АРУ. Прошу совета в схемотехнике

[electrotehnik]

Доброго всем времени суток

У меня дифференциальный сигнал и его требуется привести к общей земле, затем мне необходимо реализовать автоматическую регулировку уровня (АРУ) звука перед тем, как отправить сигнал в усилитель (наушники).

Реализацию АРУ я взял из схемы магнитофона Агидель-302С, но в этом магнитофоне АРУ работает уже с сигналами, у которых земля общая. В моем случае получается целых два операционных усилителя (достаточно быстрых и точных - дорогих) и требуется достаточно много пленочных конденсаторов (тоже дорогих).

С целью сокращения операционных усилителей и пленочных конденсаторов без существенного потери качества работы подскажите, пожалуйста, как можно упростить представленную ниже схему?

[Alex]

Так фоторезистор же будет в цепях переменки ~100V 100кГц. А вот током в светодиоде как раз и управляет МК.

ШИМом или ЦАпом? Ну а прямо цифрой параллельно (в случае с ПА1/7520) или по i2c/spi, в случае резистора, не проще будет?
Качество регилировки так точно будет на порядки выше.

Управлять наверное можно и не при 100в а пониже, а потом усилить.

[Гоша]

еще раз пересмотрел схему АРУ в серийной схеме магнитофона Агидель 302С

Вот я и не понимаю, как оно там работает.
В отсутствие входного сигнала транзистор детектора полностью открыт, на затворах полевиков 0, сопротивление каналов минимальное, Кус минимальный.
При подаче на вход "детектора" переменного напряжения амплитудой > 3500 мВ он начинает призакрываться на пиках, напряжение на затворах увеличивается (причем, при указанных номиналах изменение напряжения составляет милливольты), сопротивление каналов увеличивается, Кус растет.
А должно быть наоборот.

[electrotehnik]

electrotehnik, а почему R в ООС первого ОУ 13, а не 10 кОм?...
..."лишний" эм. повторитель отрежьте, т.к. он нужен только для ОТА.

Файл в шапке обновил. Действительно, очень справедливое замечание.
Сопротивление 13 кОм подобрано на макетке, а 10 pF осталось неизменным.

Лишний повторитель - как раз и один из моих основных сомнений в этой схеме, дело в том, что без него не ясно, где устанавливать детектирование сигнала (узел у R16), а где устанавливать управление (узел у VT1) на аудио-канале. Мне думается между двумя этими точками обязательно должен быть ОУ в режиме хотя бы повторителя.

Как это должно выглядеть без этого ОУ (DA2)?

[Tuvalu]

"Лишний повторитель" - имелся ввиду эм. повторитель (между детектором и ОТА) в схеме компрессора Dynacomp, которую я советовал посмотреть.

Сопротивление 13 кОм подобрано на макетке, а 10 pF осталось неизменным.

По какому критерию вы его подбирали? Почитайте про CMRR дифусилителя, как он меряется, и "переподберите" заново этот R. Или просто поставьте 10 кОм. А про 10 пФ вы не поняли. Я же написал, что надо добавить второй такой же.

еще раз пересмотрел схему АРУ в серийной схеме магнитофона Агидель 302С

Вот я и не понимаю, как оно там работает.
В отсутствие входного сигнала транзистор детектора полностью открыт, на затворах полевиков 0, сопротивление каналов минимальное, Кус минимальный.
А должно быть наоборот.

Всё там нормально работает, ТС просто забыл вставить разделительный С между выходом ОУ и R16 - как в схеме Агидель. Транзистор нормально закрыт. Кстати, точно так же сделано и Динакомпе, только там лучше.
=========
Добавлено.
У вас ещё один косяк в схеме. DA2 находится в отсечке, т.к. через полевик на его неинв. вх. подан "самый минусовый" потенциал схемы, в данном случае - потенциал общего. Надо сделать так: неинв. вход ОУ подключить к пол-питанию через 100...+ кОм. Этот же вход отделить от полевика конденсатором. Это необходимо сделать для того, чтобы через ПТ не протекал пост. ток.
Можно сделать иначе: убрать С11, поставив его между стоком и R11. Только его ёмкость увеличить до 10 мкФ. Ну, и поставить R_утечки между стоком и истоком (100...300 кОм). При этом, смещение DA2 автоматом обеспечится за счёт соответствующего потенциала выхода DA1.

[Гоша]

Всё там нормально работает, ТС просто забыл вставить разделительный С

Точно! Я его тоже проглядел и сильно удивлялся
Тогда да, все ОК.

[electrotehnik]

Tuvalu,
Благодарю за замечание, да, действительно проглядел разделительный С в прототипе "Агидель". Вернул его на место.

В схему внес изменения согласно вашим замечаниям:

• Сопротивление 13кОм заменил на 10кОм (R7, R8).
• Неинвертный вход ОУ подключил к пол-питанию через делитель напряжения на резисторах (R21/R23, R22/R24).
• Вход ОУ отделил от полевика конденсатором (C15, C16).
• Транзисторы на управлении сигналом заменил на JFET, пока отечественные, позже подберу аналог той же технологии (VT1.1, VT1.2).
• Добавил конденсаторы 10 пФ на втором ОУ (C17, C18).

Остались вопросы:

• Емкости C15, C16 - 10 пикофарад нормально?
• Допустимо ли удалить проходные конденсаторы C11, C12?
• Обязательно ли наличие конденсаторов C21, C22? Не будет ли мешать их отсутствие детектору АРУ?

Все изменения отображены на схеме во вложении.

Попутно изучил несколько модификаций схемы Dynacomp в интернете. Остановился на той, что во вложении.
На сколько я понимаю, основное отличие этой схемы от моей в быстродействии? Гитарная педаль "Компрессор" - это АРУ в своем чистом виде, накаких дополнительных искажений?

в основе схемы Dynacomp используется транскондуктансный операционный усилитель (OTA) с диапазоном питания от 2 до 15В, при этом может работать как на однополярном (судя по схеме Dynacomp), так и двуполярном напряжении.
Сигнал после моего устройства предполагается отправлять на усилитель, а значит, снизить напряжение питания OTA до 5В можно без ощутимого ущерба. Правильно ли я рассуждаю?

[Гоша]

С15, С16 увеличить в миллион раз - до 10 мкФ.
С11 С12 тоже увеличить.
С21 С22 можно исключить если имеется уверенность в отсутствии постоянного напряжения на входе последующего устройства.
Между точкой соединения R21 и R23 и НИ входом усилителя включить резистор 100 кОм. R23 зашунтировать конденсатором 10...100 мкФ.
Делитель R21 R23 может быть общим для обоих каналов. Только НИ входы должны подключаться через резисторы. Ну то есть выполнить смещение как в первом каскаде.
Кстати, если убрать (замкнуть) конденсаторы С11 и С12, то напряжение с выходов DA1 прекрасно сместит DA2 без всяких дополнительных делителей.

[electrotehnik]

в конечном итоге схема из шапки приобрела вот такой вид (см. вложение).

[Tuvalu]

Поразительно, насколько невнимателен ТС!

]С15, С16 увеличить в миллион раз - до 10 мкФ.

Кстати, если убрать (замкнуть) конденсаторы С11 и С12, то напряжение с выходов DA1 прекрасно сместит DA2 без всяких дополнительных делителей.

Конечно же! Я же ему писал именно об этом:

Можно сделать иначе: убрать С11, поставив его между стоком и R11. Только его ёмкость увеличить до 10 мкФ. Ну, и поставить R_утечки между стоком и истоком (100...300 кОм). При этом, смещение DA2 автоматом обеспечится за счёт соответствующего потенциала выхода DA1.

Это второй вариант совета. ТС, приняв его за основу, зачем-то применил "кусок" из первого варианта, а именно приделал делитель пол-питания. Кроме того, подал эти 1/2 V без резистора, о котором я тоже писал:

неинв. вход ОУ подключить к пол-питанию через 100...+ кОм.

Сделайте полностью или по I, или по II варианту, не надо ничего комбинировать! Во втором варианте между стоком и истоком желательно включить R_утечки 100-330 кОм. И об этом я тоже писал.

Далее:
1) С21 лучше подключить прямо к выходу DA2. Так вы избавитесь от одного С на пути сигнала. (С19 остаётся!)
2) R5 зашунтируйте таким же 10 пФ, как и в ООС, и об этом я писал. Так будет симметричней на ВЧ. Ещё лучше увеличить эти ёмкости до 100-220 пФ, меньше ВЧ мусора насосёте из вне.
3) На выходе DA2 поставьте последовательный R 47...100 Ом, иначе повторитель может засвистеть.
4) С выхода всей схемы подключите к "общему" R 100 кОм. Это не обязательно, но желательно, т.к. потенциал выхода (без этого R) будет какой угодно, кроме 0, что может вызвать грохот при коммутации выхода со следующим в цепи девайсом.
5) Применяйте 504НТ3,4 Б,В - они больше подходят для этой схемы.

ПС. Пока писал, ТС исправил схему, но кое-что забыл, всё же...

---------- Сообщение добавлено 13:11 ---------- Предыдущее сообщение было 12:41 ----------

Попутно изучил несколько модификаций схемы Dynacomp в интернете.
На сколько я понимаю, основное отличие этой схемы от моей в быстродействии? Гитарная педаль "Компрессор" - это АРУ в своем чистом виде, накаких дополнительных искажений?

Скажем так, они старались сделать без искажений, но тут "имеем, что имеем" - искажения значительны. А ещё здесь кривая АЧХ, специально заточенная под гитару, что для аудио совсем не годится.
Про быстродействие. Время отпускания (Релиз) быстрее, но если это нежелательно, то можно увеличить R13. Время нарастания (атака) примерно такое же.
А так, да, это тоже АРУ.
Из этой схемы я рекомендовал взять исключительно детектор - кусок от выхода ОТА до С8. C5 исключить, он нужен для коррекции ОТА.

в основе схемы Dynacomp используется транскондуктансный операционный усилитель (OTA) с диапазоном питания от 2 до 15В, при этом может работать как на однополярном (судя по схеме Dynacomp), так и двуполярном напряжении.

Точнее так: +/- 2...15 В двуполярного или 4...30 В однополярного.

Сигнал после моего устройства предполагается отправлять на усилитель, а значит, снизить напряжение питания OTA до 5В можно без ощутимого ущерба. Правильно ли я рассуждаю?

Ничего не понял про связь одного с другим. Но от 5 В работать будет.
АРУ на JFET будет качественней. Хотя бы тем, что чем меньше аттенюация (действие АРУ), тем меньше влияние JFET на звук. А ОТА постоянно "полностью включён" в звуковой тракт и изрядно гадит.

[Гоша]

АРУ на JFET будет качественней. Хотя бы тем, что чем меньше аттенюация (действие АРУ), тем меньше влияние JFET на звук. А ОТА постоянно "полностью включён" в звуковой тракт и изрядно гадит.

Это так. Если не учитывать, что при переходе из отсечки к омическому режиму канал проходит через участок с квадратичной характеристикой. Искажения при этом весьма значительны.
А если работать только на омическом участке, то получить глубину АРУ больше 6 дБ проблематично.

[zoog]

Offтопик:
А потом окажется, что на сигнале порядка вольта полевики дадут 1% искажений, а требуется 0,0001 (судя по применённым ОУ).

[Гоша]

А потом окажется, что на сигнале порядка вольта полевики дадут 1% искажений,

А 35% не хочешь?
Полевик КП103Е (не суть, принцип одинаков).
Резистор делителя 10 кОм (тоже не суть).
Напряжение на входе делителя 100 мВ амплитудное значение, 1 кГц.
Напряжение на стоке от (полностью открыт) 0 до 1В (полностью закрыт).
Кдел изменяется от 13.3 до 1.
Искажения изменяются от 0,2% при Uси = 0 до 0.0015% при Uси =1В.
Пик искажений 14% (четырнадцать, Карл!!!) при Uси 0.75 В.
Если входное напряжение сделать 1В ампл, то пик искажений приходится на Uси=0.6 В, 35%.
Если ограничиться искажениями до 1%, то диапазон изменения Кдел от 13.3 до 6.4. Глубина АРУ 9 дБ.

[Alex]

А 35% не хочешь?

33% это вроде уже меандр

[Tuvalu]

Offтопик:
А потом окажется, что на сигнале порядка вольта полевики дадут 1% искажений, а требуется 0,0001 (судя по применённым ОУ).

Что-то не припомню, чтобы речь шла об 1В. В прототипе (Агидель) уровень совсем небольшой. Но если у ТС такой большой уровень, то перед подачей на аттенюатор его необходимо будет ослабить до примерно 50 мВ. А 50 мВ (JFET со схемой компенсации нелинейности; + их надо выбирать с большим Vgsoff) дадут где-то 0,1%, ну, может, чуть больше. Основная проблема не в этом. В (почти) любой однполосной схеме АРУ искажения будут очень значительными на НЧ - проценты - из-за пульсаций выпрямленного напряжения. Либо придётся делать систему очень медленной со временем отпускания сек и более.

Ну, и естественно, если у ТС действительно такой большой вх. уровень, то надо будет уменьшить усиление в дифкаскаде (уменьшить R5,7), чтобы на ПТ приходили эти самые 50 мВ или меньше. Кроме того, не забываем про величину диапазона сжатия (Gain Reduction - GR). Т.о. далее необходимо будет компенсировать эти потери, усилив сигнал на величину падение уровня в дифкаскаде и величину макс. ожидаемого/необходимого GR (по-сути, макс. К_деления в аттенюатере). Пусть пока ТС разберётся со "скелетом". Потом переделаем повторитель DA2 на усилитель.
Это также ответ на:

Это так. Если не учитывать, что при переходе из отсечки к омическому режиму канал проходит через участок с квадратичной характеристикой. Искажения при этом весьма значительны.
А если работать только на омическом участке, то получить глубину АРУ больше 6 дБ проблематично.

В правильной схеме на ПТ никогда не должно быть больше 30...50 мВ, что и обеспечивается во всех промышленных и большинстве любительских/бутиковых компрессорах. Писал уже, но в ОТА сигнал на входе желательно уменьшить вообще до примерно 10 мВ.
====
Кстати, ваши замечания про JFET не по адресу, я изначально предлагал либо лучшее решение на THAT4320 (THAT4311), либо попроще, на NE570/571. Также, неплохой вариант и на оптроне, как тут советовали.

[Гоша]

Не, вот такая кривулька.


---------- Сообщение добавлено 16:11 ---------- Предыдущее сообщение было 15:57 ----------

В правильной схеме на ПТ никогда не должно быть больше 30...50 мВ, что и обеспечивается во всех промышленных и большинстве любительских/бутиковых компрессорах.

В моем расчете для КНИ 1% амплитуда на ПТ вообще 15 мВ. Для гитарного компрессора это допустимо, там другое важно. А для HI-FI -вряд ли.
Но компрессия маленькая при малых искажениях.
И вообще непонятно, зачем это все задумано.
Пусть бы ТС сказал нам, чего хочет добиться. Может, чего и придумали бы.

Кстати, ваши замечания про JFET не по адресу

Дык это не замечание, это констатация факта. Было бы все так просто с полевиком - никто бы и не почухался разрабатывать спецчипы компрессоров и применять ОТА.

---------- Сообщение добавлено 16:34 ---------- Предыдущее сообщение было 16:11 ----------

В (почти) любой однполосной схеме АРУ искажения будут очень значительными на НЧ - проценты - из-за пульсаций выпрямленного напряжения.

Абсолютно согласен. И это тем заметнее, чем больше уровень компрессии.
Поэтому я с самого начала говорил о том, что надо правильно детектироваться и фильтровать продетектированный сигнал.
Первым порядком получаются очень большие постоянные времени, вторым и более высокими порядками - появляется опасность провала Кус сразу после подачи сигнала.

[Tuvalu]

В моем расчете для КНИ 1% амплитуда на ПТ вообще 15 мВ.

Прикрутили R-C-R цепочку компенсации НИ? С ней существенно лучше. Например, мой гитарный компрессор искажает от 0,06 до 0,2% на СЧ, сильно зависит от настроек. При самых неблагоприятных установках - до 0,8%. В принципе, всё как в студийных JFET-приборах.

Для гитарного компрессора это допустимо, там другое важно. А для HI-FI -вряд ли.

Ну, АРУ вообще вряд ли совместима с hi-fi. А вот, в "доVCA-шную" эру было валом студийных приборов с ПТ-регулированием, некоторые до сих пор выпускаются, например, 1176LN.
Для примера во вложении неплохой прибор - клон Studer-а.
Borsch_Studer.pdf

Первым порядком получаются очень большие постоянные времени, вторым и более высокими порядками - появляется опасность провала Кус сразу после подачи сигнала.

Нет, никаких высоких порядков. Буржуи, решая эту проблему, делают либо адаптивные детекторы (поли-тау), либо детекторы с выдержкой перед отпусканием. Это хорошо описано в книге Есакова про АРУ, рекомендую.

[Гоша]

Прикрутили R-C-R цепочку компенсации НИ? С ней существенно лучше.

Я не делаю компрессоры на ПТ. Мне нужна компрессия от 40 дБ и более.
Просто исследовал поведение ПТ в симуляторе.

---------- Сообщение добавлено 17:08 ---------- Предыдущее сообщение было 16:57 ----------

Буржуи, решая эту проблему, делают либо адаптивные детекторы (поли-тау)

Речь не об этом.
Мне нужно получить минимальный выброс при резком изменении сигнала, чтобы не перегружать канал и обойтись при этом минимальным ограничением выброса. Но при этом не хочется слишком усложнять схему, иначе проще будет перейти на цифру.
У меня задача компромиссная, со звуком не связанная.
Но теорию пришлось изучить.

[Tuvalu]

Прикрутили R-C-R цепочку компенсации НИ? С ней существенно лучше.

Я не делаю компрессоры на ПТ. Мне нужна компрессия от 40 дБ и более.
Просто исследовал поведение ПТ в симуляторе.

Так и я не про "делать", а про симуляцию. Просто, без этих цепочек ПТ практически никто не применяет. Т.е. нет особого смысла симить искажения "голого" ПТ, разве что, для сравнения.
Про 40 дБ. Мой JFET-компрессор обеспечивает макс. GR = 48 дБ. Так что, делается такое и на ПТ.

Скрытый текст

Речь не об этом. Мне нужно получить минимальный выброс при резком изменении сигнала, чтобы не перегружать канал и обойтись при этом минимальным ограничением выброса.

Так, а кто же знал, чего вам надо. Вообще-то, я вначале писал об искажениях, связанных с малым временем релиза. Так что, это вы не о том. Ваша проблема связана не с релизом, а с недостаточно быстрой атакой. Нет особой проблемы сделать время атаки несколько десятков...сотен мксек (микро!). Такие схемы есть в сети, ищите по тегу Limiter. Не делать большие тау-ёмкости (макс. 1 мкФ), заряжать их большим током идеального диода (без доп. диодов и резисторов). А вообще-то, уточнить бы, насколько у вас "резкое" изменение сигнала. И каков по величине "макс. выброс".

А "провал сразу после подачи сигнала" - это типичный дефект, присущий "недоделанной" feedback-системе регулирования (колебательный процесс - т.н. перерегулирование). Возможно, высокий порядок фильтра пульсаций усугубляет проблему, ну, так не надо такое применять. Лечить надо в зародыше. Вот, свежий пример: в схеме Studer именно этот провал устраняет демпфирующая цепочка R18,C15, я подобную, как раз, и применяю. Либо, надо переходить на прямое регулирование (feedforward), там это явление исключено как класс. Но там свои проблемы, связанные с
1) большим ДД сигнала на детекторе;
2) обеспечением точного закона изменения вых уровня в зависимости от вх. Если юзать ОТА, то детектор тоже должен быть линейным. Если log-VCA, то перед детектором надо поставить логарифматор. См. например, схему Symetrix 501.
Короче, всё это давно уже решено.

[свернуть]

[straus]

Вообще непонятна постановка задачи. ТС использует дорогие качественные ОУ, но схемное решение от аппаратуры 3-го класса, с шумами и искажениями.
Пока не будут точно указаны требования - обсуждать бесполезно.

[Tuvalu]

ТС использует дорогие качественные ОУ, но схемное решение от аппаратуры 3-го класса, с шумами и искажениями.

Такое часто встречается - "применим что-то одно супер-качественное - получим превосходный результат. Наличие элементов/узлов, являющихся узким горлышком, игнорируем". У ХиХ подобное описывалось, как умение посчитать "бюджет погрешностей". Только там речь шла о точности, здесь же об аудио-параметрах, и, в конечном итоге, о качестве звука.