В первой части этой статьи [1] мы увидели, как использовать усилитель мощности TDA7052A (или аналогичный) для создания минималистского мощного генератора типа сирены, а также в различных рабочих условиях рассмотрели характеристики искажений этого устройства – простого, но полуприличного генератора на мосте Вина. Во второй части мы превратим эту полуприличность в нечто более респектабельное, сосредоточившись на минимизации искажений и игнорируя примитивную песню сирены. Мы также будем придерживаться 5-вольтового питания, хотя микросхема может работать с напряжением до 18 В. Новая схема показана на Рисунке 1.
 |
|
| Рисунок 1. | Добавление более точной схемы определения уровня позволяет значительно улучшить контроль амплитуды, а также уменьшить искажения. |
Большинство изменений коснулись контура управления, но также было увеличено сопротивление входного резистора R5, поскольку теперь нам доступно большее усиление, так как напряжение на выводе Vcon можно как увеличивать, так и просто притягивать к земле. Отметим, что последовательное соединение R5 и входного сопротивления микросхемы U1, номинально равного 20 кОм, слегка шунтирует цепочку R2-R4; это немного мешает работе. Добавление резистора 120 кОм параллельно R1 и R3 могло бы компенсировать это, но практическая разница будет ничтожной. Сопротивления половин сдвоенных потенциометров в любом случае никогда не совпадают, поэтому вполне допустимо, если сопротивление R1 будет меньше R2.
Подробное описание контура управления
Пиковые уровни выходного сигнала теперь определяются путем сравнения с опорным напряжением, задаваемым потенциометром R9 (или его движком) и резистором R10. (Будьте внимательны: сопротивления потенциометра R9 и постоянного резистора R10 должны совпадать, поэтому, возможно, потребуется подбор последнего). Потенциал точки соединения резисторов R11 и R12 находится на уровне примерно 650 мВ до тех пор, пока пиковая амплитуда не превысит опорное значение, когда диоды D1 или D2 на короткое время понизят его приблизительно до 450 мВ. Полученный поток ослабленных импульсов фильтруется элементами R6/C6 и R7/C7, а также сдвигается по уровню и буферизуется транзистором Q1 на выводе Vcon микросхемы U1. U2 – это операционный усилитель MCP6022, который имеет низкое входное напряжение смещения и достаточно быстр, чтобы хорошо работать в качестве компаратора. Общая температурная стабильность хорошая, уровень выходного сигнала практически не меняется в диапазоне от 20 °C до приблизительно 50 °C.
Любые остаточные пульсации в контуре управления, подобном этому, будут вызывать искажения из-за модуляции сигнала. Они минимизируются опережающе-запаздывающим фильтром R6/C6 и C7/R7, который также контролирует время установления. Используемые номиналы компонентов оставляют контур несколько недодемпфированным на низких частотах, но являются хорошим компромиссом.
Спектры с ненагруженными выходами при уровнях сигналов 0 дБВ и –10 дБВ показаны на Рисунке 2.
 |
|
| Рисунок 2. | Спектры выходов сигналов 1 кГц при уровнях 0 дБВ и –10 дБВ показывают THD около –60 и –73 дБ, соответственно, то есть 0.1% и 0.02%. |
Дальнейшее снижение выходных уровней не приводит к значительному уменьшению искажений, отчасти потому, что эта схема управления становится менее устойчивой. Любое смещение одного выхода относительно другого может привести к пропуску одной «фазы» импульсов, что приведет к увеличению искажения по второй гармонике, как следует из относительных уровней второй и третьей гармоник для двух уровней сигналов, показанных на Рисунке 2. Регулировка смещения усилителя мощности на удивление мало что меняет, поэтому она не реализована.
Попытка получить управляющее напряжение от более сложного двухполупериодного выпрямителя дала практически те же самые показатели искажений, поэтому мы останемся верными схеме на Рисунке 1, будем работать с сигналами –10 дБВ или немного ниже и смиримся с ее THD.
Несколько завершающих штрихов
Замена конденсаторов C1 и C2 на 3.3 нФ и 330 нФ дала ожидаемые характеристики на более высоких и низких частотах, хотя в нижней части диапазона искажения были на несколько децибел выше, а уровень был хуже контролируемым на самых высоких частотах. Все, что нужно, чтобы превратить это в полезный комплект, – это выходной каскад, для которого хорошо подходит довольно обычная схема на Рисунке 3.
 |
|
| Рисунок 3. | Простой выходной каскад может выдавать до +5 дБВ, что соответствует размаху от шины до шины при напряжении питания 5 В. |
Дополнительный каскад практически не вносит искажений и оставляет запасной операционный усилитель (U3b), который можно использовать для инвертирования сигнала от U3a для получения противофазных выходов. Последний спектр, полученный при сигнале генератора –10 дБВ и размахе выходного сигнала около 5 В, показан на Рисунке 4. Это подтверждает, что общий THD равен –73 дБ, или 0.022%. Вряд ли это потрясающий показатель, но все же вполне приличный.
 |
|
| Рисунок 4. | Спектр на выходного сигнала схемы на Рисунке 3 при выходном сигнале примерно +5 дБВ. |
При изготовлении макета этой схемы не пострадал ни один высокочастотный динамик, хотя нагрузочный резистор 10 Ом, ¼ Вт начинал дымиться. Резистор мощностью 1 Вт был бы полезнее, так как он только нагревался бы.
Ссылка
- Nick Cornford. Усилители мощности, которые генерируют колебания – преднамеренно. Часть 1 – Простое начало
Купить MCP6002 на РадиоЛоцман.Цены
