Усилитель d класса своими руками
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 18.09.2024
В последние годы всё чаще на страницах журналов и форумах в Интернете, где обсуждают современные конструкции УМЗЧ, появляются усилители класса D с различными схемотехническими решениями. Журнал "Радио", 2011, № 1, с. 16—19 познакомил читателей с особенностями высококачественного транзисторного усилителя класса D с автогенерацией переключательного режима и ООС с выхода фильтра.
Предлагаемая в публикуемой статье любительская конструкция, выполненная в основном на микросхемах с применением элементов поверхностного монтажа, имеет сходную структуру и качественные показатели, поэтому ориентирована на работу в широкой полосе 34. Мощность этого усилителя (100 Вт) может быть существенно увеличена при повышении напряжения питания.
Интерес к проектированию усилителя мощности (УМ) класса D появился у меня после разработки нескольких импульсных блоков питания. Возникла идея собрать простой и экономичный УМ. Эта тема не имела своего развития, пока на глаза не попался доклад Бруно Путзейса [1], инженера-разработчика фирмы Philips. Тогда же я прочитал статью Сергея Кузнецова [2] на ту же тему. Много информации и ценных советов мной получено на форуме сайта vegalab.ru в теме "D class для саба".
Естественно, предлагаемая конструкция не претендует на законченность или выдающиеся параметры, так как является полностью любительской. Но с уверенностью можно утверждать, что она проверена и не требует изготовления многослойной печатной платы.
Главными критериями проекта были повторяемость, малая номенклатура использованных деталей, их доступность, возможность сборки в домашних условиях. В этой конструкции использованы в основном резисторы и конденсаторы типоразмеров 1206 и 0805 для поверхностного монтажа, а все комплектующие доступны для заказа через Интернет.
Кроме того, после испытаний предыдущих версий такого УМ был введён узел защиты от КЗ, так как кратковременное замыкание или другое нештатное событие выводили из строя выходные транзисторы и микросхему драйвера, цена которых составляет существенную долю стоимости всего УМ.
Рис. 2. Принципиальная схема усилителя класса D (увеличить схему)
Свойства и особенности структуры усилителя целесообразно рассмотреть по принципиальной схеме, представленной на рис. 2. Здесь на микросхеме DA1 собран входной усилитель напряжения с балансным входом, отличающийся способностью компенсации синфазных наводок. УМ с балансным входом можно использовать в любом варианте — как инвертирующий входной сигнал, так и не инвертирующий. Коэффициент усиления плеч задаётся соотношением сопротивления резисторов R5 и R6, R7 и при использовании указанных номиналов равен 16 дБ. Элементами С2, R2, R4, С4 и С1, R1, R3, СЗ формируется АЧХ УМ. Симметричные сигналы с выходов ОУ DA1 (выводы 1 и 7) через резисторы R8, R9 поступают на входы компаратора DA2 (LM31 IP), куда поступает сигнал обратной связи через ucd-цепь ОС [1]. Элементы DA2, VT3— VT5, DA3, VT7, VT8 и некоторые другие образуют усилитель класса D, коэффициент усиления которого в полосе звуковых частот равен отношению сопротивления резисторов R15, R16 к R8, R9 соответственно. Для сохранения баланса (и равного коэффициента передачи в симметричных цепях) сопротивления резисторов R8 и R9, а также R15 и R16 должны быть попарно равны. Как указано в [1], коэффициент усиления 13 дБ (4,5 раза) является оптимальным.
Так как драйвер DA3 (IR2110) имеет раздельные входы управления верхним и нижним плечами выходного каскада, сигнал с выхода компаратора, который, по сути, является последовательностью импульсов, модулированных по длительности звуковым сигналом, поступает на фазоинвертор на транзисторах VT3, VT5, включённых по схеме дифференциального каскада. Для обеспечения его работы собран источник тока (1,2 мА) на элементах VT4, VD3. Ток задаётся резисторами R22, R23. Для облегчения теплового режима транзистора VT4 в цепь коллектора включён гасящий резистор R20. Кроме инвертирования сигнала, транзисторы VT3, VT5 выполняют важную функцию сдвига уровня напряжения. Так как вывод Vss (общий сигнальный провод) микросхемы драйвера подключён к минусовому выводу блока питания, необходимо привести сигнал ШИМ от DA2 относительно общего провода устройства к уровню относительно -Vcc. Сопротивления резисторов R21, R24 выбраны такими, чтобы напряжение управления на входах DA3 не превышало 6 В (1,2 мА х 4,7 кОм). Микросхема DA3 включена по стандартной схеме [3].
Для исключения сквозного тока через транзисторы VT7, VT8 в цепи затворов установлены VR-цепи (VD7R40, VD8R41), ограничивающие ток зарядки ёмкости затворов. В данном устройстве применены полевые транзисторы (ПТ) IRF540Z. При применении в устройстве стабилитрона VD4 на 12 В напряжение управления для ПТ (VT8) будет составлять 12-1,5= 10,5 В (транзистор VT6 — составной). Сопротивление резисторов R40, R41 выбрано равным 10 Ом, потому что при меньшем значении происходит разогрев выходных транзисторов из-за возникновения сквозного тока. Время переключения мощных транзисторов равно 40 не, а средняя мощность сигнала переключения на частоте 300 кГц равна 132 мВт.
Согласно документации на микросхемы DA3—DA5, суммарный ток потребления от стабилизатора на транзисторе VT6 составит около 0,15 А. Соответственно, при напряжении питания УМ +/-30 В на этом транзисторе при напряжении питания драйвера 10,5В рассеивается мощность около 3 Вт.
Первоначально устройство защиты было построено с датчиком тока в цепи стока одного из транзисторов. При превышении тока через датчик вырабатывался сигнал на отключение устройства. Но для контроля тока в десятки ампер сопротивление и мощность резистора датчика тока оказываются неприемлемыми. Лучшее решение — контроль падения напряжения на канале ПТ в то время, когда он открыт.
В интервале времени, когда транзистор VT8 открыт, напряжение на стоке близко к напряжению на минусовом проводе питания. Так, при токе Iс=15 А на стоке напряжение выше -Vcc на lc*Rк = 15 А х 0,027 Ом = = 0,405 В, где R, — сопротивление открытого канала. Для отключения цепи измерения при закрывании транзистора VT8 использован быстродействующий диод VD6. Напряжение +10,5 В с затвора ПТ подаётся через токоограничивающий резистор R37 на диод VD6, в таком случае напряжение на инвертирующем входе компаратора DA4.1 составит сумму падения напряжения на диоде VD6 плюс падение напряжения на транзисторе VT8. То есть при токе 15 А оно примерно равно 0,4 + 0,4 = 0,8 В.
Для сглаживания пульсаций этого напряжения использован конденсатор С24, а для разрядки конденсатора — резистор R38. Далее это напряжение компаратор DA4.1 сравнивает с образцовым, которое формирует делитель напряжения R31R34. Оно может быть изменено с помощью подстроечного резистора R31. В том случае, если напряжение с датчика больше образцового, выходной транзистор микросхемы DA5 с открытым коллектором (вывод 7) закрыт. Конденсатор С25 заряжается через резистор R39 до напряжения, достаточного для запуска таймера DA5 (NE555), на выходе которого (вывод 3) устанавливается напряжение 10,5 В (относительно -Uпит). Это напряжение через светодиод HL1 поступает на вход SD (вывод 11) DA3 и запрещает генерацию. Так как ток этого входа недостаточен для свечения светодиода, добавлен резистор R25.
Второй компаратор (DA4.2) следит за напряжением питания нижнего плеча. При этом подразумевается, что оба плеча питания симметричны При напряжении питания нижнего плеча ниже -20 В компаратор переключается и, аналогично устройству защиты от превышения тока через ПТ, блокирует работу драйвера DA3 и выходного каскада. Это сделано для исключения неприятного свиста при включении и выключении УМ, который связан с разной скоростью зарядки и разрядки конденсаторов плеч питания, а также при использовании БП с плавным пуском.
Запуску возбуждения УМ сразу после подачи питания препятствует задержка (2 с), формируемая таймером DA5. При кратковременном срабатывании защиты УМ также будет выключаться на 2 с. Кроме того, у устройства защиты есть ещё одно полезное свойство. Так как сопротивление открытого канала полевого транзистора увеличивается с ростом температуры (а максимальный допустимый ток уменьшается) то, соответственно, при равных токах на разогретом транзисторе падение напряжения будет выше, чем на холодном. Таким образом, порог срабатывания защиты смещается в безопасную зону при перегреве.
Для питания ОУ DA1 и компаратора DA2 собраны два параметрических стабилизатора наVT1, VD1 и VT2, VD2. Для подавления ВЧ помех установлены дроссели L1, L2 (BLM21BD102SN1), которые совместно с конденсаторами С15, С17 и С16, С18 образуют LC-фильтры. При отсутствии дросселей их допустимо заменить резисторами сопротивлением 100. 220 Ом.
Для питания драйвера DA3 IR2110 и устройства защиты собран ещё один параметрический стабилизатор на элементах VT6, VD4, R31, С20. Здесь применён составной транзистор TIP112. Для него нужен теплоотвод, способный рассеивать мощность не менее 3 Вт.
Дроссель на выходе усилителя класса D — едва ли не самый важный элемент. При его неправильном изготовлении будут перегреваться либо транзисторы, либо сам дроссель, также могут появляться неприятные призвуки на НЧ. Я использовал дроссель с кольцевым магнитопроводом EPCOS 25,3x14,8x10 N87 с зазором около 1,1 мм. Этот зазор аккуратно прорезан "болгаркой" с отрезным кругом толщиной 1 мм. При резке нужно соблюдать крайнюю осторожность! В крайнем случае зазор можно сделать из бумаги, пропитанной клеем, при склеивании разломанного ферритового кольца. Индуктивность дросселя с зазором можно вычислить, воспользовавшись данными из [4]. Для получения индуктивности 30 мкГн на кольце, обёрнутом изоляционным материалом, равномерно намотаны 24 витка проводом диаметром не менее 0,8 мм.
Рис. 3. Усилитель класса D в сборе и печатная плата
Чертёж печатной платы и расположение элементов на ней показаны на рис. 4
Рис. 4a
Рис. 4б
Рис. 4в
Здесь маломощные транзисторы установлены со стороны монтажа SMD-деталей. В плате есть семь отверстий, в том числе три из них на месте отверстий в фланцах транзисторов. Поэтому и мощные транзисторы (VT6—VT8) могут быть закреплены через изолирующие прокладки на общем теплоотводе со стороны монтажа SMD-деталей.
На чертеже показан вариант размещения мощных транзисторов на теплоотводах промышленного производства, например, HS-123-40(см. рис. 3). В таком случае теплоотвод размерами 10x4x30 мм для транзистора VT6 можно изготовить из алюминия.
Слой фольги со стороны установки элементов с выводами оставлен как общий провод, с которым печатные проводники, соединяющие соответствующие элементы поверхностного монтажа, объединяют дополнительными перемычками (если нет металлизации в отверстиях, обозначенных GND на чертежах рис. 4,б), а в местах отверстий под элементы, не соединяемые с общим проводом, фольга снята небольшим сверлом. На плате также предусмотрена возможность экранирования входного ОУ и компаратора DA2. Для этого вокруг них симметрично расположены экранные площадки и переходные отверстия. Однако, как оказалось, в этом нет необходимости.
О последовательности монтажа. Прежде всего, в плате без металлизации отверстий нужно сделать проволочные перемычки участков печатного монтажа общего провода с экранным слоем фольги. Затем следует установить перемычку в цепи питания +12 В, а также соединить цепь обратной связи с выходом усилителя (перемычка а-а изолированным проводом). Далее на плату устанавливают разъёмы Х1—ХЗ (фирмы Dagson): входной разъём типа DG300-5.02P12, выходной — DG129-5.0-02Р. Разъём питания на плате — 2EDGRC-5.0-03P-14, ответная часть — 2EDGK-5.0-O3P-14.
Для упрощения проверки узлов устройства целесообразно сначала установить детали, относящиеся к параметрическим стабилизаторам, цепям источника тока (транзистор VT4) и фазоинвертора (VT3, VT5), чтобы проверить наличие напряжений на выходах стабилизаторов и падение напряжения на резисторе R20. Оно должно быть около 6 В. Затем монтируют таймер NE555 с "обвязкой". Проверяют работу узла задержки запуска при включении. Светодиод должен включаться на 1 . 3 с после подачи питания, а затем гаснуть.
После этого монтируют компаратор КА393 с "обвязкой". Подстроенным резистором R31 устанавливают на выводе 3 этого компаратора напряжение равным 0,9. 1 В (относительно -ипит) и проверяют работу узла контроля напряжения питания. Это удобно делать с помощью регулируемого Б П. При понижении напряжения питания менее 15. 20 В должен светиться светодиод.
После этих проверок устанавливают остальные детали. Сначала следует правильно смонтировать все элементы для поверхностного монтажа, затем и остальные: микросхемы, оксидные конденсаторы, теплоотводы и дроссель L3. Мелкие детали монтируют в порядке уменьшения размера. Особое внимание нужно уделить правильной полярности при установке полярных конденсаторов и диодов VD5—VD8.
На плате дополнительные блокировочные конденсаторы могут быть напаяны поверх уже установленных SMD-конденсаторов.
По окончании монтажа нужно тщательно промыть печатную плату.
Первое включение лучше осуществлять от маломощного БП. Для этих целей я использовал DC/DC преобразователь напряжения с 12 на +/-35 В с регулировкой выходного напряжения, подключённый к маломощному источнику напряжения 12 В (до 1 . 2 А), или от иного БП через лампу мощностью 20. 25 Вт (220 В). При первом включении целесообразно к выходу УМ вместо акустической системы подключить резистор сопротивлением 20. 100 Ом (10 Вт). При отсутствии осциллографа наличие несущей проверяют маломощной лампой накаливания на 27 В, подключив её к выходу УМ (до дросселя L3), а с помощью лампы на 2,5 В можно оценить реальное напряжение ВЧ (с частотой автогенерации) на выходе УМ с нагрузкой. Что касается постоянного напряжения на выходе, то у трёх изготовленных УМ оно оказалось в интервале 26. 40 мВ, но и с этим можно бороться введением цепи коррекции нуля компаратора DA2. Однако мне это показалось излишним.
Осциллограммы, приведённые далее для пояснения работы узлов, сняты с контрольных точек платы, на которой все установленные детали соответствуют схеме, выходные транзисторы — IRF540. Блок питания — импульсный, нестабилизированный номинальной мощностью 100 Вт. Нагрузка — резистор сопротивлением 3,9 Ом. Масштаб по вертикали и горизонтали указан под осциллограммами.
Ниже показаны некоторые полезные осциллограммы (картинки кликабельны). Так, на рис. 5 показана осциллограмма напряжения на выходе УМ без входного сигнала (после фильтра — жёлтым и до фильтра — голубым). На рис. 6 показано напряжение сигнала на выходе УМ перед ограничением. Мощность — 88 Вт, напряжение питания — +/-28 В. Теоретически возможное напряжение на выходе равно 28 В/1,41 = 19,8 В эфф. При снижении напряжения питания до +/-26 В на осциллограмме рис. 7 заметно ограничение амплитуды. Выходной LC-фильтр настроен на частоту среза 20 кГц (по уровню -3 дБ).
На рис. 8 видна задержка импульса сигнала (жёлтым цветом) с выходного каскада после появления импульса на входе драйвера IR2110 (голубым цветом). Переключение мощных транзисторов, которое является источником помех, происходит, когда переходные процессы на входе драйвера заканчиваются.
На рис. 9,а, б показаны фронт и спад импульсов, действующих на выходе мощного каскада (до выходного фильтра).
На рис. 10 показан импульсный сигнал на выходе компаратора LM311 Р.
На рис. 11 отражена задержка реакции на смену полярности сигнала на входе дифференциального каскада (на выходе LM311P). Жёлтым цветом — выход LM311F; голубым — сигнал на входе драйвера.
На рис. 12 показана общая задержка распространения сигнала. Голубым — выход компаратора, жёлтым — напряжение в средней точке ПТ.
Описываемый усилитель при использовании указанных компонентов и напряжении питания +/-31 В может выдать 100 Вт долговременной мощности на нагрузке сопротивлением 4 Ом. Температура теплоотвода транзистора VT6 после 30 мин работы в таком режиме достигает 65 °С, микросхемы DA3 — 60 °С и теплоотвода выходных транзисторов — 55°С. На музыкальном сигнале средней мощности нагрев выходных транзисторов не наблюдается и основным источником тепла становится транзистор VT6. При увеличении напряжения питания до +/-45 В следует применить обдув теплоотвода, тогда максимальная выходная мощность возрастёт до 200. 240 Вт. Необходимо понимать, что максимальное выходное напряжение будет меньше, чем напряжение питания, на величину размаха несущей на выходе.
Усилитель легко модернизировать. Собственно, при разработке платы учитывалась возможная необходимость в будущем использовать входную часть с модулятором и в более мощной конструкции. В этом случае необходимо применить транзисторы на максимально допустимое напряжение 150 или даже 200 В, увеличить напряжение питания и переделать выходную часть устройства. В стабилизаторах питания ОУ и компаратора установлены транзисторы, способные рассеивать значительную мощность. При питании напряжением не более +/-25 В вполне можно вместо дросселей L1, L2 ограничиться гасящими резисторами сопротивлением 100. 180 Ом (0,125 Вт), так как ток потребления ОУ и компаратора не превышает 20. 25 мА. Вообще, собранный правильно УМ надёжен и неприхотлив, не реагирует на существенные отклонения в номиналах резисторов по "цифровым" цепям.
Оптимальная частота работы УМ — около 300 кГц. При указанных в статье номиналах элементов УМ функционирует на частоте 250 кГц. Частота зависит от параметров выходного фильтра, сопротивления нагрузки, цепей ОС, а также скорости переключения ПТ.
УМ включается и выключается без щелчков и шумов и не боится замыканий на выходе. При питании от одного импульсного источника питания без стабилизации взаимовлияния каналов мной не замечены. При мостовом включении нужно шунтировать выходы разных усилителей конденсаторами ёмкостью 0,1 мкФ. Работоспособность в мостовом включении проверена. Что касается численных объективных показателей качества, судить не берусь, нет необходимого инструментария. Субъективно же — звук приятный и как минимум "интересный".
Радио 2013 №1 (стр.15-17), №2(стр.13-14) Ю. ИГНАТЬЕВ, г. Ивано-Франковск, Украина
Не секрет, что часто радиолюбители при своих конструкций равняются на промышленные образцы. И это правильно, ведь за ними стоит завод с десятками инженеров, дорого производственного оборудования и испытательных камер. Вот и делая усилитель мощности звука D-класса, можно смело ориентироваться на схему известного в своих кругах аппарата FREEPASS10, выдающего 250 Вт (при 1% гармоник) на канал.
Схема усилителя FREEPASS10
В конце статьи есть схема в высоком разрешении
Технические характеристики
Также приводим десяток фотографий внутренностей этого УМЗЧ, чтоб лучше понять принцип сборки и компоновки радиоэлементов.
Фото УМЗЧ FREEPASS10
Более качественный вариант принципиальной схемы можете посмотреть в этом PDF документе.
Вот принципиальная электрическая схема проекта усилителя мощности звука, работающего в импульсном классе D, которая в отличии от этой конструкции не содержит дорогих специализированных микросхем. Всё собирается на распространённых деталях. Схема представляет интерес не только как сам УМЗЧ, а как наглядная демонстрация всех узлов и процессов, происходящих в УНЧ этого типа: генератор, модулятор, буферный каскад, усилитель и так далее.
Схема УНЧ класса D
Принципиальная схема. Клик для увеличения.
Максимальная мощность выхода не указана, так как всё зависит от напряжения питания и типа используемых транзисторов. При желании – раскачать выход до 100 Вт на 4-х Омах не проблема.
Список деталей
- 1х 3.5 мм аудиовыход
- 1х потенциометр 10K
- 1х компаратор LM393
- 1х Таймер TLC555
- 1х Инвертор 74HC04
- 1х IR2113 драйвер МОСФЕТ
- 2х IRLZ44N транзистор
- 1х 7805 регулятор напряжения
- 1х 7812 регулятор напряжения
- 3х 47 мкФ, 1х 22 мкФ, 7х
- 220 нФ конденсатор3х UF4007 диод
- 2х 10к, 2х 10, 1х 2к резистор
- 2х 33 мкГн дроссель
Печатную плату для простоты сборки можно не разрабатывать, а спаять детали на макетной – смотрите фото.
Видео
А это видео даст всю информацию, нужную для постройки своего аудио усилителя Д класса.
Увеличение КПД усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) – одна из важных задач разработчика носимых (мобильных) и ряда других аналоговых и цифровых устройств. Зачастую лучшим решением этой задачи оказывается применение УМЗЧ класса D. В последние годы появилось множество специализированных микросхем УМЗЧ класса D с высоким КПД (почти 100%) и небольшим коэффициентом нелинейных искажений (заметно менее 10%). В статье описаны основные принципы работы и схемотехника усилителей класса D на микросхемах УМЗЧ разных фирм.
На протяжении двух десятков лет схемотехника УМЗЧ развивается в двух взаимоисключающих направлениях. Во-первых, это улучшение субъективного качества воспроизведения звука (как правило, за счет уменьшения КПД усилителя), а во-вторых — повышение экономичности (КПД) усилителя и уменьшение его размеров при сохранении высоких показателей качества звука.
В выходных каскадах усилителей первого типа используются мощные полевые транзисторы или радиолампы (Hi-End), работающие в линейном режиме — классе А или его модификациях.
Второе направление развивается главным образом в секторе носимой и автомобильной звуковоспроизводящей аппаратуры. Именно здесь широко используются усилители класса D. В высококачественной стационарной звуковоспроизводящей аппаратуре класс D также начал использоваться — чаще всего в усилителях для сабвуфера, где из-за малой полосы пропускания удается достичь весьма небольших искажений.
Заметно расширить применение УМЗЧ класса D позволило создание микросхем, содержащих не только драйвер, но и выходные ключи на МДП-транзисторах. Примером могут служить микросхемы серии MP77хх фирмы MPS (Monolithic Power Systems).
Всего на момент написания статьи таких микросхем было пять: MP7720, MP7722, MP7731, MP7781 и MP7782. На номинальную выходную мощность косвенно указывает предпоследняя цифра в наименовании микросхемы (см. табл. 1).
Номинальная мощность,Вт (Uпит = 24 В, нагрузка 4 Ом)
50 (нагрузка 6 Ом)
Коэффициент нелинейных искажений (THD+N), % (на частоте 1 кГц при вых. мощности 1 Вт)
0,06 (нагрузка 8 Ом)
0,16 (нагрузка 4 Ом)
Частота преобразования ШИМ, кГц
Сопротивление канала выходных МДП-ключей в состоянии насыщения, Ом
Динамический диапазон, дБ
SOIC8 или PDIP8
Напряжение питания всех микросхем – 7,5…24 В; эффективное напряжение входного сигнала – 1 В.
Исключением является микросхема MP7782, развивающая 50 Вт на нагрузке 6 Ом. Пиковая выходная мощность всех микросхем этой серии вдвое больше номинальной. В таблице 1 приведены также и другие важные параметры микросхем MP77хх. Для примера рассмотрим подробнее УМЗЧ на микросхемах MP7722 и MP7782.
Область применения этой микросхемы — DVD-проигрыватели, домашние стереосистемы, мультимедийные ПК, телевизоры — как обычные, так и плоскопанельные (LCD и PDP).
Микросхема MP7722 выпускается в корпусе для поверхностного монтажа TSSOP20F, размеры которого вместе с выводами приблизительно равны 6,5 × 6,5 мм при высоте 1,2 мм. УМЗЧ на этой микросхеме имеет номинальную мощность 20 Вт при сопротивлении нагрузки 4 Ом и напряжении питания 24 В. Диапазон воспроизводимых частот — 20 Гц….20 кГц. Усилитель имеет КПД 90% при коэффициенте нелинейных искажений не более 0,1% для всего диапазона частот (при выходной мощности 1 Вт). В каждый канал микросхемы встроены по два выходных ключа на МДП-транзисторах, которые включены последовательно по питанию (полумостом). Принципиальная схема стереофонического УМЗЧ класса D на микросхеме MP7722 изображена на рисунке 1, а назначение деталей сведено в таблицу 2.
Коэффициент усиления по напряжению любого канала микросхемы MP7722 так же, как и у операционных усилителей при инверсном включении, равен отношению сопротивлений резистора ООС и ограничивающего резистора на входе этого канала. AV1 и AV2 (именно так обозначены коэффициенты усиления по напряжению в документации фирмы MPS) для каждого из каналов можно рассчитать по формулам:
Таблица 3. Зависимость частоты ШИМ микросхемы MP7722 от напряжения питания микросхемы и номиналов RFB, RIN и CINT
Номера каналов в обозначении деталей в этой таблице не указаны.
Наличие у микросхемы MP7722 входов разрешения позволяет легко организовать дежурный режим и режим приглушения (MUTE). Для этого достаточно на выводы 6 (для приглушения — 10) подать потенциал менее 0,4 В. В нормальном режиме на этих выводах должно быть напряжение более 2 В.
Область применения этой микросхемы шире, нежели у MP7722. Кроме DVD-проигрывателей, домашних стереосистем, мультимедийных ПК и телевизоров, микросхема MP7782 может использоваться в сабвуферах. Она так же, как и MP7722, выпускается в корпусе для поверхностного монтажа TSSOP20F и имеет с этой микросхемой много общего, несмотря на то, что микросхема MP7782 — это монофонический УМЗЧ класса D с мостовым выходом. На нагрузке 6 Ом УМЗЧ на MP7782 способен развивать выходную мощность 50 Вт.
Учитывая, что МС MP7782 имеет мостовой выход, можно говорить (см. [1]), что она имеет два канала усиления (УМЗЧ), работающих в противофазе. Наличие двух каналов усиления в MP7782, тот же корпус и похожая цоколевка сближает эту микросхему с рассмотренной выше MP7722. Принципиальная схема монофонического УМЗЧ класса D на этой микросхеме показана на рисунке 2.
Сравнивая эту схему со схемой УМЗЧ на микросхеме MP7722 (см. рис. 1), легко разобраться в назначении деталей. Частота ШИМ в отсутствие входного сигнала здесь так же зависит от напряжения питания (VDD), емкостей конденсаторов C4, C10 и C13 и сопротивлений резисторов R1, R3, R4 и R8. При этом времязадающим конденсатором считается C4. Емкостью этого конденсатора задается оптимальное значение частоты ШИМ без входного сигнала (400…600 кГц) при номинальных емкостях конденсаторов C10, C13 в пределах 1…2,2 пФ.
В микросхемах УМЗЧ класса D третьего поколения, выпускаемых Texas Instruments, используется технология (фирменное ноу-хау), которая позволяет значительно снизить амплитуду и длительность импульсов ШИМ между выходами, а значит, существенно уменьшить габариты дросселя ФНЧ, а в большинстве случаев отказаться от него совсем. В чем суть этого ноу-хау?
Для ответа на этот вопрос рассмотрим основные принципы построения и работы УМЗЧ класса D третьего поколения. Во-первых, такой усилитель должен иметь мостовой выход (т.е. иметь два выхода — прямой и инверсный). Во-вторых, сигналы звука на выходах (прямом и инверсном) должны быть противофазны. И, наконец, главное: импульсные сигналы ШИМ на этих выходах должны быть синфазны. Последнее достигается практически только в режиме покоя (без сигнала).
Упрощенная схема УМЗЧ класса D с мостовым выходом без ФНЧ показана на рисунке 3.
Он содержит два выходных усилителя (канала), НЧ-сигналы на выходах которых имеют одинаковый размах, но противоположные фазы. В каждом канале имеется свой ШИМ. При этом прямоугольные сигналы на выходе схемы в режиме покоя синфазны или имеют небольшой фазовый сдвиг (см. рис. 4).
Рис. 4. Эпюры напряжений и выходного тока УМЗЧ класса D с мостовым выходом без фильтра в режиме покоя (вверху) и при положительном мгновенном значении НЧ-сигнала (внизу)
Микросхема TPA2013D1 рассчитана на применение в носимых (мобильных) устройствах с батарейным питанием и имеет встроенный повышающий преобразователь, который позволяет поддерживать в нагрузке постоянную мощность при значительном изменении напряжения питания.
Так, при питании от литий-ионных аккумуляторов с напряжением от 2,3 до 4,8 В УМЗЧ может поддерживать постоянную выходную мощность 1,5 Вт. При напряжении питания 3,6 В усилитель на TPA2013D1 развивает мощность 2,7 Вт на нагрузке 4 Ом или 2,2 Вт на нагрузке 8 Ом. Микросхема имеет КПД 85%. Диапазон напряжения питания (VDD) — от 1,8 до 5,5 В.
Микросхема TPA2013D1 выпускается только для поверхностного монтажа в корпусах QFN размером 4 × 4 мм с 20 плоскими выводами (TPA2013D1RGP) или WCSP размером 2,275 × 2,275 мм с 16 шариковыми выводами (TPA2013D1YZH). Максимальная выходная мощность микросхем в корпусах QFN и WCSP заметно различается и зависит от температуры окружающей среды (см. табл. 4).
Таблица 4. Зависимость максимальной выходной мощности микросхемы TPA2013D1 в корпусах QFN и WCSP от температуры окружающей среды
Читайте также: