Линеаризация управляющей характеристики аттенюатора с помощью операционного усилителя

Analog Devices SSM2164

Mike Irwin

EDN

В профессиональном аудио оборудовании часто используются выпускаемые Analog Devices счетверенные аттенюаторы SSM2164, управляемые напряжением. Реакция микросхемы на управляющее напряжение характеризуется крутизной –30 дБ/В, причем при 0 В устанавливается единичное усиление. Ослабление сигнала увеличивается по мере роста управляющего напряжения в положительном направлении. Схема на Рисунке 1 расширяет диапазон приложений этой универсальной микросхемы, предоставляя простые средства линеаризации управляющей характеристики. В результате коэффициент усиления усилителя будет прямо пропорционален управляющему напряжению. Кроме того, схема работает как логарифмический преобразователь. Используя этот метод, можно на основе одного аттенюатора SSM2164 создать два высококачественных линейных усилителя, управляемых напряжением. Характеристики четырех усилительных элементов микросхемы SSM2164, имеющих токовые входы и выходы, точно согласованы. Реакция каждого элемента на управляющее напряжение описывается формулой

Усилительные элементы являются неинвертирующими структурами.

Используя эту схему, можно одновременно получить канал усиления, управляемый напряжением, и логарифмический выход.
Рисунок 1. Используя эту схему, можно одновременно получить канал усиления, управляемый
напряжением, и логарифмический выход.

В каждом управляемом напряжением усилителе используются два усилительных элемента. «Ведущий» элемент в цепи обратной связи операционного усилителя формирует логарифмическое выходное напряжение, соответствующее линейному входному напряжению. Затем логарифмическое напряжение поступает на управляющий вход второго, «ведомого» элемента с идентичными характеристиками, который обрабатывает аудиосигнал. Благодаря обратной связи через ведущий усилительный элемент SSM2164, подключенный к источнику отрицательного опорного напряжения, на инвертирующем входе IC1 поддерживается уровень виртуальной земли. Выходное напряжение VOUT микросхемы IC1 является логарифмической функцией входного сигнала:

где

VIN – напряжение, управляющие усилением,
VREF – отрицательное опорное напряжение.

VOUT подается на управляющий вывод ведомого элемента. Подстановка выражения для VOUT в выражение для усиления дает следующую зависимость:

которая и является желаемым линейным откликом.

Операционный усилитель IC2 преобразует выходной ток ведомого элемента в аудио напряжение с усилением R4/R3. Общее выражение для усиления:

Если R1 = R2 и R3 = R4, выражение упрощается до

и

При VIN = 15 В, VREF = –15 В и номиналах компонентов, показанных на схеме, коэффициент усиления будет равен единице. По мере снижения управляющего напряжения усиление плавно падает до –70…–80 дБ (Рисунок 2). Затем управляемый напряжением усилитель полностью выключается (ослабление равно 100 дБ), когда управляющее напряжение уменьшается до единиц милливольт. Отрицательные напряжения заставляют выходное напряжение IC1 смещаться ближе к положительной шине питания, но как только управляющее напряжение возвращается в диапазон от 0 до 15 В, IC1 быстро отрывается от шины. Схема не производит слышимых щелчков и хорошо работает при более низких напряжениях питания, таких как ±5 В.

Треугольные импульсы размахом от 0 до 3 В (нижняя осциллограмма) используются для модуляции 10-килогерцового синусоидального сигнала (верхняя осциллограмма). Обратите внимание на высокую линейность модуляционной огибающей.
Рисунок 2. Треугольные импульсы размахом от 0 до 3 В (нижняя осциллограмма) используются
для модуляции 10-килогерцового синусоидального сигнала (верхняя осциллограмма).
Обратите внимание на высокую линейность модуляционной огибающей.

Для достижения наилучших характеристик усилитель IC1 должен иметь низкое смещение и низкий входной ток, а IC2 должен быть высококачественным аудио операционным усилителем с низким уровнем шумов. Тем не менее, можно получить достаточно хорошие параметры и с недорогими операционными усилителями, такими как TL072 и LF353. Прототип схемы, в котором в качестве IC1 использовался усилитель OP290, имел глубину регулировки 75 … 80 дБ. Проникновение управляющего напряжения на аудиовыход было минимальным и колебалось в пределах от 10 до 20 мВ при изменении усиления в диапазоне 70 дБ. Благодаря использованию усилительных элементов микросхемы SSM2164 в стандартной конфигурации, соответствующей рекомендациям из технического описания, схема имеет превосходные характеристики шумов и искажений.

Материалы по теме

  1. Datasheet STMicroelectronics LF353
  2. Datasheet Analog Devices OP290
  3. Datasheet Analog Devices SSM2164
  4. Datasheet Texas Instruments TL072

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Op amp linearizes attenuator control response

JLCPCP: 2USD 2Layer 5PCBs, 5USD 4Layer 5PCBs

Купить SSM2164 на РадиоЛоцман.Цены — от 151 до 1 000
15 предложений от 14 поставщиков
операционный усилитель
Триема
Россия
SSM2164SZ-REEL
Analog Devices
151 ₽
Romstore
Россия, Беларусь
SSM2164S AD
от 1 000 ₽
LifeElectronics
Россия
SSM2164
Analog Devices
по запросу
Электродеталь- Поставка
Россия
SSM2164SZ-REEL SOP16
Analog Devices
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя