Куда ставится переменный резистор громкости на усилителе. Регулятор громкости: схема и применение

Традиционно для регулировки уровня звука используют переменный резистор - потенциометр , где изменение сопротивления реализуется с помощью электрического контакта, что скользит по резистивному слою. Примером хорошо известных регуляторов аудио-класса являются японские ALPS . Однако мало кто знает, что ими выпускаются и дискретные ступенчатые регуляторы, которые ставят в том числе в high-end аппаратуру. Это устройство состоит из серии постоянных резисторов, которые переключаются по очереди.

Несмотря на более сложное устройство и конструкцию, они имеют определённые преимущества по сравнению с плавно крутящимся потенциометром, это улучшение качества электрического контакта, в сравнении с ползунком. Улучшенная согласованность между отдельными аудиоканалами и они менее чувствительны к пыли и потертостям. В таком РГ практически исключается треск и шорох. Дискретный регулятор уровня звука практически не изменяет частотную характеристику при регулировании громкости, что положительно сказывается на линейности всего усилительного тракта, на всех уровнях громкости. Цена на них, естественно, гораздо выше, чем на обычные, но мы и не собираемся их покупать, а попробуем сделать сами.

Схема дискретного регулятора громкости

Три варианта схем ДРГ

Выше показаны три практические схемы такого регулятора, которую можно собрать самому. Сколько выбрать ступеней переключения - решайте сами. На практике достаточно 5-10. Резисторы желательно брать качественные, на мощность 0,125-0,25 ватт.

Естественно нужен сдвоенный переключатель, чтоб одновременно регулировалась громкость на обеих каналах стереоусилителя. Сам дискретный переключатель рекомендуется экранировать, чтоб свести уровень электромагнитных помех к нулю. Если вы взяли переключатель со слишком тугим ходом (чем грешат многие советские), разберите его и ослабьте пружину. Заодно почистите контакты мягкой ученической резинкой.

Давайте по простому разберемся, какая кривая зависимости сопротивления от угла поворота должна быть у переменного резистора для пассивного регулятора громкости. Того самого резистора, который обычно ставят на входе усилителя мощности, чтобы плавно регулировать громкость.

Немного теории

Определяем характеристику

Дополнение от if33:

Со временем требования к многообразию регулировочных характеристик потенциометров были сведены к трем, наиболее часто применяемым функциональным зависимостям: линейной, логарифмической и обратнологарифмической . Они указываются на корпусе потенциометра наряду с его номиналом, и обозначаются так:

• буква А В линейной зависимости сопротивления;
• буква Б (кириллица, отечественный стандарт) или буква С (латиница, западный стандарт) соответствует логарифмической кривой сопротивления;
• буква В (кириллица, отечественный стандарт) или буква А (латиница, западный стандарт) соответствует обратнологарифмической зависимости сопротивления.

Как определить функциональную характеристику переменного резистора?
Ну во-первых они все маркируются. "Аудио-резисторы" производства СССР (и видимо дружественных стран) шли с буквой «В» (русская буква В), импортные же резисторы (с той же характеристикой) маркируются буквой «А» (латинская А).
Если с маркировкой проблемы или Вы ей не доверяете, легко проверить характеристику можно с помощью любого тестера. Берете переменный резистор, располагаете его так, как он будет стоять в Вашем устройстве. Т.е. осью к себе. И ищете тестером где у него крайние выводы. Если выводы найдены правильно, то вращение оси не должно (никак) влиять на показания тестера. А показывать тестер должен тот номинал (или близкий), что написан на корпусе. Если резистор одинарный то третий вывод - это вывод движка. Если сдвоенный, то придется немного повозиться в зависимости от конструкции. Конструкция резисторов может быть разная.
Вот несколько, что попались:

Вращаем мы регуляторы (как правило) по часовой стрелке, т.е. слева направо. Разделим резистор на 2 половинки, левую и правую.Относительно движка. Левую и правую часть определяем вращением ручки влево и вправо. В крайнем левом положении прибор должен показать 0 ком (измерять нужно между движком и крайним выводом). Это левая часть. И наоборот. Теперь нужно поставить движек (ось) в среднее положение и измерить сопротивление между левой половинкой резистора и движком. Потом сопротивление между движком и правой половиной.

Итак, что я намерил: 2 -ой и 6 -ой выводы (если считать слева) - это выводы концов одного резистора из пары. Прибор показывает 47,2 кОм.
А вывод 1 - вывод движка. Сопротивление между выводом движка и выводом левой части = 8,1 кОм . Между движком и выводом правой части = 39,1 кОм . Разница большая. Это и есть резистор нужный нам. Все сходится.
3 -й и 5 -й - выводы концов второго резистора. Прибор показывает 46 кОм . 4 -й - это вывод движка второго резистора. Ну и сопротивления соответственно 8 кОм и 38 кОм .

Ну и для наглядности и чтобы не забыть рисую простенькую картинку. На каком нибудь кусочке бумаги. Типа такой:

А если будет наоборот (левая половина больше правой) или они приблизительно равны, то такие переменники в регулятор громкости не пойдут. Правда если половинки равны (это переменик с линейной характеристикой), то с некоторой доработкой схемы включения использовать можно. На слух будет не очень заметно, но это не полноценная замена.

Вот собственно и все, резистор найден, выводы помечены, можно его включать в тракт звука.

В этой части статьи поговорим об аспектах согласование регулятора громкости Никитина с усилителем.
Для получения заявленных параметров, снижения искажений и обеспечения плавности регулирования громкости регулятор Никитина обязательно должен быть согласован с входным сопротивлением усилителя!

Рассмотрим по порядку:

1. Общие вопросы согласования регулятора.
2. Согласование регулятора со схемами на ОУ и транзисторами.
3. Согласование регулятора с ламповыми каскадами.

1. Общие вопросы согласования.

Для рассмотрения общих нюансов согласования регулятора громкости Никитина с усилителями обратимся к статье «Искажения, возникающие в каскадах на ОУ при регулировании уровня сигнала», автор В.А.Свинтенок.

Целиком приводить её не буду (кому интересно, тот легко найдёт её на просторах Интернета). В ней автор, проведя не совсем корректные и неполные эксперименты, подтвердил известный факт, что усилители в инвертирующем включении звучат лучше и имеют меньшие искажения, чем усилители в неинвертирующем включении. Эту особенность давно заметили и попытались объяснить Дуглас Селф и Николай Сухов (автор того самого «усилителя высокой верности»). Последний пришёл к выводу, что подобный эффект вызван тем, что в неинвертирующем включении переход б-э входного транзистора оказывается вне цепи общей отрицательной обратной связи, из-за чего не компенсируется ёмкость Миллера. Соответственно, для усилителя с полевыми транзисторами на входе подобный эффект либо значительно слабее, либо не наблюдается вовсе.

Та вот, в экспериментах описанных в статье поучаствовал и регулятор громкости Никитина. Порой, правда, не совсем корректно. Не понятно, зачем нужно было снимать характеристики ненагруженного регулятора??? Ещё раз повторю, что для обеспечения заявленных параметров (шаг регулировки, равномерность регулировки, диапазон регулировки и т.д.) регулятор обязательно должен быть согласован с нагрузкой !!!

Примечание: в указанной статье регулятор громкости Никитина чаще упоминается как «регулятор громкости лестничного типа» .

Итак, наиболее интересные и полезные выводы из статьи:

...Как было показано выше, неинвертирующее включение ОУ с резисторами на входах не позволяет реализовать предельный потенциал у большинства микросхем по нелинейным искажениям. Инвертирующее включение дает ряд лучших характеристик: меньшие нелинейные искажения, более короткий и «мягкий» спектр искажений, отсутствие «порога» (резкого возрастания высших гармоник в спектре), на искажения и спектр не оказывает влияние внутреннее сопротивление источника сигнала.

Стандартное построение регулятора уровня с буферным повторителем в инвертирующем включении представлено на Рис.15. На практике такая схема используется довольно редко и связано это со следующим. Чтобы сохранить входное сопротивление схемы на уровне значения сопротивления Rп и закон изменения сопротивления от угла поворота ручки потенциометра необходимо, чтобы для резисторов схемы выполнялось условие R > Rп (в 3 и более раз). Чтобы получить приемлемое входное сопротивление схемы приходится выбирать достаточно высокоомные резисторы R. А это ведет в свою очередь к повышенному уровню шума схемы.

Тем не менее, рассмотрим эту схему в качестве отправной схемы для этого типа включения.

Для схемы, представленной на Рис.15 максимальные искажения будут в верхнем положении движка потенциометра Rп и соответствуют повторителю в инвертирующем включении. Далее по мере снижения уровня сигнала на выходе потенциометра пропорционально начнут снижаться и искажения на выходе ОУ. В связи с чем, охарактеризовать поведение активного элемента в регуляторе достаточно описанием его в одной точке – в точке наблюдения максимальных искажений.

В Таблице 10 приведены коэффициенты гармоник для входного напряжения 2 и 4 вольта для инвертора собранного по схеме Рис.15 при номинале резисторов R = 5кОм и при коэффициенте передачи регулятора Кр = -1.

Таблица 10.

Анализируя данные приведенные в Таблице 10 можно заметить, что выбор микросхем для построения регуляторов уровня сигнала с малыми искажениями значительно шире.

Лучшие микросхемы в этом включении LME49860 , LME49710 и AD8066 . Помимо прекрасных характеристик по нелинейным искажениям у них и прекрасный спектр искажений: 2 – 3 гармоники при входном напряжении четыре вольта.

Прекрасные характеристики и у JRC2114 , OP275 и NE5532 . Спектры у первых двух микросхем содержат 4 – 5 гармоник при входном напряжении 4 вольта, а вот у NE5532 он длинный, с провалом. Ее лучше использовать при входном напряжении меньше четырех вольт.

Хорошие спектры (четыре гармоники) при входном напряжении 4 вольта и у AD826 , THS4062 , LT1220 . Микросхемы OPA2134 , AD5599 и AD8620 лучше использовать при входном напряжении два и менее вольта. У LM6171 в инвертирующем включении искажения существенно выше, а характер и поведение спектра от напряжения питания такое же что и в неинвертирующем включении.

Как было выше сказано, на практике реализовать высокий потенциал по искажениям у данного типа регулятора проблематично из-за присущих этому включению недостатков. Так для получения входного сопротивления близкое к 10кОм необходимо в схеме инвертора выбирать довольно высокоомные резисторы (более 30кОм), что приведет к существенному росту шума регулятора и сократит количество микросхем способных на достаточно качественном уровне работать в этом включении. В значительной мере эти проблемы можно решить, если в этом включении использовать регулятор уровня сигнала «лестничного» типа...

…для осуществления этого необходимо нагрузочный резистор регулятора отключить от общего провода и подключить к инвертирующему входу ОУ, как это показано на Рис.16.

Все достоинства этого регулятора в таком включении сохраняются. При коэффициенте передачи регулятора 0дБ схема представляет собой инвертор с единичным усилением и с входным сопротивлением 10кОм. Максимальные искажения такого регулятора соответствуют и максимальному сигналу на входе инвертора и будут соответствовать значениям данных приведенных в Таблице 10. На входе регулятора можно включить RC цепочку для ограничения высоких частот без опасения увеличения нелинейных искажений. По мере снижения напряжения будут снижаться и искажения, что является нормальным и естественным свойством регулятора в этом включении.

Максимальный коэффициент ослабления сигнала и частотная характеристика определяются максимальным затуханием регулятора и его частотной характеристикой

Забегая несколько вперед, можно сказать, что это одно из лучших решений позволяющее получить минимально достижимые нелинейные искажения с «мягким» и коротким спектром. В этом включении достижимы искажения, не превышающие уровень единиц стотысячных при 4 вольтах на входе с монотонным снижением искажений по мере увеличения коэффициента затухания регулятора.

Единственно «не сильное» место регулятора – шумы. Они будут определяться резисторами (эквивалентное значение не более 6кОм) и коэффициентом передачи инвертора по шуму (равное двум)…

Надо также отметить, что в ходе экспериментов при неинвертирующем включении усилителя автором был выявлен рост искажений при увеличении монтажной ёмкости регулятора. Поэтому при сборке схемы в таком варианте следует уделить особое внимание элементам регулятора, их расположению и способу монтажа!

2. Согласование регулятора громкости Никитина со схемами на ОУ и транзисторах.

Пример согласования регулятора громкости Никитина с неинвертирующим усилителем:

увеличение по клику

Здесь входное сопротивление усилителя определяется значением резистора R11. Для согласования с регулятором громкости его номинал выбран 10 кОм. В случае необходимости получения большего усиления от ОУ можно увеличить номинал резистора R12.

Напомню, что в данной схеме не полностью реализуется потенциал операционного усилителя (по параметрам и качеству звучания) и схема довольно чувствительна к ёмкости (качеству) монтажа. Поэтому её рекомендуется использовать только в случае крайней необходимости.

При использовании ОУ в инвертирующем включении указанные выше недостатки устраняются:

увеличение по клику

Здесь входное сопротивление усилителя определяется номиналом резистора R11. Для согласования с регулятором громкости Никитина его значение выбрано 10 кОм.

Внимание! В приведенных схемах номиналы резисторов указаны для согласования регулятора громкости Никитина с нагрузкой 10кОм . Если регулятор рассчитан на другую нагрузку (например с помощью таблицы из ) номиналы указанных резисторов надо изменить на соответствующие.

Пример согласования регулятора с реальным усилителем:

на рисунке представлен входной каскад модернизированного усилителя мощности В.Короля:

Каскад выполнен по двухтактной схеме, и при идентичных параметрах комплиментарных транзисторов Т1 и Т2 за счёт взаимной компенсации базовых токов входное сопротивление такого каскада будет определяться, в основном, номиналом резистора R1.

Для согласования такого усилителя с регулятором громкости Никитина (на 10кОм) достаточно установить резистор R1 номиналом 10кОм:

увеличение по клику

3. Согласование регулятора громкости Никитина с ламповыми каскадами.

Подозреваю, что некоторым читателям входное сопротивление регулятора (10кОм) может показаться относительно низким. Хотя в большинстве современных аппаратов (звуковые карты, CD/DVD проигрыватели) на выходе стоят буферы, которые позволяют подключать нагрузку не менее 2кОм, однако…

Вдруг кто-то захочет нагрузить ламповый каскад на данный регулятор.

В этом случае, если на выходе отсутствует катодный повторитель, для согласования относительно низкого входного сопротивления регулятора с высоким выходным сопротивлением схемы (резистивного лампового каскада или SRPP) можно использовать буферный каскад, предложенный Зызюком (его надо включить между выходом лампового каскада и регулятором громкости):

Настройка схемы (выполняется при закороченном входе – свободный вывод С1 соединить с «общим» проводом схемы):

1. резистором R4 выставляется ток покоя VT2 равный 35мА.
2. резистором R1 выставляется «0» постоянного напряжения на выходе схемы.

При указанном токе и напряжениях радиаторы для транзисторов не требуются.

А ещё лучше будет использовать « », подобрав входное и выходное сопротивления.

Удачи в творчестве, качественного звука и работающих схем!

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.

На микросхеме TDA1552 для управления звуком? Обычный сдвоенный резистор. А если у нас квадровключение на 4 канала? Кто-то подсказывает - счетверённый регулятор:) А если мы собрали домашний кинотеатр на 6 каналов? Тут уже в бой вступают сложные и дорогостоящие электронные регуляторы громкости на специализированных микросхемах. И такой узел по сложности и цене может превосходить сам усилитель. Тем не менее есть простой выход, как реализовать функцию управления громкостью всего на одном транзисторе. Предлагаемая ниже схема из журнала радиолюбитель, позволяет одним переменным резистором управлять громкостью сразу нескольких каналов.

На одной схеме показан один канал ргулятора громкости, а на другой - сразу 4 канала. Естественно их может быть и 5, и 10. Суть метода заключается в том, что подавая на базу транзистора положительный потенциал через резистор, транзистор открывается и шунтирует вход УНЧ - громкость снижается.

С этой схемой был проведён ряд экспериментов. Выяснилось, что питание базы можно брать начиная от 1,5В. Максимальный предел напряжения определяется ограничительным резистором на 1кОм. Если мы нашли в допустим 12В, то и резистор надо увеличить до безопастных для базового тока 30кОм. Ток потребления базовой цепи в открытом состоянии - несколько миллиампер. В общем подберёте.

В открытом состоянии транзистора, возможно будет слышен очень тихий звук из-за падения напряжения на кремниевом кристалле. Чтоб молчание было полным - нужно использовать германиевый транзистор типа МП36 - МП38.

Конденсаторы на входе и выходе электронного регулятора громкости используют неполярные. Транзистор ставим любой маломощный Н-П-Н, типа КТ315, КТ3102, С9014 и т.д. Переменный резистор для электронного регулятора на сопротивление в пределах 10-100кОм. Желательно с линейной характеристикой.

При замыкании движка на массу, все транзисторы закроются и громкость станет максимальной. Перемещая движок к плюсу питания, мы понемногу открываем транзисторы и звук станет затихать. Резистором, что подключен к плюсу питания, выставляем плавность изменения громкости по всему повороту резистора. Чтоб не было так, когда уже после половины поворота громкость исчезла и дальше крутим напрасно. Использование данного электронного регулятора громкости с одной стороны немного увеличит уровень шумов, но с другой - снизит наводки на провода, так как теперь нет необходимости тянуть два раза экранированный провод от выхода предварительного усилителя до входа усилителя мощности.