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可保持CMRR的可变增益超平衡电路设计

2020-05-15 Merlin Blencowe 阅读:
超平衡电路是一种差分放大器,可以为平衡线路的两个脚提供相同的输入阻抗。某些调音台中所使用的交换系统必须要使用平衡负载,从而确保信号平衡和共模抑制比(CMRR)始终得到保持。

任何人涉足平衡信号传输,都会熟悉超平衡(super balanced,简称superbal)电路[1]。它是一种差分放大器,可以为平衡线路的两个脚提供相同的输入阻抗。某些调音台中所使用的交换系统必须要使用平衡负载,从而确保信号平衡和共模抑制比(CMRR)始终得到保持。k6xednc

超平衡电路的原型如1所示,这里始终假设Z1=Z5,Z2=Z6,Z3=Z4。U1是一个常见的差分放大器,而U2则用来对输出产生相等但相反的信号,进而驱动Z6的底部,以便使U1的两个输入端子都保持虚地状态,并且使两个平衡脚的输入阻抗等于Z1和Z5。电压增益依照Z2/Z1=Z6/Z5的比例来设置,这是差分放大器的常用方法。k6xednc

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图1:U1和U2是用NE5532双运算放大器实现,但是这个电路对于几乎任何类似的器件都有效。k6xednc

然而,如果需要增益可调就会出现困难,因为两个部分必须同时且相同地变化。即使它们之间有微小差异,也将导致CMRR快速降低,这个问题的解决方案如2所示。k6xednc

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图2:这个解决方案可以实现增益可调。k6xednc

这里,Z2和Z6被分成两个相等的部分,分别由R2-3和R6-7构成,并且在它们的结点之间连接了一个桥接电阻R4。R4的中心存在一个虚地状态,这意味着可以调整U1的反馈因子,而又不破坏电路的对称性。因此,CMRR不会降低,并且可以使用普通的可变电阻(与在任何差分放大器当中一样,这里R1-R9仍然必须使用小公差电阻)。k6xednc

假设R1=R5,R2=R3=R6=R7,R8=R9,则差分电压增益等于(R2/R1)*(1+R2/R4)。此处选择的元件值可实现从约-4dB到+6dB的有效微调范围,但是也可以对其进行更改而适合特定应用。k6xednc

图3中的曲线说明了使用NE5532双运算放大器和未经选择的1%电阻时所测得的CMRR,在所有增益设置下,该性能均保持不变。这种超平衡的适应性使笔者能够在空间已经很有限而无法再容纳另一个运算放大器的情况下,将增益微调功能集成到调音台当中。k6xednc

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图3:使用双运算放大器和未经选择的1%电阻情况下测得的CMRR。k6xednc

参考文献

1.Additional information on the superbal circuit may be found in either:k6xednc
Small Signal Audio Design, Self. D. (2010), Focal Press, ISBN 978-0240521770 or Handbook For Sound Engineers: The New Audio Cyclopedia, Ballou. G (ed), (1987) Howard Sams, ISBN 0-672-21983-2.k6xednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Variable gain superbal circuit preserves CMRRk6xednc

本文为《电子技术设计》2020年5月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里k6xednc

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