Переменный резистор линейный логарифмический. Регулятор громкости: схема и применение

Как работает переменный резистор и схема подключения

Определение

Резистор происходит от английского «resistor» и от латинского «resisto», что в переводе на русский язык звучит как «сопротивляюсь». В русскоязычной литературе наравне со словом «резистор» используют слово «сопротивление». Из названия ясна основная задача этого элемента – оказывать сопротивление электрическому току.

Он относится к группе пассивных элементов, потому что в результате его работы ток может только понижаться, то есть в отличие от активных элементов – пассивные сами по себе не могут усиливать сигнал. Что из второго закона Кирхгофа и закона Ома значит, что при протекании тока на резисторе падает напряжение, величина которого равна величине протекающего тока, умноженного на величину сопротивления. Ниже вы видите, как обозначается сопротивление на схеме:

Условное обозначение на схеме легко запомнить – это прямоугольник, по ГОСТ 2.728-74 его размеры равны 4х10 мм. Существуют варианты обозначений для резисторов разной мощности рассеивания.

Электроника для всех

Вроде бы простая деталька, чего тут может быть сложного? Ан нет! Есть в использовании этой штуки пара хитростей. Конструктивно переменный резистор устроен также как и нарисован на схеме — полоска из материала с сопротивлением, к краям припаяны контакты, но есть еще подвижный третий вывод, который может принимать любое положение на этой полоске, деля сопротивление на части. Может служить как перестариваемым делителем напряжения (потенциометром) так и переменным резистором — если нужно просто менять сопротивление. Хитрость конструктивная: Допустим, нам надо сделать переменное сопротивление. Выводов нам надо два, а у девайса их три. Вроде бы напрашивается очевидная вещь — не использовать один крайний вывод, а пользоваться только средним и вторым крайним. Плохая идея! Почему? Да просто в момент движения по полоске подвижный контакт может подпрыгивать, подрагивать и всячески терять контакт с поверхностью. При этом сопротивление нашего переменного резистора становится под бесконечность, вызывая помехи при настройке, искрение и выгорание графитовой дорожки резистора, вывод настраимого девайса из допустимого режима настройки, что может быть фатально. Решение? Соединить крайний вывод с средним. В этом случае, худшее что ждет девайс — кратковременное появление максимального сопротивления, но не обрыв.

Борьба с предельными значениями.Если переменным резистором регулируется ток, например питание светодиода, то при выведении в крайнее положение мы можем вывести сопротивление в ноль, а это по сути дела отстутствие резистора — светодиод обуглится и сгорит. Так что нужно вводить дополнительный резистор, задающий минимально допустимое сопротивление. Причем тут есть два решения — очевидное и красивое Очевидное понятно в своей простоте, а красивое замечательно тем, что у нас не меняется максимально возможное сопротивление, при невозможности вывести движок на ноль. При крайне верхнем положении движка сопротивление будет равно (R1*R2)/(R1+R2) — минимальное сопротивление. А в крайне нижнем будет равно R1 — тому которое мы и рассчитали, и не надо делать поправку на добавочный резистор. Красиво же!

Если надо воткнуть ограничение по обеим сторонам, то просто вставляем по постоянному резистору сверху и снизу. Просто и эффективно. Заодно можно и получить увеличение точности, по принципу приведенному ниже.

Повышение точности. Порой бывает нужно регулировать сопротивление на много кОм, но регулировать совсем чуть чуть — на доли процента. Чтобы не ловить отверткой эти микроградусы поворта движка на большом резисторе, то ставят два переменника. Один на большое сопротивление, а второй на маленькое, равное величине предполагаемой регулировки. В итоге мы имеем две крутилки — одна «Грубо» вторая «Точно» Большой выставляем примерное значение, а потом мелкой добиваем его до кондиции.

Классификация резисторов происходит по ряду критериев. Если говорить о дискретных компонентах, то по методу монтажа их делят на:

• Выводные. Используются для монтажа сквозь печатную плату. У таких элементов есть выводы, расположенные радиально или аксиально. В народе выводы называют ножками. Этот вид резисторов активно использовался во всех старых устройствах (20 и боле лет назад) – старых телевизорах, приёмниках, в общем везде, и сейчас используется в простых устройствах, а также там, где использование SMD компонентов по какой-то причине затруднено либо невозможно.
• SMD. Это элементы, у которых нет ножек. Выводы для подключения расположены на поверхности корпуса, незначительно выступая над ней. Они монтируются непосредственно на поверхность печатной платы. Преимуществом таких резисторов является простота и дешевизна сборки на автоматизированных линиях, экономия места на печатной плате.

Внешний вид элементов двух типов вы видите на рисунке ниже:

Мы уже знаем, как выглядит этот компонент, теперь следует узнать о классификации по технологии изготовления. Выводные резисторы бывают:

• Проволочными. В качестве резистивного компонента используют проволоку, намотанную на сердечнике, для снижения паразитной индуктивности используют бифилярную намотку. Проволоку выбирают из металла с низким температурным коэффициентом сопротивления и низким удельным сопротивлением.
• Металлопленочные и композитные. Как можно догадаться, здесь в качестве резистивного элемента используют пленки из металлического сплава.

Так как резистор состоит из резистивного материала, в роли последнего может выступать проволока или плёнка с высоким удельным сопротивлением. Что это такое? Такие материалы как:

• манганин;
• константан;
• нихром;
• никелин;
• металлодиэлектрики;
• оксиды металлов;
• углерод и прочие.

SMD или чип-резисторы бывают тонкопленочными и толстопленочными, в качестве резистивного материала используют:

Линейные потенциометры в улучшенных регуляторах громкости и баланса

↑ Улучшенный регулятор громкости

В магазинах радиодеталей, вместо потенциометра с действительно логарифмической зависимостью изменения сопротивления в зависимости от угла поворота движка, вы рискуете купить потенциометр, проводящая дорожка которого состоит из двух линейных участков, каждый со своим градиентом сопротивления. Теоретически, они аппроксимируют логарифмическую кривую, достаточно близко. Но исследователи обнаружили, что это бывает редко, и на стыке между двумя участками происходит «разрыв», «скачок», который особенно заметен при прохождении этого участка.
Как и в линейных потенциометрах, используемых в качестве регуляторов громкости, первые 10% вращения вызывают слишком большой прирост уровня, особенно из положения «OFF», чтобы можно было комфортно регулировать небольшие уровни громкости. «Правильный» логарифмический регулятор теоретически имеет диапазон до 100 дБ, на самом деле это излишне, потому что обычно громкость регулируется в гораздо более узком диапазоне – примерно 25 дБ, что соответствует отношению мощности 316:1.

Есть возможность, с некоторой доработкой, обеспечить работу обычного потенциометра с линейной зависимостью в данном диапазоне с достаточной на практике линейностью.
На рис. 1 показана схема «переделки» линейного резистора в логарифмический.

У «настоящего логарифмического» регулятора эта зависимость будет выражена прямой линией. На практике полученная линия значительно ближе к идеальной, чем стандартный недорогой логарифмический потенциометр. Для стерео, используйте сдвоенный блок потенциометров с минимальной разницей сопротивления потенциометров между собой. Использование точных 1% резисторов для R рекомендуется. Номинал потенциометра VOL можно изменить, но важно сохранить соотношение от 6:1 до 10:1 между сопротивлениями VOL и R соответственно.
Выбор конкретного отношения является компромиссом. На рис. 2 отношение резисторов 8,33:1, оно ближе всего к аппроксимации логарифмической зависимости, но при данном отношении может быть слишком резкая регулировка на минимальных уровнях громкости. Более высокие коэффициенты, чем 10:1 могут чрезмерно нагружать выход предварительного усилителя или требовать использования потенциометра, сопротивление которого слишком велико.

При правильно спроектированной диаграмме уровней усилительного тракта обычно будет достаточно диапазона регулировки громкости близкого к логарифмическому в диапазоне 25 дБ. Диаграмма уровней усилительного тракта выставлена правильно, если в подавляющее большинство времени работы потенциометр регулятора громкости находится в положении между 10 и 2 «часами».

Если ручка регулятора громкости часто установлена в положение ниже или выше этого диапазона, следует рассмотреть вопрос об изменении коэффициента усиления предварительного усилителя. Усиление тракта, как правило, определяется усилением предварительного и оконечного усилителя, поэтому может быть оптимизировано без ухудшения качества. Другим преимуществом «поддельного» логарифмического потенциометра является то, что линейные потенциометры, как правило, имеют более стабильные характеристики, чем имеющиеся в продаже логарифмические потенциометры, у линейных потенциометров обычно меньше разница между левым и правым каналами.

Дополнительный резистор позволяет добиться от дешевого углеродного потенциометра того же результата, что и от гораздо более дорогого потенциометра с токопроводящим пластиком (по крайней мере в точности, не вступая здесь в дискуссию по качеству звука). Необходимо только убедиться, что выходное сопротивление источника, сигнал с которого поступает на потенциометр, низкое, и что выходной каскад источника сигнала имеет достаточную нагрузочную способность (при потенциометре в 100 кОм, общее сопротивление регулятора может составить всего 9 кОм). При высоком выходном сопротивлении источника сигнала, использование данного решения не имеет смысла.

↑ Дальнейшие идеи

Входной буфер (U1A) необходим для обеспечения высокого входного сопротивления. Максимальный коэффициент усиления каскада на U1A равен 10 (20 дБ), а минимальный коэффициент усиления 0 (максимум затухания). Входной импеданс является переменной величиной, в зависимости от установки потенциометра.

При минимальном усилении, входной импеданс равен полному сопротивлению потенциометра 50 кОм. Входной импеданс падает примерно до 27 кОм при повороте ручки потенциометра на 50%, и примерно до 4,3 кОм на максимуме. Входной импеданс намного меньше, чем у потенциометра из-за наличия обратной связи от конечного операционные усилителя. Эти цифры сопротивлений похожи (но немного ниже, чем у пассивного варианта (если используется потенциометр 100 кОм), и здесь требуется низкое выходное сопротивление источника сигнала, иначе логарифмическая зависимость не будет соблюдаться.

Фактическое значение VR1 не имеет значения, потенциометры от 10 кОм до 100 кОм будут работать одинаково хорошо, хотя это будет влиять на входное сопротивление. Зависимость регулировки от угла поворота показана на рис. 4.

Обратите внимание, что из-за отсутствия дополнительного резистора по схеме рис. 1, здесь не нивелируется разность в разбросе резисторов разных каналов, поэтому для их лучшего баланса между собой, надо уделить внимание идентичности сопротивлений. Усиление в 20 дБ будет избыточно для большинства предусилителей. Как правило, достаточно усиления 10 дБ. Для получения такого усиления достаточно увеличить R2 до 3,3 кОм.

↑ Моно-версия

При уменьшении уровня от максимального в диапазоне 25 дБ, зависимость почти линейна (т.е. действительно логарифмическая). Это хороший способ получить хороший результат, но, как уже отмечалось, для стереоусилителя требуется счетверенный потенциометр. Это ограничивает полезность данного решения.

↑ Многоканальная версия

Для тех, кто нуждается в многоканальной логарифмической регулировке громкости, есть Проект 141. Проект использует микросхему THAT2180 VCAS, и может управлять от 1 до 8 каналов (или даже больше). Он идеально подходит для систем домашнего кинотеатра, и вам надо только включить данный проект в тракт звуковоспроизведения.

↑ Улучшенный регулятор баланса Бернда Людвига (Bernd Ludwig)

Бернд Людвиг предложил полезный вариант «улучшенного регулятора баланса». Следует отметить, что данный вариант требует высокого сопротивления нагрузки, предложенный выше пассивный «улучшенный регулятор громкости» не может быть использован в этой схеме. Схема включения очень похожа на концепцию улучшенного регулятора громкости на рис. 1, за исключением того, что эта идея используется в «обратном направлении».

Имейте в виду, что многие (особенно ранние японские) регуляторы баланса используют специально разработанные потенциометры, они не подходят для схем, показанных ниже. Эти специально разработанные потенциометры имеют токопроводящую подкову половина которой металлизирована. В среднем положении благодаря металлизированным секторам дорожек сигнал проходит только по металлизированным частям и затухания сигналов не происходит.

При повороте регулятора, в одном канале ползунок движется по металлизированной части и уровень сигнала в этом канале не меняется, а в другом канале ползунок движется по графитовой поверхности с высоким сопротивлением, что приводит к затуханию сигнала в данном канале. По моему мнению такая регулировка является неудовлетворительной для Hi-Fi.

Стандартная схема регулировки баланса/громкости с использованием обычных потенциометров (в одном канале) показана на рис. 7 ниже.

Типичное отношение сопротивлений регуляторов BAL = 2,5*VOL
Например: VOL = 10 кОм log, BAL = 25 кОм linear

Добавление резистора ‘R’ как показано на рис. 8

дает возможность двух интересных улучшенных вариантов стандартной схемы регулировки. Обратите внимание, что переключатель является необязательным и может быть заменен перемычкой.

↑ Пример А: R = VOL (например, 10 кОм)

В среднем положении регулятора баланса, он влияет только на нагрузку источника т. к. мост сбалансирован, и ток через скользящий контакт регулятора баланса не течет.
Поэтому замыкание и размыкание переключателя «Sw1», ничего не меняет. Это, кажется, разумным: пока регулятор баланса находится в среднем положении, сигнал через него не проходит. Следовательно, качество (или состояние) потенциометра регулятора баланса вообще не имеет значения. На практике баланс может не совсем соблюдаться, если дорожки регулятора баланса имеют неодинаковое сопротивление от центрального до крайних положений. Благодаря дополнительному резистору ‘R’, регулятор баланса работает очень плавно вблизи центрального положения и влияние на общий уровень громкости гораздо меньше, чем без него.

↑ Пример Б: R = 4,7 кОм (R =

Регулятор баланса работает, не влияя на общий уровень громкости.
Это удобно в эксплуатации, так как звуковая сцена может плавно смещаться влево или вправо без существенного изменения общего уровня громкости. Суммарное входное напряжение обоих каналов постоянно с точностью примерно (±0,2 дБ) при изменении положения регулятора баланса в пределах 80% (при этом регулировка баланса остается особенно плавной вблизи центрального положения). Я пришел к множителю 0,47 после моделирования на компьютере и проверил его, реализовав в моем предусилителе. Он работает, как и ожидалось (есть только незначительное увеличение общей громкости в крайнем правом и левом положениях).

Я считаю, что регулятор баланса необходим, так как есть немало записей, которые страдают от тяжелого дисбаланса каналов. Перемещать же кресло или колонки неудобно. Перемещение звуковой сцены влево или вправо без изменения общей громкости, просто активируя ручку баланса, очень удобно и правильно.

Компромисс между критериями «золотого уха» и «максимальным удобством» можно найти, выбрав подходящее отношение «R/Vol» между 1,0 и 0,47.
Вы можете добавить регуляторы баланса (например, R = VOL и BAL

2*VOL)в усилители «пуристов» где он отсутствует. Критического изменения параметров не произойдет (конечно, будет некоторое уменьшение чувствительности примерно на 4…6 дБ, которое придется компенсировать регулятором громкости). Даже когда регулятор баланса установлен в крайних положениях общее изменение громкости составляет примерно 30%.
Если обычный регулятор баланса в усилителе уже есть, его легко доработать… Надо просто припаять дополнительные резисторы к соответствующим контактам регуляторов громкости и баланса.

↑ Примечания переводчика

Я не гарантирую абсолютную точность перевода. Практических опытов подтверждающих измерения автора я не делал. Вместе с тем, материал интересный и здесь собраны вместе технические решения, которые встречаются в разных конструкциях и статьях.

Логарифмические потенциометры нужного размера и номинала найти весьма непросто, что и стало одной из причин данного перевода.
Вместе с тем, большинство современных источников сигнала и самодельных предварительных усилителей имеет весьма низкое выходное сопротивление, что позволяет использовать описанный улучшенный регулятор громкости.

Спасибо за внимание!

Похожие новости

Комментарии (8)

Информация
Вы не можете участвовать в комментировании. Вероятные причины:
— Администратор остановил комментирование этой статьи.
— Вы не авторизовались на сайте. Войдите с паролем.
— Вы не зарегистрированы у нас. Зарегистрируйтесь.
— Вы зарегистрированы, но имеете низкий уровень доступа. Получите полный доступ.

Распайка регулятора громкости в УМЗЧ и немного теории

Регулятор громкости — это устройство, позволяющее изменять величину электрического напряжения на выходе при воздействии на органы управления, либо при поступлении управляющего сигнала. Используется как в составе электронной аппаратуры, так и в виде отдельного изделия.

Регулятор громкости может быть как регулятором напряжения, так и регулятором тока, ведь его задача регулировать выходную мощность усилителя на какой то нагрузке, т.е., если регулятор представляет из себя переменный резистор на входе усилителя, то он регулирует напряжение которое поступает на дифференциальный каскад усилителя, тем самым уменьшая или ограничивая до максимального уровень входного сигнала. Если регулировка выходной мощности осуществляется на выходе усилителя, к примеру, добавочное сопротивление, включаемое последовательно с нагрузкой, то это уже будет регулятором тока, так как без нагрузки, напряжение на выходе усилителя будет неизменным. Так же можно назвать регулятором тока – резистор в цепи обратной связи, который реализован при помощи датчика тока – резистора, последовательно с нагрузкой которого, снимается сигнал и подаётся на инвертирующий вход усилителя.

Таким образом получается, что переменный резистор может выполнять роль и регулятора тока и регулятора напряжения в зависимости от того где он включён.

Так же можно назвать регулятором тока и регулятор громкости в усилителе ИТУН, который стоит на входе схемы. Он регулирует входное напряжение, но благодаря обратной связи по току (с датчика тока – добавочного резистора при прохождении тока снимается напряжение, чем выше ток, который по нему проходит, тем больше на этом резисторе падение напряжения) сам регулятор громкости не регулирует ток в нагрузке, но далее по схеме осуществляется связь по току, к примеру если выкинуть из ИТУНа этот резистор, то связь будет только по напряжению и регулятор громкости будет регулятором напряжения *в чистом виде*. Это как тумблер и электромагнитное реле, сам по себе тумблер не может пропустить большие токи, и он подаёт сигнал реле с мощными контактными группами, а стоят ли последовательно с этими группами контактов добавочные резисторы – тумблеру *глубоко и с большой высоты*.

Регулятором громкости служит переменный резистор, в стерео усилителях, это сдвоенный переменный резистор. На первых двух рисунках представлен внешний вид сдвоенного переменного резистора. Сопротивление переменного резистора может быть в пределах от 20 до 100 кОм, это зависит от конструкции усилителя. На третьем и четвёртом рисунках изображена схема включения регулятора (один канал) и соответствие выводов к схеме. Пятый рисунок показывает, как надо правильно припаять провода.

Регулятором тока может быть магнитный шунт в трансформаторе, такой вид регулировки выходной мощности применяется в сварочных аппаратах для ручной дуговой сварки и как ни странно в довольно дорогих ламповых усилителях.

Так же регулятором громкости может выступать дроссель на входе с изменяющейся индуктивностью (ферритовый сердечник перемещается по резьбе в виде винта), так часто было устроено в старых ламповых радиолах, и по сути там звук никогда не хрипел при повороте ручки, так как механически никакого контакта не было, а значит и стираться было нечему.

Ещё были регуляторы громкости, по средству подмагничивания звуковой катушки в самом динамике. Было это очень просто и эффективно, такой регулятор громкости можешь собрать самому, только придётся делать собственную магнитную систему. Принцип работы простой, вместо постоянного магнита использовался электромагнит, а подаваемое на его обмотку напряжение создавало необходимый ток, который создавал магнитное поле, чем больше было это магнитное поле, тем больше была чувствительность у динамической головки, следовательно чем меньшее напряжение подавалось на обмотку электромагнита – тем тише играл динамик, причём независимо от подводимой к звуковой катушке мощности. В дальнейшем от такого регулятора отказались, и стали делать регуляторы на переменных резисторах по входу схемы, так проще. Но динамики то такие ещё оставались (без постоянных магнитов, с двумя катушками), и их начали подключать к силовым трансформаторам последовательно с нитями накала радиоламп, таким способом (методом) убивали двух, если не трёх зайцев. Первый – избавлялись от кучи старых динамиков, второй – улучшалось качество питания радиоламп и они служили дольше, так как катушка в динамике выступала в роли дросселя для нити накала и ток был стабильнее, а значит и работа нити была более *ровнее*, третья – можно было получить гораздо большую мощность динамической головки, нежели при использовании *дорогого* (утверждение спорное) постоянного магнита.