Cyfrowy wzmacniacz audio.pdf
(
209 KB
)
Pobierz
Cyfrowy wzmacniacz audio - AVT-840
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
61
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.
62
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
63
R3: 12k
H/3A (np. Elfa 58−690−11)
ARK2, ARK3
Plik z chomika:
tutenchamon007
Inne pliki z tego folderu:
zwrotnice głośnikowe - zapomniane ogniwo 2.pdf
(113 KB)
zwrotnice głośnikowe - zapomniane ogniwo 1.pdf
(172 KB)
zmieniacz_mowy.pdf
(179 KB)
wzmacniaczwcz.pdf
(334 KB)
wzmacniacz_antenowy.pdf
(154 KB)
Inne foldery tego chomika:
Dokumenty
Dyplomy przedszkolne
ELEKTRONIKA
Elektronika dla Wszystkich
INFORMATYKA
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin