Улучшение лестничного аттенюатора

Модераторы: Алаев Ян, Роман Мирошниченко, poty

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3990
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 87 раз
Поблагодарили: 196 раз

Улучшение лестничного аттенюатора

#1

Сообщение poty » 26 сен 2018, 12:18

Предлагаю Вашему вниманию небольшую оптимизацию лестничного аттенюатора.
Вкратце: для выравнивания выходного импеданса аттенюатора предлагаю отойти от двоичного способа управления "ступеньками" и в младших разрядах не опускаться ниже 3 позиции.
Идея возникла примерно в 2010 году, когда я впервые познакомился с конструкциями Никитинских регуляторов и, в частности, регулятором громкости Максима Волобуева. Источником проблемы явились сообщения пользователей его устройства на форуме.

Краткая справка. Лестничные аттенюаторы стали популярны с ростом возможностей и доступности микропроцессоров. Минимальное количество деталей и высокий потенциал точности, качества, эргономичного исполнения сделал их хитом самодельных конструкций. Аналогичные по качеству аттенюаторы на аудиофильских переменных резисторах, типа некоторых серий Aplps, стоили непомерно дорого и достать их было крайне сложно.

Несмотря на достаточно большую выборку лестничных аттенюаторов с постоянным входным сопротивлением (в основном - по мотивам "Никитинской" реализации), они не обязаны его иметь. Есть интерпретации с постоянным выходным сопротивлением, комбинации "линий передачи" (T-аттенюаторы), имитаторы различных кривых и т.п. И тем не менее, с точки зрения конструктора именно постоянное входное сопротивление стало той изюминкой, которая придала давно известной схеме вторую жизнь. В чём причина? Чем же так важны входное и выходное сопротивление аттенюатора?
Входное сопротивление - одна из двух полезных составляющих интерфейса передачи сигнала. Упрощённо говоря, есть источник сигнала Uсигн с его выходным (внутренним) сопротивлением Rист и есть потребитель сигнала с его входным сопротивлением Rпотр. В идеальном случае, сигнал на входе потребителя Uвх будет выражаться формулой резистивного делителя:
Uвх=Uсигн*Rпотр/(Rист+Rпотр)
Нетрудно увидеть, что потерь в передаче сигнала будет тем меньше, чем больше разница между Rпотр и Rист.
Если Rпотр будет изменяться, будет изменяться и амплитуда сигнала на входе очередного каскада. Аналогичная ситуация - при изменении Rист. Откуда могут происходить эти изменения? Опуская на данном этапе паразитные составляющие и неверный учёт реактивных составляющих в "линии передачи", можно констатировать, что типичный выходной каскад устройства имеет постоянное (и, скорее всего, низкое) выходное сопротивление. Типичный входной каскад также имеет постоянное (и, опять же, скорее всего, высокое) входное сопротивление. Термины "низкое" и "высокое" - довольно условны. В транзисторной технике это могут быть величины в единицы-сотни ом для выходного сопротивления и единицы-десятки килоом входного. В ламповой чаще всего говорят о единицах килоом выходного сопротивления (если не о десятках килоом) и сотнях килоом входного.
Если непосредственно активные каскады имеют постоянные выходные и входные сопротивления, то единственным источником изменений может служить лишь свойство "линии передачи". Часто в её состав входит регулятор громкости, регулятор баланса, реже - регулятор тембра, ещё реже (для бытовой техники) - регулятор/переключатель чувствительности. Из всего перечисленного чаще всего пользуются регулятором громкости.
Регулятор громкости представляет собой, как правило, аттенюатор (альтернатива - активные регуляторы громкости, которые редко находят применение в самодельных конструкциях). Установить его можно как на выходе источника сигнала, так и на входе усилителя. Как можно понять из объяснений выше, в обоих случаях возникает сразу два "сопряжения"-резистивных делителя (не считая возможный делитель внутри аттенюатора): выход_источника->аттенюатор и аттенюатор->вход_усилителя. На обоих сопряжениях действует делитель, описанный выше, т.о., в идеале необходимо иметь аттенюатор с постоянным входным и выходным сопротивлением. Такие решения есть, начиная от (в некоторых, но не во всех случаях) обычных потенциометров, до T-аттенюаторов. В большинстве случаев усложнение конструкции для получения идеальной картины поглощает положительную отдачу. Обычно гораздо проще бывает подогнать свойства выходного каскада или входного каскада под конкретные особенности аттенюатора.
Владислав

Аватара пользователя
rad54
Постоялец
Постоялец
Сообщения: 225
Зарегистрирован: 20 мар 2018, 13:37
Откуда: Новосибирск, Россия
Благодарил (а): 48 раз
Поблагодарили: 55 раз
Контактная информация:

#2

Сообщение rad54 » 26 сен 2018, 13:48

Обычно гораздо проще бывает подогнать свойства выходного каскада или входного каскада под конкретные особенности аттенюатора.
А нельзя ли, зная выходное сопротивление источника и входное приемника (всё относительно регулятора), учесть их при расчете резисторов делителя.
Для простых делителей типа дискретного переключаемого потенциометра сделать это вроде не сложно.
для выравнивания выходного импеданса аттенюатора предлагаю отойти от двоичного способа управления "ступеньками" и в младших разрядах не опускаться ниже 3 позиции.
Здесь как-то не совсем понял, что такое "отойти ..."? Чуть подробнее, пожалуйста. Не перебирать подряд все разряды, делая перекодировку или прореживание двоичной последовательности? Или просто отбросить два младших разряда?
Алексей

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3990
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 87 раз
Поблагодарили: 196 раз

#3

Сообщение poty » 26 сен 2018, 14:03

rad54 писал(а):А нельзя ли, зная выходное сопротивление источника и входное приемника (всё относительно регулятора), учесть их при расчете резисторов делителя.
1. Необходимость этого?
2. Если посмотреть на типичный лестничный регулятор а-ля Никитин - входное сопротивление усилителя учитывается при расчёте (шунтируется резистором необходимого сопротивления, если оно больше, или устанавливается последовательный резистор, если оно меньше; в большинстве конструкций выходное сопротивление аттенюатора и является входным сопротивлением усилителя, такое сплошь и рядом можно увидеть в ламповых конструкциях).
rad54 писал(а):
для выравнивания выходного импеданса аттенюатора предлагаю отойти от двоичного способа управления "ступеньками" и в младших разрядах не опускаться ниже 3 позиции.
Здесь как-то не совсем понял, что такое "отойти ..."? Чуть подробнее, пожалуйста. Не перебирать подряд все разряды, делая перекодировку или прореживание двоичной последовательности? Или просто отбросить два младших разряда?
Забежали немного вперёд. Поясню чуть дальше. Для начала делаю обзор проблем "неулучшенных" лестничных регуляторов. :-)
Владислав

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3990
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 87 раз
Поблагодарили: 196 раз

#4

Сообщение poty » 01 окт 2018, 23:03

Если аттенюатор стоит между двумя устройствами, имеется логичное предположение, что его можно поставить на выходе одного устройства или на входе другого. Существуют адепты как того, так и другого размещения. Я отношусь к апологетам аттенюатора на входе, поэтому использую в своих конструкциях аттенюаторы с постоянным входным сопротивлением. Для положения на входе это - оптимальное решение, так как делает предсказуемым работу с неизвестным источником, кабелем и т.п - как раз самую сложную часть взаимодействия по причине её полной неопределённости.
В таком случае остаётся одно место - сопряжение выхода аттенюатора и входа устройства. Ранее я упоминал, что чаще проблемы этого соединения решают некоторой "подгонкой" решений. Но что здесь могут быть за проблемы?
Одной из главных проблем является постоянная составляющая на входе. Причём это может быть постоянное напряжение (например, некомпенсированное смещение транзисторного входа) или постоянный ток (сеточная утечка у ламп, ток входа у ОУ и т.п.). Резкое изменение сопротивления на входе устройства приводит к тому, что возникает "ступенька", усиливаемая устройством и воспроизводящаяся как щелчок в АС. Можно использовать конденсатор, но здесь нас, кроме лишнего и не самого жалуемого конструкторами усилителей элемента, поджидает вторая проблема -
Изменение полосы пропускания в прямом канале или в обратной связи. Этот момент не столь очевиден. Все знают, что переходные конденсаторы рассчитываются по уменьшению сигнала в RC-цепочке, где в состав R входит как входное, так и выходное сопротивления. Соответственно, изменение одного из них способно сдвинуть частоту "среза" результирующего фильтра. Гораздо серьёзнее результаты - в сложных цепях, где имеется обратная связь, частью которой является входной резистор. Эта обратная связь организуется также, как правило, с помощью конденсаторов, что делает крайне сложным процесс расчёта и в результате оного - может значительно увеличить ёмкость конденсаторов (габариты, стоимость...).
В общем и целом - решения этих проблем есть, но не всегда они очевидны, а иногда, когда устройство уже имеется и менять в нём ничего нельзя - приходится мириться с неудобствами в виде щелчков.

Чтобы понять масштаб имеющихся проблем, пожалуй, лучше начать с принципа построения лестничных аттенюаторов L-типа. Для этого представим сначала отсутствие аттенюатора как такового.
Без аттенюатора.png
Соединение без аттенюатора
Без аттенюатора.png (2.11 КБ) 1221 просмотр
Представим себе, что у нас есть устройство-источник, имеющее выходное сопротивление Rист (я взял 1кОм), и устройство-потребитель, имеющее входное сопротивление Rпотр (я взял 10кОм). Понятно, что "коэффициент передачи" или аттенюация будет 10/(1+10)=0,9 (-0,83дБ). "Выходное сопротивление" (то, что будет "видеть" вход потребителя) будет равно 909,09 Ом (определяется параллельно соединёнными Rист и Rпотр).
Владислав

Аватара пользователя
rad54
Постоялец
Постоялец
Сообщения: 225
Зарегистрирован: 20 мар 2018, 13:37
Откуда: Новосибирск, Россия
Благодарил (а): 48 раз
Поблагодарили: 55 раз
Контактная информация:

#5

Сообщение rad54 » 08 окт 2018, 13:50

Если посмотреть на типичный лестничный регулятор а-ля Никитин - входное сопротивление усилителя учитывается при расчёте (шунтируется резистором необходимого сопротивления, если оно больше, или устанавливается последовательный резистор, если оно меньше
Речь идет о небольших подгонках?
В противном случае, как быть с возникающими при таком способе коррекции (входного сопротивления усилителя) потерей его чувствительности и дополнительно появляющимися частотными искажениями? Не станет ли такая подгонка в определенный момент хуже первоначально имеющегося несогласования?
в большинстве конструкций выходное сопротивление аттенюатора и является входным сопротивлением усилителя, такое сплошь и рядом можно увидеть в ламповых конструкциях
Имеется ввиду намного бОльшее входное сопротивление таких усилителей по сравнению с выходным аттенюатора?
Представим себе, что у нас есть устройство, имеющее выходное сопротивление Rист (я взял 1кОм), и устройство, имеющее входное сопротивление Rпотр (я взял 10кОм). Понятно, что "коэффициент передачи" или аттенюация будет 10/(1+10)=0,9 (-0,83дБ).
Хочется продолжения.
Алексей

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3990
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 87 раз
Поблагодарили: 196 раз

#6

Сообщение poty » 08 окт 2018, 15:53

rad54 писал(а):
08 окт 2018, 13:50
...входное сопротивление усилителя учитывается при расчёте (шунтируется резистором необходимого сопротивления, если оно больше, или устанавливается последовательный резистор, если оно меньше)
Речь идет о небольших подгонках?
В противном случае, как быть с возникающими при таком способе коррекции (входного сопротивления усилителя) потерей его чувствительности и дополнительно появляющимися частотными искажениями? Не станет ли такая подгонка в определенный момент хуже первоначально имеющегося несогласования?
Потеря чувствительности будет в любом случае, как я уже показал в начале объяснения (с 1кОм выходного и 10кОм входного), будет она чуть больше или меньше - это другой вопрос. В идеале - рассчитать аттенюатор на входное сопротивление усилителя, однако, почему Вы считаете, что Вы таким образом убережётесь от чего-либо? Ведь аттенюатор, если он поставлен, крайне редко будет работать в режиме полного выключения, то есть сам по себе будет уменьшать чувствительность.
Частотные искажения - имеется в виду АЧХ? Тогда нужно понять, что по Вашему мнению будет являться источником этих искажений? Миллеровский эффект здесь не может являться источником потерь - последовательное корректирующее сопротивление будет стоять между источником и первым каскадом, а не между входным выводом активного элемента и землёй. При параллельном корректирующем сопротивлении миллеровский эффект будет уменьшаться.
rad54 писал(а):
08 окт 2018, 13:50
в большинстве конструкций выходное сопротивление аттенюатора и является входным сопротивлением усилителя, такое сплошь и рядом можно увидеть в ламповых конструкциях
Имеется ввиду намного бОльшее входное сопротивление таких усилителей по сравнению с выходным аттенюатора?
Скорее - что можно в сеточную цепь поставить (в большинстве случаев) нужное сопротивление, и именно оно будет определять входное сопротивление усилителя. Конечно, это не универсальное утверждение, но в большинстве случаев работает.
rad54 писал(а):
08 окт 2018, 13:50
Хочется продолжения.
Обязательно будет! :-)
Владислав

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3990
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 87 раз
Поблагодарили: 196 раз

#7

Сообщение poty » 08 окт 2018, 23:11

Следующим шагом будет создание аттенюатора на 1дБ. При этом зададимся тем же входным сопротивлением в 10кОм. -1дБ по напряжению - это 0,89 "в разах". Используем тот же механизм резистивного делителя и получаем:
1дБ изолированный.png
Изолированный делитель 1дБ
1дБ изолированный.png (2.15 КБ) 1193 просмотра
Отлично! Пока закроем глаза на то, что номинала резистора в 8,9кОм не существует. Но заметим, что применить этот аттенюатор мы не сможем никак! Если мы его подключим ко входу нашего усилителя, то параллельно резистору 8,9кОм будет подключено входное сопротивление нашего усилителя, что сделает наше Rпар равным 8,9к||10к=4,71кОм, уменьшение сигнала - 0,81 раз или 1,8дБ. Непорядок!
Выходом из этой ситуации будет выбор Rпар делителя с учётом подключенного параллельно резистора в 10кОм. Рассчитать такой номинал просто - используем формулу параллельного соединения сопротивлений:
8,9=(Rпар*10)/(Rпар+10),
откуда Rпар=81,95кОм.
На этот раз я собираюсь округлить получившуюся пару резисторов до ряда E96 (Rсер=1070 Ом, Rпар=82,5кОм) и, с учётом ранее применённых выходного и входного сопротивлений, наша схема будет выглядеть так:
1дБ подключенный.png
Подключенный делитель 1дБ
1дБ подключенный.png (3.13 КБ) 1193 просмотра
Входное сопротивление данного звена будет 9988,92 Ом (неточность в 0,11% вызвана округлениями номиналов резисторов), выходное - 1680,07 Ом. Актуальное ослабление будет составлять 1,81дБ (примерно равно 0,83дБ исходного затухания + 1дБ введённой аттенюации; погрешность вызвана округлением номиналов до ряда Е96).
Владислав

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3990
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 87 раз
Поблагодарили: 196 раз

#8

Сообщение poty » 09 окт 2018, 23:26

Следующим шагом в построении работающего устройства будет возможность "включения аттенюации" и "выключения аттенюации". В чём же сложность? Сложность в том, что резистивный делитель является трёхполюсником (сигнал подаётся на входной вывод и на землю, сигнал снимается с выходного вывода и земли). Чтобы полностью его обойти нужно переключить вход и отключить параллельное сопротивление. Наиболее распространённым методом такого переключения, требующим лишь одного переключающего контакта, является следующий:
Переключение 1дБ.png
Включение и отключение аттенюатора
Переключение 1дБ.png (4.71 КБ) 1169 просмотров
В показанном на схеме положении переключателя резистор Rсер оказывается замкнутым накоротко, а резистор Rпар - отключенным со стороны верхнего вывода. Переключение размыкает Rсер и подключает Rпар.
Владислав

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3990
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 87 раз
Поблагодарили: 196 раз

#9

Сообщение poty » 09 окт 2018, 23:50

Пока мы получили следующее устройство:
1. Возможность подачи сигнала без дополнительной аттенюации (условно - 0дБ, в реальности, при заданных условиях =-0,83дБ). Входное сопротивление потребителя =10кОм.
2. Возможность включения аттенюации в 1дБ (реальная полная аттенюация при заданных условиях =-1,81дБ). Входное сопротивление потребителя с учётом округления на погрешность = 10кОм.
Нетрудно получить устройство с тремя уровнями: 0дБ, -1дБ, -2дБ, для этого можно добавить точно такую же конструкцию из Rсер, Rпар и переключателя между входом и существующим делителем.
1дБ+1дБ.png
Два последовательно включенных делителя
1дБ+1дБ.png (4.41 КБ) 1162 просмотра
В связи с тем, что входное сопротивление каждого звена =10кОм нет никакой разницы какая комбинация этих звеньев будет включена, величина аттенюации не будет нарушаться. Понятно также, что сделать более-менее вменяемое устройство на таком принципе весьма проблематично, поскольку даже для глубины регулировки в 32дБ с шагом в 1дБ потребуется 32 таких звена (в выключенном состоянии в пути прохождения сигнала - 32 замкнутых контакта, во включенном - 32 последовательных резистора и 32 контакта, включающих 32 параллельных резистора). Уменьшить количество контактов и резисторов в пути прохождения сигнала возможно, для этого нужно лишь применить линейный метод переключения (включать один делитель в каждый момент времени) и посчитать делители на последовательные значения 1, 2, 3..., 32дБ, однако общая сложность схемы не уменьшается (а даже возрастает). Тем не менее, такие воплощения имеются, как правило, на многопозиционных переключателях.
Однако, есть промежуточный вариант, который позволяет использовать двоичный код для "набора" необходимой аттенюации. В этом случае, количество звеньев сокращается до log2(глубина_регулировки). Так, для регулировки в 32дБ с шагом в 1дБ потребуется только 5 звеньев.
Владислав

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3990
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 87 раз
Поблагодарили: 196 раз

#10

Сообщение poty » 12 окт 2018, 13:19

Идея "двоичного регулирования" состоит в том, чтобы создать звенья аттенюаторов, отличающиеся друг от друга на степень двойки. Например, для аттенюатора в 32 шага по 1дб это будут звенья на 1, 2, 4, 8 и 16дБ. Какие звенья включать, а какие - нет будет определять двоичный код, младшему разряду которого будет соответствовать 1дБ, а старшему - 16дБ. Двоичный код сам по себе звучит непонятно для некомпьютерного специалиста, но, надеюсь, примеры, приведённые ниже, позволят понять общую идею.
Итак, начнём с самого простого, 1дБ:
0 0 0 0 1 (двоичный) = 1 (десятичный)
16 8 4 2 1 = 16*0+8*0+4*0+2*0+1*1=1дБ
Возьмём некоторое промежуточное значение, например, 12дБ:
0 1 1 0 0 (двоичный) = 12 (десятичный)
16 8 4 2 1 = 16*0+8*1+4*1+2*0+1*0=12дБ
Или максимальное, 31дБ:
1 1 1 1 1 (двоичный) = 31 (десятичный)
16 8 4 2 1 = 16*1+8*1+4*1+2*1+1*1=31дБ

Т.о., для любого числа от 0 до 31 можно подобрать комбинацию звеньев, которые дадут в результате нужную аттенюацию.

Есть неточность в употреблении термина "двоичное управление", и связана она с последовательностью разрядов. В двоичном коде принято (по аналогии с десятичным счислением) младшие разряды писать справа, старшие - слева. В реальном устройстве, как мы уже выяснили, последовательность звеньев не играет роли для базовых свойств аттенюатора (входного сопротивления и аттенюации). Для правильного регулирования нужно лишь подключить управление звеньев к нужному двоичному разряду. В качестве примера, я создал аттенюатор на 7 позиций (0-127дБ), рассчитав звенья согласно приведённой ранее методике:
Резисторы регулятора 0-127дБ.png
Резисторы регулятора 0-127дБ.png (20.05 КБ) 1145 просмотров
Чтобы показать, что порядок расположения звеньев для базовых свойств не играет никакой роли, я рассчитал эти свойства для варианта подключения младшего разряда со стороны входа устройства-потребителя, с увеличением аттенюации в сторону источника (1-64) и с обратным подключением, младший разряд со стороны выхода источника (64-1):
Полные схемы аттенюаторов.png
Полные схемы аттенюаторов.png (18.37 КБ) 1120 просмотров
Аттенюация регулятора 0-127дБ при разных подключениях.png
Аттенюация регулятора 0-127дБ при разных подключениях.png (34.39 КБ) 1144 просмотра
Точность входного сопротивления регулятора 0-127дБ при разных подключениях.png
Точность входного сопротивления регулятора 0-127дБ при разных подключениях.png (77.44 КБ) 1144 просмотра
Разумеется, можно перетасовывать порядок подключения звеньев любым образом, а не только представленным на графиках. Замечу также, что из-за формулы лень=Excel все вычисления производились в нём.

Картина вырисовывается вполне себе в духе благочестивости: простота реализации (всего 14 резисторов и 7 контактов на канал), логичная управляемость (особенно, если учесть, что двоичный код - это внутренняя основа любого микропроцессора), высокая точность. Что же тут оптимизировать?

Базовые свойства позволяют нам использовать аттенюатор для точной регулировки громкости и обеспечить предсказуемое сопряжение с источником сигнала за счёт неизменного входного сопротивления. Остаётся единственная область для оптимизации - сопряжение с входом устройства-потребителя. Посмотрим, что творится у нас на этом "фронте":
Выходное сопротивление регулятора 0-127дБ при разных подключениях.png
Выходное сопротивление регулятора 0-127дБ при разных подключениях.png (86.32 КБ) 1143 просмотра
Увы, здесь не всё так хорошо: при включении "старших" разрядов (16, 32, 64 дБ) выходное сопротивление резко падает, в отдельных случаях - в сотни раз. Например, при переключении с 31дБ на 32дБ выходное сопротивление падает с 3940 до 243 Ом при соединении 1-64 и с 1400 до 243 Ом при соединении 64-1. Имея после аттенюатора типичный ламповый каскад с токами утечки сетки в 1мкА получим ступеньку (3940-243)*0,000001=3,7мВ, что при чувствительности линейного входа по стандарту в 150мВ RMS (212мВ амплитудного) даст на выходе щелчок в -35дБ от полной выходной мощности. В других схемах, где токи утечки минимальны, это, возможно, будет совсем незаметно. Собственно, для тех конструкций, где нужно минимизировать щелчки из-за особенностей каскадов, перед которыми стоит аттенюатор, я и предлагаю небольшую оптимизацию, результат которой на всех вышеприведённых графиках представлен красным цветом.

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3990
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 87 раз
Поблагодарили: 196 раз

#11

Сообщение poty » 13 окт 2018, 17:36

Давайте внимательно посмотрим на синий график выходного сопротивления. Этот график соотносится с конструкцией, в которой младшее звено аттенюатора (1дБ) подключено непосредственно к входу устройства-потребителя, следующее звено (2дБ) - к первому звену (в сторону источника) и т.д. Большие перепады, которые волнуют лично меня, возникают тогда, когда включаются звенья 16дБ, 32дБ, 64дБ и вызвано это тем, что Rпар таких звеньев очень мало (см. таблицу выше). Также заметим, что при включении любого младшего звена выходное сопротивление восстанавливается, и чем дальше, тем - больше. Вызвано это тем, что последовательно с Rпар "плохих" звеньев оказывается включено Rсер младших. Однако, Rсер звеньев 1 и 2дБ слишком мало, чтобы в сумме с Rпар "плохого" звена дать адекватную компенсацию. Более подходящим для данного случая является звено 4дБ. Т.о., я предлагаю вместо звена 16дБ включать два звена: 4дБ+12дБ. Естественно, предельное значение аттенюации при всех 5 младших включенных звеньях будет при этом: 12+8+4+2+1=27дБ. По-идее, следующим звеном должно стать 28дБ, но я предлагаю его тоже разбить на два: 4дБ+24дБ. Предельное значение 6 полностью включенных младших звеньев будет 24+27дБ=51дБ, так что следующее звено будет 4дБ+48дБ. Предельное значение аттенюации всего аттенюатора будет 48+51=99дБ - хорошее число.
Оптимизированная схема аттенюатора.png
Оптимизированная схема аттенюатора.png (9.9 КБ) 1119 просмотров
Результат оптимизации имеет как положительные, так и отрицательные стороны. В качестве положительных сторон:
1. Выравнивание выходного сопротивления.
2. Потенциально меньшее количество последовательных контактов в цепи сигнала.
3. Сохранение положительных свойств "неоптимизированного" регулятора: простота, точность и минимальное влияние на сигнал.
Отрицательными сторонами являются:
1. Уменьшение глубины регулировки.
2. Несколько более сложный алгоритм управления.

Т.о., идея представлена, прошу высказываться о её полезности/применимости.
За это сообщение автора poty поблагодарили (всего 2):
Алаев Ян, goldmen8
Рейтинг: 50%
 
Владислав

Аватара пользователя
rad54
Постоялец
Постоялец
Сообщения: 225
Зарегистрирован: 20 мар 2018, 13:37
Откуда: Новосибирск, Россия
Благодарил (а): 48 раз
Поблагодарили: 55 раз
Контактная информация:

#12

Сообщение rad54 » 16 окт 2018, 11:58

идея представлена, прошу высказываться о её полезности/применимости
Идея интересная, полезная и применимая.
Кстати, очень четко и доходчиво изложена. Вникать было не только полезно, но и приятно.

Из не совсем пОнятого:
Результат оптимизации имеет как положительные, так и отрицательные стороны.
... 2. Потенциально меньшее количество последовательных контактов в цепи сигнала.
Я бегло просчитал комбинации наборов затуханий больше 15 дБ и у меня получилось, что в каких-то комбинациях есть экономия контактов, а в каких-то - увеличение.
Или имелось ввиду что-то другое?
Из пожелаемого:
...1. Уменьшение глубины регулировки.
В указанных пределах (128 шагов и дБ) недостатком не считаю. Скорее достоинством.
На мой взгляд, достаточно было бы вообще 40-45 шагов с диапазоном 66-70 дБ задать и с шагом кратным не 1 дБ, а порядка 1,5 дБ.
Интересно было бы прикинуть на предмет оптимизации выходного сопротивления вариант 6-ти разрядного аттенюатора с прогрессирующим затуханием после 18-20 дБ, т.е. при низких уровнях громкости...

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3990
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 87 раз
Поблагодарили: 196 раз

#13

Сообщение poty » 16 окт 2018, 12:28

Спасибо за оценку. Почему-то слетела возможность цитирования, как минимум у меня - не получается.
Я посчитал количество последовательно включенных задействованных контактов на всём интервале регулирования, среднее значение для классического варианта = 3,5, для оптимизированного = 3,28. Дело в том, что "исключённые" комбинации - как раз такие, в которых все разряды, кроме одного - замкнутые контакты. У нас такая ситуация возникает только два раза - при аттенюации 1 и 2 дБ (и один раз - при выключенном аттенюаторе - все контакты замкнуты). Во всех остальных случаях разомкнутых контактов всегда 2 и более.
Шаг и разрядность можно сделать любыми, в этом проблем нет никаких. Переменный шаг (если он не кратен минимальному шагу регулирования) приведёт к увеличению разрядности. Могу чуть позже посчитать, во что выльется Ваша идея для шага в 1,5дБ, 6 разрядов, двухкратного увеличения интервала (т.е., до 3дБ) после 20дБ аттенюации.
Владислав

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3990
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 87 раз
Поблагодарили: 196 раз

#14

Сообщение poty » 17 окт 2018, 18:25

Появилась возможность продолжить!
Расчёт резисторов (входное сопротивление =10к):
Резисторы 1,5дБ 6 ступеней.png
Резисторы 1,5дБ 6 ступеней.png (10.11 КБ) 1043 просмотра
Характеристики регулировки:
1,5дБ 6 ступеней.png
1,5дБ 6 ступеней.png (51.68 КБ) 1043 просмотра
Глубина регулировки - 76,5дБ. Количество ступеней регулировки без прогрессирования: 52. До -20дБ: 14 ступеней, далее - 19 ступеней, итого -33 ступени.
Добавлю, что никакой оптимизации сопротивлений не проводилось, только математический расчёт.
Владислав

Аватара пользователя
Евгений Михеев
Заслуженный Ветеран
Заслуженный Ветеран
Сообщения: 3087
Зарегистрирован: 22 май 2015, 11:52
Откуда: Республика Коми, Ухта
Благодарил (а): 11 раз
Поблагодарили: 115 раз

#15

Сообщение Евгений Михеев » 17 окт 2018, 21:54

Тема отличная.
Мои 5 копеек.
Перед отъездом я специально поигрался своим предом, и вот, что заметил:
Мне не нравится шаг в 1 дБ. Мало. Так что 1.5-2дб поддерживаю!
Теперь про ослабление. У меня не опускается ниже 60дб. В реалии чаще всего включен от -40 до -30 дБ.
Дорогу осилит идущий

Аватара пользователя
rad54
Постоялец
Постоялец
Сообщения: 225
Зарегистрирован: 20 мар 2018, 13:37
Откуда: Новосибирск, Россия
Благодарил (а): 48 раз
Поблагодарили: 55 раз
Контактная информация:

#16

Сообщение rad54 » 18 окт 2018, 13:03

poty писал(а):
17 окт 2018, 18:25
Появилась возможность продолжить!
Отлично! А как оперативно-то! Спасибо самое большое.
И рассчитанный результат меня очень порадовал в смысле ожидаемых характеристик.
Думаю, с перекодировкой для прогрессивного управления проблем не должно быть.
Что-то я со своими задачками выхожу за рамки этой "теоретически-просветительной" ветки.
Если надо - переадресуйте.
В голове-то ужЕ держу планируемое обсуждение регулятора громкости для проекта предварительного усилителя.
И, похоже, не только я...
P.S. Здесь обсуждать или в ту viewtopic.php?f=93&t=433 ветку писать?
Алексей

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3990
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 87 раз
Поблагодарили: 196 раз

#17

Сообщение poty » 18 окт 2018, 16:18

Если что-то конкретное - то тогда лучше в ветку усилителя. Я, в принципе, и делал эту ветку, чтобы потом на неё ссылаться из нужных мест.
Владислав

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3990
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 87 раз
Поблагодарили: 196 раз

#18

Сообщение poty » 18 окт 2018, 19:15

rad54 писал(а):
18 окт 2018, 13:03
А как оперативно-то!
:-) Да сколько времени требуется, чтобы поменять пару цифирек в Excel-форме? :-)
Владислав

Аватара пользователя
rad54
Постоялец
Постоялец
Сообщения: 225
Зарегистрирован: 20 мар 2018, 13:37
Откуда: Новосибирск, Россия
Благодарил (а): 48 раз
Поблагодарили: 55 раз
Контактная информация:

#19

Сообщение rad54 » 19 окт 2018, 13:08

poty писал(а):
18 окт 2018, 16:18
Если что-то конкретное - то тогда лучше в ветку усилителя...
Хорошо.
Спойлер
Показать
Спрятался за спойлер, чтоб не всех напрягать своими, может быть неинтересными, рассуждениями.
Прочитал еще раз внимательно всю ветку, особенно #4 про потенциально возможные щелчки из-за резкого изменения выходного сопротивления РГ на шаге регулировки. Еще раз удивился детальности "вникания" автора в неочевидную для всех проблему. И очень оригинальное решение! В советское наше время - как минимум авторское изобретение.
Теперь чуть отступлю.
Вспомнил одну вещь из собственного опыта разработки РГ.
Управление реле производилось энкодером на герконах. И в той моей конструкции невозможно было добиться абсолютно четкой переходной границы раздельного срабатывания двух соседних герконов, а, следовательно, и реле. Т.е. всегда при вращении ручки регулятора возникало кратковременное (порядка 0,05 сек) состояние герконов или "оба замкнуты" или "оба разомкнуты" ( в зависимости от того, как расположить магнит относительно них). Соответственно при этом оба реле одновременно были включены или выключены. В первом случае происходило увеличение громкости относительно регулируемого уровня ( примерно на 2-3 дБ), во втором - полное его пропадание.
И если пропадание очень резко "било в уши", то кратковременное увеличение было абсолютно незаметным.
Так и работает сейчас регулятор этот.
Поэтому, думаю, можно рассмотреть в качестве еще одного способа борьбы с резким изменением выходного сопротивления на конкретных (или всех) шагах регулировки промежуточное кратковременное включение комбинации реле на шаг (или два) больше (или меньше) требуемого. Таким образом одно большое и резкое изменение выходного сопротивления можно свести к последовательности гораздо меньших по амплитуде.
При этом не требуется запас по разрядной сетке, а перекодировка сводится к операции сложения со смещением. Конечно, при этом хорошо бы просчитать все возможные негативные последствия такого временнОго разделения регулировки.
За это сообщение автора rad54 поблагодарил:
Алаев Ян
Рейтинг: 25%
 

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3990
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 87 раз
Поблагодарили: 196 раз

#20

Сообщение poty » 19 окт 2018, 13:37

То, что написано в спойлере - вполне укладывается в тему. Но "начальные условия" мне лично непонятны.
1. Управление осуществлялось энкодером (это означает, что участвуют как минимум два геркона на каждое "переключение") или это линейный переключатель?
2. Что управляло реле? Мы сейчас рассматриваем версию, в которой реле управляет контроллер. И этот контроллер "развязывает" реле от скорости сработки герконов.
3. Реле имеют некоторую задержку включения/выключения. Она может быть очень малой (2-3мс, хотя типично - 5-10мс), но она есть. Это и благо (сокращается время "третьего состояния"), и наказание (необходимо упреждающе включать одни реле и отключать другие). При управлении микропроцессором скорость переключения не превышает долей миллисекунд, вряд ли это вообще как-то ощутимо, хотя согласен, что алгоритм управления реле нетривиален сам по себе.
Если касаться вопроса использования промежуточного состояния для компенсации резкого изменения выходного сопротивления, то этот вариант был бы успешен, если бы "вес" звеньев не отличался настолько сильно. Например, при переключении из позиции 63 в позицию 64 единственным разумным вариантом защиты будет являться промежуточное включение набора 48дБ, но и тогда имеем вместо одного большого перепада (грубо с 4000Ом до 6 Ом) два поменьше (4000->1300, 1300->6). Если первый будет ещё терпимым (да и то не в варианте проблемы с током утечки), то второй - явно будет слышен.
Владислав

Ответить