Суперсбалансированная схема сохраняет CMRR при регулировке усиления

Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2020

EDN

Суперсбалансированная¹⁾ схема будет знакома всем, кто занимается передачей сигналов по симметричным линиям [1,2]; это дифференциальный усилитель, который представляет идентичные входные сопротивления для обеих ветвей симметричной линии. Симметричное подключение нагрузки необходимо, например, для систем коммутации, используемых в некоторых микшерных пультах для обеспечения балансировки сигнала и поддержания высокого коэффициента подавления синфазных сигналов (CMRR).

Рисунок 1.	U1 и U2 были реализованы на сдвоенном операционном усилителе NE5532, однако эта схема хорошо работает практически с любыми аналогичными микросхемами.

Архитектура суперсбалансированной схемы показана на Рисунке 1, где всегда предполагается, что Z1 = Z5, Z2 = Z6 и Z3 = Z4. U1 – это знакомый дифференциальный усилитель, в то время как U2 используется для управления нижней частью Z6 сигналом, равным, но противоположным выходному сигналу, так что на обоих входах U1 создается виртуальная земля, а входной импеданс равен Z1 и Z5 для обеих сбалансированных ветвей. Коэффициент усиления напряжения устанавливается в соответствии с соотношением

обычным для дифференциального усилителя образом.

Однако, если нам нужно, чтобы усиление было регулируемым, возникают трудности из-за того, что оба плеча должны изменяться одновременно и одинаково, поскольку даже небольшое различие между ними приведет к быстрому ухудшению CMRR. Решение этой проблемы показано на Рисунке 2.

Рисунок 2.	Это решение позволяет регулировать усиление.

Здесь Z2 и Z6 были разбиты на две равные части, образованные резисторами R2-R3 и R6-R7, соответственно, и добавлена резистивная перемычка R4, соединяющая общие точки пар резисторов. В центре R4 существует виртуальная земля, что означает, что коэффициент обратной связи U1 можно регулировать, но без нарушения симметрии цепи. Поэтому CMRR здесь не ухудшается, и можно использовать обычный переменный резистор (в качестве R1-R9, как и в любом дифференциальном усилителе, по прежнему должны использоваться резисторы с малыми допусками).

При условии, что всегда R1 = R5, R2 = R3 = R6 = R7 и R8 = R9, дифференциальное усиление напряжения равно

Показанные на схеме значения номиналов компонентов были выбраны, чтобы получить полезный диапазон регулировки от –4 дБ до +6 дБ, но, конечно, их можно изменить в соответствии с требованиями приложения.

График на Рисунке 3 демонстрирует результаты измерений CMRR при использовании сдвоенного операционного усилителя NE5532 и неподобранных резисторов с допусками 1%. Эта характеристика не менялась при всех значениях установленного усиления. Такая адаптация суперсбалансированной схемы позволила автору включить регулировку усиления в микшерный пульт, где уже не было места для еще одного операционного усилителя.

Рисунок 3.	На этом графике представлены результаты измерений CMRR при использовании сдвоенного операционного усилителя и неподобранных резисторов с допусками 1%.

Ссылки

1. Small Signal Audio Design, Self. D. (2010), Focal Press, ISBN 978-0240521770
2. Handbook For Sound Engineers: The New Audio Cyclopedia, Ballou. G (ed), (1987) Howard Sams, ISBN 0-672-21983-2

Материалы по теме

1. Datasheet Texas Instruments NE5532

---

¹⁾ В английском оригинале используется название «superbal» (super balanced). Это версия усилителя со сбалансированными (симметричными) входами, описанная Тедом Флетчером (Ted Fletcher) и названная так Дугласом Селфом (Douglas Self) – Ред.