Domanda:
Perché questo potenziometro in un percorso di feedback dell'amplificatore operazionale causa rumore quando viene regolato?
loudnoises
2019-07-09 14:36:57 UTC
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Ho posizionato un potenziometro da 100k dual-gang nel percorso di feedback di due amplificatori operazionali che funzionano come filtri Sallen-Key. Questo controlla il guadagno ma anche il fattore Q del filtro ( in qualche modo dimostrato su wikipedia. Tuttavia, quando sposto la manopola, fa un po 'di rumore.

Il rumore è dimostrato in questo video di YouTube.

Lo schema dei filtri è mostrato di seguito. Il potenziometro del fattore Q è RV3A e RV3B. Il Q minimo è impostato da R7 e R10. L'alimentazione per gli amplificatori operazionali proviene da una batteria potenziata da 9 V fino a 18 V con un regolatore LM27313.

Non sono davvero sicuro di cosa stia causando questo rumore o come potrei fare per prevenirlo. Il mio unico pensiero è che avere il piatto nel ciclo di feedback non è una buona idea, ma non c'è altro modo per controllare il fattore Q.

Sallen-Key filter schematic

Come posso alleviare questo rumore?

Edit: Ho accettato la risposta di @ Catalyst poiché era la più tecnicamente corretta. Apprezzo tutti i suggerimenti su come risolverlo. Ho simulato alcuni test sul posizionamento dei condensatori in parallelo con il potenziometro, ma hanno davvero incasinato la risposta in frequenza.

Ciò che ha risolto il circuito è stato metterlo in un recinto. L'utilizzo di un involucro in alluminio ha collegato saldamente tutti i vasi a terra, il che sembra aver generalmente migliorato notevolmente le prestazioni di rumore. Ecco un collegamento a un nuovo video che dimostra l'assenza di rumore. L'audio viene registrato esattamente nello stesso modo di prima. Non capisco appieno perché un terreno migliore abbia risolto il rumore del viaggio, ma sono sicuramente contento che l'abbia fatto.

Non hai mostrato il tuo alimentatore sullo schema.+ 8V è la massa virtuale (metà dell'alimentazione single-ended) o l'alimentazione positiva?
Sì, terreno virtuale o mid rail.In realtà è 9 V nel video perché il regolatore stava funzionando, quindi l'ho semplicemente spogliato e collegato la tensione di ingresso prima del boost (di un fattore 2) come mid rail.
E se "ruoti" le due pentole?Collegare i terminali centrali al invertitore op.amp.ingressi e gli altri 2 al loop di feedback e "terra virtuale"?Regolare i valori fissi di conseguenza.
@loudnoises Hai un numero di parte per il POT?Inoltre, potrebbe essere possibile trovare una pentola con un diverso tipo di tergicristallo che non genera rumore quando scorre.
@user4574 certo che sia un Bourns PDB182-K420P-104B, potenziometro lineare a doppia banda da 100k.
Perché c'è DC attraverso di essa.Collega la coda di quella gamba a terra, non + 8V.
@loudnoises La scheda tecnica per il POT dice "Sliding Noise 47 mV max" (senza specificare un circuito di prova).Questo implica che puoi aspettarti qualche rimbalzo o fluttuazione della resistenza mentre scivola.Potresti provare ad aggiungere una piccola capacità (diciamo 100pF) in parallelo per sopprimere il rumore.
@user207421 non c'è CC attraverso di esso perché è tenuto a terra virtuale, 8 V. Le uscite dell'amplificatore operazionale sono CA circa 8 V e così sono gli ingressi, il che significa che la tensione su ciascuna delle resistenze di feedback è solo CA.
Sei risposte:
Catalyst
2019-07-09 15:21:59 UTC
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Il rumore è causato da minuscole vibrazioni meccaniche dei tergicristalli sugli anelli (questi ultimi sono il materiale resistivo.) Poiché né il tergicristallo né il materiale dell'anello sono atomicamente lisci nel punto in cui si toccano, sfregare il tergicristallo sull'anello producevibrazioni.Alcune di queste vibrazioni sono perpendicolari alla zona di contatto tra il tergicristallo e l'anello.La resistenza del contatto tergicristallo / anello varia con la forza normale.Questa variazione transitoria / CA della resistenza di contatto è ciò che senti.

Come risolverlo è (IMHO dovrebbe essere) una domanda a parte.E non banale perché l'aggiunta di tappi su qualsiasi terminale del vaso cambierà le caratteristiche del filtro.

Ipoteticamente, stai dicendo di provare a filtrare il segnale di rumore meccanico cercando di mantenere il potenziale AC a zero posizionando un condensatore attraverso la pentola?Quindi dovrebbe essere possibile ma introdurrebbe un altro polo filtrante, che deve essere progettato in modo appropriato?Forse un filtro controllato in tensione sarebbe un design più semplice ...
Come risolverlo dovrebbe davvero essere un Q separato. Tuttavia, se il rumore durante la regolazione è un problema, potresti considerare l'aggiunta di un circuito di soppressione, per annullare l'uscita mentre vengono apportate le regolazioni.Ciò presuppone di avere un modo per dire che è disponibile una regolazione dei parametri.Non so se i vasi digitali siano adatti alle applicazioni audio.Qualcuno?
I vasi digitali @Catalyst: funzionano attivando e disattivando elementi resistivi.Mi aspetto che si veda il rumore di commutazione.L'altra cosa su di loro è che non sono particolarmente accurati e variano molto con la temperatura.Probabilmente proverei a farlo usando diodi varactor o qualche controllo a freddo (il controllo effettivo non fa parte del percorso del segnale).
@PeterSmith Penso che tu abbia ragione con il controllo a freddo: inserisci un fotoaccoppiatore LDR lì e potrebbe funzionare, consentendo al potenziometro di controllare la tensione sulla parte LED, che potrebbe essere filtrata quanto necessario per ridurre il rumore meccanico.[Qualcosa di simile a questa parte] (https://uk.farnell.com/advanced-photonix/nsl-32sr2/optocoupler-ldr-output-2kv/dp/3692206).
@loudnoises: che sembra una possibilità.
vangelo
2019-07-09 15:49:42 UTC
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Come posso alleviare questo rumore?

Probabilmente non è quello che vuoi leggere ora, ma: non usare potenziometri nei circuiti audio dove sono soggetti a correnti DC. Questo è il caso dei 2 vasi che hai menzionato, ma non degli altri 4.

A causa della natura meccanica del dispositivo, la variazione di resistenza non è "pulita" e continua. Se il potenziometro è soggetto a corrente continua, le rapide variazioni di resistenza si traducono in variazioni di tensione che vengono gestite dal circuito come segnale, a seconda di dove si trova il potenziometro.

In altre parole: piccole modifiche rapide al punto di lavoro CC provocano lo stesso effetto di un segnale CA iniettato nel circuito. Queste piccole variazioni di resistenza non si traducono in grandi variazioni di tensione se i potenziometri sono soggetti solo a piccole correnti CC (a causa di perdite di condensatori o ingressi op. Amp., Per esempio).

Aggiornamento: questo è un grossolano tentativo di documentare ciò che ho suggerito nei commenti:

enter image description here

Potresti spiegare * perché * non utilizzare pentole soggette a correnti CC.
@Huisman Grazie per il feedback.Ho aggiunto due paragrafi alla mia risposta.
Ipoteticamente l'amplificatore operazionale non dovrebbe assorbire corrente, quindi se il valore del potenziometro è lo stesso, la variazione del punto di funzionamento CC sarebbe la stessa.Dato che non c'è ancora un percorso AC verso terra, non riesco a vederlo cambiare molto, ma mi piacerebbe essere smentito.
Il modo in cui mi piace esprimere le cose è che una pentola tipica si comporta in modo molto simile a una pentola ideale con una resistenza casuale in serie con il tergicristallo;girare la pentola cambierà quella resistenza in modo imprevedibile.Se nessuna corrente scorre * attraverso il tergicristallo *, tuttavia, quella resistenza non avrà importanza.
@supercat In effetti la tua formulazione è molto più chiara del semplice dire "quando il potentometro è soggetto a corrente continua".Poiché ci sono tre terminali per un potenziometro, non è chiaro per quale percorso questa "corrente continua" sia un problema.Inoltre, ci sarebbe un problema se ci fosse anche una "corrente AC" attraverso il tergicristallo.Dire "DC" rende le cose più confuse.
Edin Fifić
2019-07-10 17:51:53 UTC
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schematic

simula questo circuito - Schema creato utilizzando CircuitLab

Le schede tecniche per i circuiti integrati dell'amplificatore audio consigliano vivamente di utilizzare un condensatore di blocco CC tra il potenziometro di ingresso e l'ingresso audio del circuito integrato al fine di evitare il rumore del cursore causato da una corrente CC molto piccola (dell'ordine di microampere o inferiore) tra il Ingresso IC e gamba di massa del potenziometro.

Mi scuso per aver impiegato così tanto tempo per tornare indietro, ero stato occupato e me ne ero dimenticato.

ECCO UNA RISPOSTA MIGLIORE (fare riferimento allo schema sopra!):

Le aggiunte suggerite al tuo circuito sono contrassegnate in rosso tratteggiato. CY1 e CY2 potrebbero essere fino a 1uF, vedere se c'è qualche differenza. CY3 può arrivare fino a 47uF. CY4 e CY5 sono suggeriti se non si hanno condensatori prima e dopo questo circuito nella catena audio. Per quanto riguarda il tuo problema di glitch, direi che è perché hai una bassa resistenza (RV2a e R9) che va dal rail di alimentazione positivo (+ 8V) all'ingresso non invertente degli U2a, e ciò causa clipping e distorsione. Gli ingressi dell'amplificatore operazionale non dovrebbero mai essere pilotati su rail positivo o negativo con DC, poiché ciò ridurrà il loro swing positivo o negativo (headroom) e causerà clipping e distorsione. Quello che di solito si fa è che i resistori che collegano la CC agli ingressi dell'amplificatore operazionale siano a massa reale (quando si dispone di una doppia alimentazione di tensione e la terra "si trova" nel mezzo) oppure si crea una massa virtuale utilizzando un semplice partitore di tensione come 2 resistori (di valori uguali, da 10k a 100k ciascuno) in serie tra rail positivo e negativo, usa il loro punto medio come massa ma assicurati di usare un condensatore di disaccoppiamento 1-2.2uF da quel punto alla massa effettiva (di solito il negativo rotaia). Quindi, il tuo R9 andrebbe su questo terreno (virtuale) invece del rail positivo di + 8V.In effetti, ti suggerirei di collegare tutti e 3 i punti di segnale che andranno a + 8V a questa terra virtuale invece, e vedere se questo risolve entrambi i tuoi problemi.Se non risolve il rumore durante la regolazione del fattore Q, è possibile posizionare condensatori da 1uF alle due estremità di entrambi i resistori da 68k e vedere se questo aiuta. Prova tutti questi cambiamenti nello schema uno per uno e fammi sapere quali hanno funzionato per te. Vorrei sapere se questi suggerimenti ti hanno aiutato.

Potresti indicare più precisamente (magari con uno schema elettrico) dove intendi posizionare i condensatori?Ti riferisci a loro come condensatori di blocco CC, il che mi fa pensare che dovrebbero essere in serie tra resistori e ingressi op-amp, ma la tua descrizione suona come se fossero in parallelo con il potenziometro.E forse un link alla scheda tecnica a cui ti riferisci.Ci sono un paio di cappucci di disaccoppiamento (0,1 e 1u) proprio accanto all'amplificatore operazionale utilizzato.E P.P.S .: tutti critici!:)
schadjo
2019-07-10 00:40:54 UTC
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Su una nota più pratica, è possibile che il vaso sia semplicemente sporco.Se il vaso non è sigillato, puoi applicare una piccola quantità di Deoxit Green a entrambi i wafer, fare un ciclo più volte sul piatto e vedere cosa succede.I tecnici degli amplificatori e gli hobbisti hanno eliminato i potenziometri graffianti su molti amplificatori in questo modo.

Rpage aseet
2019-07-10 08:28:37 UTC
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Ho avuto alcuni sintetizzatori Moog con potenziometri rumorosi.Dopo averli sostituiti con pentole nuove e pulite, il rumore è rimasto.Si è scoperto che i condensatori elettrolitici si erano guastati e stavano perdendo corrente continua sulle pentole facendole suonare proprio come pentole sporche.Ho sostituito gli ecaps e il rumore è sparito.

Benvenuto in EE.SE!Il tuo punto è valido ma questo è più un commento che una risposta che può stare da sola al momento.Una volta che hai un po 'più di reputazione puoi lasciare commenti.In alternativa, espandi la tua risposta riguardo al rumore del vaso.
Maxim
2019-07-10 16:33:14 UTC
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Per il guadagno controllato in tensione è possibile utilizzare JFET, che si comporta come un resistore lineare, o un amplificatore a transconduttanza.Quest'ultimo ha un ingresso di guadagno di tensione.Allo stesso modo, puoi usare un altro amplificatore operazionale al posto del tuo resistore per spostare il punto CC e regolare il guadagno.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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