Wie kann man Widerstände spiegeln? (Verwenden Sie denselben variablen Widerstand für mehrere Operationsverstärkerverstärkungen)

Wenn Sie mit Audiofrequenzen arbeiten, würde ich die Verwendung eines monolithischen spannungsgesteuerten Verstärkers (VCA) empfehlen, wobei die analoge Steuerspannung von einem einzelnen Potentiometer kommt, und vielleicht ein Puffertreiber für niedrige Impedanz, um die Gain-Steuereingänge mit höherer Impedanz Ihres 4 Kanäle.

Ein einkanaliger VCA ist der SSM2018 von Analog Devices. Der 4-Kanal SSM2154 ist veraltet. Ich bin sicher, dass es ähnliche Geräte von anderen Anbietern gibt.

Wenn Sie mit höheren als Audiofrequenzen arbeiten, sollten Sie sich die Auswahl der Anbieter von Verstärkern mit variabler Verstärkung (VGA) und Verstärkern mit programmierbarer Verstärkung (PGA) ansehen. Diese werden jedoch wahrscheinlich durch eine 6-Bit- bis 8-Bit-Digitalsteuerung eingestellt und nicht über eine analoge Steuerspannung, die leicht von einem Potentiometer erhalten werden würde.

Ein einfacher Ansatz ist die Verwendung einer JFET-Shunt-VCA-Topologie. Dieses Bild ist mit freundlicher Genehmigung von Elliott Sound Products ( https://sound-au.com/articles/vca-techniques.html )

National Semiconductor AN32 von 1970 hat einen JFET als Dämpfungsglied am Eingang eines Operationsverstärkers. In dieser Konfiguration würden Sie eine feste Verstärkung verwenden, um Ihren Ausgang auf ein Maximum zu verstärken und ihn in der Endstufe mit der Steuerspannung abzuschwächen. Das Bild unten wäre die letzte Stufe nach Ihrer Verstärkungsstufe.

Wenn Sie das folgende Gerät in Betracht ziehen: -

Betrachten Sie nun die Aktion des analogen Schalters (dessen Steuereingang vom LTC6992 angesteuert wird, dh er wird mit 1 MHz ein- und ausgeschaltet). Sie sollten erkennen, dass Sie die Amplitude eines analogen Signals steuern können, indem Sie es durch den "umschaltenden" analogen Schalter führen. Je höher das Tastverhältnis, desto mehr wird das Signal zum Ausgang des Schalters übertragen: -

Tatsächlich modulieren Sie das analoge Eingangssignal pulsbreitenmoduliert, und der durchschnittliche Pegel des Signals wird durch das Eingangssignal und das Tastverhältnis der PWM bestimmt. Es ist ein ziemlich genauer analoger 2-Quadranten-Multiplikator.

Nach dem analogen Schalter benötigen Sie einen ziemlich einfachen Tiefpassfilter, um die hochfrequenten Schaltartefakte zu entfernen. Also ein PWM-Chip, der mit 1 MHz arbeitet, mehrere analoge Schalter (1 pro Audiokanal) und mehrere Operationsverstärker-basierte Sallen-Key-Filter, um das HF-Rauschen zu entfernen, und das sollte funktionieren. 1 Potentiometer, das mit dem Eingang des LTC6992 verbunden ist, steuert die Amplitude mehrerer Signale um denselben Faktor.

Das Problem mit VCAs und spannungsgesteuerten Widerständen besteht darin, eine perfekte Verfolgung der Verstärkung in jedem Kanal zu erreichen. Sie sagen nicht, wie genau Sie die Kanäle aufeinander abstimmen müssen; Wenn eine Abweichung von etwa 0,5 dB zwischen den Kanälen akzeptabel ist, haben Sie eine große Auswahl an Optionen.

Das in einer anderen Antwort erwähnte SSM2018 ist sehr, sehr gut, aber seine Datenblattnotizen (S. 11):

Eine Temperaturänderung von 25 °C bewirkt eine Erhöhung der Verstärkungskonstante um 8,25 %, was zu einer Verstärkungskonstante von 30 mV/dB führt.

Der viel billigere (duale) LM13700 bietet laut Datenblatt eine 0,3-dB-Verstärkungsverfolgung zwischen verschiedenen Verstärkern.

Wenn Sie jedoch eine viel bessere Verstärkungsanpassung zwischen den Kanälen benötigen, werfen Sie einen Blick auf einen MDAC - Multiplying DAC -, der ein geschaltetes Dämpfungsglied ist, bei dem die Verstärkungseinstellung durch Ändern des Codes an den digitalen Eingängen angewendet wird. Sie müssten also den Topf im ADC lesen, der in einen Mikrocontroller eingebaut ist, und den entsprechenden Code für alle Kanäle an den MDAC schreiben.

Die erreichbare Verstärkungsanpassung ist durch die Präzision des MDAC begrenzt, und Sie können möglicherweise eine höhere Bandbreite erreichen als Geräte, die auf die Verwendung von Audio spezialisiert sind.

Nach einigen weiteren Recherchen fand ich heraus, dass Sie mit einem FET einen spannungsgesteuerten Widerstand herstellen können , und auch dieses anweisbare , das eine LED und eine Fotozelle verwendet, und resistive Optokoppler passen auch in die Rechnung. Es gibt auch einen „aktiven Widerstand“ oder eine „aktive Last“, die in integrierten Schaltungsdesigns verwendet werden, aber das gesamte Material, das ich auf den Schaltungen finden konnte, war mir im Moment ein Rätsel.

Eine Möglichkeit, dies zu tun, ist die Verwendung eines EEPOT (Electrically-Erasable Potentiometer). Sie sind in allen Werten von 1K bis 1M erhältlich und haben bis zu 6 Töpfe in einem Paket. Hier ist das Datenblatt für den AD5253/5254 , der ein Quad-EEPOT ist. In Ihrem Fall würden Sie offensichtlich alle Potis auf den gleichen Wert einstellen.

Sie benötigen einen Mikrocontroller, um den Widerstandswert einzustellen, da der EEPOT von einem I2C-Bus läuft. Praktisch alle Mikrocontroller haben heutzutage I2C. Sie müssten nicht einmal eine ausgefallene Benutzeroberfläche haben, nur Auf- und Ab-Tasten, die den Widerstandswert erhöhen und verringern würden. Wenn Sie den EEPOT auf einen genauen Wert einstellen müssen, können Sie einem PC mit einem UART-zu-USB-Konverter wie diesem eine serielle Schnittstelle hinzufügen, mit der Sie den Widerstand über ein Terminalprogramm auf dem PC wie RealTerm einstellen können .