированный соответствующим образом, чтобы учесть действия генераторов контуров и других модификаторов):

Если у вас есть более одного усилителя и / или аттенюатора последовательно, вы можете в любой момент вычислить усиление всей системы, просто умножив отдельные усиления — в каждый момент — вместе.

Это одна из основных причин того, почему свободно подключаемые (модульные) синтезаторы настолько мощны: вы можете динамически изменять любой сигнал — аудио или CV — используя любой другой динамический сигнал (или сигналы). И устройства, которые позволяют вам это делать, — это скромные и часто упускаемые из виду VCA!

Найдите ВСЕ детали секретов синтезатора

Аналоговые управляющие усилители с переменным усилением (VGA)

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, но другие необязательны для функциональной деятельности.Сбор наших данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность нашего сайта. Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.

Принять и продолжить Принять и продолжить

Файлы cookie, которые мы используем, можно разделить на следующие категории:

Строго необходимые файлы cookie:

Это файлы cookie, которые необходимы для работы аналога.com или предлагаемые конкретные функции. Они либо служат единственной цели передачи данных по сети, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуг, явно запрошенных вами.

Аналитические / рабочие файлы cookie:

Эти файлы cookie позволяют нам выполнять веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и наблюдение за тем, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту. Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, за счет того, что пользователи легко находят то, что ищут.

Функциональные файлы cookie:

Эти файлы cookie используются для распознавания вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт. Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши службы менее функциональными, но не помешает работе веб-сайта.

Целевые / профилирующие файлы cookie:

Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта и / или использование вами услуг, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы переходили.Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать веб-сайт и отображаемую на нем рекламу более соответствующими вашим интересам. Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам с этой целью.

Отклонить файлы cookie

Усилители с переменным усилением [Analog Devices Wiki]

Цель

В этой лаборатории мы продолжаем обсуждение операционных усилителей (см. Предыдущую лабораторную работу здесь: Задание 1.Simple Op Amps) с упором на усилители с регулируемым усилением / напряжением.

Большинство схем операционных усилителей или операционных усилителей имеют фиксированный уровень усиления. Однако часто бывает полезно иметь возможность изменять коэффициент усиления. Это можно сделать просто, используя потенциометр на выходе схемы операционного усилителя с фиксированным усилением, но иногда может быть более полезным изменить фактическое усиление самой схемы усилителя.

Усилитель с регулируемым коэффициентом усиления или регулируемым напряжением — это электронный усилитель, коэффициент усиления которого изменяется в зависимости от управляющего напряжения.Этот тип схемы имеет множество применений, включая сжатие уровня звука, синтезаторы и амплитудную модуляцию. Это можно реализовать, сначала создав резистор, управляемый напряжением, который используется для установки усиления усилителя. Резистор, управляемый напряжением, является одним из многочисленных интересных элементов схемы, которые могут быть изготовлены с использованием транзистора с простым смещением. Другой подход — использовать потенциометры для изменения номинала резисторов, которые устанавливают коэффициент усиления усилителя.

Материалы

Модуль активного обучения ADALM2000
Макетная плата без пайки и комплект перемычек
2 Резистор 1 кОм
1 4.Резисторы 7 кОм
3 резисторы 10 кОм
1 потенциометр 10 кОм
1 операционный усилитель OP97
1 2N3904 транзистор npn

Усилитель с управлением напряжением на транзисторе

Фон

Рассмотрим принципиальную схему, представленную на рисунке 1.

Рисунок 1. Контроль напряжения с помощью транзистора.

Конфигурация схемы аналогична базовому неинвертирующему усилителю. Единственное дополнение состоит из транзистора и резистора, включенных параллельно резистору R2.Транзистор работает как переключатель, который позволяет 2 настройки усиления в зависимости от его текущего состояния (вкл. / Выкл.).

Настройка оборудования

Постройте следующую макетную схему усилителя, управляемого напряжением, на транзисторах.

Рисунок 2. Регулировка напряжения по схеме на транзисторной плате.

Процедура

Используйте первый генератор сигналов в качестве источника Vin, чтобы обеспечить для схемы возбуждение синусоидальной волны амплитудой 2 В от пика до пика, 1 кГц .Используйте второй генератор сигналов для управления транзистором, обеспечивая возбуждение прямоугольной волны с амплитудой 2 В и частотой 1 Гц. Подайте на операционный усилитель +/- 5 В от источника питания. Настройте осциллограф так, чтобы входной сигнал отображался на канале 1, а выходной сигнал отображался на канале 2.

Анимированный сюжет представлен на рисунке 3.

Рис. 2. Управление напряжением с помощью сигналов транзистора.

Выходной сигнал варьируется между двумя значениями, определяемыми двумя настройками усиления, в зависимости от состояния управляемого транзистора.

Инвертирующий усилитель с переменным усилением и потенциометром

Фон

Рассмотрим принципиальную схему, представленную на рисунке 4.

Рисунок 4. Инвертирующий усилитель с переменным коэффициентом усиления с использованием потенциометра.

На инвертирующем усилителе используется потенциометр для ручного управления выходным напряжением, заменяющий стандартный резистор обратной связи.

Настройка оборудования

Постройте следующую макетную схему усилителя, управляемого напряжением, на транзисторах.

Рисунок 5. Инвертирующий усилитель с переменным коэффициентом усиления с использованием потенциометра — макетная схема.

Процедура

Используйте первый генератор сигналов в качестве источника Vin, чтобы обеспечить для схемы возбуждение синусоидальной волны амплитудой 2 В от пика до пика, 1 кГц . Подайте на операционный усилитель +/- 5 В от источника питания. Настройте осциллограф так, чтобы входной сигнал отображался на канале 1, а выходной сигнал отображался на канале 2.

Изменяя значение потенциометра, на рисунке 6 представлен анимированный график.

Рисунок 6. Инвертирующий усилитель с переменным коэффициентом усиления с использованием потенциометра — формы сигналов.

При использовании этого типа конфигурации выходной сигнал инвертируется и усиливается в зависимости от значения сопротивления обратной связи.

Инвертирующий / неинвертирующий усилитель с переменным усилением и потенциометром

Фон

Рассмотрим принципиальную схему, представленную на рисунке 7.

Рисунок 7. Инвертирующий / неинвертирующий усилитель с переменным коэффициентом усиления с использованием потенциометра.

В этой конфигурации усилителя потенциометр используется для ручного управления выходным напряжением, позволяя инвертировать входное напряжение путем правильной настройки потенциометра.

Настройка оборудования

Постройте следующую макетную схему усилителя, управляемого напряжением, на транзисторах.

Рисунок 8. Инвертирующий / неинвертирующий усилитель с переменным коэффициентом усиления, использующий потенциометр — макетная схема.

Процедура

Используйте первый генератор сигналов в качестве источника Vin, чтобы обеспечить для схемы возбуждение синусоидальной волны амплитудой 2 В от пика до пика, 1 кГц . Подайте на операционный усилитель +/- 5 В от источника питания.Настройте осциллограф так, чтобы входной сигнал отображался на канале 1, а выходной сигнал отображался на канале 2.

Изменяя значение потенциометра, анимированный график представлен на рисунке 9.

Рисунок 9. Инвертирующий / неинвертирующий усилитель с переменным коэффициентом усиления с использованием потенциометра — формы сигналов

Используя эту конфигурацию, выходной сигнал усиливается в диапазоне + -Vin.

Вопросы

1. Какие значения усиления для каждой из схем, используемых в этом лабораторном занятии?

2.Каковы ожидаемые выходные значения на основе входных сигналов и вычисленных коэффициентов усиления? Вычислите и сравните их с измеренными значениями.

3. Учитывая схему на рисунке 7, как можно увеличить выходной диапазон выше + -Vin?

Дополнительная литература

пр.213

пр.213

© Март 2021 г., Род Эллиотт

Вершина

Введение

VCA (усилители / аттенюаторы, управляемые напряжением) — это особый случай в электронике.Есть несколько возможных способов их изготовления, но большинство из них не линейны. Это относится либо к самому контролю напряжения, либо к искажениям, создаваемым простыми схемами (или и тем, и другим). Одним из лучших решений является оптопара LED / LDR, которая может обеспечить очень хорошие показатели искажений, но имеет характеристики управления, которые в лучшем случае являются лотереей. Система управления непредсказуема из-за светодиодов и LDR (светозависимого резистора). Возможно, удастся сопоставить отдельные единицы, чтобы получить полезный результат, но в большинстве случаев это практически невозможно.

Прежде чем двигаться дальше, я предлагаю вам прочитать статью о методах VCA. Есть много разных способов сделать СВУ, но большинство из них не подходят для самостоятельного строительства, потому что для них требуются тщательно согласованные компоненты. Версии IC особенно сложны — ходят слухи, что люди делали блоки VCA Blackmer с дискретными частями, но я нигде не видел опубликованных. BJT (транзисторы с биполярным переходом) работают на удивление хорошо при условии, что входной уровень поддерживается «разумным» (что в данном контексте означает не более 500 мВ RMS).

Версия, показанная в статье VCA Techniques, использует текущее зеркало в качестве нагрузки для пары длинных хвостов (LTP). Вместо этого я решил использовать простую резистивную нагрузку не только для уменьшения стоимости деталей, но и для упрощения схемы. Текущая зеркальная нагрузка требует хорошо согласованных транзисторов, и это усложняет конструкцию. Зеркало также нуждается в некоторой коррекции смещения, что необязательно при резисторной нагрузке.

Описанная здесь схема не претендует на «превосходное качество звука», она утилитарна и довольно интересна для сборки и игры.Это было моей целью — не пытаться представить то, что никто не может собрать, а образовательную схему, которая также практична для использования. Он был смоделирован, но, что более важно, он также был полностью протестирован на стенде. Я совершенно сознательно не подобрал транзисторы для V _BE или β (бета-коэффициент усиления), а просто установил их, когда они были доставлены из сумки. Я построил стереоверсию, чтобы увидеть, сколько различий существует между ними без какой-либо обрезки. Я был приятно удивлен как качеством искажения, так и шумом и трекингом между ними.

Описание цепи

Схема очень похожа на схему, показанную в статье «Методы VCA», но немного проще. Каждый канал использует четыре транзистора и один операционный усилитель, плюс, конечно же, обязательные резисторы и конденсаторы. Неудивительно, что я использовал Veroboard для той, которую построил, и она была протестирована с музыкой, а также с генератором аудиосигнала для тестов искажений и частотной характеристики.

Для обеспечения правильной работы операционного усилителя секция VCA работает от отдельного источника питания +5 В.Это должно быть тихо, иначе шум будет введен в LTP (длиннохвостая пара). Теоретически он будет нейтрализован дифференциальным входом в операционный усилитель, но реальность (и закон Мерфи) указывают на обратное. Мой прототип не включает фильтр, так как мне нужен тестовый образец «наихудшего случая». На удивление тихо даже на максимальном усилении.

Обратите внимание, что управляющее напряжение 0-10 В является ориентировочным. Его можно изменить по желанию, и во время некоторых из моих тестов я использовал 0–12 В. Более высокое управляющее напряжение даст, соответственно, более высокий коэффициент усиления с ограничивающим резистором CV (R7), оставленным на 10 кОм.Аналогичным образом, уменьшение значения R7 увеличивает максимальное усиление, но проход управляющего напряжения значительно увеличивается. Где-то между 0-10 В и 0-12 В с рекомендуемым сопротивлением, близким к оптимальному.

Рисунок 1 — Схема VCA

Управляющее напряжение изменяется от нуля до +10 В, что обеспечивает минимальное нулевое усиление (максимальное затухание) и максимальное 3,18 (10 дБ) с указанными значениями. Рекомендуемое максимальное входное напряжение составляет 1 В RMS, но искажения уменьшаются при более низких уровнях.Перед самим VCA вход ослабляется на 100 (точнее, на 101), поэтому входное напряжение 1 В снижается до 10 мВ. Очень жаль, что входной уровень настолько низкий, но с увеличением его искажения быстро нарастают. Согласно симулятору, искажение при входном напряжении 1 В составляет около 0,54%, что намного больше, чем обычно считается приемлемым. Уменьшение искажений требует гораздо большей сложности, и становится почти невозможным подобрать транзисторы достаточно близко, чтобы получить хороший результат.

Теоретически добавление эмиттерных резисторов к двум LTP-транзисторам может улучшить линейность, но на практике это, похоже, мало или не имеет никакого значения. Можно использовать до 22 Ом, что снизит искажения, но за счет линейности управления. В созданной мной тестовой версии я не включил резисторы, и измеренные искажения составили около 0,08% при входном среднеквадратичном значении 250 мВ. Даже при согласовании транзисторов ноль два VCA отслеживаются с точностью до 1 дБ, и это можно улучшить, добавив подстроечный резистор последовательно с входом управляющего напряжения.Как только усиление согласовано с номинальным выходным уровнем (скажем, 500 мВ RMS), два VCA отслеживаются почти идеально (в пределах 0,5 дБ во всем диапазоне).

Имеется некоторый проход управляющего напряжения (CV), поэтому он не подходит для быстрого изменения коэффициента усиления. Для управления громкостью (например) это не будет проблемой, но может вызвать проблемы в быстродействующих лимитерах или в любом другом месте, где усиление изменяется быстро. Потенциал (около 100 Ом) может использоваться для балансировки Q1 и Q2, а стеклоочиститель подключается к источнику питания +5 В, одним концом к R5, а другим — к R6.Горшок отрегулирован на минимальное прохождение CV. Я не включил это в свой прототип, но полная схема показана на рисунке 3.

Рисунок 2 — Выход VCA по сравнению с показателем. Управляющее напряжение

Сдвиг уровня виден на приведенном выше графике. Положительные пики достигают + 1,3 В, а отрицательные пики — -1,645, что указывает на смещение примерно на -144 мВ. Выходной конденсатор, конечно, устраняет это, но любой быстрый переход будет пройден и потенциально будет слышен (в зависимости от того, как используется VCA).Вы можете использовать версию, показанную на Рисунке 3 (с диодами или без них), если хотите улучшить подавление CV. После первоначальных тестов я добавил балансировочные горшки для Q1 и Q2. Они помогли, но не имели оглушительного успеха, потому что я не соответствовал транзисторам.

Линейность выходного сигнала относительно управляющего напряжения очень хорошая, что является важным фактором для отслеживания нескольких устройств. Как показано, в качестве управляющего напряжения использовался генератор идеально линейного пилообразного изменения (в симуляторе), изменяющийся от нуля до 10 В. Таким образом, управляющий ток составляет от нуля до ~ 935 мкА, и это отражается на Q4, управляя концевым током LTP.Они никогда не будут равны, даже если транзисторы идеально согласованы, поскольку текущее зеркало является только основным. Для этого приложения нет смысла усложнять его.

Входной уровень составлял 500 мВ RMS (пик 707 мВ), что приводило к искажению около 0,18%. Максимальное усиление составляет чуть более двух (6 дБ), но его можно увеличить, увеличив значение R10 и R11. Это не влияет на искажение, но увеличит максимальное проходное управляющее напряжение . Обратите внимание, что выходной конденсатор (C4) подключен так, чтобы учесть небольшое отрицательное выходное напряжение при максимальном усилении.Если эти резисторы изменить на 22 кОм, максимальное усиление будет около 4,6 (чуть больше 13 дБ). Вы также можете изменить диапазон усиления, изменив резистор ограничения управляющего напряжения (R7, который действует как преобразователь напряжения в ток). См. Ниже подходящие предупреждения по этому поводу — показанное значение близко к идеальному.

Рисунок 3 — Схема расширенного VCA

Версия, показанная выше, включает доступные методы для балансировки управляющего напряжения и уменьшения искажений.Два диода действуют как устройства «предварительного искажения» и помогают снизить искажения, особенно при более высоких входных (сигнальных) напряжениях. Диоды могут уменьшить искажение примерно с 0,54% до 0,34% при входном среднеквадратичном напряжении 1 В или с 0,057% до 0,04% при входном напряжении 250 мВ. Конструктор должен решить, приносит ли это значительную пользу приложению. Обратите внимание, что эти результаты были смоделированы, но моделирование на схеме на Рисунке 1 почти идеально согласовывалось с устройством, которое я построил, поэтому результаты, вероятно, заслуживают доверия.

Значение R3 может потребоваться изменить в зависимости от диодов (которые должны быть согласованы, если вы сопоставите Q1 и Q2). Это то, с чем может работать конструктор, но показанное значение (15k) кажется правильным. Обратите внимание, что значения R2, ​​R4 и R9 также изменены, а максимальное усиление немного ниже. Лично я не думаю, что это стоит дополнительных деталей, но оставляю это вам.

Конечно, неизбежно возникнет один из вопросов: «Как это работает?».Коэффициент усиления LTP определяется «хвостовым» током. Когда он низкий (скажем, 50 мкА), очевидно, что ток через Q1 и Q2 составляет всего 25 мкА. Увеличьте конечный ток до 500 мкА, и каждый транзистор будет иметь ток коллектора 250 мкА. Управление усилением использует тот факт, что коэффициент усиления сигнала транзистора можно изменять, изменяя ток эмиттера. Это во многом связано с внутренним (внутренним) сопротивлением эмиттера, широко известным (буквально) как «маленький r-e» (r _e ). Принятое значение определяется…

r _e = 26 / I _e (в миллиамперах)

При токе эмиттера 25 мкА r _e будет около 1 МОм, упав до 104 кОм при 250 мкА. Естественно, что при изменении значения r _e изменяется и коэффициент усиления транзистора. Поскольку ток через каждый транзистор изменяется лишь на небольшую величину из-за сигнала, искажения довольно низкие и в основном второго порядка. Поскольку операционный усилитель подключен по-разному, большая часть гармонических искажений 2 ^и подавляется.При сигнале CV 1 В транзисторы имеют коэффициент усиления 0.38 (т.е. потеря), а при 5В усиление составляет 3,94. Таким образом, изменяя хвостовой ток, крутизна Q1 и Q2 изменяется, изменяя коэффициент усиления. Хотя некоторым читателям может понравиться полный анализ, я ожидаю, что большинство из них будут достаточно довольны показанной очень упрощенной версией — она ​​быстро переходит в серьезную математику, чтобы вникнуть глубже. Операционный усилитель используется для суммирования двух выходов в дифференциальном режиме, поэтому используется выход обоих транзисторов.

Два транзистора в LTP «общаются» друг с другом через свои эмиттеры (обратите внимание, что база Q2 заземлена для переменного тока).Импеданс источника тока очень высокий (не совсем бесконечный, но, по крайней мере, несколько МОм), и сигнал эмиттера «теряется» через источник тока небольшой или отсутствует. Если внутреннее сопротивление эмиттера изменяется, изменяется и сигнал коллектора обоих транзисторов. Информация, доступная в сети, в этом отношении не особенно полезна, хотя эта техника существует уже давно. Все распространенные усилительные устройства (биполярные транзисторы, полевые транзисторы, полевые МОП-транзисторы и клапаны [вакуумные лампы]) демонстрируют одинаковый эффект.

Были смоделированы все устройства (BJT, JFET, MOSFET и 12AU7), и все обеспечивали переменное усиление. Интересно, что BJT — единственное устройство, которое способно к почти идеально линейному амплитудному отклику при изменении управляющего (хвостового) тока, как показано на рисунке 2. Все другие устройства увеличивали свое усиление быстрее при низких токах хвоста, и оно уменьшалось. по мере приближения к максимуму.

Искажение всегда является важным параметром, поэтому я провел несколько измерений. Я измерил выходной сигнал измерителя искажений, а также запустил функцию FFT (быстрое преобразование Фурье), чтобы посмотреть выходные частоты.Нет смысла показывать саму осциллограмму, поскольку ни один осциллограф не имеет разрешения, позволяющего увидеть искажения намного ниже 5% или около того (и даже это может быть сложно во многих случаях).

Рисунок 4 — Форма кривой искажения (1 В RMS на входе 400 Гц)

Поскольку это выход моего измерителя искажений , основная частота (400 Гц) удаляется, остаются только искажения и шум. Искажение интересное. В отличие от большинства схем, искажения ограничиваются второй и третьей гармониками, и почти ничем кроме этого.При входной частоте 400 Гц есть пик на 800 Гц (2 ^и гармоник) и еще один на 1200 Гц (3 ^rd гармоник), а то, что остается, скрыто за шумом. Это почти идеально соответствует моделированию. Форма волны примечательна тем, что она довольно гладкая, что указывает на отсутствие гармоник более высокого порядка (они проявляются как высокие частоты поверх более низких частот, которые вы можете видеть).

Рисунок 5 — Спектр искажений (1 В RMS на входе 400 Гц)

Используя функцию БПФ осциллографа, вы можете увидеть две гармоники, и они имеют почти одинаковую амплитуду.Если «балансный» потенциометр используется с коллекторными резисторами для Q1 и Q2, гармоника 2 ^и подавляется немного сильнее, но не настолько, чтобы быть значимой (измеренные THD меняются очень мало).

Обратите внимание, что показанная схема имеет температурную компенсацию без , поэтому коэффициент усиления будет незначительно изменяться в зависимости от температуры. Он не предназначен для использования в качестве прецизионной схемы, и дополнительная сложность выйдет из сферы «простого» самодельного изготовления. При нормальном использовании температура транзисторов будет почти одинаковой (при комнатной температуре), так как рассеивание очень низкое, поэтому самонагревание отсутствует.Максимальное рассеивание на любом из транзисторов будет менее 2 мВт при любой настройке.

В качестве альтернативы, вы можете получить хороший результат с JFET-транзисторами, и хотя искажения ниже, общее усиление также ниже и управление не является линейным. JFET-транзисторы также имеют широкий разброс параметров, поэтому получить хорошо подобранную пару может быть сложно. Хотя согласованные пары доступны от Linear Systems (например, LSK389), они недешевы. Версия JFET показана ниже и была смоделирована, но не тестировалась на стенде.

Рисунок 6 — VCA с использованием JFET

Использование JFET означает, что общий коэффициент усиления снижается примерно вдвое, чем у BJT. Кривая управления также нелинейна, и хотя можно изменить «закон» регулятора, вы, вероятно, не станете беспокоиться. Вероятно, вы сможете уменьшить искажения до менее 0,01%, используя согласованные полевые транзисторы, но стоимость может быть такой, что будет дешевле использовать THAT2181 или аналогичный, что даст лучшую производительность в целом.Однако эти VCA имеют функцию управления логарифмической функцией (обычно около 6 мВ / дБ), и это может не подходить для некоторых схем.

Строительство

Это скорее образовательный проект, чем что-либо еще, но его можно использовать с пользой в относительно нетребовательных приложениях. Искажения слишком высоки, чтобы его можно было квалифицировать как Hi-Fi, хотя он намного лучше, чем некоторые ламповые усилители, которые некоторым нравятся. Искажения низкого порядка, показывая только вторую и третью гармоники на любом уровне выше -100 дБ относительно 1 В.Используя только дешевые детали, это простой способ поиграть с «настоящим» VCA с минимальными затратами.

Как уже отмечалось, в идеале Q1 и Q2 будут совпадать. Раньше было обычным делом получать пары с двойным согласованием в одном корпусе, но сейчас большинство из них доступны только для SMD, что затрудняет выполнение DIY. Это особенно актуально, если вы используете Veroboard, поскольку нет простого способа соединить детали SMD. Хотя некоторые типы сквозных отверстий все еще доступны, «пугающе дорогие» не подходят при обсуждении стоимости.Это неприемлемый путь для дешевого «забавного» проекта своими руками !

Шум на удивление низкий, и его не было слышно через мою систему мастерской, пока я не оказался всего в 100 мм от динамика. Я был приятно удивлен, тем более что я не включил никакой фильтрации после регулятора 78L05, который я использовал для генерации питания 5 В на LTP.

В конструкции нет ничего критического, и большая часть схем имеет низкий импеданс и минимальный уровень шума.

Рисунок 7 — Фотография прототипа двойного VCA (щелкните, чтобы развернуть)

Кусок Veroboard, который я использовал, был обрезком, который оказался достаточно большим, чтобы все уместилось (я также изменил фотографию, чтобы удалить «мертвое пространство» справа от операционного усилителя).VCA — это зеркальное отображение, с двойным операционным усилителем между ними. Регулятор 5V питает оба набора транзисторов. Различные части схемы должны быть хорошо различимы на схеме. Подключения питания постоянного тока находятся справа от операционного усилителя, поскольку я изначально планировал сделать только один VCA. Второй был добавлен, чтобы я мог сравнить их для отслеживания. Ни у одного из них не было положений для балансировки LTP, но это было добавлено позже (два синих подстроечных элемента).

Единственные детали, отсутствующие на плате, — это выходные конденсаторы операционных усилителей и резисторы (C4 и R13).Во всех тестах, которые я проводил, использовалась схема, связанная по постоянному току с выходами, с использованием резисторных выводов от контактов 1 и 7 в качестве точек подключения. Выводы резистора также использовались для входа сигнала (вверху слева и справа) и управляющего напряжения (внизу слева и справа).

Выводы

Помимо очевидного удовольствия собрать что-то подобное и поиграть с этим, VCA идеально подходит для гитарного тремоло (амплитудной модуляции). В отличие от комбинации LED / LDR, глубина тремоло не меняется с частотой и очень линейна.Обратите внимание, что амплитудная модуляция — тремоло , а частотная модуляция — вибрато . «Рука тремоло» на гитарах Fender неправильно названа — она ​​вызывает вибрато , а не тремоло . Точно так же усилители Fender, претендующие на «вибрато», обеспечивают тремоло. Максимальная частота тремоло, используемая большинством гитаристов, составляет около 15 Гц (кроме этого, начинает звучать действительно странно, ), но схема будет работать с любыми частотами до 100 Гц — почти наверняка бесполезно, но может быть « интересно ».Естественно, модулирующий сигнал должен иметь подходящее смещение по постоянному току, чтобы обеспечить некоторое усиление. Например, модуляция, близкая к 100%, достигается при наложении пикового синусоидального сигнала 4 В на уровень 5 В постоянного тока. Прохождение CV становится слышным выше 30 Гц, но это слишком много для схем тремоло.

Существует любое количество приложений для VCA, но если вы хотите использовать их для регулировки громкости Hi-Fi, вам будет гораздо лучше с чем-то вроде предусилителя VCA Project 141. Описанные здесь схемы предназначены в первую очередь для удовольствия (и да, мне было весело поиграть с различными эффектами).Что еще более важно, полезно собрать что-то подобное и посмотреть, как это работает для себя.

Если кому-то пришло в голову пожаловаться на то, что я недостаточно далеко продвинулся с улучшениями, это вполне умышленно. Как сказано во вступлении, любая схема, сделанная своими руками, должна быть достаточно простой (и дешевой), чтобы любой мог ее построить и возиться с результатом, чтобы посмотреть, что произойдет. Его можно использовать в реальной схеме, если не ждете чудес. Я бы, конечно, не стал использовать его для Hi-Fi, но как модулятор гитарного тремоло или как простой VCA, предназначенный для поддержания заданного уровня фонового звука (с выпрямителем и фильтром для генерации управляющего напряжения), он должен работать очень хорошо.

Список литературы

В сети довольно много похожих схем VCA, но большинство (ну, я не видел ни одной) используют токовое зеркало для управления хвостовым током LTP. Эта схема была разработана с использованием основных принципов, и никаких конкретных ссылок не показано, так как они не использовались для создания схемы.

Один полезный сайт (найден, когда эта статья была почти закончена, и который включает все формулы) находится на сайте Analog Devices — см. Главу 12: Дифференциальные усилители, которая является частью серии AD «University».Хотя объяснения в основном довольно хороши, я считаю, что в представленных формулах есть ошибки (я тоже мог ошибаться).

Основной индекс

Указатель проектов

Страница создана и авторские права © Род Эллиотт, март 2021 г.

4QD-TEC: Схема усилителя с регулируемым напряжением

По правде говоря, это, как и многие (большинство) VCA, на самом деле является усилителем с управляемым током, но на самом деле нет особой разницы, поскольку, если вы хотите превратить CCA в VCA, вы просто подаете токовый вход от напряжения через напряжение к току. конвертер (a.к.а. ‘резистор’).

Существует множество различных способов управления усилением: часто используются полевые транзисторы, резисторы, зависящие от света, просты в использовании. Есть магниторезисторы. Вы также можете использовать практически любой полупроводник.

Здесь используется диодный мост. Возможно, это одна из старейших техник, а сегодня, возможно, одна из менее распространенных — что должно сделать ее более интересной! Схема состоит из двух частей: управляемого усилителя, за которым следует управляющая цепь.

Первое, что может броситься в глаза — это отсутствие микросхем.У вас может сложиться ошибочное мнение, что автору не нравятся микросхемы! Если вы так считаете, то хорошей новостью является то, что в коробке с клювом находится операционный усилитель (описанный в другом месте на этом сайте). Фактически, оригинальная схема была разработана на основе CA301. Это было в 1977 году, когда «операционный усилитель» означал 741. 301 был значительным улучшением характеристик, но моя четырехтранзисторная схема показала лучшие характеристики, чем любая другая! В любом случае — большинство людей узнают больше об базовой электронике, используя дискретные компоненты.Выбор за вами.

Схема довольно проста: вход подается в аттенюатор 100: 1 (47K и 470R) на вход неинвертирующего операционного усилителя. Обратная связь осуществляется через еще один 47 кОм с диодным мостом, образующим резистор, определяющий усиление, при инвертировании входа на 0 В. Операционный усилитель питается от разделенного источника питания (10 — 0 — 10 В или около того).

Диапазон регулирования производительности: Максимальный диапазон регулирования определяется характеристиками операционного усилителя. Если вы пытаетесь получить диапазон регулирования 60 дБ, вам нужен хороший операционный усилитель с низким уровнем шума: дискретного усилителя в схеме достаточно, чтобы обеспечить диапазон 60 дБ.Диапазон 60 дБ, полученный за счет изменения тока диодного моста в диапазоне от 1 мкА до 5 мкА. 40 дБ было отдано в диапазоне регулирования от 35 мкА до 5 мкА. 301 от первоначального значения было не так уж и хорошо. Чтобы получить действительно хороший диапазон регулирования, может потребоваться согласование диодов в мосте.

Шум: для хорошего диапазона регулирования вам понадобится малошумящий операционный усилитель. Малошумящие транзисторы можно легко использовать в ОУ на дискретных транзисторах, но есть небольшая проблема с низкочастотным шумом, вызванным смещением Vbe, заряжающим конденсатор на 10 микрон в цепи обратной связи.Благодаря высокопроизводительному малошумящему операционному усилителю вы сможете обойтись без этого конденсатора. При наличии конденсатора нельзя быстро менять регулировку усиления. Кроме того, для низкого уровня шума необходимо точно согласовывать диоды в мосте.

Соответствие: исходная схема была протестирована с четырьмя ступенями, такими как вы можете использовать с объемным звуком. При небольшой осторожности четыре усилителя могут дать согласование до 1 дБ в диапазоне 60 дБ. Согласование между усилителями контролируется согласованием источников управляющего тока, что приводит нас к следующему биту схемы….

Вторая схема представляет собой систему смещения: две ее линии смещения могут управлять несколькими каскадами усиления. По сути, это два дополняющих друг друга токовых зеркала, управляемых одним потенциометром. Вы можете получить диапазон 40 дБ от усилителя без особых проблем, но вам могут потребоваться близко согласованные резисторы для двух источников, чтобы получить диапазон регулирования 60 дБ.

Не всегда удобно управлять набором каскадов усиления с помощью одного потенциометра — вы можете использовать сигнал — например, выход предыдущего каскада.Схема 3 показывает способ сделать это. Схема управляется входным током через два набора токовых зеркал. Если вы хотите узнать больше о текущих зеркалах — на этом сайте есть учебное пособие.

Оба этапа контроля должны дать хорошие результаты, но вам может потребоваться совместить положительные и отрицательные зеркала, иначе могут возникнуть проблемы.

Ожидаемая производительность. Никаких гарантий здесь нет — схема была только прототипом, никогда не производилась в большом количестве, но вы должны легко получить соответствие между ступенями +/- 1 дБ в диапазоне 40 дБ с 0.Искажение 05% и отношение сигнал / шум -55 дБ. Многое будет зависеть от используемого операционного усилителя.

Как обычно, дайте нам знать о любых запросах / жалобах / предложениях / проблемах. Мы также хотели бы услышать, считаете ли вы схему полезной / интересной. Даже если только указать на орфографическую ошибку — браузеров проверяет больше, чем можно было бы повторить корректурой! Наслаждайся этим.

Информация о странице

© 1996- 4QD-TEC

Автор страницы: Ричард Торренс

.