自振蕩D類功放(UCD)
發(fā)布時間:2013/11/20 20:05:16 訪問次數(shù):6884
相信很多人都聽過飛利浦的UCD方案,這個電路的結(jié)構(gòu)非常簡單,EL5462ISZ-T13但是構(gòu)思非常巧妙。圖9是飛利浦UCD功放方案的結(jié)構(gòu)圖,電路中的比較器輸出經(jīng)音頻信號調(diào)制的PWM波,L、C構(gòu)成低通濾波器,上限截止頻率設(shè)定在35~40k+z,那么這個濾波器會在1 0倍于截止頻率(也就是350~400kHz)附近發(fā)生接近(但是小于)1804的相位滯后。另外,比較器的帶寬限制造成的傳導(dǎo)延遲也會帶來相位滯后,這兩個滯后的相位就超過1 80。了。再看一下圖9中的Rp和Cp,給整個網(wǎng)絡(luò)帶來了一個超前的相位差,如果在某個頻率點( 350~400kHz),這個超前的相位差和前面濾波網(wǎng)絡(luò)及傳播延時導(dǎo)致的滯后的相位差之和正好等于1 80。了,那么電路將會發(fā)生振蕩。由于在10倍于濾波器截止頻率附近( 350~400kHz),Rp和Cp造成的相移(絕對值)遠(yuǎn)大于濾波器和傳播延時帶來相移,所以振蕩頻率基本上由Rp和Cp決定。
如果沒有輸入信號(比較器的同相輸入端接地),輸出為350~400kHz的方波。如果輸入端輸入一定強度的音頻信號,比較器翻轉(zhuǎn)的閾值將會隨音頻信號幅度變化,比較器將輸出一令受音頻信號調(diào)制的PWM波。
飛利浦的UCD原方案全部由分立器件構(gòu)成,制作起來難度較大,不太適合初學(xué)者制作。根據(jù)這個方案的原理,筆者設(shè)計了圖10所示的簡化電路。這個電路中,我們又一次用到了LM311.但是仔細(xì)觀察會發(fā)現(xiàn),LM311的接法和前面的不太一樣。如果按照之前的接法,從LM311第7腳輸出的信號來推動后級電路的話,我們
會發(fā)現(xiàn),兩個MOSFEl-的輸出信號將會使信號反相一次,那么原方案形成的正反饋將變成負(fù)反饋,電路無法工作。在這里我們將LM311的7腳接電源,從1腳輸出的就是一個和原來接法正好反相的信號,也就是說信號總共反相兩次,相互抵消,形成了和圖9-樣的電路結(jié)構(gòu)。
我們不難觀察到,這個電路工作在單電源下,所以與原方案相比,增設(shè)了一個由R10、R12分壓構(gòu)成的VDD/2參考點以及輸入、輸出隔直電容(C4和c5)。
圖1 1為實物圖片和測試現(xiàn)場實拍。圖1 2給出了電路的波形測試。從圖1 7(a)、 (b)中可以看出實際的振蕩頻率由原來預(yù)設(shè)的350kHz到400kHz下降到250kHz左右,這是由于LM311的翻轉(zhuǎn)速率不是足夠快以及簡單的BJT驅(qū)動方式加大了傳播延時,使得整個電路的相位滯后點提前了,圖12 (c)、(d)、(e)是電路在100Hz、1kHz和10kHz下的波形,反映出這個電路結(jié)構(gòu)相對于前面的兩種方式,性能有了較大的提高,并且這個電路通過R3和R8引入了負(fù)反饋,為電路提供了穩(wěn)定的增益。
在實際使用時,單電源下隔直電容削弱了低頻效果,而不是足夠高的調(diào)制頻率也使得高頻部分的聲音不清澈。但是總的來說,用這種精簡的UCD功放來聽聽新聞還是沒有問題的。
以上的討論和制作純粹出自個人興趣,如果有不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕蛘咤e誤的地方,希望讀者能夠幫忙指出。大家有更好的DIY的結(jié)構(gòu),希望能夠分享一下。
相信很多人都聽過飛利浦的UCD方案,這個電路的結(jié)構(gòu)非常簡單,EL5462ISZ-T13但是構(gòu)思非常巧妙。圖9是飛利浦UCD功放方案的結(jié)構(gòu)圖,電路中的比較器輸出經(jīng)音頻信號調(diào)制的PWM波,L、C構(gòu)成低通濾波器,上限截止頻率設(shè)定在35~40k+z,那么這個濾波器會在1 0倍于截止頻率(也就是350~400kHz)附近發(fā)生接近(但是小于)1804的相位滯后。另外,比較器的帶寬限制造成的傳導(dǎo)延遲也會帶來相位滯后,這兩個滯后的相位就超過1 80。了。再看一下圖9中的Rp和Cp,給整個網(wǎng)絡(luò)帶來了一個超前的相位差,如果在某個頻率點( 350~400kHz),這個超前的相位差和前面濾波網(wǎng)絡(luò)及傳播延時導(dǎo)致的滯后的相位差之和正好等于1 80。了,那么電路將會發(fā)生振蕩。由于在10倍于濾波器截止頻率附近( 350~400kHz),Rp和Cp造成的相移(絕對值)遠(yuǎn)大于濾波器和傳播延時帶來相移,所以振蕩頻率基本上由Rp和Cp決定。
如果沒有輸入信號(比較器的同相輸入端接地),輸出為350~400kHz的方波。如果輸入端輸入一定強度的音頻信號,比較器翻轉(zhuǎn)的閾值將會隨音頻信號幅度變化,比較器將輸出一令受音頻信號調(diào)制的PWM波。
飛利浦的UCD原方案全部由分立器件構(gòu)成,制作起來難度較大,不太適合初學(xué)者制作。根據(jù)這個方案的原理,筆者設(shè)計了圖10所示的簡化電路。這個電路中,我們又一次用到了LM311.但是仔細(xì)觀察會發(fā)現(xiàn),LM311的接法和前面的不太一樣。如果按照之前的接法,從LM311第7腳輸出的信號來推動后級電路的話,我們
會發(fā)現(xiàn),兩個MOSFEl-的輸出信號將會使信號反相一次,那么原方案形成的正反饋將變成負(fù)反饋,電路無法工作。在這里我們將LM311的7腳接電源,從1腳輸出的就是一個和原來接法正好反相的信號,也就是說信號總共反相兩次,相互抵消,形成了和圖9-樣的電路結(jié)構(gòu)。
我們不難觀察到,這個電路工作在單電源下,所以與原方案相比,增設(shè)了一個由R10、R12分壓構(gòu)成的VDD/2參考點以及輸入、輸出隔直電容(C4和c5)。
圖1 1為實物圖片和測試現(xiàn)場實拍。圖1 2給出了電路的波形測試。從圖1 7(a)、 (b)中可以看出實際的振蕩頻率由原來預(yù)設(shè)的350kHz到400kHz下降到250kHz左右,這是由于LM311的翻轉(zhuǎn)速率不是足夠快以及簡單的BJT驅(qū)動方式加大了傳播延時,使得整個電路的相位滯后點提前了,圖12 (c)、(d)、(e)是電路在100Hz、1kHz和10kHz下的波形,反映出這個電路結(jié)構(gòu)相對于前面的兩種方式,性能有了較大的提高,并且這個電路通過R3和R8引入了負(fù)反饋,為電路提供了穩(wěn)定的增益。
在實際使用時,單電源下隔直電容削弱了低頻效果,而不是足夠高的調(diào)制頻率也使得高頻部分的聲音不清澈。但是總的來說,用這種精簡的UCD功放來聽聽新聞還是沒有問題的。
以上的討論和制作純粹出自個人興趣,如果有不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕蛘咤e誤的地方,希望讀者能夠幫忙指出。大家有更好的DIY的結(jié)構(gòu),希望能夠分享一下。
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