|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ ТЕЛЕВИЗОРОВ СТАТЬЯ №1-50
КОМПОНЕНТЫ В БЫТОВОЙ ВИДЕОТЕХНИКЕ.
МИКРОСХЕМЫ ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ВИДЕО И ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ, ОУ
Ю. ПЕТРОПАВЛОВСКИЙ, г. Таганрог
Операционные усилители (ОУ) широко используют в своих конструкциях как фирмы-производители бытовой аппаратуры, так и радиолюбители. По наблюдениям автора публикуемой статьи, фирмы применяют в основном сдвоенные и счетверенные ОУ. Классифицируя их, он перечисляет некоторые наиболее интересные параметры, приводит примеры их применения.
Существует большой класс микросхем, в основном малой и средней степени интеграции, широко используемых в самой различной бытовой технике: телевизорах, видеомагнитофонах, видеокамерах, AV-ресиверах, усилителях ЗЧ и многих других приборах. Условно их можно назвать усилительно-коммутационными. В большей части они не имеют отечественных аналогов. Поэтому познакомиться с особенностями их применения будет полезно и радиолюбителям, и ремонтникам бытовой техники. Это, во-первых, облегчит проведение диагностики неисправностей радиоаппаратуры, подбор эквивалентов для замены дефицитных компонентов и, во-вторых, позволит использовать их в радиолюбительских конструкциях, поскольку в настоящее время многие микросхемы недороги и довольно доступны.
Основное назначение рассматриваемых микросхем — обработка и коммутация преимущественно аналоговых сигналов низких и высоких частот, таких как композитные, Y/C и компонентные (R, G, В) видеосигналы, сигналы звуковых частот и др. Однако многие из них успешно работают и с импульсными (цифровыми) сигналами, что значительно расширяет область их применения.
Такие микросхемы выпускает большое число как специализированных полупроводниковых фирм, так и изготовителей радиоэлектронной аппаратуры.
На российском рынке доминирует бытовая техника азиатского происхождения, и собрана она преимущественно на электронных компонентах азиатских производителей.
К фирмам, специализирующимся на выпуске микросхем широкого применения, относят FUJITSU ELECTRIC CO. LTD (основные обозначения микросхем MB, MBL, МВМ); HITACHI (НА, HD); NEW JAPAN RADIO или сокращенно JRC (NJM); LAKY GOLD STAR или LG(GD.GL); MATSUSHITA (AN, MN); MITSUBISHI (M); MOTOROLA SEMICONDUCTOR (MC и др.); NIPPON ELECTRONICS INC или NEC (mPC, mPD); NATIONAL SEMICONDUCTOR CORP или NSC (LM, NM); KOREA ELECTRONICS CO.LTD или KEC (KIA); OKI (MSM), PHILIPS (TDA, TEA, SAA...); ROHM (BA, BH, BM, BU); SAMSUNG (KA); SANYO (LA, LC); SONY (CX, CXA, CXK, CXP и др.); SGS-THOMSON (HCF, TL, NE, L, LM, TDA, STV и др.); TELEFUNKEN (TBA, TDA, TEA, TL, U и др.); TOSHIBA (ТА, ТС, ТВ, TD); XICOR INC (XRA).
В перечне названы компании, выпускающие только электронные компоненты (автору неизвестен ни один вид производимой ими бытовой техники).
Европейские фирмы из этого списка (PHILIPS, SGS-THOMSON, TELEFUNKEN) значительную часть своих электронных компонентов выпускают на заводах Малайзии, Тайваня и других азиатских стран.
Весь класс этих микросхем можно разбить на три группы: операционные усилители (ОУ) без внешних элементов коррекции (сдвоенным, счетверенные и т, д.), усилительно-коммутационные микросхемы широкого применения малой и средней степени интеграции и специализированные (заказные) микросхемы для конкретной аппаратуры.
Анализ схемотехники нескольких десятков моделей телевизоров, видеомагнитофонов и видеокамер, проведенный автром, показал довольно неожиданный результат: из огромного числа ОУ, выпускаемых в мире, в бытовой видео- и аудиоаппаратуре азиатских фирм фактически применяют только микросхемы сдвоенного и счетверенного типа. Здесь термин "тип" понимается (автором) в более широком смысле. Например, сдвоенный ОУ условного типа 1 должен удовлетворять следующим требованиям: соответствие цоколевки, показанной на рис. 1,
наличие внутренних элементов коррекции (компенсации) и однополярное питание. При этом их конструктивное исполнение (корпус), электрические характеристики и фирмы-изготовители могут быть различными. То же самое касается и условного типа 2. Такой подход предоставляет широкие возможности для подбора аналогов и вариантов замены при проведении ремонтных работ и разработке радиолюбительских конструкций.
Некоторые сведения о номенклатуре рассматриваемой группы ОУ (включая компараторы) на основе анализа схемотехники бытовой видеоаппаратуры представлены в таблице.
С большой степенью вероятности к ОУ типа 1 можно отнести и микросхемы других фирм-производителей с последними цифрами в обозначении 358.
218, 393 (компаратор), 4558, 2903, 2904, а к ОУ типа 2 — с последними цифрами 324, 2902. Следует заметить, что довольно часто маркировка на корпусах микросхем не содержит буквенного префикса, обозначающего принадлежность к фирме-изготовителю, например, автору встречались микросхемы с маркировкой 2902N, 2904D, 4558DX, 6358N и др.
Конструктивно рассматриваемые ОУ могут быть выполнены в различных корпусах: SIP (SINGLE IN-LINE) - однорядный пластиковый, DIP (DUAL IN-LINE) — двухрядный пластиковый, SO, SMD, MDIP, SOP, TSOP, PLANAR (SMALL OUTLINE) — двухрядные пластиковые для поверхностного монтажа различных типоразмеров. Вполне вероятно имеются и другие типы корпусов для этих ОУ, однако автору они не встречались. Во многих случаях при ремонте возможна замена довольно дефицитных микросхем в планарных (PLANAR) корпусах на DIP-аналоги, для чего потребуется нарастить их выводы тонкими изолированными проводниками.
При разработке радиолюбительских конструкций в общем случае тип корпуса применяемых микросхем большого значения не имеет. Однако использование микросхем в пленарных корпусах позволяет построить весьма миниатюрные устройства, если в них применить еще и другие малогабаритные элементы для поверхностного монтажа.
Электрические характеристики большинства рассматриваемых микросхем довольно близки, если иметь в виду только основные параметры: Uпит, Ку, Rвх, F1 (частота единичного усиления). Более "тонкие" параметры,конечно, могут существенно отличаться. Однако в бытовой электронике "тонкие" параметры, например, Uсм, Iвх, дельтаIвх, Кос и др., как правило, не востребованы (бывает неважно, какое различие у входных токов, измеряемых в наноамперах, напряжений смещения в милливольтах и т. д.).
Закономерно возникает вопрос, почему существует такое разнообразие типов рассматриваемых микросхем в изделиях разных фирм. По мнению автора, ответ нужно искать в производственно-экономической области: у какого поставщика дешевле, надежнее и т. п.
Для справки укажем параметры сдвоенного ОУ LM358H из книги А. В. Нефедова, А. М. Савченко, Ю. Ф. Феоктистова "Зарубежные интегральные микросхемы для промышленной электронной аппаратуры" (М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 30—81): Uпит, — 3...30 В, Ку — не менее 25х1000. F1 — 1 МГц. Iпотр — меньше 2 мА, Uсм — меньше ±7 мВ, Iвх, — меньше 250 нА, дельта Iвх — меньше ±50 мВ, Кос — не менее 65 дБ, Квл.и.п. — не менее 65 дБ (влияние источника питания). Счетверенный ОУ LM324J имеет практически такие же параметры.
Микросхемы условного типа 1 с последними цифрами 393 в наименовании предедставляют собой компараторы
напряжения. Их основное назначение преобразование аналоговых сигналов различной формы в уровни КМОП, т, е. работа в качестве формирователей напряжения различных датчиков, фотоприемников и т п.
На этих микросхемах легко раализуются селекторы напряжений. Для примера рассмотрим их применение для селекции сигналов FG и PG в САР БВГ видеомагнитофонов PANASONIC с электроприводом двигателя БВГ на микросхеме AN38I4K, например, моделей NV-SD205, NV-SD207 и др. (в большинстве других моделей селекция :этих сигналов происходит в центральных процессорах видеомагнитофонов). Принципиальная схема такого селектора изображена на рис.2
Сигналы обратной связи (ОС) частотного (скоростного) и фазового каналов в них подаются в САР БВГ по одной цепи в виде двухуровневого сигнала PFG (см. осциллограмму 1 на рис. 2). Из него нужно выделить составляющие FG (сигнал ОС по скорости вращения БВГ) и PG (сигнал ОС по положению точки переключения видеоголовок).
Пороги переключения компараторов задаются делителем напряжения R1R2R3. Верхний по схеме компаратор микросхемы DA1 срабатывает при превышении уровня входного сигнала выше 3,2 В, т. е. на выход проходит сигнал PG (осциллограмма 2), он инвертирован. Выходной каскад компаратора выполнен по схеме с открытым коллектором и нагружен на внешний резистор R4. Нижний по схеме компаратор формирует импульсы FG (осциллограмма 3) при увеличении входного сигнала выше 1.47 В.
Компараторы, о которых идет речь, обеспечивают работу с напряжением
питания до +15 В (U1). Пороги срабатынания определяются исключительно параметрами входною делители R1R2R3.
На этих микросхемах можно собрать самые различные устройства, например, селектор синхроимпульсов, пиковый индикатор, формирователь прямоугольных импульсов из сигналов различной формы и т.п.
В перечисленных в таблице микросхемах M52220FP, NJM2068M ОУ малошумящие. На них можно собрать микрофонные усилители, предварительные УЗЧ для приемников прямого преобразования и др.
На рис. 3 представлена принципиальная схема такого усилителя, выполненного на сдвоенном ОУ NJM2068M фирмы JRC (цена — около I долл. по каталогам фирм посылочной торговли). Первый каскад усилителя имеет коэффициент усиления 10, второй — 3. Следовательно, общий коэффициент усиления равен 30. Причем он может быть легко увеличен изменением номиналов резисторов R2 и R7 до 40...50 дБ. Это также зависит от конструкции (топологии) печатной платы и примененных навесных элементов. При использовании резисторов и конденсаторов для поверхностного монтажа (SMD) в полностью экранированной конструкции достижимы коэффициенты усиления более 60 дБ.
Сдвоенные ОУ можно применить также в фильтрах нижних частот, например, для выделения низкочастотного канала в системах домашнего театра. Так выполнен "сабвуферный" канал в телевизоре CT-32AW1 фирмы MITSUBISHI (с диагональю экрана 32 дюйма). Его принципиальная схема показана не рис. 4.
На входы ЛК
(левый канал)и ПК (правый канал) устройства можно подавать сигналы ЗЧ в довольно широком интервале уровней, поскольку его коэффициент передачи в полосе пропускания близок к единице. При необходимости peгулировки уровня сигнала в таком канале можно установить переменный резистор Rрег, нарисованный на схеме штриховой линией. Это резистор необходим также и в случае подключения входов непосредственно к выходам усилителя мощности ЗЧ для согласования уровней (размах входных сигналов не должен превышать 10 В). Полоса пропускании устройства (ниже 120 Гц) формируетси элементами R5, R6, С2—С4 и дополнительно звеном R9C7C9.
Конденсаторы С2—С4 в устройстве — пленочные (ПМ, К73-17 и т. п.) с разбросом номинала ±5 %. С успехом можно применить слюдяные конденсаторы от старой радиоаппаратуры. Оксидные конденсаторы — К50-35 и т. п., конденсатор С9 — керамический. Резисторы R4— R6 — ОМЛТ, С2-23 или МЛТ с допуском ±5 %, остальные — ±10%.
Микросхему M5218AL (ценой около 0,5 долл.) можно заменить другими подходящими из таблицы (кроме указанных на схеме, можно использовать LM358, NJM4558 и др.).
Весьма заманчиво применение рассматриваемых ОУ в буферных каскадах для подачи сигналов от источников с высоким выходным сопротивлением на различные внешние устройства, соединительные линии и т. п.
При соединении инвертирующих
входов с выходами ОУ (без применения внешних элемента) обеспечивается их весьма устойчивая работа на самые разнообразные нагрузки в полосе частот до 0,5...1 MГц с передачей постоянной составляющей. При этом входное сопротивление по неинвертирующим входам достигает сотен килоом и более.
Цены на эти микросхемы в пересчете на один ОУ невелики. Так счетверенные ОУ на радиорынках стоят менее 0,5 долл. Такие низкие цены получаются за счет крупносерийного производства. Микросхемы с более высокими характеристиками, конечно, стоят намного дороже. Есть и "рекордсмены" как по цене, так и по параметрам, например, изделия фирмы BURR-BROWN. К рассматриваемым здесь условным типам 1 и 2 можно отнести ее сдвоенный ОУ ОРА2131 (около 6 долл.) и счетверенный ОУ ОРА4131 (10 долл.). Однако они соответствуют этим типам
только по цоколевке и корпусу (8-pin dip, so-8, 14-pin DIP, SOL16). Их электрические параметры существенно лучше. Микросхема ОРА2131 (ОРА4131, ОРА131 — одинарные) — ОУ общего применений (дли BURR-BROWN — дешевые) с полевыми транзисторами на входе. Они имеют следующие электрические параметры: Uпит = ±(4,5... 18)В, спектральная плотность шума N = 12 нВ/Гц, Rвх=10*13 Ом, Свх= 6 пФ (2 пФ при дифференциональном включении), Ку - не менее 112 дБ (без ОС), скорость нарастания выходного напряжении — 10 В/мкс, коэффициент нелинейных искажений 0,004 % (на частоте 1 кГц).
В настоящее время в России имеются представители фирмы BURR-BROWN. Ее изделия можно заказать по почте через фирмы посылочной торговли или приобрести в специализированных магазинах. Поэтому немного расскажем о ее деятельности.
Штаб-квартира фирмы BURR-BROWN находится в г. Тусон, штат Аризона, США. Основана она в 1956 г. Персонал 1500 сотудников. В 1993 г. ей выдан сертификат ISO9001 (ISO международная организация по стандартизации), свидетельствующий о наивысшем качестве продукции.
Фирма выпускает в основном ОУ, многие из которых "потрясают" воображение своей уникальностью, а также различные ЦАП, АЦП и некоторые другие микросхемы. Применяют изделия BURR-BROWN в самых различных устройствах.
Для радиолюбителей-конструкторов могут представить интерес компоненты фирмы для аудиоаппаратуры класса HIGN-END. Зарубежные производители такой техники уже давно признали изделия фирмы "эталоном" качества. Наличие некоторых ее ЦАП в проигрывателях компакт-дисков практически однозначно свидетельствует о принадлежности аппаратов к классу Hign-End. Например, CD-проигрыватель KRELL—KPS-30I по цене 5745 долл. содержит двадцатиразрядные ЦАП РСМ-63 этой фирмы. Их (ЦАП) можно найти в прайс-листах некоторых московских фирм по цене около 60 долл.
Однако вернемся к ОУ. К малошумящим ОУ этой фирмы относятся ОРА111АМ (18 долл.), ОРА111 ВМ (29 долл.), ОРА124 (12 долл.). ОРА627 (40 долл.), ОРА637 (39 долл.), ОРА604 (3 долл.), ОРА2604 (5 долл.). Сверхнизкошумящие ОУ ОРА27, ОРА37 имеют параметр шума 2,7...3 нВ/Гц 1/2 (на частотах 10...1000 Гц). На них с успехом могут быть собраны усилители-корректоры для проигрывателей виниловых дисков (RIAA-корректоры).
На рис. 5 показаны две схемы таких корректоров, с коэффициентом усиления 40 (слева) и 26 (справа) дБ, рекомендуемых фирмой BURR-BROWN. Цепи RLCL и RTCT определяются производителем звукоснимателя. С немного худшими результатами можно использовать более доступные по цене ОУ ОРА604 (N = 10 нВ/Гц 1/2 на частоте 10 кГц). У ОРА111 — параметр шума 8 нВ/Гц 1/2, а у ОРА37 - 3,8 нВ/Гц 1/2 на этой частоте.
В группе широкополосных быстродействующих ОУ можно выделить: ОРА602 (10 долл.) — скорость нарастания выходного напряжения 28 В/мкс, ОРА671 (14 долл.) — 107 В/мкс, ОРА655 (25 долл.) — 300 В/мкс, ОРА603 (15 долл.) — 1000 В/мкс, ОРА644 (16 долл.) — 2500 В/мкс (!) и др. ОУ ОРА642 (12 долл.) имеет полосы пропускания 450 (при Ку=1), 150 (Kу=2), 45 (Kу=5), 21 (Ку=10) МГц.
Выпускают и более широкополосные ОУ, например, до 5000 МГц у ОРА600. ОРА641 имеет полосу пропускания 800 МГц при Ку=2 и скорость
нарлыании выходною напряжении 650 В/мкс.
Выпускает фирма и мощные высоковольтные ОУ для самого различного применении. К сожалению, такие ОУ слишком дороги (около 100 долл.).
Радио №7 2001
|
