Система поддержания нуля для УМЗЧ
Главная
Акустика
Аудио
Статьи и заметки
Фотогалерея
Гостевая
Ссылки
Обо мне
Напишите мне
Аудио → Управление и питание → Система поддержания нуля для УМЗЧ

Многие знают, что из-за отсутствия разделительных конденсаторов на входе и выходе усилителя, при гальванической связи между каскадами и несимметрии плеч усиления на выходе схемы может присутствовать некоторое значение постоянного напряжения. Особо это неприятно в усилителях мощности звуковой частоты, когда это напряжение греет катушку НЧ динамика, вызывает смещение диффузора в ту или иную сторону (зависит от полярности напряжения ошибки). В конце концов, оно добавляет шумы промышленной сети и бытовых приборов, не отфильтрованные в источнике питания.

• Общее описание

Данная серво система работает на принципе сравнения опорного потенциала и потенциала ошибки, и добавления обратной величины на вход усилителя с целью компенсации напряжения ошибки на его выходе. Как правило, такая система представляет собой интегратор на основе ОУ:

Загрузить схему в новом окне [13,1кБ]

Схема устройства поддержания нуля
для неинвертирующего усилителя.

 Загрузить схему в новом окне [11,7кБ]

Схема устройства поддержания нуля
для инвертирующего усилителя.

Рассмотрим работу схемы для инвертирующего усилителя. Опорный потенциал, равный 0В, подается на неинвертирующий вход ОУ сервосистемы, а сигнал ошибки с выхода усилителя мощности через высокоомный R1 подается на инвертирующий вход. ОУ их сравнивает и выдает напряжение рассогласования, которое проходя через делитель R3,R4 поступает на неинвертирующий вход усилителя. Причем это напряжение имеет только постоянную состовляющую (в идеале), поскольку конденсатор в обратной связи ОУ отрезает все частоты выше 0Гц.
Делитель R3,R4 должен обеспечить такой уровень управляющего напряжения на входе усилителя, при котором оно бы усиливалось до величины потенциала ошибки и полностью его компенсировало.
D1,D2 необходимы для защиты входов ОУ от высокого напряжения, поступающего с усилителя. Таким образом, входные сигналы для ОУ ограничены на уровне 0,6-0,7В. Значит, если постоянное напряжение будет больше этой величины (очень возможно), то сервосистема не сможет корректно выработать компенсирующее напряжение и, следовательно, постоянка на выходе усилителя не будет полностью "подавлена". Чтобы избежать этого, нужно расширить диапазон напряжений на входе сервосистемы. Дмитрий Андронников взамен диодам предложил встречно-последовательное включение диодов Зенера (стабилитронов) на 3,3В. Таким образом, входные напряжения на входе U2 могут достигать 3,9-4В.

    Сформулируем основные требования при выборе операционного усилителя для устройства поддержания нуля:
  1. Наименьшие входные токи (Input Bias Current);
  2. Высокий коэффициент усиления без ООС (OPEN LOOP GAIN).
Первое требование связано с наличием на входе высокоомного резистора R1. Например, если взять микросхему NE5534, то падение напряжения на этом сопротивлении составит 1,5В - весь смысл установки нуля теряется. Возьмем микросхему из той же ценовой категории, но с полевыми транзисторами на входе - TL071. Падение на R1 составит всего 0.2мВ, поэтому в идеале на выходе усилителя останется это же значение. В принципе ОУ с большими входными токами допустимо использовать, если изменить опорный потенциал до значения падения напряжения на R1.
Второе требование обусловлено наличием конденсатора в ОС, который на постоянном токе имеет бесконечное сопротивление, а значит ОУ должен иметь бесконечный Ку. Таким образом, выполнив данное требование, мы максимально приближаем наш интегратор к идеальному.
Остальные параметры операционных усилителей несущественно влияют на работу устройства. Правда, это можно отнести только к схемам, в которых для данной системы используется отдельный операционник. В случае со сдвоенными - когда один ОУ служит буфером или компенсатором сопротивления акустических проводов, а другой используется по назначению - на первый план выходят и другие параметры микросхем:
  1. Гармонические искажения (THD);
  2. Интермодуляционные искажения (IMD);
  3. Скорость нарастания сигнала (Slew Rate);
  4. Разделение каналов (Channel Separation);
  5. Мощностная полоса пропускания (Full Power Bandwidth).
При таких обстоятельствах их необходимо учитывать на ровне с 1 и 2 требованием - прийдется найти компромисс между теми или иными параметрами.

• Детали

Примерами операционных усилителей, которые подойдут на роль интегратора для сервосистемы, могут быть перечисленные ниже, а также другие микросхемы, отвечающие вышеприведенным параметрам и требованиям.

    Одинарные ОУ
  • TL071 (Ib=200pA Ku=106dB);
  • LF41 (Ib=200pA Ku=106dB);
  • CA3140 (Ib=50pA Ku=100dB);
  • AD825 (Ib=40pA Ku=76dB);
  • AD711 (Ib=50pA Ku=112dB);
  • OPA627(Ib=10pA Ku=116dB);
  • OPA134 (Ib=5pA Ku=120dB);
  • OPA132 (Ib=50pA Ku=130dB).
    Сдвоенные ОУ
  • TL072 (Ib=200pA Ku=106dB SR=16V/uS THD=0.01%);
  • LF412 (Ib=200pA Ku=106dB SR=15V/uS THD=0.02%);
  • AD712 (Ib=50pA Ku=112dB SR=20V/uS THD=0.0003%);
  • OPA2604 (Ib=100pA Ku=100dB SR=25V/uS THD=0.0003%);
  • OPA2134 (Ib=5pA Ku=120dB SR=20V/uS THD=0.00008%);
  • OPA2132 (Ib=50pA Ku=130dB SR=20V/uS THD=0.00008%).

• Ссылки по теме

  1. Описание сервосистемы для LM3886 от National Semiconductor в пункте 7.2.2 Servo Circuits;
  2. Расчет интегратора от Романько Александра (aka RAV);
  3. Серво - обсуждение на форуме Vlab.netsys.ru.

Последнее обновление 26.02.2006
Аудио → Управление и питание → Система поддержания нуля для УМЗЧ