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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Elektronischer Niveauregler. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Audio Diese relativ einfache Signalpegelsteuerung erfolgt über diskrete Elemente. Es kann Funkamateuren empfohlen werden, die elektronische Regler in ihre Geräte einbauen möchten, aber nicht die entsprechenden Mikroschaltungen kaufen können. Mit diesem Regler können Sie je nach Auswahl der Elemente die Parameter erhalten, die für den Einsatz in hochwertigen Tonwiedergabegeräten erforderlich sind. Die vorgeschlagene elektronische Pegelregelung ist im Gegensatz zur Lautstärkeregelung, die auch tonkompensiert sein kann, nach dem Schema einer dualen Differentialkaskade aufgebaut, bei der das Schallsignal dem Emitterkreis zugeführt wird und der Übertragungskoeffizient variiert über einen weiten Bereich mittels Steuerung über die Transistor-Basisschaltung. In Mikroschaltungen elektronischer Regler, die auf Transistoren gleicher Struktur basieren (z. B. K525PS1), werden die Kollektoren der Differenzstufen mit Widerständen belastet, die an den Leistungsbus + Upit angeschlossen sind (Abb. 1). Der Widerstand der Widerstände R3 und R4 ist viel niedriger als der dynamische Widerstand der Transistoren VT1–VT4, sodass Rauschen und Welligkeit vom Leistungsbus ohne Dämpfung ausgegeben werden. Daher sind Netzteile mit geringer Restwelligkeit erforderlich.
Darüber hinaus ermöglicht eine solche Struktur nicht, den maximalen Hub des Ausgangssignals von ±12 V bei einer Versorgungsspannung von ±15 V direkt zu erhalten, und der Koeffizient der nichtlinearen Verzerrung erweist sich als erheblich. Diese Faktoren erschweren den Einsatz solcher Geräte zur Lautstärkeregelung in hochwertigen Geräten. Erfolgt die Kaskade nach einem symmetrischen Schema (Abb. 2), können Störungen im Stromkreis deutlich reduziert werden. Außerdem bleibt das Signal hier immer symmetrisch, d.h. gerade Harmonische sind niedriger als in der Originalversion. Der maximale Ausgangspegel des Reglers ist bei einer solchen Transistorschaltung jedoch noch begrenzter: Er beträgt nur etwa 300 mV. Um sie zu erhöhen, ist es natürlich möglich, die Spannung an den Basen der Transistoren auf den Wert von ±(|Upit| -1 V) zu „verdünnen“, dies erfordert jedoch eine spürbare Komplikation des Geräts.
Das Problem kann auf einfachere Weise gelöst werden: indem der Ausgang des Reglers in einer invertierenden Verbindung (der als Strom-Spannungs-Wandler fungiert) mit dem inversen Eingang des durch Rückkopplung abgedeckten Operationsverstärkers verbunden wird. Seine Ausgangsspannung hängt vom Verhältnis des Widerstandswerts des Rückkopplungswiderstands zum Widerstandswert der Signalquelle (für einen Operationsverstärker) ab. Die maximale Signalamplitude ist in diesem Fall Standard für einen bestimmten Operationsverstärkertyp und beträgt mindestens 9 V, wobei der Pegel der Oberwellen praktisch nicht ansteigt. In dieser Version des Controllers wird das Betriebsfrequenzband auf dasjenige eingegrenzt, das dieser Operationsverstärker liefern kann, aber für den Einsatz in tontechnischen Geräten gibt es recht moderne Operationsverstärker mit hervorragenden Parametern. Die komplette Schaltung des elektronischen Reglers (Abb. 3) ist etwas komplizierter als die funktionelle. Ein solcher Regler wird zur Steuerung des Lautstärkepegels als Teil eines Audiokomplexverstärkers verwendet. Die Transistoren VT1 – VT4 stellen den eigentlichen elektronischen Regler dar. Das Audiofrequenz-Eingangssignal wird über die Widerstände R4 und R5, die die Eingangsspannung in Strom umwandeln, den Verbindungspunkten der Emitter VT1, VT2 bzw. VT3, VT4 zugeführt. Die Basen der Transistoren VT2 und VT3 sind über einen Widerstand R1 mit einem gemeinsamen Draht verbunden, und an VT1 und VT4 wird eine Steuerspannung im Bereich von -50 ... + 50 mV angelegt, was zur Umverteilung des Kollektorstroms führt VT1 - VT4 entweder an eine gemeinsame Leitung oder an einen inversen Eingang OS DA1. Letzterer verstärkt es im Verhältnis R10/[(R4 R5)/(R4 + R5)] für den maximalen Signalübertragungskoeffizienten.
Für die obige Schaltung beträgt die maximale Verstärkung Kmax = 4,4. Durch Austausch der Widerstände R4, R5 und R10 kann nahezu alles gemacht werden, was für den verwendeten Operationsverstärker zulässig ist. Bei dieser Konstruktion arbeiten alle Regeltransistoren mit einer praktisch konstanten Spannung an den Kollektoren, sodass keine harmonischen Verzerrungen auftreten. Die Hauptquelle der Verzerrung bleibt der Operationsverstärker und bestimmt die Qualität des Reglers als Ganzes. Der verwendete Operationsverstärker kann durch einen anderen mit niedrigen Harmonischen bei Audiofrequenzen ersetzt und auf Eins-Verstärkung korrigiert werden. In einer elektronischen Steuerung empfiehlt es sich, einige Operationsverstärker mit zwei zusätzlichen Transistoren VT5, VT6 zu ergänzen, um Schaltverzerrungen der Ausgangsstufe zu reduzieren (Übergang in den Klasse-A-Betriebsmodus, wenn der Ausgangsstrom abnimmt). Aber das ist überhaupt nicht notwendig. Im Regler können auch andere Transistoren verwendet werden: zum Beispiel Komplementärpaare der Serien KT3107 und KT3102, KT315 und KT361 mit beliebigen Buchstabenindizes, sofern ihr Basisstromübertragungskoeffizient im Regelstrombereich mehr als 100 beträgt. Sinkt sie mit sinkendem Kollektorstrom merklich ab, führt dies zu zusätzlichen Verzerrungen. Der Feldeffekttransistor kann aus der KP307-Serie stammen. Alle MLT-Widerstände – 0,125, Elektrolytkondensatoren – K50-6 oder ähnlich, Eingangskondensator – mit Foliendielektrikum (z. B. Serie K73). Bei diesem Regler ist die Spannung an den Transistoren nahezu konstant, die Ströme ändern sich jedoch erheblich. Um diese Änderungen zu verringern, wird der Vorspannungsstrom der Differenzstufen um ein Vielfaches größer als der Eingangsstrom gewählt. Es ist auch darauf zu achten, dass zusätzliche Widerstände R1 und R3 installiert werden müssen; ohne sie ist der Verstärker erregt. Es ist möglich, dass ein R1 ausreicht, es ist auch zulässig, ihren Widerstand zu reduzieren, jedoch nicht unter 200 Ohm. Das Netzteil kann mit einer unstabilisierten Spannung verwendet werden, jedoch mit einer recht guten Welligkeitsunterdrückung (bis zu etwa 0,01 ... 0,1 %). Die Controller-Einstellung ist wie folgt. Zunächst wird beim maximalen Übertragungskoeffizienten (Uypr = +50 mV) durch Auswahl des Widerstands R6 (oder R7) ein Nulloffset am Ausgang des Operationsverstärkers eingestellt. In der Kopie des Reglers durch den Autor war eine solche Auswahl nicht erforderlich (Abweichungen der Widerstandswiderstände bis zu 5 - 10 % sind zulässig). Dieser Parameter wird etwas stärker von der Spannungsdifferenz UBE für die Reglertransistoren (bei gleichem Strom) beeinflusst. Nach Überprüfung und gegebenenfalls Nullstellung des Operationsverstärkerausgangs bei maximaler Verstärkung wird die Gleichstromkomponente mit einer Verringerung der Verstärkung um 6 dB (Uypr = 0) überprüft, wenn die Abweichung ein Maximum erreicht. In der Version des Autors erreichte die Abweichung von Null in jedem Kanal des Reglers 1 ... 3 V. Dies kann entweder durch Auswahl eines der Reglertransistoren (beliebiger) oder durch Einführung einer Vorspannungsschaltung in den korrigiert werden Lücke zwischen den Basen eines Transistorpaares (auch beliebig). Man kann es aber, wie der Autor, auch ohne zusätzliche Symmetrierung oder Selektion belassen, da selbst im ungünstigsten Fall bei einem unverzerrten Signal ein Signalhub bis zu einer Spannung von ±5 V verbleibt. Der Regler unterscheidet sich von seinen analogen Gegenstücken durch einen niedrigeren harmonischen Koeffizienten (weniger als 0,2 %), und von digitalen Reglern durch die Fähigkeit, Eingangssignale mit einer Spannung zu verarbeiten, die beliebig höher als die Versorgungsspannung ist, und durch das Fehlen einer Signalmodulation durch den Regler. Zudem erfolgt die Pegelanpassung stufenlos (wenn sich die Steuerspannung ohne Sprünge ändert). Wird die Steuerspannung digital erzeugt, entsteht Diskretion, jedoch ohne Modulation. Autor: L. Levitsky, Mytishchi, Region Moskau.
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