СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 6/2016

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2016 а б Применение инструментального усилителя в усилителе низкой частоты Рис. 2. Структурная схема инструментального усилителя Рис. 1. Схемы включения ИС УМЗЧ: а – неинвертирующая; б – инвертирующая В статье описано устройство на базе инструментального усилителя (ИУ) AD9825, согласующее регулятор уровня сигнала с входом мощного звукового усилителя в инвертирующем включении. Применение ИУ способствует уменьшению искажений, позволяет исключить разделительные конденсаторы и понизить напряжение питания мощного ОУ, уменьшающего его тепловыделение. Алексей Кузьминов (Москва) В ВЕДЕНИЕ Основными недостатками ИС мощ- ных звуковых усилителей [1–3] явля- ются неважные статические пара- метры, в том числе ток смещения и напряжение сдвига [1, 2], которые в ряде случаев препятствуют непо- средственному подключению акусти- ческих систем (АС), так как вызывают появление значительной постоянной составляющей на выходе. Помимо это- го, существует проблема, связанная с подключением регулятора уровня сигнала к мощному звуковому усили- телю (УМЗЧ). Этот регулятор должен быть достаточно высокоомным, что- бы не нагружать источник сигнала. Поэтому если входная цепь УМЗЧ низ- коомная, такой регулятор к этой цепи напрямую подключать нельзя. Интегральный УМЗЧ [3] может быть включён либо в неинвертирующем (чаще всего), либо в инвертирующем режиме (см. рис. 1а и 1б, соответствен- но). В неинвертирующем режиме рези- стор обратной связи Rос подключается между выходом операционного усили- теля (ОУ) и его инвертирующим вхо- дом, а резистор Rвх (совместно с Rос) определяет коэффициент передачи на переменном токе. Второй вывод Rвх соединяется с землёй через бло- кировочный конденсатор Cб, который обеспечивает коэффициент передачи 1 В/В на постоянном токе. Этот конден- сатор, как и разделительный конденса- тор Ср на входе, устанавливает полосу пропускания усилителя снизу и поэто- му должен быть достаточно большой ёмкости (47 мкФ и более) и высокого качества, что определяет его значитель- ные габариты и высокую стоимость. Сигнал с регулятора уровня сигнала непосредственно подключается к высо- коомному неинвертирующему входу УМЗЧ, так что проблемы с согласова- нием не возникает. Однако в неинвер- тирующем включении ИС УМЗЧ име- ет бо ′ льший коэффициент нелинейных искажений (КНИ), чем в инвертирую- щем включении [3]. В инвертирующем режиме (см. рис. 1б) вторая обкладка блокировочно- го конденсатора становится входом усилителя. Неинвертирующий вход заземляется через балансировочный резистор Rб, номинал которого равен Rос || Rвх (т.е. значению их параллель- ного соединения), чтобы скомпенсиро- вать дополнительный сдвиг постоянно- го напряжения, вызванный входными токами УМЗЧ. В инвертирующем вклю- чении входное сопротивление усили- теля определяется Rвх, и подключать высокоомный регулятор уровня сигна- ла напрямую нежелательно. Описанные проблемыможно решить, если в качестве согласующего устрой- ства между регулятором уровня сигна- ла и УМЗЧ установить инструменталь- ный усилитель (ИУ), реализованный в виде ИС. С ТРУКТУРНАЯ СХЕМА ИУ На рисунке 2 показана структурная схема популярных ИУ (AD8220/21, INA129) и относительно нового при- бора AD8295. Оба входа ИУ (инверти- рующий и неинвертирующий) являют- ся входами соответствующих ОУ, имею- щих очень высокий входной импеданс (например, 100 ГОм || 2 пФ для AD8295). Если заземлить неинвертирующий вход (Vin+), а сигнал подать на инвер- тирующий вход (Vin–), то ИУ будет инвертировать входной сигнал и уси- ливать его в Ку = 1 + 49,4 / Rк.у. раз, где Rк.у. – номинал резистора, подключён- ного к входам RG. Выходной импеданс ИУ составляет несколько Ом, что на три порядка ниже, чем входной импеданс интегрального УМЗЧ. Вход REF – это вход опорного напряжения; подача постоянного напряжения Uref на этот вход сдвигает постоянную составляю- щую выходного сигнала. Д ВУХКАНАЛЬНОЕ СОГЛАСУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Принципиальная схема двухканаль- ного согласующего устройства показа- на на рисунке 3. В состав AD8295 входят два вспомогательных ОУ: один из них стандартный (13, 14 выводы – входы (минус и плюс соответственно) и 12 – выход) и второй – с двумя одинаковы- ми резисторами R1 и R2 номиналом 20 кОм, подключёнными к инвертиру-