Искажения, возникающие в каскадах на ОУ при регулировании уровня сигнала

Свинтенок В. А.

Часть I

Часть II

Часть II.Б

Часть III

Нелинейные искажения регуляторов уровня сигнала

Еще один источник нелинейных искажений, возникающий при регулировании уровня сигнала – искажения, возникающие в самих регуляторах. В дискретных регуляторах нелинейные искажения определяются практически полностью искажениями, возникающими в резисторах регулятора. Об искажениях, возникающих в дискретных резисторах, будет сказано несколько позже. Замерить искажения, вносимые контактными группами (реле, переключателей) дискретных регуляторов, не удалось ввиду их малости

В потенциометрических (непрерывных) регуляторах нелинейные искажения определяются тремя составляющими: резистивным слоем, качеством контактов выводов и подвижной системой – ползунком. В потенциометрах, не имеющих явных дефектов, выделить вторую составляющую искажений не представляется возможным. В связи, с чем далее в потенциометрических (непрерывных) регуляторах будут рассматриваться два типа искажений совместно с искажениями контактов выводов: резистивного слоя и подвижной системы – ползунка.

Нелинейные искажения пассивных регуляторов уровня

Можно задаться вопросом как ведут себя искажения в дискретных и потенциометрических регуляторах при изменении уровня сигнала? В дискретном регуляторе регистрируется только одна составляющая искажений и его поведение видимо предсказуемо. В потенциометрических же регуляторах две составляющие искажений: как они ведут себя, как взаимодействуют между собой? Расчленить эти две составляющие искажений в потенциометрических регуляторах полностью невозможно. Однако на разных уровнях коэффициента передачи регулятора их вклад различен, что дает возможность в той или иной степени оценить их влияние. Нелинейные характеристики дискретных регуляторов в целом, как показал эксперимент, довольно стабильны и они могут послужить в качестве эталонных параметров при оценке характера поведения искажений резистивного слоя в потенциометрических регуляторах. Проверить, как ведут себя искажения в дискретных регуляторах, выполненных на высококачественных резисторах, не представляется возможным, в связи с чем, ниже в экспериментах использовались регуляторы, построенные на резисторах, имеющие большие искажения.

Дискретные регуляторы.

Как показал эксперимент, при использовании качественных потенциометров при совместном использовании их с буферными каскадами не позволяет выявить некоторые особенности поведения нелинейных искажений при регулировании уровня сигнала из-за собственных шумов либо искажений буферов. В связи, с чем первая серия экспериментов проведена без использования  буферных каскадов. Регуляторы в этом эксперименте включались непосредственно в схему установки – в разрыв цепи выхода генератора - фильтра и входом режекторного фильтра. Сопротивление регулятора выбиралось довольно низкоомное (2кОм), в связи с невысоким входным сопротивлением режекторного фильтра (около 5кОм). Невысокое входное сопротивление режекторного фильтра и его частотная зависимость оказывает некоторое влияние на точность измерений, но оно не большое – около 20%.

В этом диапазоне значений сопротивлений резисторов дискретного регулятора наибольшие искажения наблюдались у углеродистых резисторов (CF), хотя и они не велики и имеют свою «специфику». Однако и с ними удалось выявить ряд особенностей характера поведения искажений в регуляторе при регулировании уровня сигнала.

Для оценки достоверности результатов экспериментов в этой серии необходимо было определить собственные нелинейные искажения установки. С этой целью был собран макет дискретного регулятора (потенциометр) на основе переключателя ПГ-7 и резисторов С2-29В с номиналом полного сопротивления 2кОм.

Результаты эксперимента (по Кг и Кг3) представлены на графике Рис.23. Нелинейные искажения замерялись при входном напряжении 6 вольт (здесь и далее RMS).

Первым рассмотрим поведение дискретного регулятора выполненного на резисторах с равномерным шагом (пять резисторов по 470Ом, график зеленого цвета – CF1). Как видно из графика Рис.24 (CF1) коэффициент гармоник регулятора в начальной точке близок к уровню собственных нелинейных искажений установки. Колебания значений начальных точек на графиках Рис.24 вызваны конечным значением выходного сопротивления установки (около 600Ом), в виду чего здесь возникает небольшое взаимодействие искажений потенциометра и установки, что и искажает поведения кривых в начальной зоне. Ниже, в последующих разделах эта зона будет уточнена на резисторах другого номинала и типа. Как видно из характера поведения кривой графика CF1 после начального роста далее следует зона, в которой коэффициент гармоник остается практически постоянным.

Во втором эксперименте (CF2) использовался так же дискретный регулятор, выполненный на резисторах CF с равномерным шагом, но с номиналом резисторов 200Ом. Как видно из графика Рис.24 поведение кривой CF2 точно такое же что и у кривой CF1, но проходит она (CF2) существенно ниже кривой CF1. Это довольно существенный момент поведения искажений линейного дискретного регулятора, из которого следуют следующие выводы:

1. Коэффициент гармоник дискретного линейного потенциометра при регулировании уровня сигнала в рабочей области постоянен.

2. Уменьшение (дробление) шага линейного потенциометра ведет к снижению искажений регулятора в целом.Снижение искажений резисторов при уменьшении номинала сопротивления характерно для всех типов резисторов, у которых удалось замерить искажения (МЛТ, Чип, CF). Аномалию поведения искажений удалось заметить только у углеродистых пленочных резисторов что, и отражено в следующем эксперименте.

В этом эксперименте резистор (200Ом) нижнего плеча линейного потенциометра было заменен на последовательно включенное звено – 100Ом + 50Ом + 20Ом + 20Ом + 10Ом. Результаты этого эксперимента приведены на графике Рис.24 кривая CF3 (красный цвет).

Рассматривая поведение кривой (CF3) видно, что искажения на последних шагах дискретного потенциометра резко возрастают. При проведении дополнительных исследований с отдельными резисторами выяснилось, что низкоомные резисторы CF имеют довольно большие искажения, этим и определяется поведение кривой в области больших затуханий. Об этом более подробно будет сказано в одном из последующих разделах.

В последнем эксперименте этой серии рассмотрен потенциометр на дискретных резисторах типа МЛТ с логарифмической шкалой. Коэффициент гармоник такого потенциометра оказался ниже искажений установки. И, чтобы хоть как то посмотреть вид кривой, в нем два резистора были заменены на резисторы МТ (дефектные), у которых искажения примерно на порядок выше, чем у резисторов МЛТ. Результат эксперимента представлен кривой (МЛТ) на том же графике. Вид кривой похож на предыдущие (CF1, CF2) кривые. Однако реальное поведение кривой здесь, видимо, должно быть более сложным в связи с переменным шагом наминала резисторов потенциометра.

В первой серии экспериментов  дискретный потенциометр включался по стандартной потенциометрической схеме (Рис.25). Стандартное включение с точки зрения искажений обладает рядом интересных характеристик, выявить некоторые из них по данным, приведенными на графике Рис.24 не представляется возможным. В связи с чем, ниже приведены еще две серии экспериментов, позволяющие оценить составляющие, формирующие искажения в потенциометре. Потенциометры в обеих сериях экспериментов, использовались те же что и в предыдущем эксперименте (пять резисторов по 470Ом и десять резисторов по 200Ом). Во всех экспериментах этих серий ток, протекающий в резисторах потенциометров, поддерживался одинаковым (входное напряжение около 6 вольт).

Первая серия экспериментов проведена только на последнем шаге коэффициента передачи потенциометра (-14дБ для потенциометра, составленного из 470Ом резисторов и -20дБ для потенциометра, составленного из 200Ом резисторов). Схемы первой серии экспериментов представлены на Рис.25,26,27.

В первой схеме Рис.25 измерялись искажения в стандартном включении потенциометра на последнем шаге потенциометра; во второй схеме Рис.26 измерялись искажения тока, протекающего через потенциометр; в третьей Рис.27– искажения напряжения нижнего резистора потенциометра, при питании его в режиме близком к генератору тока.

Результаты эксперимента этой серии приведены в Таблице 20.

Как видно из приведенных данных в таблице коэффициент гармоник в потенциометрическом включении дискретного регулятора меньше коэффициента гармоник как в напряжении отдельно взятого резистора, так и в токе, протекающем через регулятор.

Таблица 20.

Из этого заключения следуют два важных для практики вывода:

1. Существует разница в искажениях при потенциометрическом и при реостатном включении потенциометров (сравни значения Кг Таблицы 20 для столбцов Рис.25 и Рис.26).

2. Существует так же разница и в искажениях, в регуляторах уровня сигнала выполненных по потенциометрической схеме и выполненных на Г (L)-образных цепочках.

Более подробно о потенциометрическом и реостатном включении потенциометров будет рассмотрено несколько ниже и в разделе активных регуляторов. Здесь же коротко рассмотрим искажения, возникающие в регуляторе, выполненном на Г-образных цепочках.

Во второй серии экспериментов использовались три Г-образных цепочки (смотри Рис.26 либо Рис.27 с соответствующей заменой потенциометров на резисторы CF):

1. В верхнем плече цепочки резистор 200Ом, в нижнем плече – 2кОм;

2. В верхнем и нижнем плече резисторы по 1кОм;

3. В верхнем плече цепочки резистор 2кОм, в нижнем плече – 200Ом;

Выбор номиналов резисторов чисто условный (что имелось) и с одной стороны с желанием охватить регистрируемый диапазон, а с другой – обеспечить одинаковые условия по току и входному сопротивлению с дискретным потенциометром.

Результаты эксперимента в графическом виде приведены на Рис.28 (кривая «L» рег). Здесь же для удобства сравнения приведен и график кривой потенциометра взятого из предыдущего эксперимента.

Эксперимент проведен не совсем строго, да и точек на графике маловато. Тем не менее, он вполне приемлем для оценки специфичности поведения искажений регуляторов выполненных на Г-образных цепочках. Рассмотрим поведение кривой («L» рег).

Как видно из графика Рис.28 начальные точки кривых не совпадают. Это вызвано, как отмечалось ранее, конечностью выходного сопротивления установки. Далее наблюдается довольно резкий рост коэффициента гармоник. В крайней точке кривых графика различия в значении коэффициента гармоник довольно большой – более чем в десять раз.

Рассмотрим эти крайние точки. Если рассмотреть схемы регуляторов, то можно увидеть что они отличаются только структурами верхнего плеча. В потенциометре верхнее плечо представлено набором последовательно включенных резисторов по 200Ом, а в Г-образной цепочке одним резистором 2кОм. Таким образом, этот эксперимент еще раз подтверждает, что дробление элементов дискретного потенциометра однородными резисторами ведет к снижению искажений потенциометра.

Выводы:

В дискретных линейных потенциометрах искажения постоянны в рабочей области потенциометра.

Уменьшение шага дискретности дискретных потенциометров ведет к уменьшению искажений.

Эти выводы справедливы и для резисторов МЛТ, ЧИП. Вероятно, что эти выводы применимы ко всем типам дискретных резисторов, но строгих доказательств у меня нет.

Непрерывные регуляторы.

Далее рассмотрим характер поведения искажений в потенциометрическом (непрерывном) регуляторе и начнем с потенциометра типа СП3-30 (2,2кОм). Данные эксперимента также в графическом виде представлены на Рис.29 для входного напряжения 2 и 4 вольта.

Как видно из графиков Рис.29 начальные точки кривых довольно близки к значениям коэффициентам гармоник собственных нелинейных искажений установки. Далее следует довольно плоская часть, за которой расположена область довольно быстрого возрастания Кг.

Если сравнить поведение кривых графика линейного дискретного потенциометра и потенциометра СП3-30, то можно увидеть что в начальной и средней их частей качественно они довольно похожи, имеются те же области: область начального роста и область где Кг довольно постоянен. Однако количественное различие довольно большое: Кг в среднем у СП3-30, где то на порядок выше. Есть и различия: в области больших затуханий коэффициента передачи у потенциометра СП3-30 наблюдается резкий рост Кг; наблюдаются и довольно большие колебания значений Кг (волнистость).

Как видно из графика Рис.29 в области затуханий регулятора -1дБ – -15дБ наблюдается довольно плоская часть, в ней коэффициент гармоник практически не меняется, а вот в области более высоких затуханий наблюдается довольно резкий рост Кг. Механизмы возникновения искажений в этих областях разный: в области малых затуханий доминирующую роль в общие искажения вносит резистивный слой потенциометра, а в области больших затуханий – движок потенциометра. Этот вывод вытекает из различия характера и поведения спектров резистивного слоя и контакта подвижной системы потенциометра – ползунка.

В области небольших затуханий регулятора, где доминирующий вклад в общий Кг вносит резистивный слой потенциометра, спектр искажений резистивного слоя характеризуется, как правило, доминирующей третьей гармоникой, которая пропорционально уменьшается с уменьшением сигнала на выходе регулятора. Доминирующее значение амплитуды третьей гармоники подтверждается и при измерениях искажений полного значения сопротивления потенциометра (между крайними выводами, минуя движок).

Спектр гармоник контакта подвижной системы наоборот характеризуется доминирующей (сопоставимой с третьей) второй гармоникой, слабее зависящей от амплитуды сигнала, которая к тому же и весьма нестабильна во времени. Устанавливая движок в одно и то же положение, всегда получаешь новое значение второй гармоники, а иногда отличие бывает и очень сильное. Временная стабильность третьей гармоники резистивного слоя существенно выше.

В качестве иллюстрации характера временного изменения второй и третьей гармоник в области небольших затуханий регулятора для резистора СП3-30 приведу запись спектрограммы двух минутной выборки сигнала на выходе потенциометра (CP3_30_2k.jpg). Как видно из спектрограммы вторая гармоника весьма не стабильна во времени, видны глубокие провалы и большие всплески амплитуды второй гармоники. Амплитуда третьей гармоники больше второй гармоники и достаточно стабильна во времени.

Экземпляр резистора (СП3-30) попавшийся мне весьма интересен тем, что в нем довольно ярко проявляются доминирующие искажения в соответствующих им областях, о которых говорилось выше. В резисторах других типов доминирующие искажения в соответствующих им областях проявляются не так ярко. В связи, с чем хотелось бы рассмотреть этот резистор более подробно.

Данные эксперимента представленные на Рис.29 в несколько ином виде для входного напряжения 4 вольта представлены на Рис.30. На Рис.30 представлены графики изменения коэффициента гармоник по второй и третьей гармоникам и их амплитуды (координаты осей представлены в логарифмическом масштабе). Амплитуды гармоник нормированы по отношению к входному напряжению.

Рассмотрим поведение амплитуды второй гармоники (график зеленого цвета). Как видно из графика амплитуда второй гармоники остается практически постоянной при уменьшении коэффициента передачи регулятора (в начальной части наблюдаются колебания амплитуды). При этом коэффициент гармоник (по второй гармонике, график синего цвета) монотонно возрастает.

Поведение амплитуды третьей гармоники (график желтого цвета) иное: при -1дБ происходит резкий рост амплитуды гармоники; далее спад пропорциональный уменьшению сигнала, переходящий в более быстрый спад и исчезающий в шуме при -27дБ (разрыв в графике); далее некоторый рост и стабилизация амплитуды гармоники. Соответственно искажения (Кг3) вызванные третьей гармоникой в первой области остаются почти постоянными, а в области больших затуханий коэффициента передачи регулятора возрастают.

Такое поведение амплитуд гармоник можно объяснить следующим. В начальной области (начиная с -1дБ) происходит скачок амплитуды третьей гармоники, вызванной доминирующей составляющей резистивного слоя (превышение искажений потенциометра над искажениями установки). Составляющая амплитуды второй гармоники, вызванная контактом ползунка меньше амплитуды третьей гармоники и существенно не влияет на общий коэффициент гармоник в этой зоне. Далее амплитуда гармоники составляющей резистивного слоя снижается, а амплитуда гармоники, вызванная контактом ползунка, остается почти постоянной, то в некоторой переходной области (центр около -27дБ) третьи гармоники составляющих резистивного слоя, движка и установки начинают взаимно компенсировать друг друга, до уровня ниже уровня шума. Далее после точки разрыва графика доминирующая составляющая амплитуды искажений определяется поведением контакта ползунка потенциометра.

Какие выводы из этого следуют:

В области коэффициента передачи регулятора до -12дБ – -20 дБ искажения регулятора определяет резистивный слой потенциометра, а в области коэффициента передачи регулятора более -30дБ – движок потенциометра. В переходной зоне в общем случае может быть как сложение, так и вычитание соответствующих составляющих искажений.

Резистор СП3-30 можно отнести видимо к потенциометрам, имеющим не высокие технические характеристики. На графике Рис.31 представлены данные эксперимента для обоих резисторов сдвоенного потенциометра типа ALPS. Входные напряжения, подаваемые на потенциометр здесь, так же 2 и 4 вольта, номинал сопротивления потенциометра 2кОм.

Из графиков, представленных на Рис.31 видно, что характеристики потенциометра ALPS имеют лучшие, а некоторые параметры и существенно лучшие характеристики по сравнению с потенциометром СП3-30. Оба резистора сдвоенного потенциометра ALPS прекрасно согласованы (для потенциометра СП3-30 параметры согласования и не привожу в виду большой разницы, о чем будет сказано ниже). Коэффициент гармоник обоих резисторов практически совпадают во всем рассматриваемом здесь диапазоне коэффициента передачи регулятора. Искажения резистивного слоя здесь меньше, меньше и влияние контакта ползунка на искажение общего вида и на амплитуду второй гармоники. Однако общий характер изменени�� коэффициента гармоник имеет вид довольно похожий, чт�� наблюдается и у потенциометра СП3-30: первоначальный скачок, далее следует довольно плоская часть и за ней область довольно резкого роста (для кривых четыре вольта). Вторая гармоника у сдвоенного потенциометра ALPS так же подвержена флуктуации (ALPS_2k.jpg), хотя и не столь сильно как у СП3-30.

Таким образом, исходя из анализа поведения графиков, приведенных на Рис.29 – Рис.31 можно констатировать, что коэффициент гармоник у потенциометра в зависимости от коэффициента передачи регулятора имеют разные доминирующие составляющие искажений в трех зонах:

– в первой зоне (0дБ – -1дБ) переход от искажения установки к искажению резистивного слоя потенциометра;

– во второй (-1дБ – до -20дБ) – доминируют искажения резистивного слоя потенциометра;

– в третьей (менее -20дБ) – доминируют искажения, определяемые ползунком потенциометра.

Реостатное включение

Рассмотренные выше результаты экспериментов проведены для потенциометров, включенных по потенциометрической схеме. Довольно часто в различных схемах используется и реостатное включение потенциометров. Различие этих включений с точки зрения искажений заключается в том, что при потенциометрическом включении искажения определяются напряжением, снимаемым с движка потенциометра, а в реостатном включении искажения определяются током, протекающим по цепи ползунок резистивный слой. Реостатное включение потенциометров используется, например, в активных схемах регулирования и подстройки уровня сигнала, о чем будет сказано в соответствующем разделе статьи. Здесь же, что бы выявить некоторые особенности этих двух возможных включений потенциометров, рассмотрим эти особенности только при одном значении значения сопротивления потенциометров.

На Рис.32 и Рис.33 представлены два включения регулятора потенциометрического типа по схеме делителя напряжения (Г-образные цепочки). Если выбрать значение сопротивления резистора R < Rп, то напряжение на выходе будет определяться практически током, протекающим через потенциометр Rп. В схеме Рис.32 спектральный состав тока будет определяться искажениями полного резистивного слоя потенциометра. Для схемы Рис.33 (реостатное включение), спектральный состав тока будет определяться резистивным слоем и движком потенциометра. Номиналы сопротивлений резисторов потенциометров включенных по схемам Рис.32 и Рис.33 выбирались с довольно близкими по своему значению сопротивлениями (разница не более 100Ом).

Была проведена серия экспериментов с потенциометрами, приведенными выше в этой части статьи (2кОм) для входного напряжения 2, 4, 6 вольт. Значение сопротивления резистора R был выбрано равным 249Ом (С2-29). Данные эксперимента приведены в Таблице 21.

Таблица 21

Рассмотрит данные экспериментов, приведенных в Таблице 21. Как видно из таблицы гармоники для дискретного потенциометра на резисторах С2-29 не регистрируются во всем диапазоне входных напряжений, а на резисторах CF в диапазоне 2, 4 вольта. Для дискретных потенциометров, выполненных на резисторах С2-29 и CF влияние подвижной системы (контакта переключателя) на нелинейные искажения регулятора выявить не удается, они очень малы. В связи с чем, Кг для схем Рис.32,33 равны. Был проведен отдельный эксперимент, с целью измерить искажения контакта реле РЭС55А при токе через контакт около 2мА. Он не увенчался успехом ввиду его малости (разрешение установки около 1*10^-6).

В данных приведенных в таблице для потенциометров СП3-30 и ALPS наблюдаются две особенности, о которых и пойдет речь ниже.

Первая из них выявляется при сопоставлении данных, например для 4 вольт, приведенных в Таблице 21 с данными для того же напряжения приведенных на графиках Рис.29 и Рис.31 для области с доминирующими искажениями резистивного слоя (плоская часть кривых). Искажения в реостатном включении (Рис.33) потенциометра, регистрируемые в токе протекающего в цепи ползунок резистивный слой потенциометра (для СП3-30 – 6*10^-5 и ALPS – 2,6*10^-5)  выше искажений в потенциометрическом включении регулятора, регистрируемых в напряжении на выводе ползунка (для СП3-30 – 1,3*10^-5 и ALPS – 1,1*10^-5). Это же явление наблюдается и у дискретного потенциометра, выполненного на резисторах CF, и о чем говорилось выше (смотри Таблицу 20).

Вторая особенность выявляется при сопоставлении данных приведенных в таблице для потенциометров СП3-30 и ALPS для схем включения Рис.32 и Рис.33. Эта особенность более четко прослеживается на потенциометре ALPS – искажения, возникающие в регуляторе, включенном по реостатной схеме (Рис.33) почти везде выше искажений схемы Рис.32. Как отмечалось ранее, для области с доминирующими искажениями резистивного слоя в потенциометрическом включении искажения определяются резистивным слоем, ток же протекающий в цепи ползунка весьма мал. Здесь же, через контакт ползунка потенциометра протекает полный ток резистора, и доля искажений ползунка входящая в искажения общего вида существенно возрастает.

Из этих особенностей вытекает вывод: с целью снижения искажений вносимым регулятором следует избегать реостатного включения потенциометров при регулировании уровня сигнала. Этот вопрос будет еще обсуждаться ниже, в подразделе регулировании уровня сигнала в активных регуляторах.

Далее хотелось бы сказать немного о «качестве» попавшего мне потенциометра СП3-30 (сдвоенный, 2,2кОм). Потенциометр своеобразен в своем поведении. Искажения, возникающие в резистивных слоях сдвоенного потенциометра, отличаются не столь сильно (где то 1,5 раза), а вот искажения вызванные контактом подвижной системы существенно. Коэффициент гармоник для другого резистора, измеренный по схеме Рис.33 – 0,0001% для двух вольт и 0,00038% для четырех вольт, в связи с чем, рассматривался лучший резистор. Искажения резистивного слоя резистора СП3-30 у данного экземпляра потенциометра оказались весьма неплохими по отношению к потенциометру ALPS. Как будет видно из дальнейшего рассмотрения, у резисторов другого номинала эта разница будет более существенной.

Рассматривая данные Таблицы 21 для потенциометров СП3-30 и ALPS можно так же заметить более быстрый рост коэффициента гармоник по отношению к росту входного напряжения. В связи, с чем необходимо ограничить максимальную амплитуду входного напряжения подаваемого на потенциометр (видимо, порог уровня сигн��ла не должен превышать где-то 4 вольта).

В схемах усилителей часто включают потенциометры по схеме «L» регулятора. Было интересно посмотреть, как ведет себя такой регулятор в одинаковых условиях (при равном напряжении на потенциометре) с обычным включением потенциометра в регуляторе.

Номинал резистор верхнего плеча «L» регулятора был выбран равным 7,5кОм (С2-29), а в качестве нижнего плеча использовался тот же потенциометр СП3-30 (2,2кОм), что и в эксперименте приведенного на Рис.29. Данные эксперимента в графическом виде представлены на Рис.34 при напряжении 2 вольта на резисторах потенциометров.

Как видно из графиков Рис.34 включение дополнительного резистора не изменяет существенно вид и характер поведения Кг при изменении коэффициента передачи регулятора при равных напряжениях на потенциометрах. Следует отметить, что в этом эксперименте при проведении измерений с «L» регулятором возможна большая погрешность измерений в начальной области, обусловленная небольшим входным сопротивлением режекторного фильтра.

Поведение регуляторов в реальных схемах.

Далее рассмотрим, как ведут себя искажения потенциометра в зависимости от коэффициента передачи регулятора совместно с буферным каскадом. Схемы включения регулятора стандартные (Рис.35 и Рис.36), такие же что и приведенные на Рис.4,5 (асимметричная и симметричная схемы). Были проведены три серии экспериментов.

Результаты первой серии экспериментов представлены на Рис.37. В ней использовался потенциометр СП3-12 (33кОм), который можно отнести к потенциометрам невысокого качества, благодаря чему удалось довольно ярко выделить особенность поведения регулятора в области больших затуханий и в симметричном режиме. На графике Рис.37 данные эксперимента (СП3-12) сопоставляются (здесь и далее) с данными эксперимента полученные ранее с использованием дискретного резистора от усилителя «Бриг». В качестве буферного каскада в этой серии экспериментов использовался ОУ OP275, входное напряжение 4 вольта.

Рассмотрим графики, относящиеся к асимметричному включению регулятора. В диапазоне коэффициента передачи регулятора от 0дБ и до -20дБ кривые графиков практически совпадают. В этой области доминирующей составляющей искажений является собственные искажения буфера. А вот далее искажения начинают довольно быстро возрастать. Доминирующей составляющей искажений в этой области определяются искажениями, вызванными контактом ползунка потенциометра СП3-12.

Нижние кривые графика Рис.37 описывают поведение Кг в симметричном включении. Как видно из графика в диапазоне коэффициента передачи регулятора от 0дБ и до -20дБ кривая Кг потенциометра СП3-12 проходит ниже кривой потенциометра «Бриг» в асимметричном режиме, что говорит о имеющейся в схеме (примерно десятикратной) компенсации искажений. В области больших затуханий (в диапазоне более -20дБ) искажения начинают возрастать и достигают значений практически не отличающихся от искажений, наблюдаемых в асимметричном режиме.

Это особенность поведение Кг в симметричном включении говорит о следующем:

- в области доминирования искажений резистивного слоя потенциометра компенсация имеет место, до уровня рассогласования резисторов;

- в зоне, где преобладают искажения движка потенциометра, взаимная компенсация искажений маскируется высокими искажениями ползунка резистора.

По кривой Кг потенциометра СП3-12 в симметричном режиме видно, что качество согласования (статическое) резисторов сдвоенного потенциометра не высокое.

На Рис.38 представлена вторая серия экспериментов, в которой исследовался регулятор на потенциометре СП3-30 (22кОм). Условия проведения экспериментов здесь те же, что и в приведенных выше экспериментах.

Из графиков Рис.38 видно, что кривая потенциометра СП3-30 в асимметричном режиме проходит ниже кривой потенциометра «Бриг», что вызвано разными номинальными значениями резисторов регуляторов. Есть разница и в области малых коэффициентов передачи регулятора по сравнению с первой серией экспериментов: искажения вызванные движком потенциометра СП3-30 в несколько раз ниже.

В симметричном режиме у резистора СП3-30 видны сильные колебания (флуктуации) кривой графика, что говорит о низком качестве согласования его резисторов. Однако в целом характер кривых графиков Рис.37 и Рис.38 имеют одинаковые закономерности и к графику Рис.38 применимы те же выводы, что и для графика Рис.37. Есть зоны, где уровень симметрии ограничивается рассогласованием резисторов и есть зоны, где уровень симметрии ограничивается собственными искажениями резисторов.

На Рис.39 представлена третья серия экспериментов, в которой исследовался регулятор на потенциометре ALPS (10кОм).

Из кривой графика потенциометра ALPS в асимметричном режиме видно, что искажения резистивного слоя и контакта движка потенциометра здесь еще меньше.

Из характера кривой в симметричном режиме потенциометра ALPS видно, что резисторы сдвоенного потенциометра прекрасно согласованы, имеют низкие собственные искажения и, может быть, чуть уступают «Бригу» по неравномерности (волнистости) кривой.

Характер поведения кривых графиков и соответствующие им зоны видимо и здесь аналогичны приведенным в первых двух экспериментах. Здесь достоверно судить о поведении кривой графика в симметричном режиме в области малых коэффициентов передачи регулятора не предоставляется возможным из-за низких уровней искажений, которые маскируются шумом буфера и установки. В области малых коэффициентов передачи регулятора достоверно фиксировалась только одна точка (на графике отдельно стоящая точка).

На Рис.40 приведены данные эксперимента использования регулятора совместно с буфером в инвертирующем включении (схема включения Рис.15). Резисторы в инверторе (LME49860) ставились 50кОм для регулятора на СП3-30 и 27кОм для регулятора ALPS.

Кривая графика для потенциометра СП3-30 несколько похожа на кривую приведенную Рис.29 (здесь более горбатая) и имеет большие искажения. Искажения регулятора на потенциометре ALPS выделить в этом включении не удается, они сливаются искажениями установки (инвертора). Из графиков видно, что в этом эксперименте искажения потенциометра СП3-30 (22кОм) существенно выше искажений потенциометра ALPS (10кОм).

Ниже в Таблицах 22,23 приведены данные следующей серии экспериментов подтверждающие ранее высказанный вывод о более низких искажениях в потенциометрической схеме включения, но на более высокоомных резисторах использовавшихся выше по тексту. Данные экспериментов Таблицы 22 для сдвоенных потенциометров СП3-30 и ALPS приведены для двух, а для СП3-12 одного из резисторов потенциометров.

При измерениях в первом эксперименте по схеме Рис.33 Таблица 22 для всех типов резисторов сопротивление потенциометров устанавливалось равным 5 кОм (при входном напряжении 10 вольт), при этом ток, протекающий по цепи ползунок резистор равен 2мА. Это довольно большой ток для ползунка и искажения, возникающие в потенциометрах, полностью определяются контактом ползунка. Этот эксперимент еще раз подтверждает высокое качество ползунка потенциометров ALPS.

Таблица 22

Результаты более корректного эксперимента приведены в Таблице 23. В этом эксперименте ток, протекающий через резистор как для схемы Рис.32, так и для схемы Рис.33 для данного типа резистора устанавливался одинаковым.

Таблица 23

На вход всех резисторов схемы Рис.32 подавалось напряжение 10 вольт, измерялся ток и выставлялся таким же и в схеме Рис.33. Для резистора ALPS этот ток составлял 1миллиампер, для остальных резисторов он соответственно меньше. Из этих данных видно, что искажения резисторов ALPS существенно ниже и для всех типов резисторов искажения включенных по реостатной схеме (Рис.33) больше.

Еще одно замечание, касающееся качества резисторов потенциометров ALPS. Сопоставляя данные для двух вольт приведенные в Таблице 21 с данными приведенными в Таблице 23 для схемы Рис.32 для резисторов СП3-30 и ALPS можно заметить, что искажения резистивного слоя для резисторов ALPS 2кОм и 10кОм практически одинаковы (1,1*10^-5 % - 1,3*10^-5 %). А вот у резисторов СП3-30 2,2кОм (2*10^-5 %) и 22кОм (0,00021%) эти искажения отличаются довольно сильно. И это притом, что ток, протекающий через резистор потенциометра СП3-30 22кОм примерно в два раза меньше тока протекающего через резистор СП3-30 2,2кОм (токи для резисторов потенциометров ALPS равны).

Свинтенок В. А. <svaleks @ rambler . ru>

____________________________________