Модуль аттенюатора ATT01

Часть 2 - изготовление и настройка

Разрабатываем печатную плату

Как и для других модулей нашего набора, печатная плата модуля аттенюатора ATT01 разрабатывалась в CAD-системе EAGLE 7.5.0, как односторонняя, а если некоторые цепи развести на одной стороне платы не получалось - использовались проволочные перемычки.

Результат работы EAGLE показан на рисунках внизу. Соответствующие файлы можно скачать по ссылкам в конце этой публикации.

Плата модуля аттенюатора. Вид со стороны элементов. — Рис.2. Плата модуля аттенюатора ATT01. Вид со стороны элементов.

Плата модуля аттенюатора. Вид печатных проводников в зеркальном отображении ("сквозь плату"). — Рис.3. Плата модуля аттенюатора ATT01. Вид печатных проводников в зеркальном отображении ("сквозь плату").

Напоминаем, что расположение элементов на верхнем рисунке показано так, как оно будет выглядеть в собранном изделии, а печатные проводники на нижнем рисунке - в зеркальном отображении ("вид сквозь плату"), поскольку именно такое отображение нужно для подготовки фотошаблонов как для метода изготовления печатной платы с фоторезистом, так и для лазерно-утюжного метода.

Как обычно, после экспорта рисунка печатной платы из CAD-системы потребовалась его ручная доработка в графическом редакторе чтобы:

увеличить диаметр и изменить форму некоторых контактных площадок
изобразить в центре каждой контактной площадки отверстие в фольге, которое будет служить «зенковкой» при сверлении платы
украсить фотошаблон различными надписями, которые также делаются в зеркальном отображении
сделать его не цветным, а монохромным, и, если предполагается использовать метод с фоторезистом, то перевести его в негатив

В итоге этой доработки получился окончательный вид фотошаблона (для метода с пленочным фоторезистом), показанный ниже:

Плата модуля аттенюатора. Фотошаблон для метода с пленочным фоторезистом. — Рис.4. Плата модуля аттенюатора ATT01. Фотошаблон для метода с пленочным фоторезистом.

Этот файл также доступен для скачивания по ссылке в конце публикации.

Изготовив плату и смонтировав на ней все элементы, получим примерно такое изделие:

Модуль аттенюатора в сборе. — Рис.5. Модуль аттенюатора ATT01 в сборе.

Включаем и настраиваем модуль

Строго говоря, какой либо специальной настройки модуль не требует, необходимо лишь проверить, что его параметры соответствуют ожидаемым. Если сопротивления резисторов в делителе и в цепи обратной связи буферного усилителя соответствуют указанным на схеме с точностью хотя бы 0,5%, а желательно, и еще точнее, то требуемые коэффициенты передачи модуля получатся именно такими, как указано в таблице в первой части этой публикации.

Для включения модуля ATT01 и измерения его параметров собираем схему, показанную ниже:

Рис.6. Подключение модуля аттенюатора для настройки и испытаний.

Входной сигнал напряжением 1 V (RMS) частотой 400 Гц подается от любого звукового генератора. Можно использовать модуль генератора сигналов, включенный по схеме тестового стенда, если он у вас уже собран. Для подачи логических уровней на входы A, B и C используется DIP-переключатель, а при его отсутствии - любые независимые переключатели с фиксацией. Напряжение +5 V на переключатель подается либо от отдельного источника, либо от регулятора напряжения +5 V на самой плате модуля. В этом случае верхние по схеме выводы DIP-переключателя соединяются с выводом 16 микросхемы IC1.

Питание +12V / -12V на модуль подается от внешнего двухполярного источника, а выход модуля подключается к осциллографу, милливольтметру и любым другим измерительным приборам, которые помогут понять, что именно у нас получилось в результате.

После включения модуля нужно будет, подавая различные сочетания логических уровней на входы A, B и C и переставляя перемычку SV1 в положения 1-2 и 2-3, убедиться, что аттенюатор меняет уровень выходного сигнала в соответствии с таблицей.

Полезно также проверить частотную характеристику модуля, которая зависит главным образом от быстродействия операционного усилителя IC2. Для этого на вход модуля по очереди подают сигналы синусоидальной формы напряжением 1 В с частотами 12,5 Гц, 400 Гц и 65 кГц и измеряют соответствующие выходные напряжения. Эти измерения производят сначала при установке перемычки SV1 в положение 1-2, затем - в положение 2-3. Как правило, при единичном усилении (перемычка в положении 1-2) выходные напряжения на краях диапазона снижаются не более чем на 1 дБ по отношению к частоте 400 Гц, что можно считать допустимым. А при усилении в 3,16 раза (перемычка в положении 2-3) завал частотной характеристики на высоких частотах может оказаться больше и достигать -3 дБ, что уже допустимым считать нельзя. В этом случае имеются два возможных варианта действий:

подобрать и установить в качестве IC2 более быстродействующий операционный усилитель или
установить параллельно резисторам R18, R19 корректирующую цепочку, состоящую из последовательно включенных резистора R_corr сопротивлением 20 кОм и конденсатора C_corr емкостью 220 пФ в соответствии со схемой, показанной справа. Указанные номиналы являются ориентировочными и, возможно, их придется подобрать в зависимости от частотных свойств установленной в модуле микросхемы операционного усилителя. При этом надо иметь в виду, что емкость конденсатора определяет частоту, начиная с которой проявляется корректирующее действие цепочки, а сопротивление резистора - величину подъема АЧХ. Чем больше емкость, тем более низкие частоты подвергаются коррекции и чем меньше сопротивление, тем больше подъем АЧХ на высоких частотах. Однако, увлекаться такой коррекцией не следует, посколько неверно выбранные величины емкости и сопротивления могут привести к самовозбуждению операционного усилителя.

Что получилось в итоге

Измерение параметров собранного модуля ATT01 должно подтвердить следующие параметры:

Номинальное входное напряжение	1 В RMS (0 dBV)
Максимально допустимое входное напряжение	3,16 В RMS (+10 dBV)
Входное сопротивление	100 кОм
Выходное сопротивление	менее 1 Ом
Минимальное допустимое сопротивление нагрузки	16 Ом
Диапазон частот ^*1	12,5 Гц . . . 65 кГц
Коэфф. нелинейных искажений, не более ^*2	0.5 %
Ток потребления по цепи +12V, не более^*2	5 мА
Ток потребления по цепи - 12V, не более^*2	5 мА
Ток потребления по цепи +12V, не более^*3	32 мА
Ток потребления по цепи - 12V, не более^*3	32 мА
Габаритные размеры	73 x 42 x 22 мм

*1 - При R_нагр 1 кОм, с неравномерностью АЧХ на краях диапазона не более 1 dB.
*2 - При R_нагр 1 кОм, входном напряжении 1 V RMS частотой 400 Гц, перемычке SV1 в положении 1-2.
*3 - При R_нагр 16 Ом, входном напряжении 1 V RMS частотой 400 Гц, перемычке SV1 в положении 1-2.