09_02.pdf
(
1198 KB
)
Pobierz
141264343 UNPDF
Klub Konstruktorów
Od kilku miesięcy na łamach EdW
działa Szkoła Konstruktorów.
Ogromne powodzenie tego działu
skłoniło nas do podjęcia kolejnej
inicjatywy, która z pewnością
zainteresuje wielu z Was.
Wiemy, że znaczna część naszych
Czytelników to początkujący
elektronicy, którzy dopiero od kilku
czy kilkudziesięciu miesięcy zajmują
się elektroniką. Ale nadsyłane listy
świadczą, że czyta nas wielu bardziej
zaawansowanych hobbystów,
a także osoby profesjonalnie
zajmujące się elektroniką.
Z myślą o nich otwieramy podwoje
Klubu Konstruktorów.
Klub ma podwójne zadanie: po
pierwsze prezentując najnowsze
podzespoły ułatwi śledzenie
gwałtownego rozwoju
technologicznego, a po drugie ułatwi
bardziej zaawansowanym Kolegom
przeprowadzenie eksperymentów
i opracowanie interesujących
układów.
O ile w Szkole prezentowane są
zadania z zakresu bardzo szeroko
pojętej elektroniki, o tyle Klub
Konstruktorów będzie dotyczył
zastosowania najnowszych
i najciekawszych podzespołów,
w szczególności układów scalonych.
Będziemy szczegółowo
prezentować najciekawsze, naszym
zdaniem, elementy elektroniczne,
a co najważniejsze, redakcja postawi
do dyspozycji jeden lub kilka
egzemplarzy opisywanego
elementu. W ten sposób każdy
Czytelnik EdW, bez względu na
wiek, miejsce zamieszkania
i warunki finansowe, będzie miał
szansę bezpłatnego uzyskania
najciekawszych (często bardzo
drogich) podzespołów.
Formuła Klubu jest następująca. Po zaprezentowaniu
danego elementu na łamach EdW, będziemy przez mie−
siąc czekać na listy, w których przedstawicie propozycje,
jak chcielibyście zastosować dany podzespół. Osoba lub
osoby, które nadeślą najbardziej przekonujące listy, otrzy−
mają dany element bezpłatnie. Nie stawiamy tu żadnych
szczegółowych wymagań − Twoim zadaniem, Czytelniku,
jest przekonać nas, że dany element należy udostępnić
do eksperymentów właśnie Tobie! List powinien oczy−
wiście zawierać schemat ideowy proponowanego roz−
wiązania, planowany sposób praktycznego zastosowa−
nia, ale można też napisać coś o sobie i swoich dotych−
czasowych osiągnięciach. W przeciwieństwie do Szkoły
Konstruktorów, listy te nie będą publikowane, ani ocenia−
ne. Osoba, która otrzyma dany podzespół może, ale wca−
le nie jest zobowiązana, napisać potem do redakcji EdW
i albo zaprezentować samodzielnie opracowane, kom−
pletne urządzenie, albo podzielić się swymi uwagami na
temat napotkanych trudności, albo nawet opisać okolicz−
ności uszkodzenia elementu (a wiemy, że jest to bardzo
prawdopodobne podczas eksperymentów). Oczywiście
najbardziej interesujące listy zawierające plon Waszych
praktycznych doświadczeń, zostaną opublikowane
w EdW w dziale Forum Czytelników.
Redakcja będzie też prezentować własne rozwiązania.
Na pierwszy ogień bierzemy ultraniskoszumny przed−
wzmacniacz o oznaczeniu SSM−2016.
20
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/96
Klub Konstruktorów
SSM−2016 − ultraniskoszumny wzmacniacz
różnicowy audio
Jest to układ scalony produkcji ame−
rykańskiej firmy PMI, która obecnie jest
częścią znanego koncernu Analog Devi−
ces. Kostka SSM−2016 zawiera wzmac−
niacz z wejściem różnicowym (symet−
rycznym) i przeznaczona jest do sprzętu
audio najwyższej klasy, w szczególności
przedwzmacniaczy mikrofonowych, do
wzmacniaczy pomiarowych i wszelkich
układów, gdzie potrzebny jest dobry
wzmacniacz z wejściem symetrycznym.
Nieprzypadkowo na inaugurację Klu−
bu został wybrany ten układ. Bez przesa−
dy można powiedzieć, że SSM−2016 jest
najbardziej niskoszumnym wzmacnia−
czem, jaki można obecnie dostać na ryn−
ku. Ma ponadto wiele innych znakomitych
czy wręcz rewelacyjnych parametrów.
Praktyczne zapoznanie się z tą kostką
daje wyobrażenie, czego można, a czego
nie można się spodziewać od najwyższej
klasy przedwzmacniaczy audio. Trzeba
wiedzieć, że lepszych parametrów szu−
mowych nie uda się uzyskać w żadnym
układzie, ponieważ osiągnięto już nie−
przekraczalną barierę szumów termicz−
nych.
Opis układu
Uproszczony schemat wewnętrzny
i podstawowy układ aplikacyjny kostki
SSM−2016 jest pokazany na rysunku 1
Pierwszym stopniem wzmocnienia
jest para niskoszumnych tranzystorów
T1 i T2. Wzmocniony wstępnie sygnał
podawany jest na wzmacniacz główny
W1.
Jak widać z rysunku 1, układ jest roz−
budowany znacznie bardziej, niż klasycz−
ne wzmacniacze operacyjne. Na uwagę
zasługuje niecodzienny sposób zasilania
tranzystorów T1 i T2. Od strony ich ko−
lektorów umieszczone jest źródło prądo−
we, natomiast obwody emitrowe zasila−
ne są przez zewnętrzne rezystory
i wzmacniacz W2. Rezystory te tworzą
obwód ujemnego sprzężenia zwrotnego
i decydują o wzmocnienu układu. Dzięki
umieszczeniu elementów sprzężenia
w obwodzie emiterów tranzystorów we−
jściowych uzyskano w pełni symetrycz−
ne (różnicowe) wejście.
Wzmacniacz W2 zapewnia poprawną
pracę stopnia wejściowego w szerokim
zakresie wspólnych napięć wejścio−
wych. W literaturze taki wzmacniacz na−
zywany jest często serwowzmacnia−
czem lub wzmacniaczem zerującym. Za−
stosowane rozwiązanie gwarantuje
osiągnięcie dużej wartości współczynni−
ka tłumienia sygnału wspólnego (CMRR)
− układ reaguje tylko na sygnał różnico−
wy, a jest nieczuły na sygnał współbież−
ny, występujący jednocześnie na obu
wejściach wzmacniacza. Ma to ogromne
znaczenie we wzmacniaczach mikrofo−
nowych i pomiarowych, gdzie po−
wszechnie stosuje się połączenia symet−
ryczne. Duża wartość CMRR gwarantu−
je, że zakłócenia indukowane jednocześ−
nie w obu żyłach kabla (w szczególności
brum sieciowy) nie są przez wzmacniacz
zauważane i wzmacniane.
Kostka SSM−2016 osiąga przy
wzmocnieniu 1000x wartość CMRR oko−
ło 100dB, a przy wzmocnieniu 100x −
95dB! Takie wartości są jednak możliwe
do osiągnięcia tylko wtedy, gdy rezysto−
ry R1...R4 mają parami równe wartości.
Kondensatory C1...C3 tworzą obwody
kompensacji częstotliwościowej i zapo−
biegają samowzbudzeniu układu.
Wzmocnienie
Wzmocnienie ustalane jest za pomo−
cą zewnętrznych rezystorów i może być
dowolnie regulowane przez zmianę Rg
w zakresie 3,5x...1000x.
Wzmocnienie wynosi:
12 12
34
1
co przy R1=R2=5k
W
i R3=R4=2k
W
daje:
RR
Rg
RR
RR
G
k
Rg
35
,
rysunku 1.
Rys. 1. Podstawowy układ aplikacyjny.
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/96
21
G
10
rysunku 1
rysunku 1
Klub Konstruktorów
Rys. 2. Zniekształcenia nieliniowe przy wzmocnieniu 100.
szumów termicznych o gęstości 1,6
nV Hz .
To znaczy, że nasza ultraniskoszumna
kostka ma szumy własne znacznie
mniejsze niż termiczne szumy własne
profesjonalnego 200−omowego mikrofo−
nu! Współczynnik szumów wzmacnia−
cza z kostką SSM−2016 przy współpracy
z takim mikrofonem będzie wynosił
około 1dB! Dla uzyskania tak małego
współczynnika szumów, wzmacniacz
musi jednak współpracować ze źródłami
sygnałów o rezystancji poniżej 1k
W
(przy
większych rezystancjach źródła należy
zastosować kostkę SSM−2015 lub
wzmacniacze operacyjne z tranzystora−
mi polowymi na wejściu).
Ponadto najniższy poziom szumów
można uzyskać, co może wydać się tro−
chę dziwne − tylko przy wzmocnieniu
równym 1000. Przy mniejszym wzmoc−
nieniu szumy sieco wzrastają, ale i tak są
w sumie bardzo małe.
Zniekształcenia nieliniowe
Kolejnym bardzo ważnym paramet−
rem wzmacniacza są wnoszone znie−
kształcenia nieliniowe. Na wyjściu
wzmacniacza występuje nie tylko
wzmocniony sygnał wejściowy, ale tak−
że przebiegi o innych częstotliwościach −
tak zwanych harmonicznych. W literatu−
rze współczynnik zniekształceń nielinio−
wych najczęściej oznacza się angielskim
skrótem THD (Total Harmonic Distor−
tion), lub THD+N. Współczynnik ten wy−
raża się zwykle w procentach − oczywiś−
cie powinien on być jak najmniejszy.
Powszechnie wiadomo, że czym
większe wzmocnienie wzmacniacza,
tym większe zniekształcenia. Ale prezen−
towany układ ma w typowych warun−
kach pracy, przy częstotliwości 1kHz
i wzmocnieniu równym 1000x (60dB),
współczynnik THD równy 0,009%, przy
wzmocnieniu 100x (40dB) − tylko
0,003%, a przy wzmocnieniu 10x (20dB)
− jedynie 0,002%. Rysunek 2
Zakres napięć zasilania
Układy profesjonalne zasilane są
zwykle standardowym napięciem sy−
metrycznym ±15V. Czym większe napię−
cie zasilania, tym większy zakres zmian
napięcia na wyjściu i większy zapas na
ewentualne przesterowanie. Jest to
ważna sprawa we wzmacniaczach mik−
rofonowych, bowiem zapobiega powsta−
waniu zniekształceń w szczytach wyste−
rowania. Nasz wzmacniacz ma zadziwia−
jąco szeroki zakres napięć zasilania − od
±9V do ±36V (tak!). Pobiera przy tym kil−
kanaście miliamperów prądu.
Wydajność prądowa
Przedwzmacniacze są zwykle obcią−
żane rezystancjami rzędu kilku kiloo−
mów. Jednak nasza kostka ma dużą wy−
dajność prądową stopnia wyjściowego
(minimum 40mA), dzięku czemu może
być obciążana typową dla układów audio
rezystancją 600
W
.
Przy takim obciążeniu i wysokim na−
pięciu zasilającym, w strukturze wydzie−
la się znaczna moc strat w postaci ciep−
ła. Żeby uniknąć uszkodzenia struktury
i nie zwiększać szumów, kryształ pół−
przewodnika jest zamontowany na spe−
cjalnie zaprojektowanej miedzianej
płycie polepszającej odprowadzanie
ciepła. Dzięki temu niepozornie wyglą−
dająca, zwykła plastikowa obudowa
może rozproszyć ponad 1,5W mocy
strat.
Szumy
Powszechnie stosowaną miarą szu−
mów wzmacniacza jest tak zwana napię−
ciowa i prądowa gęstość szumów odnie−
siona do wejścia. Nie trzeba dokładnie
rozumieć sensu tego parametru, wystar−
czy wiedzieć, iż czym mniejsza wartość
tego parametru, tym mniej szumi
wzmacniacz.
Najlepsze obecnie kostki, to wzmac−
niacze operacyjne AD797 produkcji Ana−
log Devices, oraz LT1028 produkcji Line−
ar Technology, mające gęstość szumów
napięciowych w granicach 0,9...1
nV Hz oraz właśnie SSM−2016 z gęsto−
ścią szumów napęciowych rzędu 0,8
nV Hz . Dla porównania można wspo−
mnieć, że popularne wzmacniacze ope−
racyjne mają następujące wartości tego
parametru:
NE5532 − 5nV Hz
TL072 − 18nV Hz
TL082 − 25nV Hz
µA741 − 20...25nV Hz
Trzeba też wiedzieć, że każda rezys−
tancja szumi niejako sama z siebie (a
właściwie pod wpływem temperatury).
Nie ma więc elementów bezszumnych.
Szumy nie występują tylko w temperatu−
rze zera absolutnego, ale w tej tempera−
turze wszystko jest martwe i nierucho−
me.
Przykładowo każdy 150−omowy rezys−
tor (do niczego nie podłączony) w tem−
peraturze pokojowej jest generatorem
Rysunek 2 pokazuje
Rys. 3. Zniekształcenia intermodulacyjne.
22
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/96
Rysunek 2
Rysunek 2
Klub Konstruktorów
zawartość zniekształceń nieliniowych
w funkcji częstotliwości przy wzmocnie−
niu równym 100x (40dB) i różnych rezys−
tancjach obciążenia.
Dla urządzeń audio podaje się jeszcze
inny pokrewny parametr − współczynnik
zniekształceń intermodulacyjnych. Dla
naszej kostki jest on również zadziwiają−
co mały (poniżej 0,01%). Rysunek 3
Tłumienie zakłóceń zasilania
Choć przedwzmacniacze zasilane są
z reguły napięciem stabilizowanym, jed−
nak mimo wszystko występują niewiel−
kie wahania i szumy napięć zasilania. Ul−
traniskoszumny wzmacniacz o skrajnie
niskich zniekształceniach musi z ko−
nieczności charakteryzować się wysoką
wartością współczynnika tłumienia tęt−
nień zasilania (angielskie oznaczenia
CMRR lub CMVR). W przeciwnym wy−
padku wszędobylskie “śmieci” przedo−
stające się z obwodów zasilania spowo−
dują niedopuszczalnie wielki wzrost szu−
mów i zniekształceń.
Prezentowany układ ma znakomitą
wartość współczynnika tłumienia tętnień
zasilania (CMVR) − wynosi on typowo
100dB!
Wskazówki praktyczne
Należy pamiętać, że układ nie ma żad−
nych wewnętrznych elementów polary−
rysunek 4.
Dla uzyskania podanych zadziwiająco
wysokich parametrów należy zastoso−
wać odpowiednie elementy zewnętrzne.
Szczególnie dotyczy to rezystorów − mu−
szą tu być zastosowane dobrej jakości
rezystory metalizowane, a w żadnym
wypadku nie powinny to być popularne
rezystory węglowe. W praktyce należy
stosować po prostu rezystory o toleran−
cji 1% − na pewno są to rezystory metali−
zowane i mają wystarczająco dobrą ja−
kość.
Nawet tak dobrze opracowany układ
nie jest jednak produkowany z idealną
precyzją. Minimalne rozrzuty produkcyj−
ne owocują pojawieniem się napięć nie−
zrównoważenia. W praktyce zaowocuje
to pojawieniem się jakiegoś niezerowe−
go napięcia stałego na wyjściu, i co gor−
sze, zmianami tego napięcia przy zmia−
nie wzmocnienia (czyli zmianie rezystan−
cji Rg). Ponadto niedoskonałe dobranie
wartości rezystorów R1...R4 spowoduje
zmniejszenie współczynnika CMRR.
Dla wyeliminowania takich niedosko−
nałości w niektórych przypadkach moż−
na zastosować dodatkowe obwody ko−
rekcyjne, jak pokazano na rysunku 5
Rysunek 3 po−
kazuje jego zależność od częstotliwości
i wzmocnienia.
Pasmo przenoszenia
Pasmo przenoszenia dobrego przed−
wzmacniacza audio powinno przy mak−
symalnym wzmocnieniu sięgać powyżej
20kHz. Nasza kostka przy wzmocnieniu
100x ma górną częstotliwość graniczną
rzędu 1MHz, a przy wzmocnieniu 1000x
pasmo sięga jeszcze 550kHz!
Pokrewnym parametrem jest szyb−
kość zmian napięcia wyjściowego −
w naszym wzmacniaczu parametr ten
ma przyzwoitą wartość 10V/µs.
rysunku 5.
Potencjometr PR1 pozwala uzyskać
maksymalny współczynnik tłumienia
sygnału wspólnego, PR2 umożliwia
uzyskanie zerowego napięcia wyjścio−
wego przy dużym wzmocnieniu, a PR3 −
przy małym wzmocnieniu.
Regulację PR1 należy przeprowadzić
podając między oba zwarte wejścia
a masę sygnał o częstotliwości 50Hz
i amplitudzie około 8V. Należy go tak
ustawić, by przebieg na wyjściu miał jak
najmniejszą wartość.
Zaleca się następującą kolejność re−
gulacji: PR2, PR1, PR3 i jeszcze przynaj−
mniej raz PR2, PR1, PR3.
Natomiast gdyby elementy PR3 i R5
nie były stosowane, należy przy dużym
wzmocnieniu (Rg = 10
W
) za pomocą PR2
ustawić na wyjściu napięcie stałe takie
same, jakie występuje na wyjściu gdy
wzmocnienie jest minimalne (czyli gdy
Rg jest usunięty).
Mamy nadzieję, że podane informacje
zachęcą wielu z Was do osobistego za−
poznania się z tymi naprawdę rewelacyj−
nymi kostkami. Pięć układów SSM−2016
zostanie w pierwszych dniach paździer−
nika wysłanych do tych z Was, którzy do
31 września 1996 nadeślą najbardziej
przekonujące listy.
rysunku 5
Rys. 4. Polaryzacja wejść.
(red)
Rys. 5. Dodatkowe obwody korekcyjne.
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/96
23
zacji wejść. Dlatego musi być zapewnio−
ny przepływ stałego prądu polaryzujące−
go wejścia (typowo jest to prąd o war−
tości 9µA, maksymalnie 25µA). Ilustruje
to rysunek 4
rysunek 4
Rysunek 3
Plik z chomika:
brzdmucel
Inne pliki z tego folderu:
01_03.pdf
(4144 KB)
01_02.pdf
(3229 KB)
01_08.pdf
(3497 KB)
01_01.pdf
(1977 KB)
01_07.pdf
(2238 KB)
Inne foldery tego chomika:
ALFINE_2002
PCB
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin