Хороший звуковой усилительный каскад с ручной регулировкой усиления характеризуется:
- Низкими шумами и искажениями,
- Полосой 20 кГц,
- Широким диапазоном регулировки усиления (например, 90 дБ),
- Логарифмической (по крайней мере, псевдологарифмической) характеристикой управления, чтобы
- Эффективно охватывать широкий диапазон коэффициентов усиления с хорошим разрешением (не слишком дергано).
Всем этим требованиям удовлетворяет схема на Рисунке 1.
 |
|
| Рисунок 1. | Малошумящий каскад усиления звука с полосой пропускания от постоянного тока до 20 кГц на базе ОУ OP37с псевдологарифмической регулировкой усиления. |
Рисунок 1 основан на операционном усилителе OP37, обладающим впечатляющим перечнем характеристик. Они включают произведение усиления на полосу пропускания 60 МГц, что делает полосу 20 кГц совместимой с усилением до 3000, то есть, до +70 дБ, шум порядка 3 нВ/√Гц, что меньше теплового шума резистора сопротивлением 600 Ом, входное напряжение смещения около 20 мкВ и т.д.
В схеме на Рисунке 1 эти впечатляющие характеристики использованы, но при этом учтена одна особенность. Для обеспечения устойчивости OP37 требуется, чтобы минимальный коэффициент усиления с обратной связью равнялся 5 (14 дБ). Удовлетворение этого требования обеспечивается соотношением сопротивлений резисторов R2 и R3, при котором минимальное усиление равно R3/R2 + 1 = 4.03 + 1 = 5.03.
Но минимальное усиление в 14 дБ для всей схемы было бы несовместимо со многими аудиоприложениями, которые часто требуют минимального регулируемого усиления меньшего 1 или даже приближающегося к нулю. Именно по этой причине используется переменный делитель напряжения R1/R2, который устанавливает более низкий минимальный коэффициент усиления без затрат на сдвоенный потенциометр.
При заземлении движка потенциометра образуются два механически связанных, но электрически независимых переменных резистора. Нижняя половина (CCW, против часовой стрелки) взаимодействует с R1, образуя регулируемый входной аттенюатор с (входным) коэффициентом усиления
где CCW – доля сопротивления потенциометра R2 от крайнего положения против часовой стрелки до движка.
Таким образом, при изменении CCW от 0 до 1 коэффициент усиления аттенюатора GI изменяется от почти нулевого значения до 2/3.
При этом верхняя половина потенциометра образует с R3 цепь переменной обратной связи. Эта цепь определяет усиление (выходное) OP37 при замкнутой обратной связи:
где CW – доля сопротивления потенциометра R2 от движка до крайнего положения по часовой стрелке.
Каскадирование этих двух соотношений, оба из которых управляются потенциометром R2, дает общий коэффициент усиления от входа до выхода, равный
На Рисунке 2 представлена снятая псевдологарифмическая характеристика с хорошим соответствием логарифму в диапазоне от –10 дБ до +40 дБ.
 |
|
| Рисунок 2. | Зависимость псевдологарифмического коэффициента усиления от положения движка потенциометра R2. |
Для оптимизации шумовых характеристик резисторы R1 и R3 должны быть металлопленочными, чтобы избежать дополнительного шума 1/f от углеродных резисторов, а потенциометр R2 должен быть керметным.
