Улучшенный логарифмический ступенчатый регулятор громкости LSCM

[Electrovoicer]

Когда разрабатывал усилитель для наушников Oriel Z1, который скоро выйдет "на экраны", захотелось существенно улучшить логарифмический ступенчатый аттенюатор, прозванный в народе регулятором Никитина, в честь его популяризатора, уважаемого и не ленивого человека Алексея Никитина, "немного подумавшего логически, чего с ним давно не случалось" (С)

Я тоже решил повторить трюк на счет подумать логически, хоть и было это чертовски сложно.
Путь был один - делить токи, а не напряжения (это условно, конечно), снижать эквивалентное сопротивление регулятора и ставить инвертирующий буфер. Кроме того, чисто из академического интереса, решил подобрать номиналы из стандартного покупабельного ряда Е96 так, чтобы получилось минимально возможное отклонение от логарифмической характеристики, при этом попав в оптимальный, с точки зрения шумов и искажений, диапазон сопротивлений. Методикой автоматизированного расчета не поделюсь В табличке на принципиальной схеме можно ознакомиться с результатом мозгового напряжения. Эквивалентное сопротивление аттенюатора получилось в районе 3 кОм.

В итоге был создан регулятор (см. приложение), который я назвал кратко LSCM (Logarithmic Step Current Mode Audio Attenuator). Он предъявляет повышенные требования к качеству резисторов и контактных групп реле, но результаты превосходят ожидания - помимо великолепного субъективного качества восприятия, очень высоки и технические параметры. Амплитуды гармоник тестового сигнала 10 кГц 3В рмс не превышают -130дБ.

Еще раз хочу обратить внимание на номиналы и легкую, но необходимую, коррекцию ОУ. ЭТО ВАЖНО для получения максимальных характеристик в данной схеме. Плату желательно использовать 4-слойную, минимизируя при трассировке емкость на инвертирующих входах ОУ, хотя прекрасно разводится и на двухслойке. Питание обмоток реле обязательно следует осуществлять стабилизированным напряжением. Желая сэкономить и используя реле 2342-05 с двумя группами переключающих контактов, даже при оптимальной топологии платы получите разделение стереоканалов в районе -75..-80 дБ на 20 кГц, что немного не солидно на фоне остального

Основные требования к ОУ - низкий токовый шум, высокий первый полюс, высокая собственная линейность до охвата ООС, не низкий ток покоя.

Как видите, друзья, всё как всегда обстоит проще, чем мы думаем. Расстроить вас может только стоимость реле с рутениевыми контактами (~$12/шт) и резисторов (~$1/шт). Очевидно, что для 64-ступенчатого стерео-регулятора нужно 12 реле и 24 резистора.

Если уважаемый Denisius (который, кстати, как оказалось, живет в соседнем доме ) сочтет нужным, черкнет пару слов о прослушивании усилителя, состоявшегося несколько дней назад.

с ув., Павел Гурьев

[Alex]

Методикой автоматизированного расчета не поделюсь

Этих "методик" в виде экселевских файлов или программы, по Сети бродит не один и не два. Были и что из стандартного ряда подбирает.

[Electrovoicer]

Этих "методик" в виде экселевских файлов или программы, по Сети бродит не один и не два. Были и что из стандартного ряда подбирает.

Безусловно, какие-то "методики" гуляют по сети. Но обратите внимание на отклонение, и станет понятно, что есть ньюансы
Да и дело не столько в методике, а сколько в простом способе существенно улучшить характеристики известной схемы.

Предлагаю приз - микросхему PCM1792A за нахождение варианта с эквивалентным сопротивлением 1.8-3 КОм с меньшими отклонениями от логарифмической кривой

[Serge_L]

А сколь существенна разница? Хотя бы на слух? С обычным логарифмическим аттенюатором.

Offтопик:
Electrovoicer, всё забываю Вас спросить, а какой САПР так рисует схемы?

[Slava!!!]

А так ли уж необходимо максимальное соответствие закона регулирования логарифмической кривой?

ИМХО достаточно, чтобы регулировочная кривая была монотонной (естественно, при сохранении качественного сходства с логарифмической кривой). А тут и типовой 5% точности резисторов достаточно, и существующие методики расчетов вполне приемлемы.


Во вложении - небольшая модификация известной в интернете методики расчета Никитинского регулятора и мои эксперименты с ней.
RegulatorNikitina.xls

[Alex]

А тут и типовой 5% точности резисторов достаточно, и существующие методики расчетов вполне приемлемы.

Не совсем так, ибо 1% резисторы обладают лучшей стабильностью и как правило меньшими шумами. А 2 килоома там или 10, разницы практически нет, она выше 25-30к появляется.

Offтопик:

Electrovoicer, всё забываю Вас спросить, а какой САПР так рисует схемы?

Кажется это Альтиум.

[tomtit]

Кто нибудь может обяснить внятно, зачем нужно разделение каналов больше 40дБ ?
В свое время искал причину проникновения звука одного канала в другой в мед. аппарате
для проверки слуха, замучился, пока наконец не дошло, что звук по дужке идет, а электроника ни при чем.
А в жизни то оба уха вообще не разделены.

[Slava!!!]

Не совсем так, ибо 1% резисторы обладают лучшей стабильностью и как правило меньшими шумами. А 2 килоома там или 10, разницы практически нет, она выше 25-30к появляется.

Имелсь в виду не качество резисторов, а необходимая точность их подбора.

[Alex]

Имелсь в виду не качество резисторов, а необходимая точность их подбора.

1% вполне достаточно.

[Nikolay_Po]

Павел, спасибо за высококлассную работу! Применять пока в личных целях некуда, но схема и подход - впечатлили! Почему-то очень радуюсь, вникая в такие публикации .

[Alex]

Кто нибудь может обяснить внятно, зачем нужно разделение каналов больше 40дБ ?

Ну 40-то ладно, а вот указанные выше 75-80 на 20кгц - этого уже более чем достаточно.
Скока там у винила на 20кгц переходное затухание?
Ну а остальные источники - пусть сначала до винила по остальным параметрам дорастут, потом посмотрим...

[Slava!!!]

1% вполне достаточно.

И 5% вполне приемлемо.

В прилагаемом к посту 5 файле на последней странице смоделирована регулировочная кривая с величинами резисторов, округленными до стандартных номиналов как раз с отклонением от расчетных номиналов до 5%. Радикальных отличий от приведенной на предпоследней странице кривой с расчетными номиналами резисторов не наблюдается. Некоторое небольшое искажение формы - и не более того. А монотонность регулировки не нарушалась и при 20% отклонении (этого расчета в прилагаемом файле нет).

ЗЫ все сказанное верно для 5-звеннного регулятора Никитина. При увеличении количества звеньев требования к точности подбора будут возрастать. Но вряд ли запредельно.

[JazMan]

И 5% вполне приемлемо.

Imho, для себя можно поставить и получше, сейчас резисторов завались любой точности.
Я обычно ставлю 1% или 0.1% в ответственных местах.

[ViktKors]

ИМХО, проблема не в том, чтоб подобрать, проблема в том, чтоб сделать это оптимальным (для каждого своим) образом.
Порой просто влом покупать десяток номиналов хороших резисторов, особенно учитывая, что доставка - это время, платить все равно нужно не за 1 шт, а минимум за десяток и кроме того, дома практически всегда валяется сколько-то резисторов близких номиналов.

С учетом того, что нынче в типичном случае используются СМД детали, смысла ставить один определенный резистор я не вижу никакого, обычно собираю критичные по номиналу "резисторы" из последовательных или параллельных пар. И хотя общее количество номиналов обычно не уменьшается сколько-то значительно (в данном примере - 8 величин), это запросто могут быть резисторы хоть из Е12-го ряда.
И это порой совсем не лишне, учитывая к примеру, что те-же мелфы куда чаще просто(дешево/быстро) достаются только основных номиналов.

Во вложении элементарный (и надеюсь интуитивно понятный) экселевский файл для 5ти-звенного регулятора. Файл примитивный, никакой автоматизации подбора элементов нет, но это, имхо, и не нужно. Написать и отладить скрипт автоматизации - это уже час-другой, а подбор номиналов игрой в файле - 3-5 минут, т.е. время для написания скрипта вряд-ли окупится.

Reg_01_.xls

[Alex]

обычно собираю критичные по номиналу "резисторы" из последовательных или параллельных пар.

Аналогично.

[Electrovoicer]

ребята, дело не в отклонениях номиналов. отклонения так, для красоты. представляют только эстетический интерес
я хотел показать лежащий на поверхности и почему-то не пользующийся популярностью способ включения аттенюатора, позволяющий заметно снизить искажения

[ViktKors]

дело не в отклонениях номиналов
.. способ включения аттенюатора, позволяющий заметно снизить искажения

Имеется в виду сопротивление аттюнератора в 3 кОм вместо "стандартных" десяти?

Или то, что буфер, который стоит после РГ включен инвертом?
Но тогда не очень понятно. Ведь основное достоинство инвертирующего буффера - отсутствие синфазного напряжения на входах ОУ - не реализовано во входном балансном каскаде хотя он (в отличие от выходного буффера) 100% времени работает на максимальной амплитуде..

Вы упоминали, про обязательность коррекции у ОУ. В то-же самое время на определенных ступенях суммарная емкость реле (даже без учета монтажа) наберется в десяток-другой пФ, что (согластно датащиту) как раз не очень желательно для данных ОУ. Вы не пробовали небольшой резистор между выходом баласного каскада и аттюнератором?


П.С. У меня самого аттюнераторы с сопротивлениями от 2.2 до 8.2 кОм нагружены именно на инвертирующие буферы. Это удобно например для подключения опциональной цепи тонкомпенсации - в суммирующую точку буферного ОУ.
И меняющаяся в зависимости от ступени глубина обратной связи меня смущает мало.
Правда на ультразвуке там ООС стабильна, "на всякий случай" между аттюнератором и ОУ стоит не просто резистор (тот, что 2.94 кОм), а Т-звено: резистор-небольшой С на землю-резистор.

[Alex]

почему-то не пользующийся популярностью способ включения аттенюатора, позволяющий заметно снизить искажения

За счет чего? За счет уменьшения номиналов делителей и увеличению тока через контакты реле? Так для хороших реле это и так не проблема.

[levgy]

https://forum.vegalab.ru/showthread....ighlight=levgy

[SergioT]

ИМХО для звука непригодный регулятор, тогда уж лучше 7112 применить.
а клацанья при переключении програмно устраняются ?