Усилитель напряжения с регулируемой фазой (стр. 6 из 9)
Зададимся емкостями
. Частоту среза фильтров при максимальном сопротивлении переменного резистора R3 принимаем равной 
. Тогда 
.Чтобы не возникло ситуации чисто емкостной нагрузки как для операционного усилителя DA1:1, так и для выхода ML2035 последовательно с резистором R3 соединим резисторы R1 и R6 небольшого сопротивления, например, 200 Ом. Регулирование фазы сигнала может быть осуществлен в пределах от
до 
, которые определяются как 
, 
.Чтобы исключить ошибку
на вход фазовращателя включим еще одно такое же звено (рис. **). Сопротивления 
, а 
. Считая, что 
определим сопротивление R1: 
Чтобы выделить частоту 50 Гц на выходе фазовращателя, воспользуемся фильтром второго порядка (рис. **), называемой фильтром Салена и произведем расчет номиналов при работе на этой частоте. Методика расчета приведена в [бел. ЭЦ].
Зададимся
и 
. Так как 
имеем 
.Коэффициент усиления примем равным единице, т.е.
. Фазовый сдвиг, вносимый фильтром на данной частоте составляет 
.Чтобы отсечь постоянную составляющую на выходе фильтра поставим емкость номиналом 2,2 мкФ.
В итоге получим следующую схему генератора синусоидального сигнала (рис. **)
2.1 Расчет и выбор элементов для ШИМ модулятора
В качестве ШИМ модулятора используем микросхему MAX4297EVG фирмы MAXIM, представленную на рис. **. Это специализированная микросхема, предназначенная для работы со стерео усилителями звуковой частоты, являющимися усилителями класса D. Внутренняя структурная схема микросхемы показана в приложении *. Сигнал управления
поступает на входы AOUTL, AOUTR, INL и INR. Причем он должен быть в противофазе между входами AOUTL, INLи AOUTR, INR. Частота ШИМ модуляции выбирается при помощи входов FS1 и FS2 согласно таблице **.Таблица 2. Выбор частоты ШИМ контролера
| FS1 | FS2 | Частота, кГц |
| Земля | Земля | 125 |
| +5 В | Земля | 250 |
| Земля | +5 В | 500 |
| +5 В | +5 В | 1000 |
Для нашего случая выбираем частоту работы ШИМ контроллера равной 125 кГц. Для выбора самой микросхемы (в схеме могут быть несколько различных микросхем, выполняющих различные функции) служит инверсный вход
. Если сигнал на его входе равен уровню логической единицы, то микросхема выбрана, а если сигнал имеет уровень логического нуля, то микросхема не функционирует. 
Размах амплитуды напряжения на входах AOUTL, AOUTR, INL и INR не должен превышать значения 3,2 В. Так как микросхема питается от однополярного напряжения, а на его вход в случае синусоидального задающего сигнала
может поступать сигнал отрицательной полярности, то необходимо сдвинуть уровень сигнала в положительную сторону на 1,6 В. Иначе ШИМ контроллер не сможет корректно отработать задающий сигнал. Для этого будем суммировать сигналы на входах AOUTL, AOUTR, INL и INR с постоянным напряжением с уровнем 1,6 В. В результате получим схему, представленную на рис. **.Опорное напряжение будем подавать с делителя, собранного на резисторах R1R2. Резистор R2 ставим подстроечный, чтобы была возможность регулирования уровня опорного напряжения
. Зададимся максимальным током через цепь R1R2 (когда R2 = 0) равным 
, тогда сопротивление резистора R1 определяется как
,где
– напряжение питания.Условие для определения максимального сопротивления резистора R2 можно записать следующим образом
, откуда имеем 
.Выбираем значение
.Сигнал с делителя R1R2 поступает на вход повторителя напряжения, собранного на операционном усилителе DA1 типа OP113. Это сделано с целью уменьшения внутреннего сопротивления источника опорного напряжения. Без повторителя напряжения максимальное внутреннее сопротивление такого источника было бы равно
. Это достаточно большое внутреннее сопротивление.Сигналы
, и 
суммируются через резисторы R5-R8 одинакового номинала. Полагая, что ток через них не должен превышать 5 мА и зная что 
, получим условие для выбора номиналов резисторов R5-R8: 
.Задаемся номиналами резисторов
.Максимальный ток на выходах OUT+L, OUT-L, OUT+R, OUT-R микросхемы MAX4297EWG равен 8 мА, а амплитуда выходного напряжения составляет
.Чтобы развязать гальванически силовую часть схемы от сигнальной используем оптроны DD1-DD2 типа HCPL-0630 с напряжением развязки до 5 кВ (рис. **). Токи в диодах оптронов определяются резисторами R1-R4 и могут быть рассчитаны по формуле
,где
– прямое падение напряжение на открытом диоде оптрона; 
– ток через диод в рабочем (номинальном) режиме. 
Оптроны имеют выход с открытым коллектором, поэтому на их выходы необходимо подключить резисторы R5-R8 так как показано на рисунке **. Значение сопротивления этих резисторов может лежать в пределах от 330 Ом до 4 кОм []. Выберем
.С выхода оптрона управляющие импульсы поступают на входы HIN и LIN драйверов DA1 и DA2 (рис. **), предназначенных для управления стойкой транзисторов [Мелешин] Соответствующие им выходы называются HO и LO. 
Сигнал управления, проходя через драйверы, усиливается и амплитуда импульса достигает значения
, которого достаточно для уверенного открытия ключевых транзисторов. Емкости С2-С5, подключенные параллельно выходам Vb, Vs и Vcc, COM, являются емкостями подкачки. Они заряжаются до 
, когда на выходе HO или LO сигнал имеет уровень логического нуля и разряжаются через цепь затвора силового транзистора. Такая схема управления транзисторами позволяет получить на затворах сигналы с заваленным фронтом, чтобы режим открывания транзисторов был наиболее благоприятным.При работе схемы в момент, когда открыт один из транзисторов верхнего плеча схемы, а нижний транзистор этого же плеча закрыт, к выходу драйвера Vs и Vbподводится потенциал в
, который может вывести из строя источник постоянного напряжения, выдающего +15V_GND1. Для защиты источника необходимо включит диоды VD1 и VD2, рассчитанные на обратное напряжение 
так, как показано на рис. **. Выберем диоды типа UF5406, которые рассчитаны на обратное напряжение 600 В.