Большинство параллельных ЦАПов имеет токовый выход. Поэтому появляется проблема – каким образом преобразовать ток в напряжение, в идеале без искажений? На сегодняшний день в основном используют два способа: классический – на ОУ, на резисторе.
На первый взгляд вариант преобразователя на резисторе является идеальным (закон Ома!), но в действительности он имеет недостатки. ЦАП чтобы обеспечить свои паспортные данные должен работать на нулевое входное сопротивление преобразователя I/U. При ненулевом входном сопротивлении I/U к ключам ЦАП прикладывается внешнее напряжение ровное падению напряжения на резисторе I/U что в свою очередь ухудшает ХП ЦАП. При резисторе малого сопротивления результирующее напряжение будет очень маленьким (20-50мВ) и появляется другая проблема – как качественно усилить сигнал к нужному уровню?
рис.1
Вариант преобразователя I/U на ОУ (рис.1) является классическим, его можно найти в любой книжке по схемотехнике, но он является идеальным лишь при условии идеального (читай на практике не реализуемого) ОУ. Для работы в качестве I/U ОУ должен работать в режиме без ограничения по скорости изменения напряжения (чтобы не вносить интермодуляцийних искажений), а также иметь нулевое входное сопротивление в широкой полосе частот. Эти условия полностью не выполняются ни для ОП с ОС по напряжению ни для Current Feedback ОП. Входное сопротивление на ВЧ у обоих видов носит индуктивный характер через уменьшение усиления на ВЧ, а также (для Current Feedback ОП) из-за того, что каскад с общей базой на ВЧ имеет индуктивный характер входного импеданса еще до охвата ООС. Лучшие типы Current Feedback ОУ обеспечивают скорость изменения выходного напряжения 1000 – 5000В/мкс, правда нужно выбирать Current Feedback ОУ с максимальным потребляемым током чтобы несмотря на двухтактную структуру входные каскады максимально долго оставались в классе А, иначе на крутом фронте они перейдут в режим АБ (будет работать лишь одна половинка УН) со всеми последствиями…
рис.2
Но кроме этих двух способов существуют и другие, например трансформатор (вторичка которого зашунтована резистором), транзистор включен за схемой с общей базой (рис. 2). Вариант преобразователя I/U на транзисторе с ОБ является очень простым, всего 4 резистора и один транзистор, но он имеет такие недостатки как ненулевое входное сопротивление, дрейф “нуля”, относительно большое выходное сопротивление и недостаточную линейность. Но эти недостатки можно исправить.
мал. 3
Схема предложенного однотактного преобразователя ток-напряжение (рис. 3) состоит из входного каскада и выходного повторителя напряжения. Входной каскад – транзистор с общей базой VT2. Транзистор VT1 задает смещение для VT2 для получения нулевого потенциала на эмиттере VT2 ( выходе ЦАПа). Ток коллектора VT2 отражается токовым зеркалом VT5,VT6,VT7 поетому изменения тока коллектора VT2 и VT1 являются идентичными (ПОС), что в свою очередь обеспечивает теоретически нулевое входное сопротивление данного каскада. Генератор стабильного тока созданный на базе токового зеркала VT8,VT9 задает начальный ток смещения для VT2. Чтобы обеспечить “нуль” на эмиттере VT2 (выходе ЦАПа) использовано каскодне включение VT1,VT2, что позволяет уравнять мощность выделяемою на них и соответственно температуру их кристаллов. Выходный повторитель напряжения базируется на модифицированном каскаде с общим коллектором с нагрузкой в виде активного источника тока, это позволяет значительно снизить искажение данного каскада, а также увеличить нагрузучную способность (минимальное сопротивление нагрузки 1кОм).
Оба каскада на низких частотах охвачены токовым обратном связью (Current-feedback) через R1, что позволяет снизить выходное сопротивление, а также снизить искажение преобразователя I/U в целом. На высоких частотах обратной связью охваченный лишь входной каскад через конденсатор фильтра C2. Конденсатор C1 емкостью 200-2000 пФ уменьшает входное сопротивление преобразователя на высоких частотах (10 Мгц и выше). Конденсатор C3 предотвращает самовозбуждение входного каскада. Индуктивность L1 представляет собой ферритовую бусинку, она предотвращает проникновение помехи на ВЧ из выхода в круг обратной связи преобразователя. Вместо L1 можно поставить резистор на 50-200 Ом, но его влияние на качество звучания будет существенным. При изменении номинала резистора обратной связи R1 нужно пересчитать емкость конденсатора C2. Резисторы R2,R3,R4,R6,R7,R8,R9 предназначены для уменьшения эффекта Ерли (зависимость тока коллектора от напряжения эмиттер-коллектор). Элементы VT14, R12,R13,R14 устанавливаются в случае использования ЦАП TDA1540,TDA1541,TDA1541A(/R1,/S1,/S2). “Нуль” на выходе преобразователя (эмиттер VT13) выставляется с помощью изменения сопротивления резистора R7 (или R6) в небольших пределах (10 – 40 Ом). В случае использования TDA1540, TDA1541, TDA1541A(/R1,/S1,/S2) “нуль” выставляется с помощью изменения сопротивления резистора R14. Для получения максимального качества необходимо подобрать транзисторы токовых зеркал VT5,VT6,VT7 также VT8,VT9 и VT10,VT11. Транзисторы BC547 можно заменить на BC550, 2SC2240. Транзисторы BC557 можно заменить на BC560, 2SA970. Транзистор BF246 можно заменить на какой-нибудь ПТ с каналом n-типа (соответственно пересчитав значение резисторов R13,R14). Конденсаторы C1,C2,C3 должны быть наивысшего качества (фольговый полипропилен, полистирол). Резисторы R1,R8,R9,R10 угольные (Riken Ohm, Ohmite Little Demon, Ohmite Little Rebel, Allen Bradley, etc.) или тантал или качественные металлофольговые.
Удачи и хорошего звука!
Литература:
1)M. Hawksford “Current-steering transimpedance amplifiers for high-resolution digital-to-analogue converters”, 109th AES Convention, Los Angeles, September 2000
2)E.Barnes “Current feedback amplifiers” Analog dialogue 30-3, 30-4
3)И.Достал “Операционные усилители” Москва “Мир” 1982р.
4)П. Хоровиц, У.Хилл “Искусство схемотехники” Москва “Мир” 1998р.
5)Марцинкявичюс,Багданскис “Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров” Москва 1988р.
"Прямо или косвенно, но все вопросы, связанные со звуком, должны решаться ухом как органом слуха: оспаривать заключения, которые даются ухом уже не приходится" лорд Рэлей (Дж. У. Стретт)
