Cyfrowy wzmacniacz audio.pdf

Cyfrowy wzmacniacz audio

P R O J E K T Y

Cyfrowy wzmacniacz

audio

AVT−840

Prawda, øe tytu³ artyku³u

jest zdumiewaj¹cy? ìCyfrowy

wzmacniacz audioî brzmi

ma³o wiarygodnie i†wielu

z†Was podejrzewa nas

pewnie o†jakieú niecnoty...

Nies³usznie! W†artykule

naprawdÍ przedstawiamy

konstrukcjÍ cyfrowego

wzmacniacza audio, ktÛry

przez niektÛrych audiofili jest

traktowany jako wzorzec

brzmienia. W†Internecie

powsta³ nawet klub ìFan of

D-Class Amplifiersî,

gromadz¹cy fanÛw ìcyfrowegoî

brzmienia.

Na pocz¹tku odpowiem na py-

tanie, jak jest moøliwe zbudowa-

nie cyfrowego wzmacniacz audio,

zwanego takøe wzmacniaczem kla-

sy D. Pomocny w†wyjaúnieniu

problemu bÍdzie rys. 1 .

Na wyjúciu wzmacniacza gene-

rowany jest sygna³ prostok¹tny

o†amplitudzie bliskiej ca³kowite-

mu napiÍciu zasilania. CzÍstotli-

woúÊ tego przebiegu jest duøa,

w†prezentowanej konstrukcji wy-

nosi nieco ponad 100kHz. Prze-

bieg prostok¹tny jest filtrowany

w†filtrze dolnoprzepustowym,

sk³adaj¹cym siÍ z†w³¹czonego

w†szereg z†g³oúnikiem d³awika

oraz - rÛwnolegle z†cewk¹ g³oúni-

ka - kondensatora.

W†odrÛønieniu od standardo-

wych wzmacniaczy mocy, wraz

ze zmianami sygna³u wejúciowe-

go, na wyjúciu wzmacniacza nie

zmienia siÍ amplituda przebiegu,

lecz jego wype³nienie, czyli sto-

sunek czasu trwania ìwysokiegoî

poziomu napiÍcia, do okresu

przebiegu ( rys. 2 ). Tak wiÍc

ìcyfrowy wzmacniacz audioî jest

w†praktyce modulatorem PWM

(ang. Pulse Width Modulator)

o†duøej mocy wyjúciowej. Tego

typu modulacjÍ stosuje siÍ m.in.

w†mikrokontrolerach do generacji

Rys. 1. Sposób działania wzmacniacza klasy D.

Rys. 2. Sposób określenia

współczynnika wypełnienia

przebiegu.

Elektronika Praktyczna 11/99

Cyfrowy wzmacniacz audio

Rys. 3. Schemat blokowy wzmacniacza mocy TDA7482.

k³adem takiego sukcesu

jest uk³ad TDA7482 oraz

jego mniejsi ìbraciaî:

TDA7480/81. DziÍki wy-

korzystaniu tego uk³adu

w†prezentowanym urz¹-

dzeniu, ca³y wzmac-

niacz jest tak prosty, jak

to widaÊ na rys. 4 . W

uk³adzie TDA7482 zin-

tegrowano wszystkie

przedstawione wczeúniej

elementy, a†jego otocze-

nie stanowi zaledwie

kilka elementÛw bier-

nych oraz prosty zasi-

lacz.

Elementy D1, R1, R2

i†C1 zapewniaj¹ ìmiÍkkiî start

wzmacniacza, zapobiegaj¹c po-

wstawaniu stukÛw w†g³oúniku

podczas w³¹czania zasilania. Ele-

menty C9, R3 ustalaj¹ czÍstotli-

woúÊ pracy multiwibratora, ktÛry

zasila poprzez modulator PWM

stopieÒ koÒcowy mocy. Elementy

C6, R4 kompensuj¹ wzmacniaczo-

wi charakterystykÍ czÍstotliwoú-

ciow¹ typowych zestawÛw g³oúni-

kowych, doci¹øaj¹c wzmacniacz

w†zakresie wyøszych czÍstotliwoú-

ci.

przy pomocy timerÛw sygna³Ûw

analogowych.

PrzyjÍty w†urz¹dzeniu sposÛb

wzmacniania sygna³u akustyczne-

go wymusza zastosowanie niety-

powego, jak na standardowe roz-

wi¹zania, toru przetwarzania syg-

na³u. Schemat blokowy wzmac-

niacza klasy D†znajduje siÍ na

rys. 3 . Rola przedwzmacniacza

i†stopnia wejúciowego s¹ oczywis-

te: zapewniaj¹ one dopasowanie

impedancyjne ürÛd³a sygna³u do

stopnia koÒcowego i†odpowiedni¹

amplitudÍ sygna³u mo-

duluj¹cego przebieg

prostok¹tny multiwibra-

tora. Sygna³ o†zmien-

nym wype³nieniu steru-

je koÒcÛwkÍ mocy, za

poúrednictwem ktÛrej

jest zasilany filtr wy-

júciowy i†g³oúnik.

WydawaÊ by siÍ

mog³o, øe takie podej-

úcie realizacyjne do

konstrukcji wzmacnia-

cza mocy audio powo-

duje znaczne skompli-

kowanie jego budowy.

DziÍki wspÛ³czesnej

technologii produkcji

pÛ³przewodnikÛw takie

stwierdzenie nie jest

prawdziwe.

Na koniec wstÍpu

naleøy siÍ Wam jesz-

cze jedno wyjaúnienie:

po co w†ogÛle wymyú-

lono wzmacniacze kla-

sy D? Wbrew pozorom

konstruktorom przy-

úwieca³y wzglÍdy nie

tylko marketingowe, lecz takøe

wymagania stawiane nowoczes-

nym urz¹dzeniom audio. Naj-

wiÍkszym bowiem atutem

wzmacniaczy klasy D†jest bar-

dzo duøa sprawnoúÊ energetycz-

na, siÍgaj¹ca w†przypadku za-

stosowanego w†projekcie uk³adu

scalonego aø 87%.

èrÛd³o sukcesu

Ludzkie lenistwo jest wbrew

pozorom powodem wielu sukce-

sÛw. Takøe w†elektronice. Przy-

Rys. 4. Schemat elektryczny wzmacniacza audio klasy D.

Elektronika Praktyczna 11/99

Cyfrowy wzmacniacz audio

nien byÊ przystosowany

do pracy w†uk³adach

w.cz.

Uruchomienie

wzmacniacza sprowadza

siÍ w†praktyce tylko do

zweryfikowania wartoú-

ci napiÍÊ zasilaj¹cych.

Nie powinny one prze-

kraczaÊ ±25V, znacznie

lepiej jest trzymaÊ siÍ

wartoúci ok. ±20V. Nie

powoduje to wydatnego

zmniejszenia mocy wy-

júciowej, natomiast

znacznie podnosi bez-

pieczeÒstwo pracy uk³a-

du scalonego.

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1: 10k

R2: 30k

Ω

R4: 150

/0,125W

Kondensatory

C1: 2,2

F/50V

C2: 330nF

C3: 1nF

C4: 4,7nF

C5, C8, C10, C15, C16: 100nF

C6: 560pF

C7: 470nF

C9: 100pF

C11..C14: 2200

Rys. 5. Schemat montażowy.

Bardzo duøe znaczenie dla po-

prawnej pracy wzmacniacza ma

jakoúÊ elementÛw L1 i†C7. Spe³-

niaj¹ one bowiem rolÍ wyjúciowe-

go filtru noúnej o†czÍstotliwoúci

100kHz, przepuszczaj¹c tylko od-

filtrowan¹ sk³adow¹ m.cz. Ponie-

waø samodzielne wykonanie d³a-

wika moøe byÊ stosunkowo trud-

ne, bÍdzie on wchodzi³ w†sk³ad

zestawu.

Wzmacniacz jest zasilany na-

piÍciem symetrycznym o†wartoúci

ok. ±22V. Na rys. 4†pokazano

sposÛb do³¹czenia transformatora

do zaciskÛw na p³ytce drukowa-

nej wzmacniacza. Diody D2..5

po³¹czono w†mostek Graetza. Wy-

prostowane napiÍcie jest filtrowa-

ne przez kondensatory elektroli-

tyczne C11..14 i†monolityczne

C15/16. Poprawna praca wzmac-

niacza, zw³aszcza przy wiÍkszych

mocach wyjúciowych bÍdzie moø-

liwa, jeøeli wspÛ³czynnik ESR

kondensatorÛw C11..14 bÍdzie nie-

wielki.

F/35V

Uwagi koÒcowe

Specyficzna konstrukcja ob-

ci¹øenia wyjúcia wzmacniacza

wymusi³a na konstruktorach

wbudowanie we wzmacniacz

stopnia wyjúciowego o†ma³ej im-

pedancji wyjúciowej. Z†tego po-

wodu zastosowano unipolarne

tranzystory D-MOS, ktÛrych re-

zystancja w³¹czonego kana³u wy-

nosi ok. 0,4

Półprzewodniki

US1: TDA7482

D1: 1N4148

D2..D5: 1N5404

Różne

L1: 60..75

Poniewaø parametry cewki

g³oúnika maj¹ bezpoúredni wp³yw

na pracÍ filtru wyjúciowego, wy-

padkowe charakterystyki przeno-

szenia rÛøni¹ siÍ w†zaleønoúci od

impedancji cewki g³oúnika. Przy-

k³adowe charakterystyki czÍstotli-

woúciowe dla g³oúnikÛw 8

Podstawowe parametry i właściwości

wzmacniacza:

moc wyjściowa (THD=10%): 25W,

moc wyjściowa (THD=1%): 20W,

moc wyjściowa (THD=0,1%): 1..15W,

zalecana impedancja obciążenia: 8

Ω

przedstawiono na rys. 6 i† 7 . Jak

³atwo zauwaøyÊ, lepsz¹ z†punktu

widzenia uøytkownika charakte-

rystykÍ wzmacniacz ma dla im-

pedancji obci¹øenia 8

i †4

dopuszczalne impedancje obciążenia:

4..16

zalecane napięcie zasilania: ±22V,

częstotliwość taktowania PWM: 110kHz,

sprawność: 75..85% (zależy od mocy wy−

jściowej),

wbudowane zabezpieczenie termiczne i prze−

ciwzwarciowe,

Piotr Zbysiñski, AVT

piotr.zbysinski@ep.com.pl

pasmo przenoszenia (rys. 6 i 7).

Montaø i†uruchomienie

Schemat montaøowy p³ytki

wzmacniacza jest widoczny na

rys. 5 . Montaø wzmacniacza nie

wymaga szczegÛlnej wprawy

zw³aszcza, øe do ch³odzenia uk³a-

du US1 wystarczy niewielki ka-

wa³ek blachy aluminiowej. Jak

wykaza³y pomiary straty mocy

w†strukturze wzmacniacza US1

nie przekroczy³y 3,5W! Pewnej

uwagi wymaga tylko kondensator

C10 (na schemacie zaznaczony

szarym podlewem), ktÛry powi-

Rys. 6. Przykładowa charakterystyka

częstotliwościowa dla głośników 8

Rys. 7. Przykładowa charakterystyka

częstotliwościowa dla głośników 4

Elektronika Praktyczna 11/99

R3: 12k

H/3A (np. Elfa 58−690−11)

ARK2, ARK3

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: