Введение
Как правило, приглушение и/или отключение звукового сигнала выполняется с помощью реле, полевых транзисторов или КМОП аналоговых коммутаторов. У всех способов есть свои ограничения, но малоизвестная технология, которая, на первый взгляд, никогда не будет работать, – это использование биполярных транзисторов.
Представленная здесь конструкция имеет чрезвычайно низкий уровень искажений в выключенном состоянии, а также очень незначительный «прорыв» сигнала при включении. Характеристики намного лучше, чем у полевого транзистора, и, в отличие от микросхем аналоговых коммутаторов, вам не придется возиться с несколькими напряжениями питания. В выключенном состоянии искажения обычно составляют менее 0.004%, а ослабление во включенном состоянии превышает 55 дБ.
Такое поведение, вероятно, неожиданно – всем известно, что на несмещенный транзистор нельзя подавать сигнал переменного тока. Однако при соблюдении определенных условий это возможно. В данном проекте показано, как это делается. Сделать это на удивление просто, и никаких «специальных» транзисторов не требуется.
Хотя представленная в этой статье идея выглядит как проект, это скорее «пища для размышлений», чем описание конструкции. Тем не менее, найдутся приложения, где проще, дешевле и удобнее использовать показанные схемы, чем искать реле или пытаться подключить КМОП коммутаторы для отключения звука. Хотя показанные здесь идеи можно использовать для коммутации источников сигналов, придется немного повозиться и пойти на значительные компромиссы. Я не думаю, что это действительно применимо для таких целей, но у вас могут быть другие идеи.
Обратите внимание, что хотя я и показал схему с транзисторами BC549C (имеющими самое большое усиление, которые легко доступны практически везде), нет никаких причин, по которым нельзя использовать такие устройства, как BC546/7/8, 2N2222 или почти любой другой прибор n-p-n. Можно использовать транзисторы с низким напряжением обратного пробоя база-эмиттер, но при этом максимальный уровень сигнала снижается раньше, чем начинают появляться существенные искажения.
Описание проекта
Это одно из тех «невозможных» применений транзисторов, которые противоречат здравому смыслу. Однако я впервые столкнулся с ним в коммерческом генераторе тональных посылок и решил, что оно достойно дальнейшего изучения. Максимальный уровень ограничен примерно 3 В с.к.з. – выше этого значения, скорее всего, искажения станут неприемлемыми (более 0.1%). Уровень, который может выдержать схема, ограничен напряжением обратного пробоя база-эмиттер используемого транзистора (транзисторов). Если хотите, базы стробирующего транзистора (транзисторов) можно подключить к источнику отрицательного напряжения, чтобы они больше не имели практически бесконечного сопротивления. Это мало что даст, и, судя по проведенным мною тестам, даже увеличит искажения.
Также следует помнить, что при включенной схеме (отключенном звуке) имеется небольшое смещение по постоянному току, но при значении менее 10 мВ его в большинстве случаев можно игнорировать, при условии, что последующая схема не связана по постоянному току. В худшем случае это может вызвать небольшой «щелчок», когда схема включается или выключается в отсутствие сигнала.
Наиболее важной частью схемы является полная изоляция базы (через резистор R2) при выключенной схеме (Рисунок 1). Хотя бы небольшое сопротивление утечки приведет к искажениям. Однако маловероятно, что даже макетная плата или аналогичный материал будут иметь утечку, достаточную для возникновения проблем, если вы будете осторожны с монтажом. Паразитная емкость не является серьезной проблемой, если она не превышает 100 пФ. Это неправдоподобно большая емкость, чтобы получить ее, используя лишь обычные компоненты и способы монтажа.
 |
|
| Рисунок 1. | Базовая испытательная схема. |
Если требуется большее затухание, просто используйте два транзистора, разделенных еще одним сопротивлением (Рисунок 2). В отличие от реле, этот транзистор, закорачивающий напряжение сигнала, должен иметь некоторое последовательное сопротивление, поскольку транзисторы не способны закоротить низкоомный выход типичного предусилителя без сильной «протечки» сигнала, который будет сильно искажен. Одиночный транзистор обеспечит ослабление около 46 дБ, но удвоение количества транзисторов, как показано ниже, увеличит это значение до 90 дБ – по крайней мере, в теории. Вы, конечно, можете ожидать, что конечным результатом будет по-настоящему хорошо ослабленный сигнал.
 |
|
| Рисунок 2. | Схема отключения сигнала переменного тока на двух транзисторах. |
Источник управляющего напряжения (от +12 до +15 В) не должен быть каким-то особенным и обычно представляет собой шину питания предусилителя или другого устройства, которому требуется схема отключения звука. Если в ней есть небольшие пульсации или шумы, часть из них может быть передана на выход при включении закорачивающего транзистора (транзисторов), но любой шум будет сильно ослаблен, поэтому обычно его совершенно не слышно. Переключение происходит практически мгновенно – схема не обеспечивает возможности постепенного или «мягкого» переключения. Сигнал на выходе либо есть, либо нет – промежуточного состояния не существует.
Окончательная схема
Полная схема для двух каналов показана на Рисунке 3. В ней используется то же управляющее напряжение от транзистора Q1. Предусмотрены раздельные коммутаторы управляющего напряжения (Q2A/B), чтобы предотвратить любые возможные перекрестные связи между каналами. Можно использовать один транзистор, а резисторы R6A/B и R8A/B просто объединить, но тогда при некоторых условиях могут возникнуть перекрестные искажения. При небольшой стоимости транзистора и пары резисторов экономить не стоит. Все резисторы могут быть стандартными 5%-ными углеродными пленочными – точность не нужна. Для снижения шума до минимально возможного уровня резисторы на пути прохождения сигнала (R1A/B и R7A/B) можно заменить металлопленочными.
 |
|
| Рисунок 3. | Полная схема отключения сигнала переменного тока в двух каналах. |
Чтобы отключить сигнал, достаточно подать положительное напряжение на клемму «ВКЛ».Чтобы гарантировать полное включение транзисторов Q2A/B, базовый ток транзистора Q1 должен быть не менее 0.5 мА, поэтому сопротивление резистора R2 выбрано равным 5.6 кОм (при условии, что переключающее напряжение составляет 5 В или более). Если напряжение ниже, то сопротивление резистора R2 следует уменьшить. Например, при напряжении питания 3.3 В, используемом в некоторых микроконтроллерах, сопротивление R2 должно быть около 2.2 кОм. Это значение может быть увеличено для более высоких напряжений, но показанное сопротивление вполне безопасно при напряжениях до 15 В.
Если ваша вспомогательная схема для активации отключения звука обычно притягивает свой выход к земле (например, выход с открытым коллектором микроконтроллера или другой логической схемы), то транзистор Q1 можно исключить, но резисторы R5A и R5B необходимо сохранить! Убедитесь, что источник сигнала позволяет подтягивать уровни своих выходов выше напряжения питания логики, иначе схема будет включена постоянно.
Помните, что коллекторы транзисторов Q2A/B не должны соединяться ни с чем другим в схеме – они должны быть плавающими. Вы увидите, что резисторы между базами и эмиттерами транзисторов Q3A/B или Q4A/B отсутствуют, поскольку их добавление приведет к грубым искажениям при любом уровне сигнала, превышающем в пике 0.6 В. Даже при сопротивлении 1 МОм искажения увеличатся как минимум в 10 раз!
Где бы я это использовал?
Эту схему, полностью или частично, можно использовать везде, где требуется бесшумно отключить сигнал. Уровень сигнала не должен превышать 5 В в пике (3.5 В с.к.з.), иначе могут возникнуть слышимые искажения. Ее можно использовать в качестве универсальной схемы отключения звука на выходе предусилителя или на входе усилителя мощности, а также для подключения и отключения блоков эффектов (например, ревербератора в гитарном усилителе).
Ее также можно использовать для стробирования тестового звукового сигнала или даже для включения/выключения тестового генератора. Скорость схемы достаточно высока, чтобы она могла легко стробировать сигнал 20 кГц с минимальными или нулевыми искажениями. Обратите внимание, что схему нельзя использовать последовательно с инвертирующим входным каскадом смесителя – он рассчитан на нагрузки с высоким сопротивлением 10 кОм или более. Аналогично, на характеристики влияет выходное сопротивление источника сигнала. Схема будет более эффективна при относительно высоком сопротивлении источника (1 кОм или более).
В общем, это полезная и универсальная схема для бесшумного отключения сигналов переменного тока. Не рекомендуется использовать ее для отключения очень слабых сигналов, поскольку смещение по постоянному току при включении стробирующих транзисторов будет вызывать проблемы.
Заключение
Это еще одна необычная конструкция в списке моих проектов. Во-первых, это очень нетрадиционное использование биполярных транзисторов в (относительно) малоискажающей схеме бесшумного отключения. Она обеспечивает гораздо большее ослабление, чем большинство полевых транзисторов в этой роли, и ей не требуется отрицательное напряжение питания для выключения стробирующего транзистора (транзисторов).
При большинстве используемых параметров и при типичных входных и выходных напряжениях искажения могут быть значительно ниже 0.01%, и при высоких уровнях сигнала (более 3.5 В с.к.з.) они становятся только хуже. Как уже отмечалось ранее, эта схема представлена в первую очередь как инструмент для экспериментов – я могу придумать для нее несколько возможных применений, и надеюсь, что кто-то найдет ее полезной и такой же интересной, как и я, когда увидел ее.
Купить BC549 на РадиоЛоцман.Цены
