Смарт ТВ 

Аттенюаторы. Разговорные узлы телефонных аппаратов

20 февраля 2012 в 02:30

Простейший аттенюатор для аудиокарты

  • DIY или Сделай сам

В любительской радиотехнике, а именно в области проектирования усилителей низкой (звуковой) частоты, очень удобно использовать для измерений компьютер.
Профессиональные измерительные приборы стоят немалых денег, тогда как аудиокарта имеется почти в любом домашнем компьютере. В совокупности с доступным и разнообразным ПО мы получаем удобный инструмент для снятия всех основных характеристик: АЧХ (амплитудно-частотная характеристика), THD (уровень гармонических искажений), соотношение сигнал/шум и спектрограмму.

Единственным неудобством оказывается слишком чувствительный вход аудиокарты,
на который нельзя подать сигнал, превышающий напряжение 0.5-1.5 вольта.
И здесь на помощь приходит аттенюатор.

Его можно (и нужно) собрать самостоятельно. Ничего хитрого в этом опыте нет, но для тех, кто делает первые шаги в усилителестроении, материал будет полезным.

Аттенюатор является пассивным устройством и фактически, применительно к нашему случаю, представляет собой резистивный делитель напряжения. Его функция - ослабление уровня сигнала (переменного напряжения звуковой частоты) по заданным параметрам. Давайте определим эти параметры.

Задача

Необходимо подать на линейный вход аудиокарты сигнал, снятый с выходных клемм усилителя мощности, при этом не перегрузив аудиокарту. Для удобства установим величину выходного напряжения аттенюатора равным 0.775v RMS . Такое напряжение будет приемлемым для любой современной аудиокарты с линейным входом, к тому же величину 0.775v принято выбирать за опорный уровень (0dBu ) при измерении абсолютных величин в децибелах.

Внимание! Обратите внимание на суффикс dBu - он означает, что величина (напряжения) указывается безотносительно нагрузки (от англ. unloaded ).

Про измерения и децибелы очень рекомендую ознакомиться со статьей Михаила Чернецкого «Что мы измеряем?» (ссылка на публикацию на сайте журнала «Звукорежиссер» есть в конце поста , но для глаз намного комфортнее читать на сайте автора)

Входное напряжение на аттенюаторе выберем таким образом, чтобы оно соответствовало мощности, рассеиваемой на эквивалентной нагрузке в 8 Ohm, и равнялось 1W.

Для среднеквадратичного значения напряжения (RMS) верна следующая формула расчета мощности:

Некоторые считают мощность синусоидального сигнала по формуле P = U a ^2/2R , перепутав амплитудное значение напряжения со среднеквадратичным. Может быть у них для этих измерений осциллограф всегда под рукой(?!), мы же используем TrueRMS вольтметр и знаем разницу (и зависимость) между амплитудным и среднеквадратичным значениями напряжения (если поймали себя на мысли, что забыли и нужно срочно освежить память - идем прямиком к Радиокоту ).
По выше приведенной формуле находим значение 2.83v (для 1W), 4v (для 2W) и 5.66v (для 4W). Обычно для промера характеристик маломощного усилителя этих значений вполне достаточно, но если требуются бОльшие значения - вы без труда рассчитаете их сами.
Не удивляйтесь таким «маленьким» значениям мощности - для примера: однотактный ламповый усилитель вашего покорного слуги (режим работы класс «A») мощностью 2W(!) «раскачивает» здоровую напольную акустику безо всякого труда (по немногочисленным просьбам хабрачитателей я в процессе обдумывания статьи про его конструирование, но покамест решил прощупать интерес к теме публикацией данного материала - тут есть связь с компьютерами хотя бы).
Итак, у нас есть входные данные - можно перейти к расчёту.

Расчёт

В общем случае формула для расчета делителя без нагрузки выглядит так:

Единственно надо учесть тот факт, что номинал резистора Z 1 должен быть выбран на 3-4 порядка больше эквивалентной нагрузки 8 Ohm, чтобы для усилителя подключение атеннюатора осталось «незамеченным» (высокоомный, относительно выхода усилителя, вход аттенюатора практически не изменит значение сопротивления эквивалентной нагрузки, так как подключен параллельно нагрузке в 8 Ohm - вспоминаем правило сложения соединенных параллельно резисторов ).
Для удобства выберем Z 1 =20 kOhm , тогда номинал нижнего резистора (Z 2 ) посчитаем по формуле:

Получим Z 2 = 0.775*20000/2.828-0.775 = 7550 Ohm
Аналогично посчитаем номиналы для других входных напряжений: 4v (для 2W) и 5.66v (для 4W).

Дотошные читатели наверняка уже заметили, что мы нигде не учитываем входное сопротивление аудиокарты. И дело вот в чём: практически любая звуковая карта изменит сопротивление резистора Z 2 , так как фактически будет представлять собой включенное параллельно к нему сопротивление. Что это означает для нас? Означает, что выходное напряжение нашего аттенюатора будет несколько меньше, чем заложенное в расчётах 0.775v (sic!).
«Так значит надо измерить сопротивление линейного входа, делов-то!», - скажете вы. Но всё не так просто: звуковая карта имеет на входе конденсатор - обычным мультиметром входное сопротивление карты не измерить. Здесь понадобится генератор и осциллограф, не у всех они имеются, поэтому в рамках данной статьи мы не учитываем входное сопротивление аудиокарты при расчете.

Однако, на случай, если вы уже знаете сопротивление линейного входа вашей звуковой карты (например, оно указано в спецификации) привожу формулу, учитывающую входное сопротивление аудиокарты при расчете аттенюатора:

Где Z L - сопротивление линейного входа аудиокарты.

Принципиальная схема аттенюатора


В схеме использованы графические обозначения принципиальных схем авторства Сергея Комарова. Рекомендую скачать и использовать.

Конструкция и детали

Нам понадобятся коннекторы типа «бананы» (2шт.) (или другие разъемы, совместимые с вашим усилителем), один RCA-разъем, поворотный переключатель (rotary switch) и ручка к нему (1/4"), а также резисторы (см. номиналы в схеме).
В качестве корпуса мне пришлось купить пластиковый корпус в «Чип и Дипе» за бешенные 90 рублей. Зато он очень подошел по размеру (65х45х22мм).

Выбор поворотного переключателя - дело вкуса. Можно выбрать самый дешёвый китайский, а можно - качественный. Я выбрал 2-ой вариант и заказал дорогущий Grayhill 71BD36-01-1-AJN. Ресурс 50000 поворотов, контакты ротора покрыты золотом (30 microinches - любопытная единица толщины покрытия ), «военная приёмка», настоящее американское производство. Я ни разу не агитирую, но ссылку на даташит привожу .

Переключатель имеет 10 позиций, но нам понадобятся только три.
В идеале ещё нужен минимум инструментов: линейка или штангенциркуль, дрель, ключи-«многогранники» (чтобы закрепить рукоятку на вал).

Земляную шину лучше сделать из медной моножилы. У меня под рукой не было подходящего диаметра и я свил из медного проводника (22AWG) и облудил её бессвинцовым серебресодержащим припоем.

Резисторы можно взять любые, 1-2 ватта. Идеально выбрать проволочные или фольговые - у них минимальный шум. Я выбрал безиндуктивные проволочные Mills.
Припаивать к контактам очень удобно - у них большой шаг, а корпус переключателя сделан из термопластика и можно не опасаться повредить его горячим жалом паяльника.

После того, как закрепили разъемы и припаяли резисторы, можно закрыть корпус крышкой (я закрепил все детали в половинке корпуса), затянуть гайку переключателя, поставить два самореза (прилагаются к корпусу), закрепить ручку на вал и подписать на корпусе значения входных напряжений.

Финиш! Можно приступать к измерениям, но это уже тема для отдельной статьи.


В чем проблема с remote controller JRC-10? Иногда из-за каких-то магнитных импульсов (или что-то типа того) при нажатии на кнопку Talk раздаётся резкий свист (микрофон будто заводится).


Этот свист называется акустической обратной связью (АОС). Попробуйте изменить место расположения микрофона, чтобы прямой сигнал от оповещателей не попадал на микрофон. Кроме того, п роверьте линию связи микрофонной консоли и усилителя, особенно разъемы RJ-45.

Будет ли осуществляться контроль линии, и будут ли сбои, если в линию подключены динамики разной мощности (5W, 2.5W, 3W)? И необходимо ли в конце линии устанавливать что-либо (диод, сопротивление)?


Контроль линий осуществляется независимо от номинала подключенных громкоговорителей, никаких дополнительных элементов в линии устанавливать не нужно. Н еобходимости заземлять экранированные провода линий нет.



При подключении микрофона JPTT-10 к Jedia-1240A после нажатия кнопки Talk происходит предварительный сигнал, но при попытке передать речь динамики молчат. Может есть некоторые нюансы при подключении? Или отдавать на проверку усилитель? Микрофон заменили на новый - эффект такой же.


Проверьте включено ли фантомное питание для этого входа? Дальше нужно проверить микрофон и PTT вход усилителя.

Для проверки микрофона можно подключить его к JMA-1410A, если он у Вас есть, или нужно разобрать разъем DIN-7, найти сигналы +,- и GND. Объединяем - и GND. Сигнал "+" и объединенный "-" подаем на заведомо исправный усилитель с микрофонным входом, например микрофонный вход ПК.

Для проверки PTT входа усилителя нужно подать на него микрофонный сигнал. Вход 1 и PTT вход это одно и то же. Попробуйте подать микрофонный сигнал на вход 1.

Можно ли подключить 2 микрофонных консоли JRC-10 к одному усилителю JPS-4800? Если можно, то как это сделать. Будет прекрасно, если предоставите схему подключения.


К усилителям серии JPS-XXXX вообще нельзя подключить микрофонные консоли JRC10/JRC-11. Можно использовать микрофоны JPS-10, с максимальным удалением 8-10 метров при использовании хорошего микрофонного кабеля сечением не менее 0,35 мм.кв. Если нужен усилитель на 480 Вт с возможностью удаленного управления зонами через микрофонные консоли, то Ваш выбор - JPA-1480B.



Подключили jes-120 к jgr-220A, и при подаче тревожного входа включаются два направления вместо одного (1 подали, включился 1 и 2; подали второй, включился 2 и 3). Как сделать, чтобы включалось только соответствующее направление? И можно ли сделать, чтобы приоритет у JRA-051А был наибольший, чтобы при одновременном включении тревожного входа и удаленного микрофона управление шло от микрофона?


Это штатный режим работы оборудования, для его изменения нужно удалить диоды D4, D7, D10, D13 и т.д. в блоке JES-120. Можно - для изменения приоритета поменяйте местами подключение на JRG-220 интерфейсного выхода JES-120, аудио выхода JEU-211 с выходами микрофонной консоли JRA-051A.



А при удалении данных диодов гарантия не снимается?


Если удаление произведено грамотно, то на гарантию не влияет, т.к. наш сервисный центр знает о такой возможности.



В статье "Как рассчитать количество оповещателей", опубликованной на вашем сайте сказано, цитирую: "α - угол раскрытия оповещателя (эти данные можно узнать у поставщика или производителя оборудования)". Подскажите, пожалуйста, угол раскрытия для оповещателя LPA-6CL20?

Насколько я понял из статьи, расчет в основном приводится для потолочного оповещателя, а как быть с настенным?


115-120 градусов.

Расчет площади озвучивания для настенного оповещателя достаточно сложный. Для оценки озвучиваемой площади рекомендую использовать методику предложенную компанией Вилок Sоп=L×(L/1,5).

Для расчёта системы оповещения требуется знать такой параметр громкоговорителей JWS-103, как сопротивление. Ивозможно ли подключение данных громкоговорителей к прибору речевого оповещения "Рупор" исполнение 01 (версия 1.01) производства НВП Болид, номинальная выходная мощность которого (при сопротивлении линии 4 Ом) - 12 Вт.


Сопротивление оповещателя JWS-103 величина условная - это трансляционный оповещатель предназначенный для работы со 100-вольтовыми линиями. Т.е. он имеет согласующий трансформатор. Эквивалентное сопротивление напряжению 100 В будет соответствовать 3кОм и 10кОм, в зависимости от выбранной мощности включения оповещателя.

Подключить к Рупору возможно только в обход трансформатора, штатно такое подключение не предусмотрено.


Есть ли данные по значениям наработки на отказ для приборов Jedia?


Данных по наработке на отказ у нас нет. Срок службы оборудования JEDIA - 10 лет.



Возможно ли соединить систему ГГС Jedia c УПАТС "Гамма"? Со стороны УПАТС - 2-проводная аналоговая соединительная линия, со стороны системы ГГС Jedia - блок JRG-220А, оснащенный телефонной картой "TELEPHONE PAGING CARD".


Для интеграции оборудования JEDIA с АТС необходимо наличие в оборудовании АТС специального (линейного) выхода и релейных выходов. На релейной группе JRG-220A, куда вставляется телефонная карта "TELEPHONE PAGING CARD", есть вход для АТС (линейный уровень сигнала) и клеммы для активации соответствующих зон (реле АТС подает на них +5В).

Появляется такая тенденция, что при применении системы оповещения с возможностью трансляции музыкального сопровождения при штатном (музыкальном) режиме не во всех зонах требуется музыка. Насколько я понял, музыку через усилители можно транслировать по зонам. Чтобы выборочно по помещениям транслировать музыку, не разумно на каждое помещение использовать канал усилителя (где-то громче, где-то тише нужно). Так, я насколько понял, для этих целей используют аттенюаторы.

Правильно ли я понимаю, аттенюатор должен работать в дежурном режиме как заблагорассудится его пользователю, но в режиме тревоги он должен включить оповещение на всю мощность? Отсюда получается, что кроме звукового сигнала на него нужно подавать управляющий сигнал?



Согласны, что на каждую зону не нужен усилитель, один усилитель может работать на несколько зон, а включением/отключением зоны управляет селектор JSS-120.

Для использования аттенюаторов в СОУЭ применяют либо трехпроводную схему включения, либо аттенюаторы с управляемым реле. В случае использования трехпроводной схемы аттенюатор в режиме оповещения замыкается реле EM блока JRG-220. Если использовать более дорогой аттенюатор с реле, то с центрального оборудования (опять таки с EM реле блока JRG-220) подается питание на реле аттенюатора. В этом варианте требуется ещё два провода. Схема трепроводной линии приведена в инструкции к блоку JRG-220:


Проигрыватель CD/MP3 JCDR-10RDS (модификация с USB портом) и JPA-1120A после выключения питания усилителя сбрасываются настройки в проигрывателе. Так должно быть? Если нет, то что надо сделать?


Сброс настроек возможен на некоторых устройствах (определяется партией товара), для этих устройств это нормальный режим работы.

Непонятен принцип работы многофункционального релейного блока JRG-220A в составе системы оповещения 3-типа: к ак сигнал тревожного сообщения с аварийной панели JEU-211A попадает на вход усилителя? Ведь на задней панели JRG-220A есть только два входа аудиосигнала, выходов не вижу. А коммутационная панель управляет уже мощным сигналом с выхода усилителей.


Обратите внимание на картинку из схемы автокада (есть на нашем сайте в разделе "Техподдержка):


Наши партнеры из Кореи сделали новую серию усилителей JPA-1120B/1240B/1360B/1480B и к ним новую модель приоритетного микрофона JPTT-10B. В новой модели микрофона применен разъем RJ-45, установлено дополнительное реле приоритета и светодиодный индикатор “BUSY”.




Отличие этих микрофонов от ранее использовавшихся в серии усилителей JPA-1120A/1240A микрофонов JPTT-10 только в том, что теперь приоритетных микрофонов может быть несколько (до 3 шт. в линии до 100 м), и их можно ранжировать по приоритету с помощью переключателя SLAVE-PRIORITY.

Существующие микрофоны JPPT-10 можно использовать с усилителями JPA-1120B/1240B/1360B/1480B. Д ля этого нужно заменить разъем 7DIN на разъем RJ-45.

Делается это следующим образом:

  • отпаиваем разъем 7DIN от существующего кабеля (идет в комплекте с микрофоном JPTT-10);
  • берем витую пару (кабель UTP/FTP 4x2x0.5) необходимой длины (ТО не рекомендует длины более 50 метров);
  • обжимаем витую пару разъемом RJ-45 с одной стороны;
  • составляем таблицу цоколевки разъемов и цветов проводников, используя информацию на тыловых панелях микрофонов:


например, такую:



  • распаиваем разъем 7DIN с другого конца витой пары в соответствии с таблицей;

  • проверяем распайку в соответствии с таблицей, собираем разъем 7DIN.

ВСЁ!


При подключении приоритетных микрофонов JPPT-10/JPPT-10B, нужно учитывать несколько особенностей. Включаем фантомное питание 1 входа на усилителе.


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.

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.

Подведем итоги

Аттенюатор уменьшает уровень входного сигнала до более низкого уровня.

Значение затухания задается в децибелах (дБ). Для подключенных каскадно секций значения в децибелах складываются.

Отношение мощностей в децибелах: \(dB = 10 \log_{10} (P_{вх}/P_{вых})\)

Отношение напряжений в децибелах: \(dB = 20 \log_{10} (U_{вх}/U_{вых})\)

Наиболее часто используемые схемы аттенюаторов: аттенюаторы Т и П типа.