Радиолоцман Электроника en
расширенный поиск +
  

21-02-2019

Новая схема смещения снижает нелинейные искажения буферов класса AB

Texas Instruments » OPA2134

Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2018

Peter Demchenko

Electronic Design

Схемы смещения для буферов класса AB (Рисунок 1а) могут иметь различный вид. Один из вариантов (не обязательно лучший) обычно называют «старый удвоитель VBE» (Рисунок 1б).

В типичном буфере класса AB (а) может использоваться множество схем смещения, включая удвоитель VBE (б).
Рисунок 1. В типичном буфере класса AB (а) может использоваться
множество схем смещения, включая удвоитель VBE (б).

Основное назначение таких схем состоит в том, чтобы обеспечить независящее от напряжения питания (и очень часто термокомпенсированное) смещение выходных транзисторов, и именно на это нацелены основные усилия разработчиков. Но нельзя также забывать и о качестве сигнала. Нелинейности используемых устройств (как, например, в схеме смещения на Рисунке 2) будут вносить существенный вклад в суммарный коэффициент гармоник (THD) буфера.

Нелинейности устройств, используемых в некоторых схемах смещения, подобных представленной на этом рисунке, могут вызывать искажения усиленного сигнала.
Рисунок 2. Нелинейности устройств, используемых в некоторых
схемах смещения, подобных представленной на этом
рисунке, могут вызывать искажения усиленного сигнала.

Действительно, прямые измерения показывают, что при симметричном возбуждении через A1 (Рисунок 3) THD = 0.13%. Более распространенное асимметричное возбуждение через А2 увеличивает THD до чудовищного значения 0.43%, что обусловлено значительно более высоким уровнем второй гармоники в спектре выходного сигнала.

Эта схема иллюстрирует две возможности смещения. Симметричное возбуждение через А1 создает THD = 0.13%. Более распространенное асимметричное возбуждение через А2 дает THD = 0.43%.
Рисунок 3. Эта схема иллюстрирует две возможности смещения. Симметричное
возбуждение через А1 создает THD = 0.13%. Более распространенное
асимметричное возбуждение через А2 дает THD = 0.43%.

Для устранения этих искажений часто добавляют конденсатор C1. Но для правильной работы импеданс C1 на самых низких частотах должен быть во много раз ниже, чем динамическое сопротивление схемы смещения, которое и само должно быть достаточно низким. В результате этот метод обычно непрактичен, особенно для интегральных усилителей.

Для исключения влияния схемы смещения на спектр усиленного сигнала можно добавить два согласованных резистора R3 и R4, балансирующих мостовую схему R1/R2/R3/R4 (Рисунок 3). Разумеется, резисторы этого моста должны быть низкоомными, чтобы минимизировать влияние входных импедансов транзисторов Q1 и Q2. Кроме того, в этом случае желательно использовать транзисторы с большим коэффициентом передачи тока.

При правильной балансировке на обоих выводах схемы смещения будут одинаковые уровни переменного напряжения, что исключит прохождение через нее переменного тока. Результатом будет резкое снижение THD до уровня всего 0.05%. Более того, резисторы R3 и R4 обеспечивают устойчивость повторителя Q1, Q2, особенно при емкостной нагрузке.

При переключателе в положении «1» (обычная схема смещения) и более тяжелой нагрузке (25 Ом при напряжении 6 В) THD этой схемы равен 0.022%. Если переключатель установлен в положение «2» (усовершенствованная схема смещения), THD = 0.007%.
Рисунок 4. При переключателе в положении «1» (обычная схема смещения) и более
тяжелой нагрузке (25 Ом при напряжении 6 В) THD этой схемы равен 0.022%.
Если переключатель установлен в положение «2» (усовершенствованная
схема смещения), THD = 0.007%.

На Рисунке 4 показана половина стереофонического усилителя наушников с THD < 0.005% при выходном напряжении VOUT = 3 В пик-пик на нагрузке 60 Ом. Для того чтобы сравнивать обычную и новую схемы, был добавлен переключатель Sw. В практической схеме его быть не должно, а диоды D1-D4 могут быть заменены одним красным светодиодом. С более тяжелой (и более типичной) нагрузкой 25 Ом при VOUT = 6 В в положении переключателя «1» (обычная схема) THD = 0.022%. Напротив, THD новой схемы (ключ в положении «2») составляет всего 0.007%.

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: THD-Enhanced Bias Circuit Design Targets Class AB Buffers

Цена OPA2134OPA2134 на РадиоЛоцман.Цены — от 0,02 до 394 руб.
44 предложений от 32 поставщиков
Исполнение: SO8-150-1.27. SoundPlus(TM) High Performance Audio Operational Amplifiers Операционный усилитель OPA2134UA. Описание в формате PDF
ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
ТриемаOPA2134PA0 руб.
AliExpress1 шт./лот OPA2134UA SOP8 высокая производительность аудио усилителей OPA2134 SOP лапками углублением SOP-8 в наличии13 руб.
ПМ ЭлектрониксTexas InstrumentsOPA2134PAG4от 247 руб.
ЭлектроПластOPA2134UJ/2K5E4по запросу
Снизить потери энергии: гетероструктурные полевые транзисторы CoolGaN от Infineon
Пассивные компоненты для передовых разработок
Срезы ↓
Новая Инженерная Школа
Новая Инженерная Школа
Курсы и семинары для инженеров, технологов, разработчиков и конструкторов предприятий приборостроения.
Рейтинг@Mail.ru