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TDA1543数字模拟转换器套件进阶玩法(第一部份)

摘自:www.diyzone.net    作者:Arlo
★本文欢迎转载   请注明出处为www.diyzone.net


虽然TDA1543套件本身预设配置,是使用单颗TDA1543芯片、主动式I/V转换以及标准的2-Pole Butterworth低通滤波器。但是,嘿嘿,如果一个套件只能单纯这样子装,那就不够好玩了,以下笔者以概述的方式提供几种有趣的不同玩法供大家参考。
将主动式I/V转换改成被动式I/V转换
TDA1543输出的讯号为电流型式,所以我们需将电流转换成电压的型式之后才能得到固定的电位摆动范围,也就是说,我们要先将电流讯号经由特定的转换方式线性转换成电压之后,才能得到一个可预测的电压摆动范围。而转换电流成电压的最简单最单纯的方法,就是加一颗电阻在TDA1543的讯号输出端和地电位之间。

举例来说,TDA1543本身最大输出电流是2.3mA左右,若我们加上的电阻是1K了话,那就是2.3mA x 1K = 2.3V,也就是说会有2.3Vpp电压变动,约等同0.8Vrms,这就是被动式I/V的原理,加一支电阻。


图说:TDA1543套件要将主动式I/V转换改成被动式I/V转换的方法很简单,因为DZ在设计这款TDA1543套件的时候就已经预先做好完善的规划了!先将JP1和JP2两处短路,再将U5和U6这两颗NE5534拔除,然后在前面的RL1和RL2焊上适当阻值的电阻就可以了。
在套件里本身就有预留这一支电阻的位置,就是RL1和RL2(每声道一支),当我们要使用被动式I/V转换时,把RL1和RL2装上,JP1和JP2短路,U5和U6这两颗I/V转换用的OP不插上即可,而RL1和RL2的阻值要多少呢?最简单的方法就是直接把R1和R9这两支电阻拔下来换插到RL1和RL2上就可以了,此时可以得到约1Vrms(2.8Vpp)的输出。
不过,若只是插拔个电阻来更换不同的I/V转换方式还是不够有趣,若是读者能掌握如何透过设定不同阻值,来得到不同的输出电压以及不同音色变化的话,那就可以进一步打造出自己专属风格的DAC了(这个年头,有自己风格是很重要的事,俗话说得好;男人可以流眼泪,不能没……咳,风格),所以下一段就来教大家如何设定TDA1543的工作点。

首先,让我们翻开TDA1543的Datasheet(这是一定要的啦)来看一下电气规格,第一步我们要找的是电压供应范围(supply voltage range)Vdd,这时我们可以得知Vdd的范围是3 ~ 8VDC,好,再来我们要关切的是模拟输出脚的电压范围(output voltage range)Voc,这时我们可以知道Voc的范围是1.8 ~ (Vdd - 1.2) VDC,再来我们要得知TDA1543全范围输出电流(full scale current)Ifs是多少,这时我们可以得知是约为2.3mA,最后结合Vdd和Voc这两个参数,我们可以得知TDA1543输出的电压范围最小是 1.8 ~ (3-1.2)VDC, 也就是1.8 ~ 1.8VDC,等于没什么输出,而最大是1.8 ~ (8-1.2)VDC,也就是 1.8 ~ 6.8VDC之间,换句话说实际上最大可以输出的电压Vout是(6.8-1.8)Vpp,也就是5Vpp的峰值电压,大概是1.75Vrms左右,下面整理一份规格出来方便大家参阅。
Vdd(供应电压范围):3 ~ 8VDC
Voc(直流电压范围):1.8 ~ (Vdd - 1.2) Vdc
Vout(最大输出电压范围): 0 ~ 5Vpp,约为 0 ~ 1.75Vrms
Ifs(全范围输出电流): 2.3mA
不过,超压是坏小孩的行为,所以良家子弟的我们施予TDA1543的电压是不敢超过8V的,而最好理让个0.5V展现一下中国人的礼让美德,所以套件里规划的电压是7.5VDC,以下我们就以7.5VDC为例。

决定了Vdd是7.5V之后,我们回头来看一下这时Vout的最大输出范围是多少,这时我们发现Vout最大输出电压变成( 7.5 - 1.2 - 1.8) = 4.5Vpp (1.6Vrms),可是这时我们最好也要展现一下礼让的美德不要让TDA1543处在临界的工作点上。所以,取个合理的值,以套件预设输出1Vrms为例,我们设定要输出的峰值电压范围是1Vrms x 1.414 x 2约2.8Vpp就好,这时我们可以开始算出RL1/RL2的电阻值是多少,怎么算呢?就是把设定好的Vout除与Ifs(全范围输出电流),也就是2.8Vpp /2.3mA = 1.21K,所以我们决定RL1/RL2为1.2K,没错,就是这么单纯。
我们决定RL1/RL2为1.2K时,我们可以发现最大输出时的直流电位是在1.8 ~(1.8+2.8) = 1.8 ~ 4.6VDC之间,这时我们要记得,输出的讯号实际上是交流讯号,有正有负,所以在没有输出讯号的时候,实际电压会在1.8 ~ 4.6VDC的「中点」,也就是 (1.8+4.6)/2 = 3.2VDC,这时观察一下Datasheet里Fig.4的图,得知事实上3.2VDC这个中点电压是由Ibias - Idac后的电流乘上RL1/RL2电阻得来的。反推回去,我们可以得知 (Ibias - Idac) x 1.2K = 3.2VDC,所以(Ibias -Idac)这时「必需」要是2.65mA左右,而Fig.4里还有出现一个叫Idac的电流,而当我们在没有输出的情况下Idac是多少呢?
这时藉由Ifs(全范围输出电流)为2.3mA可得知,没输出时就是Ifs的一半电流,也就是2.3mA / 2 = 1.15mA,所以此时的(Ibias - Idac) + Idac = 2.65 + 1.15 = 3.8mA,也就是说实际上此时会通过的总电流为3.8mA,重头戏出现了,我们要如何在没有讯号输出的静态工作点时设定DAC输出3.8mA?这个时候就要靠TDA1543的Vref脚位来设定,在Datasheet里Vref是固定在2.2 +- 0.1VDC的电位,且通过Vref的电流会被乘以AIbais(bias current gain)之后输出到模拟输出,所以当我们要输出3.8mA时,必需在Vref和GND之间串一支适当阻值的电阻来设定偏压,这个电阻就是套件里的R3!R3的数值怎么计算?我们知道AIbias约为2倍,而Vref约为2.2VDC,所以 3.8mA = AIbias x (Vref /R3) = 2 x (2.2 / R3),所以可以求得R3约为1.2K。

想必大家看到这边眼有点花、脑有点残了,没关系,因为笔者写到这边也快脑残了,所以我们来简单整理一下设定流程。
1. 有三支电阻要决定阻值,RL1、RL2、R3,其中RL1等于RL2。
2. 我们要决定供应电压Vdd是多少,Vdd最大可到8V, 最小可到3V。
3. 查出TDA1543的模拟输出的直流电压范围Voc是多少,是1.8 ~ (Vdd - 1.2) VDC。
4. 查出TDA1543在全范围输出时的电流Ifs是多少,是2.3mA。
5. 然后我们要决定一下输出电压Vout的峰值电压摆幅是多少。
6. 算出RL1和RL2,公式是(Vout / RL1 ) = 2.3mA。
7. 查出Vref(偏压参考电压)和AIbias(偏压电流增益),Vref = 2.2VDC、AIbias = 2。
8. 算出R3要设多少,公式是:
RL1 = (Vout / 2.3) Kohm
Vmp = (1.8 + 0.5 x Vout) VDC
(Ibias - Idac) = (Vmp/RL1) mA
Idac = (Ifs / 2) mA
(Ibias - Idac) + Idac = AIbias x (Vref / R3)
而代入已知的数值之后我们可以整理出很简单就可以求出RL1和R3的公式:
(0 < Vout < Vdd - 1.2) Vpp
RL1 = (Vout / 2.3) Kohm
R3 = 4.4 / ( (4.14 / Vout) + 2.3) Kohm
再举几个例子来说,假设我们要输出4.5Vpp的电压,那Vdd就至少要7.5VDC以上,而RL1/RL2的值为 2K左右,R3的值为1.4K左右,如果我想要输出2Vrms的讯号,那就需要约5.6Vpp的电压输出,也就是Vdd至少要8.6VDC以上(超过可承受最高电压!此时记得要加上DZ特制的IC散热片不然容易烧毁IC),RL1/RL2的值为2.4K左右,R3的值为1.5K左右。

最后来提一下SVR1以及CL1、CL2的作用,SVR1 25转可变电阻的设置是为了方便调整出精确的电阻值来提供偏压,同时可以藉由调整阻值的多寡来感受音色的变化,有兴趣的人可以另行购买一颗2K的25转精密VR来做调整,而CL1、CL2的作用是作为低通滤波之用,必需搭配被动式I/V转换使用。
下一期预告:
被动式I/V是个很有趣的且很容易藉由更换不同品牌不同数值的电阻,而得到各种不同音色变化的方式,和主动式I/V转换模式时更换不同OP以及回授电阻一样,而除了更改I/V转换模式以外,这个套件更可以经由并联多颗TDA1543的方式来得到更低的失真以及更有活生感的声音表现,下一期将会介绍如何并联多颗TDA1543与相应的零件配置变动方式,所以,大家用力玩,用力玩。
diyzone1.jpg

     
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