Активный аттенюатор. Разговорные узлы телефонных аппаратов. Простейший аттенюатор для аудиокарты

Простой, но очень полезный прибор для тех кто занимается аналоговой техникой. Устройство делителя по сути проще некуда, два резистора, но есть свои нюансы. Главный из них это то что для корректной работы делителя нужно строгое постоянство сопротивления нагрузки. В ВЧ цепях существует стандарт в 50 и 75 ом, и большинство аттенюаторов рассчитаны под эти значения. Но случаи бывают разные, и на низких частотах где согласование не требуется, импедансы возможных нагрузок могут существенно различаться, от чего коэффициент деления будет заметно изменятся. Чтобы это предотвратить
на выходе нужно ставить повторитель. Собранный аттенюатор обладает следующим характеристиками:

Коэффициент ослабления - 1:10:100
Входное сопротивление - 1,1Мом
Максимальное выходное напряжение - 1 вольт
Максимальная частота без завала - 6-8 МГц
Скорость нарастания сигнала - 25 нсек
Уровень шумов - менее 1 мв
Возможность работы как с переменным, так и с постоянным напряжением.

За основу была взята схема из книги Иванова Б.С. "Осциллограф — Ваш помощник"

Доработанная схема приведена на рисунке.

Особое внимание следует уделить монтажу делителя и входных цепей повторителя в целях снижения паразитных емкостей. Для этого цепи делителя и полевик должны находиться по возможности дальше от корпуса и других массивных заземленных элементов. В качестве переключателя выбора ослабления использован доработанный переключатель напряжения сети, опять таки в целях снижения емкостей. Для устранения наводок корпус должен быть металлический, а сетевые провода и трансформатор экранированы. При сборке был примерен навесной монтаж. Размещать делитель и полевик на плате не рекомендуется.

НПО "ИНТЕГРАЛ" в г. Минске производит ИС для громкоговорящего ТА ЭКР1436ХА2 (аналог фирмы MOTOROLA" - МС34118). АО "СВЕТЛАНА" в г. С-Петербурге выпускает эту микросхему с маркировкой КР1064ХА1.

Цоколёвка ИС ЭКР1436ХА2 приведена на рис. 3 49

назначение выводов в табл.3.13. Структурная схема ИС ЭКР1436ХА2 приведена на рис. 3.50.

ИС ЭКР1436ХА2 представляет собой управляемый голосом усилитель для ТА с громкой связью. ИС включает в себя все необходимые усилители, аттенюаторы, детекторы уровня и логическую схему управления, являющиеся основой для высококачественных телефонных систем.

Микросхема включает в себя микрофонный усилитель с регулировкой усиления и блокировкой усилителя, приёмный и передающий аттенюаторы, работающие в дополняющем режиме, детекторы уровня на входах и выходах обоих аттенюаторов и идентификаторы фонового шума для каналов передачи и приёма. Детектор сигнала частотного набора номера блокирует выход приёмного идентификатора фонового шума во время сигнала частотного набора.

Микросхема включает в себя также два линейных усилителя мощности, которые могут использоваться для создания гибридной схемы связи с внешним трансформатором связи Для фильтрации шума (50 Гц и др.) в приёмном канале может использоваться фильтр верхних частот. Вход блокировки микросхемы позволяет отключить питание всей схемы громкой связи в то время, когда этот режим не используется. ИС ЭКР1436ХА2 может работать как от источника питания, так и от телефонной линии. Напряжение питания ИС находится в пределах от 2,8 до 6,5 В. Типовой ток потребления 5мА.

Табл. 3.13. Назначение выводов ИС ЭКР1436ХА2.
	Обозначение	Назначение
		Выход фильтра. Выходное сопротивление менее 50 Ом.
		Вход фильтра. Входное сопротивление более 1 МОм.
		Вход блокировки микросхемы. "Низкий" уровень (< 0,8 В) разрешает работу ИС. "Высокий" уровень (> 2,0 В) запрещает работу ИС. Номинальное входное сопротивление при этом составляет 90 кОм.
		Напряжение питания. Рабочее напряжение находится в пределах от 2,8 до 6,5 В при потребляемом токе около 5,0 мА. При снижении VCC от 3,5 до 2,8 В схема АРУ понижает усиление приёмного аттенюатора до -25 дБ в режиме приёма.
		Выход второго парафазного усилителя. Имеет фиксированный коэффициент усиления и равен -1. Выходной сигнал противофазный относительно выхода НТО-.
		Выход первого парафазного усилителя. Коэффициент усиления устанавливается внешними резисторами.
		Вход первого парафазного усилителя. Уровень постоянного напряжения примерно равен VB.
		Выход передающего аттенюатора. Уровень постоянного напряжения примерно равен VB.
		Вход передающего аттенюатора. Максимальный уровень входного сигнала 350 мВ. Входное сопротивление равно 10 кОм.
		Выход микрофонного усилителя. Коэффициент усиления устанавливается внешними резисторами.
		Вход микрофонного усилителя. Уровень постоянного напряжения примерно равен VB.
		Вход блокировки микрофона. "Низкий" уровень (< 0,8 В) разрешает работу микрофонного усилителя. "Высокий" уровень (> 2,0 В) блокирует микрофонный усилитель, не оказывая влияния на остальные узлы схемы.
		Вход управления громкостью. Приёмный аттенюатор имеет максимальное усиление в режиме приёма при напряжении на входе VLC равном VB. При напряжении на входе VLC равном 0,3 В усиление приёмного аттенюатора менее -35 дБ. На усиление в режиме передачи не влияет.
		Вход установления постоянной времени переключения аттенюаторов при помощи внешней RC-цепи.
		Выходное напряжение равное половине VCC. Это напряжение необходимо в качестве общей точки по переменному току и для управления уровнем громкости.
		Вход установления постоянной времени идентификатора фонового шума передачи при помощи внешней RC-цепи.
		Вход детектора уровня передачи со стороны микрофона.
		Выход детектора уровня передачи со стороны микрофона и вход идентификатора фонового шума передачи.
		Выход детектора уровня приёма со стороны громкоговорителя.
		Вход детектора уровня приёма со стороны громкоговорителя.


№ вывода	Обозначение	Назначение
		Вход приёмного аттенюатора и детектора сигнала частотного набора номера. Максимальный уровень входного сигнала 360 мВ. Входное сопротивление равно 10 кОм.
		Выход приёмного аттенюатора. Уровень постоянного напряжения примерно равен VB.
		Вход детектора уровня передачи со стороны линии.
		Выход детектора уровня передачи со стороны линии.
		Выход детектора уровня приёма со стороны линии и вход идентификатора фонового шума приёма.
		Вход детектора уровня приёма со стороны линии.
		Вход установления постоянной времени идентификатора фонового шума приёма при помощи внешней RC-цепи.
		Общая точка схемы по постоянному току.

В обыкновенном телефоне оба абонента могут разговаривать одновременно и при этом передача разговора происходит в обоих направлениях. В громкоговорящем телефоне этот режим реализовать трудно. Вследствие высокого усиления в передающем и приёмном канале это приводит к возникновению самовозбуждения из-за обратной связи схемы и акустической связи громкоговорителя и микрофона. Поэтому в схеме реализован такой режим, что когда один из абонентов разговаривает, то включается соответствующий канал (передающий или приёмный) и выключается другой канал (уменьшается усиление канала). В этом случае усиление в петле обратной связи поддерживается меньше единицы. ИС ЭКР1436ХА2 обладает детекторами уровня, аттенюаторами и переключающей логической схемой, необходимой для правильной работы громкоговорящего ТА.

На рис. 3.61 приведена принципиальная электрическая схема громкоговорящего узла ТА на ИС ЭКР1436ХА2.

Часть схемы, обведённая пунктирной рамкой выполняет функцию индуктивности. Её можно заменить дросселем индуктивностью 1 Гн. Стабилитрон VD3 и конденсатор СЗ формируют питание схемы напряжением 5,6 В. Конденсатор фильтра СЗ на плате телефона необходимо расположить рядом с выводом 4 ИС. В ИС реализовано дополнительное напряжение питания VB (вывод 15), равное половине напряжения питания VCC. Это напряжение необходимо в качестве общей точки для переменного тока и обеспечивает регулировку уровня громкости путём изменения напряжения на входе VLC (вывод 13). При подаче на вход CD (вывод 3) "высокого" уровня происходит блокировка микросхемы, что позволяет снизить потребляемую мощность.

Резисторы R4 и R5 задают ток питания электретного микрофона ВМ1. Входное сопротивление микрофонного усилителя составляет 10 кОм. Коэффициент усиления микрофонного усилителя определяется резисторами R6 и R9 (Ку = R9/R6). Конденсатор С8 предотвращает возбуждение усилителя. "Высокий" уровень на входе MUT (вывод 12) блокирует работу микрофонного усилителя.

Через конденсатор С9 сигнал с выхода микрофонного усилителя поступает на вход передающего аттенюатора TXI (вывод 9), а через конденсатор С8 и резистор R7 на вход детектора уровня передачи TU2 (вывод 17). С выхода передающего аттенюатора ТХО (вывод 8) через резистор R11 и конденсатор С11 сигнал микрофона поступает на вход парафазного усилителя HTI (вывод 7). Коэффициент усиления первого парафазного усилителя определяется резисторами R11 и R12. Коэффициент усиления второго парафазного усилителя фиксирован и равен -1. Выходное сопротивление парафазных усилителей менее 10 Ом. С выхода второго парафазного усилителя НТО+ (вывод 5) сигнал микрофона через резистор R14 и конденсатор С18 подаётся на базу транзистора VT3. Транзистор согласует выходное сопротивление парафазного усилителя с импедансом линии.

Сигнал с линии через конденсатор С17, С19 и резистор R17 поступает на вход фильтра FI (вывод 2). Элементы фильтра R20, R24, С22 и С23 подобраны

таким образом, чтобы срезать помехи сетевой частоты 50 Гц, которые могут на водиться на внешние провода телефонной линии. Конденсаторы С17, С19 и резисторы R17, R18 представляют собой балансную цепь для согласования с импедансом линии. С выхода фильтра FO (вывод 1) сигнал поступает через раздели тельный конденсатор С20 на вход приёмного аттенюатора RXI (вывод 21) и через конденсатор С21 и резистор R19 на вход детектора уровня приёма RLI1 (вывод 26). С выхода приёмного аттенюатора RXO (вывод 22) через конденсатор С26 и резистор R25 сигнал подаётся на вход VIN (вывод 4) усилителя мощности на ИС ЭКР1436УН1. Резисторы R25 и R26 задают коэффициент усиления усилителя мощности DA2. Конденсатор С27 предназначен для исключения возбуждения усилителя. С выхода усилителя мощности V01 (вывод 5) усиленный сигнал подаётся на громкоговоритель, а также через конденсатор С28 и резистор R27 на вход детектора уровня приёма RLI2 (вывод 20).

Четыре детектора уровня (два в приёмном канале и два в канале передачи) обеспечивают на своих выходах постоянное напряжение, пропорциональное уровню сигнала на входах. Это достигается подключением конденсаторов С13, С14, С15 и С16 на выходах детекторов уровня. Конденсаторы имеют небольшое время заряда и большое время разряда, задаваемое внутренним источником тока 4 мкА. Конденсаторы на всех четырёх выходах должны иметь одинаковую ёмкость (±10%). Компараторы сравнивают уровни сигналов приёма и передачи с выходов детекторов уровня и в зависимости от того, уровень какого сигнала выше, посредством схемы управления аттенюаторами открывается соответствующий аттенюатор (передачи или приёма).

Передающий и приёмный аттенюаторы работают в дополняющем режиме, т. е. когда один имеет максимальное усиление (+6,0 дБ), то другой имеет максимальное ослабление сигнала (-46 дБ), и наоборот. Они не могут быть полностью включены или полностью выключены. Сумма их коэффициентов передачи остаётся постоянной и имеет значение -40 дБ. Аттенюаторы управляются схемой управления аттенюаторами. Резистор R28 и конденсатор С25 на входе СТ (вывод 14) задают время переключения аттенюаторов. Напряжение 240 мВ на входе СТ (вывод 14) относительно напряжения VB открывает приёмный аттенюатор и закрывает передающий. Напряжение -240 мВ переводит микросхему в режим передачи. Напряжение на входе СТ равное напряжению VB переводит микросхему в режим ожидания (коэффициент передачи обоих аттенюаторов равен -20 дБ).

Резисторы R7, R8 и конденсаторы С6, С7 задают постоянную времени на входах СРТ (вывод 10) и CPR (вывод 27) идентификаторов фонового шума. Их назначение состоит в том, чтобы отличить сигнал речи (который содержит характерные всплески уровня) от фонового шума (сигнал сравнительно постоянного ровня). Выход идентификаторов фонового шума связан со схемой управления аттенюаторами.

ИС ЭКР1436УН1, которая применяется в схеме громкой связи ТА имеет зарубежный аналог фирмы MOTOROLA -МС34119. АО "СВЕТЛАНА в г. С-Петербурге выпускает эту микросхему с маркировкой КР1064УН2. Цоколёвка ИС ЭКР1436УН1 приведена на рис. 3.52. ИС создаёт максимум усиления при минимальном напряжении питания 2,0 В. Максимальное напряжение питания ИС 16 В. Типовой ток потребления 2,7 мА. Максимальное напряжение входного сигнала ±1 В. Разделительные конденсаторы к громкоговорителю не нужны. ИС допускает применение громкоговорителей с сопротивлением от 8 до 100 Ом. Выходная мощность составляет 250 мВт при работе с громкоговорителем на 32 Ом. Усилитель на ИС ЭКР1436УН1 обладает низкими нелинейными искажениями.

Подачей "высокого" уровня (=> 2,0 В) на вход CD (вывод 1) устанавливается режим пониженной потребяемой мощности (ток покоя 65 мкА). "Низкий" уровень (<= 0,8 В) разрешает работу микросхемы. (RCD вх. = 90 кОм).

Структурная схема и типовая схема включения ИС ЭКР1436УН1 приведены на рис. 3.53.

Резисторами R1 и R2 устанавливается коэффициент усиления УНЧ, который может составлять от 0 до 46 дБ. Входы FC2 (вывод 2) и FC1 (вывод 3) предназначены для подключения корректирующих ёмкостей. Вход FC1 (вывод 3) является общей точкой по переменному току. Конденсатор С2 позволяет увеличить коэффициент подавления нестабильности источника питания. Этот вывод может быть использован как дополнительный вход. Конденсатор СЗ увеличивает подавление пульсации источника питания и также влияет на величину времени включения. Допускается оставлять этот вывод свободным, если достаточно ёмкости, подключенной к выводу FC1.

В зарубежных ТА часто применяется ИС громкой связи МС31018 и её аналог SC77655S. Упрощённая структурная схема ИС МС31018 приведена на рис. 3.55.

Структурная схема ИС МС34018 аналогична ИС МС34118. Основное отличие состоит в том, что в ИС МС34018 есть свой усилитель приёма и отсутствуют парафазные усилители и фильтр высоких частот. Детекторов уровня не четыре, как в ИС МС34118, а два.

Схема включения ИС МС34018 приведена на рис. 3.56.

Часть схемы, обведённая пунктирной рамкой, выполняет функцию индуктивности. Её можно заменить дросселем, индуктивностью 1 Гн.

Транзистор VT3, подключенный к выходу передающего аттенюатора ТХО (вывод 4), включен по схеме эмиттерного повторителя. С выхода эмиттерного повторителя сигнал подаётся на базу транзистора VT4, который усиливает сигнал и передаёт его в линию.

Резисторы R20, R22, R23 и конденсатор С18 представляют собой балансную цепь для согласования с импедансом линии.

Конденсатор С4 на выходе детектора уровня передачи TLO (вывод в) и С5 на выходе детектора уровня приёма RLO) (вывод 8) обеспечивают постоянное напряжение на выходах детекторов уровня, пропорциональное уровню сигнала на входе. Время разряда конденсаторов задаётся резисторами R7 и R8. Сигналы с выходов детекторов уровня сравниваются компаратором. С выхода компаратора сигнал поступает на схему управления аттенюаторами, который включает соответствующий канал (передачи или приёма), в зависимости от того, уровень какого сигнала выше.

Переключение аттенюаторов в ИС МС34018 осуществляется также, как и в ИС МС34118. Резистор R9 и конденсатор С6 на входе XDC (вывод 23) задают время переключения аттенюаторов. Напряжение на входе XDC на 150 мВ меньше, чем VCC переключает аттенюаторы в режим приёма, а напряжение на 6 мВ

меньше, чем VCC переключает аттенюаторы в режим передачи.

И в заключение приведём схему громкой связи на дискретных элементах (рис. 3.57). Эта схема встречается в недорогих ТА низкого класса типа TECHNIKA.

Дроссель L1 предназначен для увеличения максимального тока питания усилителя приёма. Выходной каскад усилителя приёма выполнен по двухтактной схеме на транзисторах VT4, VT5 и обеспечивает номинальную выходную мощность 250 мВт на нагрузку 50 Ом. Диоды VD3 и VD4 смещают двухтактный каскад в состояние проводимости для устранения переходных искажений. Резистор R16 и конденсатор С11 представляют собой цепь отрицательной обратной связи для исключения возбуждения усилителя. Переменный резистор R9 и резистор R8 обеспечивают согласование схемы с импедансом линии для максимального подавления местного эффекта. Переменным резистором R11 можно регулировать громкость приёмного усилителя.

Резисторы Rl, R2 и конденсатор С1 составляют цепь питания микрофона ВМ1. Усилитель сигнала микрофона выполнен на транзисторах VT1 и VT2.

Недостаток данной схемы в том, что в ней отсутствует управление усилителями приёма и передачи для их работы в дополняющем режиме.

Я рассказывал, что у меня возникла проблема с подключением беспроводной петлички к смартфону. Проблему я уже решил , мне даже не понадобилось собирать аттенюатор (делитель напряжения).

Однако, я успел поизучать эту тематику. Мне было довольно тяжело в это вникнуть, так как сложно было найти толковую информацию. В конце концов я нашёл информацию (на иностранном языке), но засел за изучением электроники: к сожалению, до этого не занимался радиолюбительством. Надеюсь, помогу кому-то с этим, на первый взгляд, гиблым делом.

Зачем нужен аттенюатор?

Зачем вам может быть нужен аттенюатор? Ну, например, вы хотите подключить в микрофонный вход сигнал, который предназначается для аудио колонок. Уровни аудио сигналов бывают разные, несмотря на то, что подключаться они могут одинаковыми штекерами. Понятно, что уровень может быть любым, но есть стандартные значения, которые вы можете встретить чаще всего. Измеряются они в специальных единицах — децибелах. Это относительные единицы. Честно сказать, у меня возник когнитивный диссонанс, когда я знакомился с этой темой. Как звук может измеряться в относительных единицах? Возьмём, к примеру, другие относительные единицы — проценты. Если с нулём все понятно, то что принимать за 100%? А если что-то и принять, то как обозначать звук громче ста процентов?

На самом деле ничего сложного нет. Есть какое-то абсолютное опорное значение, относительно которого будут производиться последующие измерения. Для процентов — это единица. А вот децибелы бывают разные. На википедии это хорошо расписано. В данном случае нас интересуют dBu и dBV. Это специальные обозначения децибелов, за условный ноль которых приняты 0,77 В и 1,0 В соответственно. На этой странице мы можем переводить наши величины из одних единиц в другие.

Стандартные уровни

Для студийной аппаратуры используется стандартный уровень +4 dBu, а для потребительской аудиотехники используется стандартный уровень -10 dBV. Я планировал создать аттенюатор для подключения сигнала с ресивера радио петличной системы к смартфону. Давайте на этом примере и рассмотрим как собрать аттенюатор.

Какой уровень сигнала ожидается на смартфоне я в его документации не нашел. Но на беннет форуме мне подсказали , что это примерно 1 мВ.

Нам нужно будет определить, какой уровень сигнала отдаёт наш ресивер, затем рассчитать номиналы компонентов аттенюатора, и собрать его, а потом подключить аудио линию через него.

Узнаём необходимое затухание

Для начала, определим уровень сигнала из ресивера. У него есть два выхода. Один мониторный — для наушников звукооператора, второй — output. Он то нас и интересует. Сигнал на нём ниже, чем на мониторном. Я буду передавать синусоидальный сигнал по радиоканалу, благо на трансмиттере есть возможность подключения line сигнала. В гнездо ресивера вставим кабель, и подключим мультиметр. Мультиметр я выставил на измерение переменного напряжения с пределом 200 мВ. У меня отобразилось 90 мВ. Это вполне сопоставимо с тем, что написано в документации : Audio output level: 120 mV

Но это не соответствует стандартным уровням. Хотя нам это не важно, главное правильно подобрать номиналы сопротивлений в аттенюаторе.

Я нашёл просто бесценный сайт (uneeda-audio.com), на котором очень много полезной информации, как раз то, что мне было нужно. Откроем документик, в котором сопоставлены значения dBu, dBv и вольтажей. [на главной странице поиск по Decibel Table].

Наше значение — 90мВ, нужно получить 1мВ. То есть уменьшить значение напряжения в 90 раз. Если это перевести в децибелы, получится x=10 lg(90/1)=19,54 dB. Грубо говоря, нам нужно собрать аттенюатор на 20децибел.

Определяемся с конфигурацией

Аттенюаторы бывают разных форм: Г, П, Т и так далее. Все они являются делителями напряжения. Выходное напряжение рассчитывается как частное входного напряжения и значения выражения 1+отношение номиналов резисторов (это не зависит от импедансов источника и нагрузки). Можно убедиться в справедливости этого уравнения самостоятельно, применив закон Ома, а затем сравнив этот результат с результатом, полученным при использовании номиналов резисторов.

Любую из форм аттенюаторов можно собрать как для балансного подключения, так и для небалансного. Для этого достаточно отразить их. Но, поскольку у меня будет использоваться небалансное подключение, меня такие формы не интересуют. Выбираем между формами Г, Т и Т с мостиком.

Г-образная форма несимметрична. То есть вход и выход такого аттенюатора при подключении путать нельзя. Однако, такую форму проще всего собрать.
Т-образная форма симметрична, соответственно такой аттенюатор можно включать в линию любой стороной. Это удобнее.
Форма Т с мостиком — тоже симметрична. Её особенностью является то, что в ней R1 и R2 равны импедансу аттенюатора.

Рассмотрим сборку на примере L pad.

Инструкции по рассчётам я взял всё с того же сайта, что указывал выше. Нам нужно вычислить номиналы компонентов, зная нужное затухание.

1) Находим коэффициент K по формуле K = 10^(затухание db/20) или воспользовавшись таблицей . В нашем случае K=10.
2) Далее инструкция предлагает определить что нам важнее соблюдать: входной или выходной импеданс? По идее нам предпочтительнее соблюдать выходной импеданс, чтобы смартфон воспринимал подключенный ресивер как нагрузку. Значит переходим на пункт 4.
4) В пункте 4 предлагается выбрать значение шунтирующего резистора равным импедансу выхода. И из полученного равенства выразить R1.

Но на самом деле соблюдение импедансов важно только для реально древней техники. В современной технике передача основана на вольтаже, соблюдать импедансы уже не нужно. В этом плане нам легче. Можно просто выставить какой-нибудь подходящий R1, выразить R2, собрать схему и проверить звучание. Если хотите, можете вместо R1 и R2 подключить потенциометр (он выступает как два резистора). С помощью него вы сможете непрерывно изменять значения сопротивлений и зафиксировать его на наиболее качественном звуке.

Покупка компонентов и сборка

Когда вы определитесь с номиналами сопротивлений, вам нужно будет выбрать наиболее близкие по величине резисторы. Есть резисторы с погрешностью 1%, но меня вполне устроят и с 5% погрешностью. Стандартные значения распределены по логарифмической шкале с шагом погрешности. Чтобы это всё не изучать, вы можете воспользоваться утилитой stdval от автора того сайта. Wine этот экзэшник не запустит, так как утилита написана под dos. Запускать её нужно с помощью dosbox. Вы просто вводите рассчитанное значение и погрешность, а программа выдаст вам ближайший по номиналу резистор, какой вы можете купить в радио магазине.

Спаяйте компоненты и вставьте их в какой-нибудь корпус.
Аттенюатор готов, приятного аппетита!

Эх, золотые 80-е, эпоха расцвета диско, хард-рока и действительно звучащей аудиоаппаратуры. Неудивительно, что многие аудиофилы до сих пор в своих системах используют компоненты 80-х (а то и 70-х) годов. Пусть и немного доработанные.

Однако, при сопряжении таких компонентов с современными источниками сигнала (CD- и DVD-плеерами, звуковыми картами и т.п.) возникают проблемы с согласованием уровней сигнала . В те годы не было жёстких стандартов в этом плане и различия в чувствительности входов разных аппаратов разных фирм, мягко говоря, поражают.

Просматривая спецификацию на какой-то старый усилитель 70-х годов, автор обнаружил "стандарты" по входам для тюнера, магнитной ленты и линейного входа в 155 мВ, 180 мВ, 200 мВ, 220 мВ, 250 мВ и 300 мВ. У современных аппаратов различия тоже наблюдаются, но уже не такие разительные.

Поэтому при согласовании между собой компонентов из разных эпох возникают...

Проблемы.

Первая проблема заключается в существенных различиях выходного уровня современных источников сигнала и чувствительности входов компонентов 80-х и 70-х годов.

Вторая проблема вытекает из первой — из-за высокой чувствительности (по современным меркам) входов «раритетных» аппаратов существует (и весьма серьёзный) риск перегрузки усилителя мощности.

Если посмотреть на характеристики старой аппаратуры, то мы увидим, что относительно стандартной чувствительностью для линейных входов, входов для CD-проигрывателя и тюнера является уровень 200 мВ. Причём больше всего вариаций встречается для входа тюнера, где чувствительность порой достигает 100-150мВ. Причины такого разнообразия неясны, да и неважны.

Гораздо более важным является тот факт, что «старомодный» уровень 200 мВ абсолютно не соответствует современному стандарту на выходные уровни CD, DVD и MD проигрывателей. Все без исключения эти устройства обеспечивают максимальное напряжение на выходе в 2В! Это в десять раз выше, чем входная чувствительность старых аппаратов.

Конечно, надо учесть, что в среднем уровень записи CD-дисков на 12 дБ ниже максимума. Следовательно средний уровень выходного сигнала составляет только 500 мВ. И ситуация кажется уже не такой катастрофичной. Но это опасная иллюзия, так как на правильно записанном компакт-диске пиковые уровни сигнала могут достигать 2 Вольт. И если ваш усилитель способен развить полную мощность уже при 200 мВ на входе, то такие пики сигнала вызовут сильнейшую перегрузку усилителя с весьма нежелательными, а порой и непредсказуемыми последствиями.

Резистивный аттенюатор.

К счастью, излишне высокий уровень выходного сигнала источника может быть довольно легко приведен к требуемому значению. Для этого нам потребуется простой резистивный делитель, представленный на рисунке:

Степень ослабления сигнала определяется соотношение резисторов R1 и R2. В примере, показанном на рисунке, коэффициент ослабления сигнала составляет 0,5 или в 2 раза. Ослабление можно выразить в дБ (да и правильнее так будет). В этом случае ослабление составит -6 дБ (минус показывает, что сигнал ослабляется).

Формула для расчета затухания в дБ: Ослабление=20log.

Чтобы избавить читателей от «сложных» расчётов, в таблице ниже приведён ряд практически-ориентированных примеров:

Номиналы резисторов взяты из стандартного ряда E12.
Скорее всего, аттенюаторы с ослаблением в -2,5 дБ и -3,3 дБ нужны не так часто. Но в силу упомянутых выше различий в уровнях сигнала аттенюаторы с ослаблением в -6 дБ и -12 дБ являются очень востребованными.

Согласование

Кроме соотношения номиналов резисторов R1 и R2 (напомню, соотношение определяет затухание), мы должны учитывать и абсолютные значения этих резисторов. По каким критериям?

Со стороны входа аттенюатора мы должны принимать во внимание выходной импеданс источника сигнала, а со стороны выхода — входное сопротивление усилителя. Для примера рассмотрим учёт входного сопротивления усилителя.

Обратимся к высокочастотной технике. Здесь всегда пытаются обеспечить передачу максимальной мощности сигнала. Согласитесь, неплохая идея? Для этого необходимо, чтобы входное сопротивление аттенюатора было равно выходному импедансу источника сигнала.

В аудиотехнике практикуется совсем другой подход. Здесь стараются как можно меньше нагружать источник сигнала (т.е. входное сопротивление последующих компонентов делают как можно больше) иначе при перегрузках ограничение сигнала будет частотно-зависимым. То есть нарушается линейность источника сигнала, что в Hi-Fi и уж тем более в Hi-End системах недопустимо! Вдобавок сильное ослабление сигнала может привести к росту уровня шумов.

Учитывая вышесказанное, сопротивление нагрузки стоит выбирать минимум в 10 раз выше выходного сопротивления источника сигнала. Это проиллюстрировано на рисунке:

Выходное сопротивление большинства источников сигнала находится в диапазоне от одной до нескольких сотен Ом. Если мы обеспечим сумму сопротивлений R1 и R2 в интервале от 10 кОм до 20 кОм, то таким образом наш аттенюатор будет вполне безопасной нагрузкой для источника сигнала. Кстати, это было учтено при расчете значения резисторов приведенной выше таблице.

Входной импеданс усилителя чаще всего составляет порядка 47 кОм. Это сопротивление получается включено параллельно сопротивлению R2 нашего аттенюатора, и, конечно, влияет на его коэффициент деления. На практике, однако, полученные отклонения не так серьёзны. Например, если посчитать точно, то при расчётном затухании ненагруженного аттенюатора в -9,9 дБ, подключенный к усилителю с входным сопротивлением 47 кОм и источнику с выходным импедансом в 600 Ом, такой аттенюатор даст ослабление в -10.8 дБ. Как видим, разница весьма незначительная.

Конструкция.

С точки зрения конструкции, естественно, тут варианты могут быть разными, в зависимости от ваших способностей и подручных средств. Приведенные ниже фотографии показывают одну из возможных реализаций аттенюатора. Довольно, простую, эстетичную и удобную. Если использовать маломощные резисторы (0,125 Вт), то они легко помещаются в корпусе RCA-переходника.

Защитить контакты можно термоусадочной трубкой. Для удобства эксплуатации на корпусе стоит пометить затухание вашего аттенюатора.

Обратите внимание, что для снижения шумов, аттенюатор необходимо подключать на входе усилителя , а не на выходе источника. Если резисторы монтируются не в переходник, а в разрыв сигнального кабеля, то часть кабеля, подключённая ко входу усилителя, должна быть как можно короче .

Если вы часто экспериментируете с аппаратами в своей аудиосистеме или ищите «свой звук», то, скорее всего, будет очень полезно иметь набор таких аттенюаторов, перечисленных в таблице 1.

Статья подготовлена по материалам журнала «Электор Электроникс»,
вольный перевод Главного редактора «РадиоГазеты» .

Удачного творчества!

Аттенюаторы - это пассивные устройства, но их удобнее рассматривать вместе с децибелами. Аттенюаторы используются для ослабления сигнала, например, для уменьшения высокого уровня сигнала генератора для обеспечения низкого уровня, необходимого для подачи на антенный вход чувствительного радиоприемника (рисунок ниже). Аттенюатор может быть, как встроен в генератор сигналов, так и быть отдельным устройством. Он может обеспечивать фиксированный или регулируемый уровень ослабления. Секция аттенюатора может также обеспечивать изоляцию между источником и проблемной нагрузкой.

Постоянный импеданс аттенюатора совпадает с импедансом источника Zi и импедансом нагрузки Zн. Для радиочастотного оборудования равен Z = 50 Ом.

В случае, когда аттенюатор является отдельным устройством, он должен быть помещен между источником сигнала и нагрузкой в разрыв пути прохождения сигнала, как показано на рисунке выше. Кроме того, его импеданс должен совпадать и с импедансом источника Z i , и с импедансом нагрузки Z н , обеспечивая при этом указанную величину затухания. В этом разделе мы рассмотрим только конкретный, и самый распространенный, случай, когда выходное сопротивление источника и сопротивление нагрузки равны.

Наиболее распространенные типы аттенюаторов - секции Т и П типа.

Т-аттенюатор П-аттенюатор

Когда необходимо больше ослабить сигнал, несколько секций аттенюатором можно включить каскадно, как показано на рисунке ниже.

Децибелы

Отношения напряжений, используемые при разработке аттенюаторов, часто выражаются в децибелах. Безразмерный коэффициент ослабления напряжения (далее К) может быть получен из ослабления, выраженного в децибелах. Коэффициенты отношения мощностей, выраженные в децибелах, складываются. Например, аттенюатор 10 дБ, следующий за аттенюатором 6 дБ, обеспечит общее затухание 16 дБ.

10 дБ + 6 дБ = 16 дБ

Замечаемое изменение уровней звука примерно пропорционально логарифму отношения мощностей (P вх /P вых).

\(уровень \, звука = \log_{10} (P_{вх}/P_{вых})\)

Изменение уровня звука на 1 дБ едва заметно для слушателя, в то время, как 2 дБ замечается легко. Ослабление на 3 дБ соответствует уменьшению мощности наполовину, а усиление на 3 дБ соответствует удвоению уровня мощности.

Изменение мощности в децибелах и отношение мощностей связаны формулой:

Предполагая, что нагрузка R вх для P вх такая же, как и резистор R вых для P вых (R вх = R вых), значения в децибелах могут быть получены из отношений напряжений (U вх /U вых) и токов (I вх /I вых):

\(P_{вых} = U_{вых} I_{вых} = U_{вых}^2 / R = I_{вых}^2 R\)

\(P_{вх} = U_{вх} I_{вх} = V_{вх}^2 / R = I_{вх}^2 R\)

\(dB= 10 \, \log_{10}(P_{вх} / P_{вых}) = 10\, \log_{10}(U_{вх}^2 / U_{вых}^2) = 20 \, \log_{10}(U_{вх}/U_{вых})\)

\(dB = 10 \, \log_{10}(P_{вх} / P_{вых}) = 10 \, \log_{10}(I_{вх}^2 / I_{вых}^2) = 20\, \log_{10}(I_{вх} /I_{вых})\)

Наиболее часто используются две формулы для децибелов:

\(dB = 10 \log_{10} (P_{вх}/P_{вых})\)

Пример

Мощность на входе аттенюатора 10 ватт, мощность на выходе 1 ватт. Найти ослабление в децибелах.

\(dB= 10 \log_{10}(P_{вх} / P_{вых}) = 10 \log_{10} (10 /1) = 10 \log_{10} (10) = 10 (1) = 10\, дБ\)

Пример

Найти коэффициент ослабления напряжения (K=(U вх /U вых)) для аттенюатора 10 дБ.

\(dB = 10= 20 \log_{10}(U_{вх} / U_{вых})\)

\(10/20= \log_{10}(U_{вх} / U_{вых})\)

\(10^{10/20}= 10^{\log_{10}(U_{вх} / U_{вых})}\)

\(3.16 = (U_{вх} / U_{вых}) = A_{U(раз)}\)

Пример

Мощность на входе аттенюатора 100 милливатт, мощность на выходе 1 милливатт. Найти ослабление в дБ.

\(dB = 10 \log_{10}(P_{вх} / P_{вых}) = 10 \log_{10} (100 /1) = 10 \log_{10} (100) = 10 (2) = 20\, дБ\)

Пример

Найти коэффициент ослабления напряжения (K=(U вх /U вых)) для аттенюатора 20 дБ.

\(dB=20= 20 \log_{10}(U_{вх} / U_{вых})\)

\(10^{20/20}= 10^{\log_{10}(U_{вх} / U_{вых})}\)

\(10 = (U_{вх} / U_{вых}) = K\)

Аттенюатор Т-типа

Аттенюаторы Т и П типа подключаются к комплексным сопротивлениям Z источника и Z нагрузки. Z со стрелкой, направленной от аттенюатора, на рисунке ниже означает импеданс аттенюатора. Z со стрелкой, направленной на аттенюатор, означает, что к аттенюатору с сопротивлением Z подключается устройство с сопротивлением Z, в нашем случае Z = 50 Ом. Данное сопротивление постоянно (50 Ом) по отношению к ослаблению - при изменении ослабления импеданс не меняется.

В таблицах ниже приведены списки номиналов резисторов для аттенюаторов Т и П типа при одинаковых импедансах источника и нагрузки, равных 50 Ом, обычно используемых при работе на радиочастотах.

Телефонное оборудование и другая звуковая техника часто требует использования 600 Ом. Умножьте все значения R на отношение (600/50), чтобы аттенюатор соответствовал требованиям 600-омной техники. Умножение на 75/50 преобразует таблицу значений для соответствия 75-омным источнику и нагрузке.

dB - ослабление в децибелах

Z - импеданс источника/нагрузки (активное сопротивление)

Величину ослабления принято указывать в дБ (децибелах). Хотя нам нужен и коэффициент отношения напряжений (или токов), чтобы найти значения резисторов из формул. Посмотрите на формулу выше с возведением числа 10 в степень dB/20 для вычисления отношения напряжений K из децибелов.

Т -тип (и приведенный ниже П -тип) - это наиболее часто используемые типы аттенюаторов, так как они двунаправлены. То есть, вход и выход аттенюатора можно поменять местами, и его импеданс всё так же будет соответствовать импедансам источника и нагрузки, и он так же будет обеспечивать точно такое же затухание.

Отключив источник и взглянув на аттенюатор со стороны входа в точке U вх , мы должны увидеть ряд последовательных и параллельных соединений R1 , R2 , R1 и Z , образующих эквивалентное сопротивление Z вх , такое же, как и импеданс Z источника/нагрузки (нагрузка Z всё еще подключена к выходу):

\(Z_{вх} = R_1 + (R_2 ||(R_1 + Z))\)

Например, подставим в формулу значения R1 и R2 для 50-омного аттенюатора 10 дБ, как показано на рисунке ниже.

\(Z_{вх} = 25.97 + (35.14 ||(25.97 + 50))\)

\(Z_{вх} = 25.97 + (35.14 || 75.97)\)

\(Z_{вх} = 25.97 + 24.03 = 50\)

Это показывает нам, что мы увидим 50 Ом при взгляде на аттенюатор со стороны входа (рисунок ниже) при нагрузке 50 Ом.

Вернув источник сигнала, отключив нагрузку Z в точке U вых и взглянув на аттенюатор со стороны выхода, мы должны получить такую же формулу, что и выше, для импеданса в точке U вых, благодаря симметрии.

Аттенюатор 10 дБ с входным/выходным сопротивлением Z = 50 Ом.

Аттенюатор П-типа

Ниже приведена таблица номиналов резисторов аттенюатора П -типа для импеданса источника/нагрузки 50 Ом для наиболее частых значений затухания. Резисторы, соответствующие другим значениям затухания, могут быть рассчитаны по формулам.

Применим приведенные выше значения к аттенюатору на рисунке ниже.

С какими номиналами понадобятся резисторы для аттенюатора П-типа с ослаблением 10 дБ и для работы с источником и нагрузкой 50 Ом?

Аттенюатор П-типа на 10 дБ с входным/выходным сопротивлением Z = 50 Ом.

10 дБ соответствуют коэффициенту ослабления напряжения К=3,16 в предпоследней строке в таблице выше. Переместите номиналы резисторов из этой строки на схему (рисунок выше).

Аттенюатор Г-типа

В таблице ниже приведен список номиналов резисторов для аттенюаторов Г-типа для 50-омных источника и нагрузки.

В таблице ниже приведен список номиналов резисторов для альтернативной формы аттенюатора. Обратите внимание, что номиналы резисторов отличаются от предыдущей таблицы.

Мостовой Т-образный аттенюатор

В таблице ниже приведен список номиналов резисторов для мостового Т-образного аттенюатора. Мостовой Т-образный аттенюатор используется не часто. Почему бы?

Каскадное включение

Секции аттенюаторов могут быть включены каскадно, как показано на рисунке ниже, для получения затухания, большего, чем доступно от одной секции. Например, два аттенюатора по 10 дБ могут быть включены каскадно, чтобы обеспечить затухание 20 дБ, значения в децибелах будут суммироваться. Коэффициент ослабления напряжения К или U вх /U вых для секции аттенюатора 10 дБ равен 3,16. Коэффициент ослабления напряжения двух каскадно включенных секций равен произведению двук К или 3,16 x 3,16 = 10.

Каскадно включенные секции аттенюаторов: затухания в децибелах складываются.

Переменное ослабление с дискретным шагом может быть обеспечено коммутируемым аттенюатором. Например, на рисунке ниже показано положение 0 дБ, и доступно изменение ослабления от 0 до 7 дБ с помощью подключения от одной и более секций или отключения всех секций.

Коммутируемый аттенюатор: затухание изменяется с дискретным шагом.

У типового многосекционного аттенюатора секций больше, чем показано на рисунке выше. Добавление секции 3 или 8 дБ позволяет устройству охватить значения до 10 дБ и выше. Более низкие уровни сигнала достигаются добавлением секций 10 дБ и 20 дБ, или удвоенной секции 16 дБ.

Радиочастотные аттенюаторы

При работе на радиочастотах (РЧ, RF) (< 1000 МГц) отдельные секции должны быть установлены в экранированных отсеках, чтобы не допустить емкостной связи при получении более низких уровней сигналов на высоких частотах. Отдельные секции коммутируемых аттенюаторов из предыдущего раздела устанавливаются в экранированных секциях. Чтобы расширить диапазон частот за 1000 МГц, могут быть предприняты дополнительные меры, которые включают в себя конструкцию из бессвинцовых резистивных элементов специальной формы.

Секция коаксиального Т-аттенюатора состоит из резистивных стержней и резистивного диска, как показано на рисунке выше. Эта конструкция может использоваться до нескольких гигагерц.

Коаксиальная версия П-аттенюатора будет состоять из одного резистивного стержня между двумя резистивными дисками в коаксиальной линии передач, как показано на рисунке ниже.

Высокочастотные разъемы (не показаны) присоединены к концам изображенных Т и П аттенюаторов. Разъемы позволяют подключать отдельные секции каскадно между источником и нагрузкой. Например, аттенюатор 10 дБ может быть помещен между проблемным источником сигнала и входом дорогостоящего анализатора спектра. Даже если затухание нам не нужно, дорогостоящее измерительное оборудование защищено от источника с помощью ослабления любого перенапряжения.