Схема активного фильтра для исследования выходного сигнала усилителя класса D

Maxim MAX9727

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июнь 2019

John Guy, Maxim Integrated

EDN

Растущее признание усилителей класса D помогло им потеснить на рынке своих линейных собратьев класса AB. Это признание не вызывает удивления; преимуществ у усилителей класса D – легион, однако такие усилители также требуют новых методов оценки. Например, рассмотрим основополагающий синусоидальный тест линейного усилителя. Вы подаете питание, прикладываете к входу синусоидальный сигнал подходящей амплитуды и подключаете к выходу щуп осциллографа. Вы увидите точную копию входа, обычно смещенную примерно на половину напряжения источника питания. Даже если линейный усилитель управляет нагрузкой, подключенной к мосту, вы все равно увидите узнаваемую копию входа на любом конце нагрузки, хотя и половинного уровня.

Тестирование усилителей класса D сопряжено с большими трудностями. На выходе усилителя формируется ШИМ сигнал, переключающийся между землей и напряжением питания на частоте, которая обычно находится между 200 кГц и 2 МГц. Однако когда вы просматриваете этот выход ШИМ на осциллографе, вы не видите никакого сходства с синусоидальным входом.

Схема фильтра, изображенная на Рисунке 1, позволяет наблюдать выходной сигнал аудиоусилителя класса D. Основанная на счетверенном аудио драйвере Maxim MAX9727 (IC1), схема объединяет отдельные несимметричные фильтры – по одному для каждой фазы выходов полумостов – с третьим усилителем, который обеспечивает разностный сигнал и дополнительную фильтрацию. Первый каскад каждой секции несимметричного фильтра вносит комплексно сопряженную пару полюсов 30 кГц фильтра Баттерворта третьего порядка с множественной обратной связью, для проектирования которого имеется множество рекомендаций и формул. Каждая секция фильтра третьего порядка содержит комплексно-сопряженную пару полюс-ноль и один вещественный полюс.

Использование фильтра третьего порядка с частотой среза 30 кГц позволяет наблюдать выходной сигнал усилителя класса D с помощью осциллографа.
Рисунок 1. Использование фильтра третьего порядка с частотой среза 30 кГц позволяет наблюдать
выходной сигнал усилителя класса D с помощью осциллографа.

Чтобы улучшить согласование между путями прохождения сигналов, два отдельных фильтра с множественной обратной связью имеют общий вещественный полюс, создаваемый конденсатором C1 емкостью 470 пФ и 11-килоомными резисторами R1 и R6. Схема использует этот полюс как разностный усилитель, тем самым, создавая отфильтрованный выходной сигнал, представляющий собой несимметричную версию выходов мостового усилителя. Сигнальные пути фильтров представляют импедансы 5.5 кОм для каждого из входов секций A и B усилителя. Внимательно посмотрев на схему, можно увидеть, что равный 5.5 кОм импеданс цепи между выходом секции B усилителя и конденсатором C1 включает в себя эквивалентное сопротивление Тевенина резисторов R6 и R7. Аналогично, импеданс цепи между выходом секции A усилителя и конденсатором C1, также равный 5.5 кОм, включает в себя эквивалентное сопротивление Тевенина резисторов R1 и R2. Обратите внимание, что виртуальная земля инвертирующего входа усилителя D эффективно заземляет резистор R2.

Согласованные резисторы ослабляют сигналы на обоих дифференциальных входах усилителя D на 6 дБ. (Резисторы R1 и R2 – на входе IN+, резисторы R6 и R7 – на входе IN–). 22-килоомный резистор обратной связи R3 устанавливает усиление усилителя D, равным двум, определяя единичную передаточную функцию в полосе пропускания схемы. Выход схемы, несимметричный относительно земли, позволяет использовать землю осциллографа также в качестве земли выходного сигнала. Версия этой схемы, основанная на традиционных операционных усилителях, потребовала бы источника отрицательного напряжения питания, но MAX9727 уже содержит источник отрицательного напряжения, которое генерируется его внутренней схемой зарядового насоса. Если схема работает от источника питания 5 В, уровень ее выходного сигнала превышает 2.5 В с.к.з. Хотя ее фильтр третьего порядка не подходит для точных измерений искажений или шумов, схема может служить отличным инструментом для поиска неисправностей и оценки схем усилителей класса D и проверки их выходов на осциллографе.

Материалы по теме

  1. Datasheet Maxim Integrated MAX9727

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Active-filter circuit and oscilloscope inspect a Class D amplifier's output

Цена MAX9727MAX9727 на РадиоЛоцман.Цены
7 предложений от 7 поставщиков
Усилители звука Quad Audio Line Drvr w/3VRMS Output
ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
ЭлитанMaximMAX9727EEP+71,40 руб.
ЭИКMaximMAX9727EEP+по запросу
TradeElectronicsMaximMAX9727EEP+по запросу
МосЧипMaximMAX9727EEP+Tпо запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • "Не знаю как в Англии, может, там собака друг человека" Я подключал вместо дин. резистор и смотрел синусоиду, она была похожа на входную, на разных частотах по разному. Через "штатные" L-C фильтры.
  • У меня аналогичный вопрос - в чём смысл данного фильтра, когда фильтр должен быть стандартным? Применение усилителя НЧ класса D тоже вызывает недоумение при исходном цифровом сигнале! Казалось бы прямое преобразование в ШИМ проще и нет нужды в капризном ЦАПе...