Микрофонный усилитель с АРУ даёт нелинейные искажения

[Сеня_студент]

Доброго времени суток, уважаемые форумчане! Была у меня задача адаптировать хорошую старую схему микрофонного усилителя с АРУ так чтобы она питалась от 5В вместо 12В


Мой вариант пересчитанной схемы:


Однако при симуляции в пакете multisim возникает на выходе невесть откуда берущийся провал на положительных полупериодах сигнала, причём чем ниже частота сигнала, тем больше данное искажение.
2кГц
1кГц
20Гц

Пересчитывал усилитель без цепи АРУ - АЧХ в порядке от 20 Гц до 20кГц искажений нет, пересчитывал выпрямитель в цепи АРУ - полоса тоже в порядке. Так как искажения в положительном полупериоде - следовало бы что и проблема была бы в цепи АРУ ибо только та взаимодействует с положительным полупериодом. Входной импеданс у выпрямителя большой, так что нагружать и давать искажения выходного сигнала по идее не должен, затвор полевика тока почти не потребляет так что тоже не должен вносить изменения. Подскажите пожалуйста, что я сделал/пересчитал не так?

[As]

А Вы уверены, что 2,5 вольта достаточно для полного закрытия данного полевого транзистора? (у меня нет его параметров...)

[Николай_С]

Скажу сразу, что подобное включение управляющего АРУ полевика будет приводить к нелинейным искажениям. Постараюсь объяснить почему.
На затворе транзистора формируется отрицательный (относительно истока) потенциал БЕЗ переменной составляющей. На самом же истоке переменная составляющая присутствует. Это приводит к тому, что транзистор начинает реагировать на неё, но делает это нелинейно, т.к. канал исток-сток зависит от разности потенциалов с затвором. Отсюда и заметные провалы на положительной части сигнала.
Меняйте схемотехнику. По-другому тут ничего не получится.

[Муркиз]

Да и вообще - шунтировать микрофон при том, что там и так очень слабый сигнал с шумами, это плохая идея .

[u37]

И не забывайте, сигнал АРУ приходит на JFET, усиливается им и проходит на вход того-же ОУ. Причем, это сигнал явно однополярный, т.к. он "происходит" только при проводимости D3, положительная полуволна. В связи с огромной величиной С6 и малой С7 эти импульсы совершенно не сглаживаются и проходят именно как полуволна. В оригинальной схеме было как раз наоборот.

[Phlanger]

Исходную схему 70-х годов нарисовали тоже безграмотные школьники и у них тоже паяльника не было.
Начинать надо не с этой ерунды, а с постановки задачи.
Микрофонный усилитель с АРУ и питанием от пяти Вольт называется 1400УН1. Прекрасно работает.

http://www.155la3.ru/datafiles/k1400un1.pdf

Денег рублей сто, подозреваю.

Второй вариант - VEF-260, "компрессор на диоде". Великолепно работает. Вместо 553УД2 впендюрить какуюнть LM358 много ума не надо.

[Сеня_студент]

[uquote="As",url="/forum/viewtopic.php?p=4799944#p4799944"]А Вы уверены, что 2,5 вольта достаточно для полного закрытия данного полевого транзистора? (у меня нет его параметров...)[/uquote]
Добрый день и спасибо за ответ! Полевик 2n5484 как я нашёл из даташита на chipdip имеет напряжение закрытия от -0.3В до -3В, multisim показывает падение напряжения -1,3В затвор-подложка. В даташите указаны минимальный и максимальный значения, причём большая часть диапазона подходит, однако не вся. -3В схема не обеспечит, попробую поискать с максимальным значением выше -2.5В

Добавлено after 4 minutes 45 seconds:
[uquote="Николай_С",url="/forum/viewtopic.php?p=4799967#p4799967"]Скажу сразу, что подобное включение управляющего АРУ полевика будет приводить к нелинейным искажениям. Постараюсь объяснить почему.
На затворе транзистора формируется отрицательный (относительно истока) потенциал БЕЗ переменной составляющей. На самом же истоке переменная составляющая присутствует. Это приводит к тому, что транзистор начинает реагировать на неё, но делает это нелинейно, т.к. канал исток-сток зависит от разности потенциалов с затвором. Отсюда и заметные провалы на положительной части сигнала.
Меняйте схемотехнику. По-другому тут ничего не получится.[/uquote]
Добрый день и спасибо за ответ! К сожалению, схемотехнику изменить не выйдет, мне нужна именно такая схема для универа. Проблему переменного напряжения на истоке я попытался решить конденсатором С1 на землю, так что в данной точке multisim показывает переменную составляющую 1мВ пик-пик, попробую взять конденсатор побольше, чтобы ещё уменьшить биения!

[Муркиз]

Мда... Универы ныне уже не те...

[Сеня_студент]

[uquote="Муркиз",url="/forum/viewtopic.php?p=4799971#p4799971"]Да и вообще - шунтировать микрофон при том, что там и так очень слабый сигнал с шумами, это плохая идея .[/uquote]
Добрый день и спасибо за ответ! Полевые транзисторы видно сильно шумят, я попробую подыскать малошумящий! Как я понял со слов, это предусилитель, так что возможно избавление от шумов будет происходить в следующем каскаде. Шумы несколько уменьшат диапазон входных сигналов и придётся сидеть к микрофону поближе.

Добавлено after 14 minutes 33 seconds:
[uquote="u37",url="/forum/viewtopic.php?p=4800009#p4800009"]И не забывайте, сигнал АРУ приходит на JFET, усиливается им и проходит на вход того-же ОУ. Причем, это сигнал явно однополярный, т.к. он "происходит" только при проводимости D3, положительная полуволна. В связи с огромной величиной С6 и малой С7 эти импульсы совершенно не сглаживаются и проходят именно как полуволна. В оригинальной схеме было как раз наоборот.[/uquote]
Добрый день и спасибо за ответ! амплитуда биений на затворе полевика составляла до 10 мВ на 20 Гц и снижалась до 200 мкВ на 20кГц. Поменял местами C6 и C7, на 20Гц амплитуда биений уменьшилась вдесятеро, однако искажения всё ещё имеют место, хотя и меньшие
20Гц
20кГц
Спасибо за помощь в улучшении схемы!

Добавлено after 8 minutes 33 seconds:
[uquote="Phlanger",url="/forum/viewtopic.php?p=4800010#p4800010"]Исходную схему 70-х годов нарисовали тоже безграмотные школьники и у них тоже паяльника не было.
Начинать надо не с этой ерунды, а с постановки задачи.
Микрофонный усилитель с АРУ и питанием от пяти Вольт называется 1400УН1. Прекрасно работает.

http://www.155la3.ru/datafiles/k1400un1.pdf

Денег рублей сто, подозреваю.

Второй вариант - VEF-260, "компрессор на диоде". Великолепно работает. Вместо 553УД2 впендюрить какуюнть LM358 много ума не надо.[/uquote]
Добрый день и спасибо за ответ! Безграмотность так рекомендованной преподавателем схемы удручает! Спасибо за посоветованные схемы, они весьма интересны к изучению! Сейчас, чтобы остаться в университете мне необходимо добиться хоть чего-то приемлемого от этой схемы, что я и буду пытаться сделать.

[Муркиз]

Есть такой вопрос - а такой вариант, как проба на определение возможности реализации решения не может быть, как задание ?

Некоторые преподаватели такие задания практикуют, чтобы понять потенциал студента.

[Сеня_студент]

[uquote="Муркиз",url="/forum/viewtopic.php?p=4800051#p4800051"]Есть такой вопрос - а такой вариант, как проба на определение возможности реализации решения не может быть, как задание ?

Некоторые преподаватели такие задания практикуют, чтобы понять потенциал студента.[/uquote]
Я задавал множество вопросов касательно этой схемы, в том числе о её реализуемости. Мне ответили, что, во-первых, не мне судить старую хорошую схему, во-вторых, что кто-то ведь до меня такое же задание рассчитывал и кто-то ведь получал правильный результат, хорошую схему, а вам стоило больше лекций посещать! Правда, на старшем курсе я не нашёл человека, который до меня делал то же задание. Может молчит, ныкается, а может и нет такого студента.

[Муркиз]

Решал как - "на бумаге" или в реальном железе ?

[Сеня_студент]

[uquote="Муркиз",url="/forum/viewtopic.php?p=4800056#p4800056"]Решал как - "на бумаге" или в реальном железе ?[/uquote]
Расчёты проводил на бумаге, затем моделировал-симулировал в multisim и по ходу симуляции по показаниям приборов корректировал рассчёты, железа нет.

Добавлено after 6 minutes 35 seconds:
Из расчёта что искажения дают колебания напряжения затвор-исток попробовал стабилизировать напряжение путём вариации конденсаторов C1 и C7. При увеличении ёмкости биения уменьшаются, однако сильно уменьшается быстродействие схемы. Говоря прагматично, с меня не спрашивают быстродействие и технически это сильно улучшает схему в глазах комиссии, однако стоит ещё поискать другое, более человечное решение. Всё это слишком непрофессионально.

Добавлено after 52 minutes 50 seconds:
Ещё есть вариант уменьшить влияние полевика (равно как изменения сопротивления нижнего плеча делителя входного сигнала) за счёт увеличения сопротивления верхнего плеча делителя напряжения входного сигнала R6. Нижнее плечо относительно суммы меньше и влияние его изменения (за счёт изменения сопротивления канала полевика) относительно увеличившейся суммы тоже меньше. Правда, за это приходится платить увеличением минимального входного напряжения (из-за уменьшения максимального коэфф. усиления).

В данном случае минимальное входное напряжение увеличено с 10мВ до 15мВ, притом искажения уменьшаются следующим образом:
20Гц


1кГц


20кГц

[Николай_С]

[uquote="Сеня_студент",url="/forum/viewtopic.php?p=4800055#p4800055"]Я задавал множество вопросов касательно этой схемы, в том числе о её реализуемости. Мне ответили, что, во-первых, не мне судить старую хорошую схему, во-вторых, что кто-то ведь до меня такое же задание рассчитывал и кто-то ведь получал правильный результат, хорошую схему...[/uquote]Во-первых, раз уж именно Вы взялись реализовывать эту схему, то подходить к ней нужно критически: разобраться как и что в ней работает и устранить возможные дефекты.
Во-вторых, никто не знает насколько хороша была старая схема. По предварительным прикидкам она очень нехороша.
Кстати, ещё один неприятный момент в данной схеме - переходные процессы во время подачи питания. При включении хлопать будет так, что стёкла в универе повылетают.

Проблему переменного напряжения на истоке я попытался решить конденсатором С1 на землю...

Конденсатор нужно подключать не на землю корпус, а между истоком и стоком полевика. Только в этом случае будет положительный эффект. При этом придётся рассчитывать тау RС-цепи таким образом, чтобы она перекрывала весь частотный диапазон микрофона, но при этом не сильно влияла на работу АРУ.

[Сеня_студент]

[uquote="Николай_С",url="/forum/viewtopic.php?p=4800081#p4800081"]

Проблему переменного напряжения на истоке я попытался решить конденсатором С1 на землю...

Конденсатор нужно подключать не на землю корпус, а между истоком и стоком полевика. Только в этом случае будет положительный эффект. При этом придётся рассчитывать тау RС-цепи таким образом, чтобы она перекрывала весь частотный диапазон микрофона, но при этом не сильно влияла на работу АРУ.[/uquote]

Не совсем понял вот какую вещь. По идее у нас в этой схеме есть ОУ с однополярным питанием, на нём сделан неинвертирующий усилитель с коэффициентом по переменному сигналу 100к/470 примерно 200. По постоянке из-за конденсатора коэффициент усиления 1, он обеспечивает передачу половины питания с делителя R3-R4 на выход. Сигнал подаётся на неинвертирующий вход через делитель R6 - R5, по умолчанию скашивающий коэффициент усиления пополам. Параллельно R5 - нижнему плечу стоит канал полевого транзистора, который, в зависимости от уровня выходного сигнала, который получает на затвор через выпрямитель-сглаживатель, меняет сопротивление этого самого канала, из-за чего меняется сопротивление всего нижнего плеча, а следовательно и коэффициент усиления. Если мы включим конденсатор сток-исток, то разве по переменному сигналу мы не закоротим всё нижнее плечо делителя? R5 как я понимаю тогда вообще ничего не будет делать? Где в моих рассуждениях я допускаю ошибку?

[Муркиз]

R5 стоит в цепи неинвертирующего входа ОУ, обратите внимание.

Да и вообще, стоило бы эту схему отрисовать в классическом виде, чтобы понятней стала ее работа.

[Николай_С]

[uquote="Сеня_студент",url="/forum/viewtopic.php?p=4800092#p4800092"]Если мы включим конденсатор сток-исток, то разве по переменному сигналу мы не закоротим всё нижнее плечо делителя? R5 как я понимаю тогда вообще ничего не будет делать? Где в моих рассуждениях я допускаю ошибку?[/uquote]Конденсатор надо подключать сток-затвор. Это я допустил ошибку. Но просто так к затвору его подключать нельзя, нужно добавить резистор между цепями выпрямителя и полевиком. Вот их тау и надо будет подбирать.

[u37]

Прямое подмешивание сигнала управления в полезный сигнал. Не слишком красиво.

Сеня_студент, ваша ошибка - микрофонный усилитель конечно должен работать во всей полосе, но при анализе (ПРИ АНАЛИЗЕ) вы обязаны учитывать реальную полосу для микрофонного сигнала. Если это "речь", то ее частный спектр начинается далеко не на 20 Гц. При этом учитывайте именно энергетическую (основную) компоненту речи, а не весь спектр речи, т.к. надо 'обрезать' надо амплитуду. Кроме 'частотного' анализа не забывайте о 'времменнОм' - любая АРУ имеет временные характеристики (не буду перечислять) и их надо правильно выбирать из характера входного сигнала и(!) меры заметности этих пере-регулирований. Для чего придется почитать матчасть. Например, соотношение конденсаторов влияет не только на Кг на низких частотах, но и на время изменения сигнала АРУ и, как следствие, скорость реакции АРУ. Снизили Кг на 20 Гц, что бесполезно, и получили такую задержку срабатывания, что АРУ в-принципе не работоспособно как_АРУ. Всё есть тщательный подбор, нельзя улучшить одно не ухудшив другое и хорошая разработка заключается в грамотном выборе компромисов. ))

[Phlanger]

[uquote="Сеня_студент",url="/forum/viewtopic.php?p=4800058#p4800058"]железа нет.[/uquote] Опять эти рыболовы-теоретики...
Для начала, вы регулятор громкости на выходе - видели? А что на нём висит полпитания? "И как вам?"(с)
Между правым концом C7 и землёй резистор кто будет вставлять - Пушкин? Хотя на самом деле этот C7 надо просто воткнуть перед R9
[вся нумерация везде по исходной схеме полсотнилетней давности]

пересчитывал выпрямитель в цепи АРУ

с нагрузкой в виде этого полевика с цепью R1 R2 C1, или как?
У вас выпрямитель с удвоением, без сигнала на С1 2.5 Вольта, на C3 ноль, а когда на C3 напряжение достигнет примерно 3-х Вольт - начнётся бугага. Это где-то при напряжении сигнала примерно 1.1 Вольт эфф. на выходе операционника или размахе его же +\- 1.55...1.6 Вольта
Почему у вас при этом не работает АРУ - не представляю.
Туда нужен какойнть КП303А или Б, а ещё лучше И, с напряжением отсечки меньше 2.5 Вольт, а лучше меньше 2-х

[As]

...Вообще - не всякий ОУ может при питании 5 вольт без искажений выдать на выход целый вольт, а то и больше: причину искажений можно предположить именно в этом... Нелинейность полевого транзистора при амплитуде напряжения на нём меньше сотни милливольт заметных на глаз искажений не даст...