Дифференциальный усилитель: идеально сбалансированная схема


Дифференциальный усилитель-01

Дифференциальный усилитель — в этой статье показана идеально сбалансированная схема, которая будет полезна 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). Архитектура суперсбалансированной схемы показана на Рисунке1, где всегда предполагается, что Z1 = Z5, Z2 = Z6 и Z3 = Z4.

Дифференциальный усилитель-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.

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

формула-1

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.

Дифференциальный усилитель-2

Здесь Z2 и Z6 были разбиты на две равные части, образованные резисторами R2-R3 и R6-R7, соответственно, и добавлена резис-тивная 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).

Читайте также:  Тест усилителя Choral Etude - 150-ваттный УМ класса АВ и ЦАП DAVE

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

формула-2

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%.

График

Эта характеристика не менялась при всех значениях установленного усиления. Такая адаптация суперсбалансиро-ванной схемы позволила автору включить регулировку усиления в микшерный пульт, где уже не было места для еще одного операционного усилителя

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.