可保持CMRR的可變增益超平衡電路設計

作者: Merlin Blencowe,EDN

超平衡電路是一種差分放大器,可以為平衡線路的兩個腳提供相同的輸入阻抗。某些調音台中所使用的交換系統必須要使用平衡負載,從而確保訊號平衡和共模抑制比(CMRR)始終得到保持。

任何人涉足平衡訊號傳輸,都會熟悉超平衡(super balanced,簡稱superbal)電路[1]。它是一種差分放大器,可以為平衡線路的兩個腳提供相同的輸入阻抗。某些調音台中所使用的交換系統必須要使用平衡負載,從而確保訊號平衡和共模抑制比(CMRR)始終得到保持。

超平衡電路的原型如圖1所示,這裡始終假設Z1=Z5,Z2=Z6,Z3=Z4。U1是一個常見的差分放大器,而U2則用來對輸出產生相等但相反的訊號,進而驅動Z6的底部,以便使U1的兩個輸入端子都保持虛地狀態,並且使兩個平衡腳的輸入阻抗等於Z1和Z5。電壓增益依照Z2/Z1=Z6/Z5的比例來設置,這是差分放大器的常用方法。

圖1 U1和U2是用NE5532雙運算放大器實現,但是這個電路對於幾乎任何類似的元件都有效。

然而,如果需要增益可調就會出現困難,因為兩個部分必須同時且相同地變化。即使它們之間有微小差異,也將導致CMRR快速降低,這個問題的解決方案如圖2所示。

圖2 這個解決方案可以實現增益可調。

這裡,Z2和Z6被分成兩個相等的部分,分別由R2-3和R6-7構成,並且在它們的結點之間連接了一個橋接電阻R4。R4的中心存在一個虛地狀態,這意味著可以調整U1的回饋因數,而又不破壞電路的對稱性。因此,CMRR不會降低,並且可以使用普通的可變電阻(與在任何差分放大器當中一樣,這裡R1-R9仍然必須使用小公差電阻)。

假設R1=R5,R2=R3=R6=R7,R8=R9,則差分電壓增益等於(R2/R1)*(1+R2/R4)。此處選擇的元件值可實現從約-4dB到+6dB的有效微調範圍,但是也可以對其進行更改而適合特定應用。

圖3中的曲線說明了使用NE5532雙運算放大器和未經選擇的1%電阻時所測得的CMRR,在所有增益設置下,該性能均保持不變。這種超平衡的適應性使筆者能夠在空間已經很有限而無法再容納另一個運算放大器的情況下,將增益微調功能整合到調音台當中。

圖3 使用雙運算放大器和未經選擇的1%電阻情況下測得的CMRR。

參考文獻

Additional information on the superbal circuit may be found in either: 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.

(參考原文:Variable gain superbal circuit preserves CMRR,by Merlin Blencowe)

 

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