УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА НА МИКРОСХЕМЕ
Много времени посвящают радиолюбители усилителям звука. Некторые паяют мощные и многоканальные, некоторые простые, что расчитаны на слабую мощность. Захотелось и мне чего погромче, покачественней. И подумав решил, что сойдёт усилитель ватт на 10-20. Думаю этого вполне достаточно. Конструкция была предназначена для прослушивания музыки во времы игры на школьном футбольном поле. Эта выходная мощность как раз подходила для того, чтобы хорошо слышать музыку во всех частях поля. Данную схему соберёт даже начинающий, однако и опытный радиолюбитель захочет иногда себя побаловать таким отличным повторением. Схема довольно-таки лёгкая и стабильная в работе. Смотрим сам рисунок радиосхемы: Питается усилитель от 8 до 18 вольт.
Оптимально — 12в. Микросхему можно взять из нерабочей компьютерной колонки или дешёвой китайской магнитолы. Остальные детали УНЧ можно навыковыривать в старой технике. В этой схеме стоит 2 дида 1N4001 которые защищают схему от неправильной подачи питания + с -. При правильном включении звук чистый, без помех. Если не найдётся резистора на 1 ом — не растраивайтесь. Просто возьмите карандаш и намотайте на него витков 20, проволки 0,2мм. Обязательно установите микросхему на радиатор, можно чуть меньше, чем на картинке. Она заметно греется. Спаянная схема УНЧ выглядит так:
Для первого запуска никогда не ставте мощные источники питания с большим током. Рискните для начала подключить от «Кроны» (чтобы случайно не спалить микросхему при ошибках монтажа).
Если собрано правильно — всё должно заработать, у меня работало и работает до сих пор.
Теперь бегаем, играем в футбол, слушаем музыку. Вот готовый девайс в корпусе:
Форум по усилителям
Форум по обсуждению материала УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА НА МИКРОСХЕМЕ
Мощная микросхема усилителя звука
Сейчас мало кто отваживается собирать мощные УМЗЧ исключительно на транзисторах, тем более, что в продаже есть прекрасные проверенные специальные микросхемы, в десятки раз упрощающие сборку усилителей звука. Например микросхема TDA7294 является таким монофоническим усилителем низкой частоты. Выходная мощность микросхемы составляет 70 ватт, максимальная выходная мощность доходит до 100 ватт. Микросхема может работать как на стандартной нагрузки 4 Ом, так и на нагрузки 8 Ом. На этой микросхеме часто строятся самодельные усилители для широкополосной акустики или мощные усилители сабвуферов.
Микросхема имеет несколько вариантов включения. Чаще всего используют традиционное включение с двухполярным питанием. Имеется несколько вариантов увеличения выходной мощности микросхемы. В последнее время в интернете часто встречается вариант предложенный Чивильчем. В схеме микросхема играет роль предварительного усилителя, а всю основную мощность вырабатывает мощные силовые транзисторы. По идее это простой эмиттерный повторитель. Схема позволяет получить выходную мощность до 140 ватт. В схеме желательно использовать высококлассные комплиментарные пары
Мощная микросхема для усилителя звука — схема подключения
Существует вариант параллельного включения двух микросхем. Этот вариант радиолюбителями применяется крайне редко. Наиболее часто используется мостовое включение двух микросхем. Данный вариант позволяет получить выходную мощность до 200 ватт, на нагрузку 8 Ом.
Мостовое включение суммирует выходные мощности двух микросхем для получения более мощного канала. Такая схема отлично подходит для питания мощных автомобильных сабвуферных головок, но нужно учитывать то, что сопротивление подключенных нагрузки не должно быть меньше 8 Ом.
Стандартная схема включения применяется наиболее часто. На маленьком кусочке фольгированного стеклотекстолита можно построить полноценных усилитель разряда Hi-Fi с минимальными затратами с применением этой микросхемы. Микросхема TDA 7294 является самым дешевым вариантом построения полноценного сабвуферного усилителя.
В случае, если усилитель создан для совместной работы с сабвуферной головкой, следует учесть, что имеется нужда отдельного фильтра низких частот, который будет срезать все средние и высокие частоты, оставляя только низкие частоты.
Встроенный выходной каскад микросхемы работает в классе АВ, следовательно, микросхеме понадобится довольно большой теплоотвод.
Рабочее напряжения микросхемы двухполярное, от 10 до 40 Вольт, можно питать микросхему от нестабилизированного источника, подойдет любой сетевой трансформатор с мощностью 120-150 ватт, отлично подходят также и импульсные блоки питания.
Понравилась схема — лайкни!
ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ
Смотреть ещё схемы усилителей
УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ
УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ
Третье поколение микросхем УМЗЧ класса D от Texas Instruments — Компоненты и технологии
Усилители мощности звуковой частоты (УМЗЧ) класса D постоянно совершенствуются.
Компания Texas Instruments занимается разработкой и производством микросхем для УМЗЧ класса D более 20 лет и выпускает уже третье поколение этих микросхем. Настоящая статья посвящена особенностям и принципам работы микросхем УМЗЧ класса D третьего поколения от Texas Instruments (TI).
Если проследить историю развития схемотехники микросхем УМЗЧ класса D, то можно заметить следующую тенденцию. Первые микросхемы для УМЗЧ класса D были, собственно, не усилителями мощности, а драйверами для управления выходным двухтактным УМ. Они содержали ШИМ (широтно-импульсный модулятор) и предоконечные каскады усиления. Современные микросхемы имеют такую структуру только для очень мощных усилителей, но и из этого правила тоже есть исключения. Примером тому может служить микросхема MP7781 [2], которая производится американской фирмой MPS (Monolithic Power Systems). Эта микросхема представляет собой монофонический УМЗЧ класса D с мостовым выходом и выходной мощностью 80 Вт.
После этого мощные биполярные и полевые транзисторы начали встраивать в микросхемы УМЗЧ и широко использовать мостовое включение этих транзисторов.
В англоязычной литературе такое включение сокращенно обозначают аббревиатурой BTL (Bridge Tied Load — мостовое подключение нагрузки, то есть громкоговорителя). Использование BTL и некоторых ноу-хау, патентованных компанией Texas Instruments, о которых мы будем говорить ниже, позволило в ряде УМЗЧ класса D отказаться от одной из самых дорогих и громоздких деталей—дросселя выходного фильтра. Точнее — от всего выходного фильтра. Отсутствие фильтра низких частот (ФНЧ) на выходе — не единственное достоинство технологии и схемотехники мостовых УМЗЧ класса D третьего поколения от Texas Instruments. Чтобы разобраться в этих усилителях, рассмотрим вкратце те особенности традиционных УМЗЧ класса D с мостовым выходом, на которые не всегда обращают внимание как производители микросхем, так и разработчики устройств на этих микросхемах.
Особенности традиционных УМЗЧ класса D с мостовым выходом
Основные принципы работы УМЗЧ класса D, а также УМЗЧ класса A, B и AB с мостовым выходом относительно подробно рассмотрены автором ранее [1–2].
Кратко повторим основные моменты. В режиме работы класса D происходит преобразование входного сигнала в импульсы прямоугольной формы одинаковой амплитуды, длительность которых пропорциональна мгновенной амплитуде сигнала в каждый заданный момент времени (ШИМ — широтно-импульсная модуляция). Активные элементы выходного каскада при этом работают в ключевом режиме и имеют два состояния. Транзистор заперт или открыт до насыщения. Усилители класса D имеют большой КПД, так как основные потери энергии на выходных мощных ключах происходят только в момент переключения, при насыщении потери энергии минимальны и будут тем меньше, чем меньше сопротивление насыщенного ключа. Обычные усилители класса D имеют КПД более 90% и достаточно большой коэффициент нелинейных искажений (около 10%), но применение новых технологий (ноу-хау производителей) позволяет снизить коэффициент нелинейных искажений до долей процента. УМЗЧ класса D содержит генератор пилообразного напряжения, частота которого лежит значительно выше звукового диапазона, и широтно-импульсный модулятор (ШИМ).
УМЗЧ с мостовым выходом имеет два одинаковых комплементарных или квазикомплементарных выходных усилителя (канала), которые работают в противофазе. Нагрузка (громкоговоритель) включается между выходами этих каналов [1–2].
Упрощенная схема традиционного УМЗЧ класса D с мостовым выходом показана на рис. 1.
Упрощенная схема традиционного УМЗЧ класса D с мостовым выходом (Рис. 1)
Рис. 1. Упрощенная схема традиционного УМЗЧ класса D с мостовым выходом
Этот УМЗЧ состоит из генератора пилообразного напряжения, каскада ШИМ и двух одинаковых инвертирующих усилителей (каналы 1 и 2).
На выходах каждого из каналов перед громкоговорителем установлены ФНЧ: L1, C5 и L2, C6. Конденсаторы C1–C4 — разделительные. R1, R2 — делитель напряжения сигнала на входе канала 2.
Рассмотрим работу этого УМЗЧ в режиме покоя, то есть при отсутствии сигнала на входе.
Это именно тот режим, которому уделено мало внимания в различной радиотехнической литературе и технической документации.
Эпюры напряжений в некоторых узловых точках и выходного тока этой схемы в режиме покоя изображены на рис. 2.
Эпюры напряжений и выходного тока традиционного УМЗЧ класса D с мостовым выходом в режиме покоя (Рис. 2)
Рис. 2. Эпюры напряжений и выходного тока традиционного УМЗЧ класса D с мостовым выходом в режиме покоя
Пилообразное напряжение от генератора поступает на ШИМ, где преобразуется в симметричные прямоугольные импульсы, так как на схему в режиме покоя не подан НЧ-сигнал звука. На выходах OUTN (е) и OUTР (г) эти импульсы будут противофазны (см.
рис. 2) и будут иметь размах, близкий к напряжению питания (в данном примере 5 В). Между этими выходами размах сигнала увеличится вдвое (от –5 до +5 В). Это приводит к тому, что через ФНЧ и частично через громкоговоритель в режиме покоя будет протекать заметный высокочастотный ток. Он будет иметь пилообразную форму, так как в ФНЧ происходит интегрирование сигнала. Некоторые потери энергии в режиме покоя неизбежны.
Ноу-хау компании Texas Instruments позволяют не только уменьшить эти потери, но и отказаться от самого ФНЧ, установив вместо него шунтирующий нагрузку по ВЧ конденсатор небольшой емкости.
Основные принципы работы УМЗЧ класса D с мостовым выходом без ФНЧ
Упрощенная схема этого УМЗЧ показана на рис. 3. Он также содержит два выходных усилителя (канала), НЧ-сигналы на выходах которых имеют одинаковый размах, но противоположные фазы.
Упрощенная схема УМЗЧ класса D с мостовым выходом без ФНЧ (Рис. 3)
Рис. 3. Упрощенная схема УМЗЧ класса D с мостовым выходом без ФНЧ
В каждом канале имеется свой ШИМ.
Причем прямоугольные сигналы в режиме покоя на выходе схемы вовсе не противофазны, как в предыдущей схеме, а синфазны или имеют небольшой фазовый сдвиг (см. 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) (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)
Это достигается с помощью инвертора (рис. 3) с коэффициентом усиления по напряжению равным 1 (KU = 1). В результате на громкоговоритель в режиме покоя в худшем случае поступают противофазные симметричные импульсы малой длительности (рис. 4). Для их сглаживания используется небольшая емкость и индуктивность громкоговорителя. Сравнив рис. 4 и рис. 2, легко заметить, что ток нагрузки в режиме покоя заметно ниже в схеме рис. 3, чем в схеме рис.
1. В режиме усиления входного НЧ-сигнала звука ШИМы работают в противофазе, то есть если длительность импульсов на выходе одного ШИМ увеличивается, то на выходе другого— уменьшается, и наоборот (рис. 4). Это приводит к асимметрии импульсов, прикладываемых к нагрузке, а значит, к появлению в токе громкоговорителя составляющей, величина которой зависит от разности длительности импульсов ШИМ 1 и ШИМ2. Эта составляющая меняется по закону входного НЧ-сигнала звука и будет преобразовываться громкоговорителем в акустические колебания.
Обзор микросхем УМЗЧ класса D фирмы Texas Instruments
Корпорация Texas Instruments производит множество микросхем для УМЗЧ класса D. До сих пор в изделиях и в продаже можно встретить микросхемы первого поколения, такие как TL1451, TL1453 и другие, которые были разработаны еще в начале 80-х годов. Но на много интереснее более поздние микросхемы УМЗЧ класса D. В одном из последних релизов представлено 19 таких микросхем. Их основные параметры и характеристики приведены в таблице 1.
Таблица 1. Параметры микросхем УМЗЧ класса D фирмы Texas Instruments
Рассмотрим подробнее две микросхемы УМЗЧ класса D из этой таблицы, одна из которых — монофонический усилитель, а другая — стереофонический.
Микросхема TPA2000D1 фирмы Texas Instruments
Микросхема TPA2000D1 фирмы Texas Instruments представляет собой монофонический УМЗЧ класса D с мостовым выходом без ФНЧ и плавным (без щелчка) включением и выключением. Микросхема способна развивать мощность 2 Вт на нагрузке сопротивлением 4 Ом и нелинейных искажениях менее 1%. Диапазон рабочих температур составляет –40…+85 °C. Коэффициент усиления микросхемы можно устанавливать равным 6 дБ (2 раза), 12 дБ (4 раза), 18 дБ (8 раз) и 23,5 дБ (15 раз), задавая логические уровни на входах установки усиления GAIN0 и GAIN1. Она питается от одиночного источника питания +2,7…+5,5 В. Микросхема УМЗЧ TPA2000D1 изготавливается в одном из двух корпусов для поверхностного монтажа: TSSOP с 16 выводами (TPA2000D1PW) или MicroStar Junior BGA с 48 выводами (TPA2000D1GQC).
Эти корпуса в фирменной документации называют и обозначают по-разному. Так, первый из них может обозначаться как 16TSSOP, PW или R-PDSO-G16, а второй — 48VFBGA, GQC или S-PBGA-N48.
Корпус 16TSSOP достаточно распространен. Поэтому его внешний вид и расположение выводов мы не приводим. Его размеры 5×4,5мм (без выводов). Он имеет двустороннее расположение выводов с шагом 0,65 мм. Корпус 48VFBGA (рис. 5) встречается заметно реже. Он имеет 48 выводов каплеобразной формы, которые расположены снизу корпуса в виде матрицы 7×7 с шагом 0,5 мм. Вывод С3 отсутствует. Размер корпуса 4×4 мм.
Размеры и расположение выводов корпуса 48VFBGA (MicroStar Junior BGA) (Рис. 5)
Рис. 5. Размеры и расположение выводов корпуса 48VFBGA (MicroStar Junior BGA)
Функциональная схема TPA2000D1 показана на рис. 6, а назначение выводов микросхемы сведено в таблицу 2. В таблице 3 показана зависимость коэффициента усиления и входного сопротивления микросхемы TPA2000D1 от логических уровней на входах GAIN0 и GAIN1.
Функциональная схема микросхемы TPA2000D1 (Рис. 6)
Рис. 6. Функциональная схема микросхемы TPA2000D1
Таблица 2. Назначение выводов микросхемы TPA2000D1 фирмы Texas Instruments в разных корпусах
Таблица 3. Зависимость коэффициента усиления и входного сопротивления микросхемы TPA2000D1 от логических уровней на входах GAIN0 и GAIN1
Из рис. 6 и таблицы 2 видно, что в микросхема TPA2000D1 имеет дифференциальный вход, мостовой выход и вход SHUTDOWN. При подаче низкого потенциала на вход SHUTDOWN выходные каскады обоих каналов плавно запираются, и потребление микросхемы значительно снижается. При высоком уровне управляющего напряжения на этом выводе схема запуска и защиты (Start-Up Protection Logic) поддерживает микросхему во включенном состояниии отключает ее только при перегрузке.
Типовая схема включения микросхемы TPA2000D1 показана на рис. 7.
Типовое включение микросхемы TPA2000D1 (Рис. 7)
Рис.
7. Типовое включение микросхемы TPA2000D1
Конденсаторы C4, C5, C6, C8 блокируют источник питания по переменной составляющей тока микросхемы. Конденсаторы C2, C3 — разделительные, а C7 блокирует неинвертирующие входы обоих каналов усиления напряжения, создавая заземленную среднюю точку. R1, C1 — времязадающая цепь генератора пилообразного напряжения (Ramp Generator). Для обеспечения устойчивой работы ШИМ и всей схемы частота этого генератора должна быть в пределах 200–300 кГц. Эту частоту можно посчитать по формуле: fs = 6,6/R1×C1.
Указанные на схеме рис. 7 номиналы R1 и C1 обеспечивают рабочую частоту 250 кГц. Резистор времязадающей цепи должен иметь допуск не более 10%, а конденсатор — 5%.
Особенности микросхемы УМЗЧ TPA2012D2 фирмы Texas Instruments
Микросхема TPA2012D2 фирмы Texas Instruments представляет собой стереофонический УМЗЧ класса D с мостовым выходом без ФНЧ и плавным (без щелчка) включением и выключением. Она имеет дифференциальные входы и раздельные входы плавного выключения (SHUTDOWN) для каждого из стереоканалов, а также общий генератор пилообразного напряжения без внешних времязадающих цепей.
Условно можно говорить, что УМЗЧ TPA2012D2 — это два усовершенствованных УМЗЧ TPA2000D1 в одном корпусе. Это видно из функциональной схемы микросхемы TPA2012D2 (рис. 8).
Функциональная схема микросхемы TPA2012D2 фирмы Texas Instruments (Рис. 8)
Рис. 8. Функциональная схема микросхемы TPA2012D2 фирмы Texas Instruments
Напряжение питания микросхемы 2,5–5,5 В. При напряжении питания 5 В на нагрузке 4 Ом она обеспечивает выходную мощность до 2,1 Вт, а на нагрузке 8 Ом — 1,4 Вт в каждом канале. При питании от источника 3,6 В и нагрузке 8 Ом — 720 мВт в каждом канале.
Микросхема изготавливается в корпусе QFN размером 4×4 мм, который имеет 20 выводов (рис. 10). Кроме того, планируется «упаковка» микросхем в корпус WCSP еще меньших размеров (2×2 мм), с 16 каплеобразными выводами. Назначение выводов микросхемы TPA2012D2 в обоих корпусах сведено в таблицу 4.
Типовое включение микросхемы TPA2012D2 (Рис. 9)
Рис.
9. Типовое включение микросхемы TPA2012D2
Расположение выводов корпуса 20QFN (Рис. 10)
Рис. 10. Расположение выводов корпуса 20QFN
Таблица 4. Назначение выводов микросхемы TPA2012D2 фирмы Texas Instruments в разных корпусах
Литература
- Безверхний И. Микросхемы УМЗЧ для переносных компьютеров и игрушек // Компоненты и технологии. 2005. № 1.
- Безверхний И. Современные микросхемы для УМЗЧ класса D фирмы MPS // Современная электроника. 2004. № 1.
- www.ti.com.
- 2 W filterless mono class-D audio power amplifier. Texas Instruments.
- 2.1 W/ch stereo filter-free class-D audio power amplifier. Texas Instruments.
УМЗЧ на 1000 Вт | Микросхема
Это, пожалуй, самый мощный усилитель, схема которого имеется у нас. Хотя для качественной домашней акустической системы вполне хватит 100-150 Вт, в некоторых случаях до 200 Вт, радиолюбителей всегда привлекают сверхмощные УМЗЧ.
Выходная мощность 1 кВт на нагрузку 4 Ом. Напряжение питания двуполярное ±15…±75 В. Схема приведена ниже.
Теперь поговорим подробнее о главном элементе усилителя — микросхеме. Основой УНЧ может служить микросхема фирмы APEX типа PA03. Она обеспечивает заданную выходную мощность при соответствующем напряжении питания. Однако, вместо PA03 схему можно собрать и на другом, целом ряде микросхем. При этом принципиальная схема остается прежней. Итак, ниже приведена табличка, в которой представлены типы микросхем и рабочие характеристики.
| Тип | Напряжение | Мощность | Нагрузка |
| OPA511 | ±10…±45 | 60 | 4 |
| OPA512 | ±10…±45 | 60 | 4 |
| PA01 | ±10…±28 | 50 | 4 |
| PA03 | ±15…±75 | 1000 | 4 |
| PA04 | ±15…±100 | 400 | 4 |
| PA10 | ±10…±45 | 60 | 4 |
| PA12 | ±10…±45 | 120 | 4 |
| TSC1468 | ±10…±45 | 120 | 4 |
Почему я выбрал именно этот УНЧ для публикования? Очень просто.
Микросхему PA03 фирмы APEX очень сложно найти. Пишут, что она очень дорогая. Но не в этом дело. Даже неизвестно, где её можно купить. Если Вы знаете о PA03, то, огромная просьба, напишите в комментариях.
Вот ещё одна схема усилителя на PA03 и PA03A с выходной мощностью 1 кВт. Прислал zoikah.
Таблица с характеристикой вышеприведенной схемы:
| Параметр | PA03 | PA03A |
| Vmin | ±12 V | ±12 V |
| Vmax | ±75 V | ±80 V |
| I (при Uin=0) | 125 mA | 125 mA |
| Pout (±75 V/4 Ohm) | 1000 W | 1200 W |
| Ioutmax | 50 A | 60 A |
| Rin | 1 TOhm | 1 TOhm |
| Au | 102 dB | 102 dB |
| BW | 10 Hz — 1 MHz | 10 Hz — 1 MHz |
| THD (Pout=50 W, f=1 kHz) | 0,005% | 0,005% |
| Rnom | 4 Ohm | 4 Ohm |
Обсуждайте в социальных сетях и микроблогах
Метки: УНЧ
Радиолюбителей интересуют электрические схемы:
Автомобильный усилитель Mystery MK-4.
80
Проигрыватель из CD-ROM
Усилитель звукового сигнала мощностью 600 Вт / Хабр
Предлагаю вашему вниманию разработку прототипа усилителя звука мощностью 600 Вт
В усилителе используется микросхема TPA3255 производства компании Texas Instruments. Это высокоэффективный, высококачественный четырехканальный усилитель класса D.
Модель платы усилителяПринцип работы достаточно простой. На вход микросхемы подается аналоговый сигнал, он преобразуется в PWM и подается на выходные силовые каскады.
Нас интересует один из режимов работы микросхемы, PBTL параллельное мостовое включение выходных каскадов. Этот режим обеспечивает максимальную выходную мощность.
Конфигурирование режимов работы микросхемы осуществляется подключением входов управления в заданные состояния, что позволяет работать усилителю без управляющего микроконтроллера.
Кроме режима PBTL микросхема поддерживает другие режимы работы, основные из них:
SE – четыре отдельных канала с выходной мощностью до 148 Вт на канал в зависимости от выходной нагрузки и допустимых искажениях;
PBL – два канала с выходной мощностью до 315 Вт на канал в зависимости от выходной нагрузки и допустимых искажениях.
Кроме этого, внешние входы синхронизации позволяют включать несколько микросхем параллельно и суммировать выходную мощность для получения более 600 Вт.
Схема включения микросхемы TPA3255Рассмотрим включение микросхемы более детально
Питание микросхемы:
PVDD силовое питание выходных каскадов усилителя 53.5 В;
GVDD питание драйверов затворов 12 В;
VDD питание схемы управления и подготовки сигнала 12 В.
Кроме этого, внутри микросхемы есть источник опорного напряжения VBG, источник питания аналоговой части AVDD 7.75 В, источник питания цифровой части DVDD 3.3 В. Эти источники не предназначены для использоваться снаружи микросхемы, но должны быть подключены к внешним фильтрующим конденсаторам емкостью 1 мкФ.
Входы питания PVDD, GVDD, VDD микросхемы защищены схемой контроля понижения напряжения питания (UVP — Under Voltage Protection) При срабатывании этой защиты будут отключены выходные каскады усилителя и выход статуса состояния FAULT будет переключен в логический 0, вплоть до устранения причины.
Режим работы PBTL задается подключением входов M1 и M2 к общему проводу, и заземлением аналоговых входов INPUTC и INPUTD. В этом режиме на входы INPUTA и INPUTB подается балансный аудиосигнал с номинальным уровнем 2 V RMS. Выходы OUTA и OUTC включаются параллельно, выходы OUTB и OUTD включаются параллельно.
Время задержки при включении задается конденсатором на выводе C_START, для режима PBTL его емкость должна быть 47 нФ.
Частота PWM сигнала задается резистором на выводе FREQ_ADJ
Номинал резистора на выводе FREQ_ADJ | Частота PWM |
30 кОм | 450 кГц |
20 кОм | 500 кГц |
10 кОм | 600 кГц |
Чем выше частота, тем больше динамические потери в выходных каскадах. И тем легче отфильтровать частоту PWM в выходном сигнале.
Защита от перегрузки и короткого замыкания выходных каскадов настраивается резистором на выводе OC_ADJ .
Контроль перегрузки реализован отдельно для верхнего и нижнего транзистора каждого выходного полумоста.
Схема защиты от перегрузки может работать в двух режимах CB3C (Cycle By Cycle Current Control) и Latching Over Current.
В режиме CB3C ограничение тока происходит непосредственно на каждом цикле PWM с выводом нулевого сигнала на выход статуса CLIP_OTW, при этом для каждого цикла, в котором сработала защита, увеличивается счетчик перегрузки для каждого цикла PWM, без перегрузки – счетчик перегрузки уменьшается. Когда счетчик перегрузок доходит до максимального значения (например, при коротком замыкании на выходе) каскад полностью отключается, устанавливается статус на выходе FAULT в ноль, вплоть до сброса состояния микросхемы сигналом RESET.
В режиме Latching Over Current при обнаружении перегрузки выходной каскад отключается, устанавливается статус на выходе FAULT в ноль, вплоть до сброса состояния микросхемы сигналом RESET.
Режим работы схемы защиты устанавливается номиналом резистора подключенного к входу OC_ADJ
Сопротивление резистора подключенного к входу OC_ADJ | Режим работы схемы защиты | Уровень тока при срабатывании защиты |
22 кОм | CB3C | 17. |
24 кОм | CB3C | 15.7 A |
27 кОм | CB3C | 14.2 A |
30 кОм | CB3C | 12.9 A |
47 кОм | Latched OC | 17.0 A |
51 кОм | Latched OC | 15.7 A |
56 кОм | Latched OC | 14.2 A |
64 кОм | Latched OC | 12.9 A |
0 AДля нашего применения мы используем режим CB3C с током ограничения 17 А. Выбираем резистор сопротивлением 22 кОм.
Микросхема имеет защиту от перегрева с двумя уровнями:
Overtemperature Warning – OTW , температура кристалла микросхемы превысила 120°C с выводом нулевого уровня на выход статуса CLIP_OTW. При охлаждении микросхемы состояние возвращается в рабочий режим.
Overtemperature Error – OTE, температура кристалла микросхемы превысила 155°C, каждый выходной канал переводится в отключенный режим, на выход статуса FAULT выводится низкий уровень.
Микросхема вернется в рабочий режим после сброса сигналом RESET.
Микросхема вернется в рабочий режим после сброса сигналом RESET.Вход RESET предназначен для остановки усилителя, отключения выходных каскадов, сброса состояний защиты микросхемы. Активный уровень низкий. Вход требует внешней подтяжки к уровню 3.3 В. При переводе входа RESET в логическую единицу запускается процедура конфигурирования усилителя в соответствии с режимами заданными на входах управления.
Выходы FAULT и CLIP_OTW сообщают о состоянии внутренних схем защиты. Оба выхода типа ’открытый коллектор’ с внутренней подтяжкой к 3.3 В. Оба выхода имеют низкий активный уровень. По сути, выход CLIPOTW символизирует о необходимости уменьшить уровень входного сигнала, а выход FAULT означает о наличии серьезного сбоя в работе усилителя.
Выходы BSTA BSTB BSTC BSTD предназначены для подключения конденсаторов питания драйверов затворов верхних транзисторов соответствующего полумоста.
Входы OSCIOM и OSCIOP предназначены для синхронизации PWM нескольких микросхем усилителей работающих на общую нагрузку.
Такой режим позволяет получить мощности на нагрузке более 600 Вт.
Описание схемы
принципиальная схема усилителяДля питания усилителя требуется источник питания на 53,5 В. Пиковая мощность, которую может выдать усилитель 600 Вт. В зависимости от характера музыки средняя мощность может составлять 15% – 30% процентов от пиковой. Источник питания должен обеспечивать среднюю мощность, а пиковая мощность будет браться с конденсаторов, расположенных на плате усилителя. Нужно обратить внимание, что при пиковой мощности 600 Вт токи, протекающие по плате, превышают 10 А, сама плата и компоненты должны обеспечивать работоспособность при таких токах с запасом.
Суммарная емкость конденсаторов на плате по питанию 53.5 В превышает 10000 мкФ. Разряженная емкость для источника питания равносильна короткому замыканию, у большинства источников питания будет срабатывать перегрузка и они не смогут запуститься и выйти на рабочий режим. Для успешной работы с усилителем источник питания должен поддерживать два режима работы: стабилизации напряжения и ограничения по току. Такой источник при старте ограничивает ток в нагрузку, плавно заряжая емкости по питанию в схеме усилителя. Когда напряжение на емкостях достигает заданного уровня, источник переходит в режим стабилизации напряжения.
Для работы усилителя с любым источником питания в усилитель добавлена схема ограничения тока, реализованная на транзисторах Q3 и Q4.
Микросхеме усилителя требуется напряжение 12 В, понижающий преобразователь питания реализован на микросхеме LM2596HVS-ADJ (или LM2596HV-12), обратите внимание, что требуется применять высоковольтный вариант этой микросхемы, именно HV.
Напряжение 3.3 В получаем линейным стабилизатором LM1117-3.3 или ее аналогом.
Для управления вентилятором радиатора охлаждения реализована отдельная схема на терморезисторе Th2 10 кОм, операционном усилителе U1 и транзисторе Q6. Терморезистор начальным сопротивлением 10 кОм в корпусе 0603 размещен под микросхемой усилителя и косвенно измеряет температуру, исходя из этого, температуру включения вентилятора разумно выбрать в районе 45°C – 50°C , несмотря на то, что терморезисторы в таком типоразмере бывают с различными температурными коэффициентами, сопротивление этих резисторов уменьшается в два раза от начального в диапазоне температур от 40°C до 50°C В схеме я использую резистор R45 4,7 кОм для установки уровня срабатывания вентилятора, запаивая параллельный резистор R30 можно уменьшить сопротивление и тем увеличить температуру срабатывания. На операционном усилителе заведена положительная обратная связь для реализации гистерезиса на включение/отключение вентилятора.
Была мысль реализовать плавное включение вентилятора, пропорционально температуре. Сделать это можно либо плавно изменяя напряжение на вентиляторе, либо использовать вентилятор с входом PWM для управления оборотами. В случае с плавным изменением напряжения регулирующий транзистор придется ставить достаточно мощный и на нем будет рассеиваться мощность до трех ватт, что для любительского применения возможно, но вряд ли допустимо в серийном изделии на мой взгляд. Для варианта с регулировкой оборотов вентилятора через вход PWM необходим микроконтроллер, что для данного прототипа мне показалось избыточным, и требуется вентилятор с данным входом.
Охлаждение микросхемы усилителя. Сверху корпуса микросхемы расположена площадка для передачи тепла на радиатор, в отличии от микросхем у которых площадка расположена со стороны платы, такая схема отвода тепла позволяет сократить тепловое сопротивление между корпусом микросхемы и радиатором, тем самым понижая температуру и позволяя увеличить максимальную отдаваемую мощность. У производителя Texas Instruments есть варианты микросхем усилителей с площадкой со стороны платы с меньшей выходной мощностью. При ориентировочном КПД усилителя в 90%, при пиковой мощности, в радиаторе потребуется рассеять около 60 Вт.
Для охлаждения микросхемы заложено крепление штатного радиатора для процессоров Intel под сокет LGA1150/LGA1155/LGA1156. Для передачи тепла от микросхемы на радиатор используется дополнительная пластина.
На вход усилителя требуется подавать дифференциальный сигнал (балансный), это позволяет значительно сократить наводку синфазной помехи на сигнальный кабель.
Для ввода балансного сигнала в усилитель использован разъем профессиональной аудио аппаратуры типа XLR.
Балансный сигнал используется преимущественно в профессиональной звуковой аппаратуре, в других сферах довольно затруднительно найти источник дифференциального сигнала. Для подключения однопроводных источников сигнала в схеме реализована схема согласования на операционных усилителях U3, U4, U5.
Входной буфер на U3 обеспечивает высокое входное сопротивление усилителя и стабильные характеристики независимо от различных возможных источников звука. На входе реализован фильтр второго порядка для удаления из сигнала шумов выше звукового диапазона. Фильтр реализован на проходной емкости защитного супрессора VD2, резистора R27, конденсатора C33 и резистора R26. U3B включен инвертирующим усилителем с коэффициентом усиления равным единице, при необходимости им можно задать предварительное усиление.
На операционном усилителе U4 реализована классическая схема активного регулятора громкости профессиональной звуковой аппаратуры. Эта схема реализует логарифмическую функцию регулировки громкости от угла поворота переменного резистора линейного типа. Второй операционник U4B дополнительно усиливает сигнал в десять раз.
На операционном усилителе U5 реализовано формирование дифференциального сигнала для подачи на микросхему TPA3255.
Как и для большинства импульсных силовых микросхем трассировка печатной платы определяет характеристики и качество работы прибора в целом. Для платы усилителя следует применять стеклотекстолит FR-4 с медной фольгой двойной толщины (2 oz – двухунцевый стеклотекстолит).
Мне довольно трудно оценить насколько интересна тема разработки электроники читателям Хабра и насколько детально имеет смысл описывать устройство, конструкцию или принцип работы. Кроме того, так как при разработке данного проекта отсутствовало реальное техническое задание, то какие то аспекты могут показаться чрезмерными, а какие-то недостаточно проработанными. Если у вас возникло желание реализовать или встроить в свой прибор данный усилитель я готов внести изменения под реальные потребности.
Так же, если у вас есть предложения разработать какую-то плату или схему для публичного доступа, или совместной разработки, готов рассмотреть.
Проект схемы и платы в KiCAD можно найти здесь.
Внес мелкие корректировки в схему. Обновил репозитарий на github. В репозитарий добавил модели в LTspice симуляции схемы заряда емкостей питания и симуляции предусилителя. (LTspice успешно работает в Linux под wine)
Здравствуйте! Хочу представить вашему вниманию схему, фотографии и печатные платы автомобильного усилителя. Схемы эти легко встретить в интернете. Итак, начнем по порядку. Давно появилась идея собрать усилитель для автомобиля, требования к усилителю были такими: 1. Хорошее качество звучания во всем диапазоне мощности. 2. Низкий коэффициент гармоник. 3. Ну и мощность не уступающая среднему диапазону цен на заводские автоусилители. Первое что я начал собирать — это преобразователь напряжения с 12 в +- 40 вольт. Печатную плату решил сделать из цельного листа текстолита. Пользовался технологией ЛУТ. Печатную плату сделал под свои размеры. ШИМ собрал на отдельной плате. В эту схему добавил лишь дополнительную обмотку для питания защиты АС 24 вольта. Витков 8 проводом 0.8 мм. Преобразователь напряжения с 12 в +- 40 вольт — схема Далее диодный мостик для выпрямления, его сделал на 4-х диодах HER-307, далее фильтр из конденсатора 1000 мкф 50 вольт. С этой схемы вырезал лишь часть ее. То есть стабилизатор на +-15 вольт. Остальное остается как в схеме. О намотке трансформатораДля трансформатора использовал ферритовые кольца, российские, 40х25х11 2000НН склеенных вместе. Острые края феррита закруглил алмазным напильником. Затем обмотал малярным скотчем. Первичную обмотку трансформатора мотал проводом 0.8. Сложенных вместе 10 жил, 5 витков равномерно распределяя по всему кольцу. Далее разделено пополам. Вторичка мотается аналогично первичке. Тот-же провод 0.8 и 8 жил сложенных вместе. Количество витков 15 и затем разделено пополам. Напряжение на выходе получилось +-40 вольт, под нагрузкой напряжение село на 2 вольта в обеих плечах. Теперь приступил к сборке усилителя мощности звука. Выбор пал на усилитель Лайков 6-й версии. В схеме ничего не изменял. Но немного столкнулся с трудностями. В этом усилителе нужно хорошо подбирать элементы для симметрии обеих плеч. То есть транзисторы конденсаторы резисторы. Ток покоя 150 мА. Схема Лайкова 6 После впайки всех элементов делаем так: 1. R6 и R24 установить в средне положение. 2. Закоротить на землю вход усилителя на землю. 3. Отпаять выходные транзисторы. 4. Включить питание схемы. 5. Установить R 6 на выходе усилителя напряжение 0 в. 6. Замерить напряжение питания и +/- 15 В. 7. Установить на R29-R30 напряжение 0,55 В с помощью R24. (В 5м варианте на R11-R12 = 1В). 8. Отключить питание, подключить выходные транзисторы, включив в разрыв цепи коллектора VT10 амперметр на 1 А. 9. Включить питание и R24 установить ток покоя коллектора VT10 в пределах 100 – 150 мА. 10. Замерять ток покоя VT11, он не должен отличаться от тока VT10 более, чем на 5%. 11. Ток покоя выходных транзисторов может быть установлен в пределах от 40 до 200 мА, в зависимости от желаемого качества звучания, режима работы, тепловых режимов, размеров радиаторов. Установку тока покоя нужно производить при температуре выходных транзисторов 35-40 градусов. 12. Проконтролировать работу термокомпенсации, замерив токи покоя при максимальной температуре радиаторов выходных транзисторов. Настройка окончена. Схема усилителя Лайкова 6 версии приведена ниже. Защиту АС собирал по этой схемеВ настройке не нуждается если все собрано верно. Печатные платы будут находится в архиве. При испытаниях с усилителя снял с одного канала 98 ватт, далее он вошел в клиппинг. Как и заявил автор — чистые 100 ватт. Радиаторы использовал от компьютера, от сокета АМ 3+. Без кулеров чертовски греется, так как слишком маленькой площади радиаторы. Решено оставил кулера в работе — сейчас все теплое. Кулера запитал по схеме ШИМ регулятора на таймере NE555. Далее приступил к сборке второго преобразователя для сабвуферного канала. Схема остается прежней. Есть небольшие изменения по намотке трансформатора. Кольца использовал все те-же, два склееных вместе. Первичка остается прежней. А вот вторичка другая, количество жил прежнее, но витков здесь уже не 15, а 21. На выходе преобразователя получилось +-70 вольт. Для ФНЧ намотал отдельную обмотку проводом 0.8 8 витков. Схема стабилизации остается как в схеме. Также есть еще одна обмотка для питания защиты АС, все аналогично как и в первом преобразователе для Лайкова. Сам усилитель решил собрать по схеме ХолтонаСхема принципиальная Холтона Сборка начинается с установки резисторов, затем устанавливаются мощные резисторы, диоды, конденсаторы и малосигнальные транзисторы. Следует быть внимательным при установке полярных элементов. Неправильное подключение может привести к неработоспособности устройства или выходу одного, или более элементов, при включении схемы. Завершив монтаж всех элементов, внимательно просмотрите модуль, все ли компоненты впаяны, правильно ли они установлены. Только когда Вы убедитесь, что всё сделано правильно и все детали стоят на своих местах, можно подключать питание. С помощью крокодилов закрепите щупы прибора на выводах одного из мощных резисторов 0,22 Ом. Медленно вращая движок резистора P1, установите на резисторе 0,22 Ом 18 мВ, это и будет установка тока в 100 мА на один транзистор. Теперь проверьте напряжение на всех остальных резисторах, выберите один на котором напряжение наибольшее. Настройте резистором P1 на нем напряжение 18мВ.Теперь подключите сигнал генератор на вход и осциллограф на выход. Убедитесь в том, что форма сигнала свободна от искажений. Если у вас нет этих приборов, подключите нагрузку и на слух получайте хорошее качество. Звук должен быть чистым и динамичным. Защита АС аналогична первой. Питание 24 вольта от отдельной обмотки трансформатора. ФНЧ собран по этой схеме:Схема ФНЧ в автоусилитель На печатную плату добавил лишь громкость для усилителя Лайкова. Далее приступил к сборке корпуса автоусилителя. Использовал алюминиевые 20 на 20 мм уголки и фанеру 10 мм. Корпус отшлифован и оклеен черным кожзамом. Кулера закреплены на задней стенке корпуса. ФНЧ будет закреплен на передней панели, там-же будут расположены силовые клеммы для питания этого агрегата. И клемы входа и выхода. Верхняя крышка будет изготовлена из тонированного 4 мм стекла. Усилитель прошел испытания на прослушивания музыки. На колонках с 90 и сабвуфере JBL GT5 1200 ватт. Бас напористый глубокий. Лайков весь потенциал не раскрыл, так как С90 не годится для сего агрегата. В общем я очень доволен звучанием такого усилителя. Особенно нравится очень сильный и приятный низ. С вами был Ivan Aleksandrov. Форум по автозвуку Обсудить статью АВТОМОБИЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ |
Усилители мощности — микросхемы наше всё (TDA или TPA)
Озадачился — а не сделать ли компактный усилок. Благо китайцы предлагают великое множество готовых и полуготовых решений. Более менее понятные характеристики это: номинальная мощность и класс усилителя. Если с мощностью более-менее понятно (для колонок нужно от 15 и выше), то «класс»-то какой мне нужен?
Про сами классы нашел дельную информацию.
А конкретно:
- Класс А. Усилители этого класса обладают низкой эффективностью, но дают очень «чистый» сигнал. Большинство усилителей класса А имеют К.П.Д. равным 20-30%.
- Класс В. Эффективность усилителя этого класса почти в два раза выше эффективности усилителя класса А.
- Класс С. Усилители этого класса имеют К.П.Д. равным почти 75%, что делает их очень эффективными, но с увеличением К.П.Д. резко увеличиваются искажения.
- Класс АВ. Большинство Hi-Fi усилителей принадлежат именно этому промежуточному классу. Они вобрали в себя возможности усилителей класса А — относительно «чистый сигнал» при относительно неплохой эффективности (немного ниже чем в классе В).
- Класс D. Это самый современный класс усилителей, применяющие цифровую обработку сигнала.
Стало всё более понятней. Либо AB либо D.
В итоге пока выделили всего несколько вариантов микросхем, на базе которых есть смысл выбрать усилитель:
TPA3116: Усилитель класса D,
TDA7498: Усилитель класса D,
TDA7294: Усилитель класса AB,
Ну, а сравнивая мощности пришел к выводу. что не зря так популярна микросхема TDA7498.
По идее она мне и нужна. Хорошая мощность, хорошая энергоэффективность, хорошее качество в рабочих диапазонах.
Остался вопрос с питанием. Рабочее напряжение TDA7498 14-39 В. Это несколько выше легкодоступного в 12 В.
Купить можно, например, в Китае: «Отличное качество TDA7498 100 Вт + 100 Вт усилитель класса D»
Мощность указанна, конечно, предельная.
Если ориентироваться на доступность питания, то неплохо выглядит вариант конкурирующего предприятия TPA3116.
Эта микросхема питается 4,5-26 В.
Если брать комплектом с регулятором громкости и тона LM1036, который питается 9-16 В, то 12 хватит им обоим.
Поэтому, на данный момент присматриваюсь к связке
► TPA3116D2 2x50W stereo digital power amplifier board
► LM1036 volume-tone control board
Плата усилителя очень похожа на улучшенную энтузиастами и скопированную китайскими умельцами.
Выглядит, конечно, модно.
Tales From the Chip: LM386 Audio Amplifier: 6 шагов (с изображениями)
Хорошим местом для начала является официальное техническое описание (PDF), где вы можете получить всю необходимую техническую информацию. Но я расскажу об основах здесь.
LM386 — это операционный усилитель , который был специально разработан для использования в аудиоприложениях … это означает, что его характеристики основаны на предположении, что это будут управляющие громкоговорители . По крайней мере, в какой-то момент. Однако он может, как и большинство других микросхем базового аудиоусилителя, также использоваться как обычный операционный усилитель.
По умолчанию имеет усиление , равное 20x — это означает, что он умножает напряжение, которое он получает на входе, в 20 раз, передавая его на выход. При необходимости значение усиления можно отрегулировать.
Контакты
1, 8 — Gain
Контакты 1 и 8 используются для регулировки уровня усиления по умолчанию 20x с использованием определенных значений подключенных конденсаторов.
2 — Отрицательный вход
3 — Положительный вход
Это стандартные входы операционного усилителя.Обычно в простой схеме LM386 отрицательный вход будет связан с землей, а положительный вход будет получать аудиосигнал от источника.
4 — GND
5 — Vout
Контакт 5 — это выход операционного усилителя, в нашем случае усиленный сигнал, который мы отправляем на динамик.
6 — VS
Вывод напряжения питания получает питание, необходимое для работы усилителя.
7 — Bypass
Этот вывод обеспечивает прямой доступ к входу сигнала, в основном используется для удаления шума источника питания (предотвращения усиления шума).
Технические характеристики
LM386N («N» обозначает предпочтительный DIP-пакет для наших целей) выпускается в 4 вариантах: LM386N-1, -2, -3 и -4. Версии «3» и «4» имеют немного более высокую выходную мощность, а версия «4» в большей степени, учитывая ее способность обрабатывать большее входное напряжение (за счет более высоких требований к минимальному напряжению). В оставшейся части этой статьи я буду ссылаться на LM386N-1 , так как это чип, который у меня лежал, и он представляет собой самый простой из вариантов.
Напряжение питания (Vcc):
Для работы микросхемы требуется минимум 4 В и максимум 12 В.
Сопротивление динамика:
LM386 в первую очередь был разработан для нагрузки динамика 4 Ом, но также рассчитан на нагрузки 8 Ом и 32 Ом.
Искажения:
В идеальных условиях общий коэффициент гармонических искажений (THD) 0,2% при подаче напряжения 6 В на динамик 8 Ом при низкой номинальной мощности и до ~ 10% THD ближе к максимальной мощности.
Выходная мощность:
В идеальных условиях вы можете ожидать около ~ 700 мВт чистой выходной мощности, или 0.7Вт.
Руководство по выбору микросхем усилителя звука
Описание
Микросхемы звукового усилителя используются в схемах, используемых для обработки звуковых сигналов.
Классы операций
Устройства класса A имеют конструкцию, в которой выходной каскад постоянно пропускает ток, даже когда входной каскад находится в режиме ожидания.
класса B не пропускают ток, когда выходное устройство находится в режиме ожидания.
Микросхемы усилителя звукакласса AB сочетают работу класса A и класса B.
Конструкциикласса C используются для радиочастотной передачи.
Конструкциикласса D имеют устройства вывода, которые включаются и выключаются не менее двух раз за цикл.
Также широко доступны микросхемы звуковых усилителейклассов E, F, G и H.
Типы пакетов
Одинарный линейный пакет (SIP)
Двухрядный корпус (DIP)
Керамический DIP (CDIP)
Пластиковый DIP (PDIP)
Микросхема с малым контуром (SOIC)
Термоусадочная упаковка (SSOP)
Пакет малых набросков (СОП)
Шкала микросхемы или размер корпуса (DSP)
Пластиковый миниатюрный корпус (MSOP)
Малый контурный транзистор (SOT)
Блок питания малого размера (PSOP)
Тонкий термоусадочный корпус с Г-образными выводами малого формата (TSSOP)
Наброски размером в четверть (QSOP)
Пластиковый держатель микросхемы с выводами (PLCC)
Технические характеристики
Аудиоусилителиобладают такими техническими характеристиками, как рабочая температура, выходная мощность, напряжение питания и ток питания.
Полный коэффициент гармонических искажений (THD) также является важным фактором. В микросхемах аудиоусилителя TDH является мерой чистоты сигнала. Это значение определяется как отношение суммы мощностей гармонических составляющих к мощности основной гармоники.
Полоса пропускания, еще одно важное соображение, относится к способности микросхемы усилителя звука обеспечивать максимальный размах выходного напряжения при увеличении частоты.
Характеристики
Особенности являются важным фактором при выборе микросхем аудиоусилителя.Некоторые продукты имеют встроенное опорное напряжение или встроенную защиту от электростатического разряда (ESD). Другие имеют выход Rail-to-Rail или вход Rail-to-Rail.
Устройства с однополярным питанием могут работать только от одного источника питания. Микросхемы аудиоусилителя со встроенной схемой управления отключают устройство, когда температура превышает заданный предел. Также широко доступны микросхемы аудиоусилителей со встроенными ограничителями тока.
Стандарты
В Европе ИС должны соответствовать требованиям Директивы об ограничении использования опасных веществ (RoHS).
CEA-490 — Этот стандарт определяет условия испытаний и процедуры испытаний для определения различных характеристик производительности одноканальных и многоканальных усилителей мощности, предварительных усилителей, интегрированных усилителей, приемников и тюнеров / предварительных усилителей, которые используют питание от сети переменного тока. .
Список литературы
Кредиты изображений:
Электронные компоненты с 1 источником
Прочитать информацию о микросхемах усилителя звука для пользователей
Qualcomm добавляет еще один чип в пространство интеллектуальных аудиоусилителей
Аудиоусилители каждого поколения предназначены для создания более громких и четких звуков.Они также имеют ответвления, чтобы потреблять меньше энергии и лучше защищать от отказов из-за высоких температур или механических неисправностей. Но по мере того, как пространство для аудиосистем внутри динамиков, смартфонов и других устройств сокращается, компании от Qualcomm до Texas Instruments начали подключать обработку сигналов непосредственно к микросхемам усилителя.
Усилители звукапредназначены для усиления аудиосигналов при сохранении деталей. Сегодня в области аудиоусилителей преобладают цифровые устройства, которые объединяют ряд дискретных компонентов, которые обычно окружают линейные и другие аналоговые усилители.Многие производители аналоговых микросхем также начали добавлять DSP и другие микросхемы для регулировки характеристик усилителя на основе обратной связи от физического динамика и сохраненной модели характеристик динамика.
В прошлом месяце Qualcomm анонсировала свой последний интеллектуальный аудиоусилитель на основе цифровой технологии DDFA, предназначенный для стереодинамиков внутри звуковых панелей и других продуктов. Компания Qualcomm, крупнейший поставщик микросхем для смартфонов, заявила, что CSRA6640 предлагает более четкий и громкий звук, чем линейные и аналоговые усилители.Он объединяет DSP и усилитель класса D, который обеспечивает до 20 Вт на канал. Чип также может соединять выходные драйверы для создания одного усилителя мощностью 40 Вт.
Компания из Сан-Диего, Калифорния, заявила, что в чип интегрирован выходной компонент, который передает звук в динамик, что помогает сократить расходы на разработку для клиентов. Чип реагирует на изменения в выходе динамика, чтобы защитить от сбоев, сохраняя при этом звук с низким уровнем шума, низким уровнем искажений и высоким динамическим диапазоном.ИС усилителя также соответствует характеристикам его последнего поколения CSRA6620, для которого требуется отдельный выходной драйвер.
«Это решение открывает двери для OEM-производителей, чтобы помочь им привнести более энергоэффективные возможности усиления в более компактные и экономичные устройства», — сказал Роб Сондерс, менеджер по маркетингу продукции Qualcomm. Усилитель класса D внутри рассеивает меньше тепла, потребляет меньше энергии и меньше, чем линейные усилители класса A, класса B и класса AB, которые обеспечивают постоянный выходной ток.Устройства класса D работают за счет быстрого переключения между шинами питания.
Усилителикласса D предназначены для сохранения цифровых аудиосигналов от входа до выхода, сохраняя целостность сигнала и обеспечивая более высокую эффективность, чем устройства классов A, AB и B. Эти аудиоусилители могут достичь энергоэффективности выше 90% за счет отказа от использования устройств с линейным усилением и других аналоговых компонентов, которые увеличивают рассеяние мощности линейных усилителей. Тем не менее, усилитель класса D не лишен недостатков.
Устройствакласса D более чувствительны к электромагнитным помехам, которые могут ухудшить качество звука по сравнению с линейными усилителями. В результате Qualcomm и другие поставщики начали продавать интеллектуальные усилители звука, которые объединяют DSP и устройства класса D для улучшения звука и предотвращения перегрева. Они также направлены на то, чтобы усилитель не подавал слишком большую мощность на физический драйвер динамика, что может привести к тепловым сбоям.
Cirrus Logic, один из крупнейших поставщиков усилителей звука, используемых в смартфонах, также начал интегрировать DSP в свои устройства класса D.В прошлом году компания представила свой первый 55-нанометровый интеллектуальный аудиоусилитель. Деталь не только меньше, но и обеспечивает более четкий и громкий звук, чем чипы последнего поколения. В прошлом месяце Cirrus Logic начала продавать свой последний усиленный аудиоусилитель CS35L41, который, по ее словам, на 50% меньше, чем конкурирующие ИС.
В новейшем чипеCirrus Logic используется усовершенствованная система управления питанием и передовые алгоритмы для адаптации к изменению состояния звука, динамика и аккумулятора в смартфонах и других портативных устройствах.По его словам, система предназначена для снижения энергопотребления без ухудшения качества звука. Компания Cirrus Logic из Остина, штат Техас, пытается улучшить свою линейку звуковых усилителей, чтобы расширить свою клиентскую базу и уменьшить свою хрупкую зависимость от Apple.
«Все больше и больше потребителей обращаются к своим смартфонам в качестве основного устройства для потоковой передачи видео, игр и прослушивания музыки, в том числе в режиме громкой связи или громкой связи», — сказал Карл Альберти, вице-президент компании по продуктам смешанного сигнала.Cirrus Logic считает, что продажи усилителей звука растут по мере роста спроса на стереозвук в смартфонах высокого класса и мобильных устройствах среднего уровня, которые продаются от 200 до 500 долларов.
Поставки аудиоустройств — и количество аудиоканалов на устройство — продолжали расти за последнее десятилетие. По данным исследователя рынка SAR Insight, поставки микросхем аудиоусилителей в четвертом квартале 2018 года в три раза превысили общий объем поставок в четвертом квартале 2010 года. Питер Куни, главный аналитик SAR, оценивает, что к 2022 году в смартфонах среднего уровня будут использоваться 700 миллионов таких усилителей, по сравнению с примерно 500 миллионами в 2017 году.
Texas Instruments, крупнейший поставщик аналоговых полупроводников, в прошлом году представила линейку интеллектуальных аудиоусилителей для использования в устройствах с голосовым управлением. Усилители класса D в настоящее время поставляются в большом количестве. Первый продукт, TAS2770, повышает громкость и четкость звука при потреблении 15 Вт. По словам Texas Instruments, интегральная схема усилителя контролирует выходной сигнал физического динамика и использует свои уникальные алгоритмы обработки звука для обеспечения более насыщенного звука.
Чип объединяет цифровой микрофонный вход с усилителем считывания тока для захвата акустической информации окружающей среды, которая может использоваться для подавления эха.Это позволяет клиентам добавлять возможности голосовых команд без изменения конструкции аудиосистемы. Микросхема также предназначена для защиты от ограничения, которое происходит, когда усилитель пытается выдать выходное напряжение или ток выше возможных. Это может привести к проблемам с воспроизведением звука.
Второй усилитель, TAS5825M, передает информацию о выделенном последовательном аудиоинтерфейсе процессору приложений, который может использовать его для поддержки эхоподавления. По словам Texas Instruments, энергоэффективное устройство также обеспечивает тепловую защиту за счет добавления точного измерения напряжения и тока в реальном времени.TAS3251 — это интегрированное устройство цифрового ввода, которое поддерживает более высокие характеристики и выходную мощность, чем другие члены семейства аудиоусилителей.
Интегральные схемы усилителя мощности звука
TDA2005 — Усилитель 20 Вт класса B
TDA2005 — двойной усилитель мощности звука класса B, специально разработанный для автомобильных радиоприемников . Усилители-усилители мощности , способные управлять нагрузками с очень низким импедансом (до 1.6 Ом) можно легко спроектировать с помощью этого устройства с высокой токовой нагрузкой (до 3,5 А).
Техническое описание Tda2005 | Усилители мощности звука с TDA2005
TDA1013B — Усилитель мощности звука 4 Вт
TDA1013B — это интегральная схема усилителя звука с регулятором громкости DC в 9-выводном одинарном пластиковом корпусе. Широкий диапазон напряжения питания делает эту схему идеальной для применения в устройствах с питанием от сети и от батарей, таких как проигрыватели и телевизионные приемники.Для этого устройства требуется всего несколько внешних компонентов, обеспечивающих стабильность и производительность .
Tda1013B Лист данных | Усилители мощности звука с TDA1013B
LM386 — Усилитель мощности звука низкого напряжения
LM386 — это усилитель мощности звука IC , разработанный для использования в низковольтных бытовых устройствах. Внутреннее усиление установлено на 20, но добавление внешнего конденсаторного резистора между контактами 1-8 увеличит усиление до любого значения от 20 до 200.Выход автоматически смещается на половину напряжения питания. Потребляемая мощность в режиме покоя небольшая, всего 24 мВт при работе от 6 В. питание, что делает LM386 идеальным для работы от батареи .
LM386 Лист данных | Усилители мощности звука с LM386
TDA2040 — Усилитель мощности звука Hi-Fi 20 Вт IC
TDA2040 — высококачественный аудиоусилитель мощности класса AB в пентаваттном корпусе. Обеспечивает выходную мощность 22 Вт (при d = 0.5%) при Vs = 32 В / 4 Ом. Микросхема обеспечивает высокий выходной ток и имеет очень низкий уровень кроссовера и гармонических искажений . Устройство включает в себя систему теплового отключения и эффективную систему защиты от короткого замыкания, автоматически ограничивающую рассеиваемую мощность, чтобы рабочая точка выходных транзисторов оставалась в пределах их безопасной рабочей зоны.
TDA2040 Лист данных | Усилители мощности звука с TDA2040
TDA2003 — Усилитель мощности для автомобильного радио, 10 Вт
Усилители мощности, построенные на основе TDA 2003 , требуют очень небольшого количества внешних компонентов.Микросхема обеспечивает высокий выходной ток (до 3,5 А) с очень низким уровнем гармоник и перекрестными искажениями . Полностью безопасная работа гарантируется благодаря эффективной защите от коротких замыканий переменного и постоянного тока между всеми контактами и землей, скачков напряжения сброса нагрузки (до 40 В), теплового выхода за пределы диапазона и случайного открытого заземления.
Техническое описание TDA2003 | Усилители мощности звука с TDA2003
Другие микросхемы усилителя мощности:
TDA7480 — 10 Вт, класс D IC
LM4652 — 170 Вт, класс D IC
ЛМ388Н — 1.ИС с усилителем мощностью 5 Вт
LM4755T — ИС стереоусилителя мощностью 11 Вт
LM1896N — 2-ваттный усилитель звука
TA8251AH — 4-канальный усилитель звука 18 Вт
TDA7396 — автомобильный радиоприемник с мостом 45 Вт / 2 Ом
TDA8560Q — ИС стереоусилителя мощностью 40 Вт / 2 Ом
TDA1554Q — ИС усилителя мощности
KIA6221AH — ИС усилителя мощностью 30 Вт x 2 (стерео)
KIA6216H — ИС усилителя мощности звука BTLX2CH 15 Вт
TDA7240A — ИС мостового усилителя мощностью 20 Вт
STMicroelectronics анонсирует новый усилитель звука на микросхеме
STMicroelectronics представляет новый усилитель звука IC
, который использует опыт Alps Alpine
Усилитель нового поколения класса D повышает качество звука в автомобиле
Женева, 5 марта 2020 г. — STMicroelectronics (NYSE : STM), мировой лидер в области производства полупроводников, обслуживающий клиентов по всему спектру приложений электроники, анонсировал новую интегральную схему усилителя звука класса D FDA901 с полупроводниковой конструкцией, которая включает в себя опыт Alps Alpine Co., Ltd., крупный японский производитель автомобильной аудиоаппаратуры и оборудования для передачи информации. Новый чип призван внести свой вклад в создание многофункциональных высококачественных автомобильных аудиосистем, в которых высокая эффективность усилителей класса D сочетается с высококачественным звуком усилителей ST класса AB.
FDA901 отличается низким остаточным шумом, низким коэффициентом искажений, ровной частотной характеристикой, достигаемой за счет технологии обратной связи, и низким уровнем электромагнитных помех. Он обеспечивает высокое качество звука за счет минимального пропадания аудиосигналов.FDA901 — это интегральная схема усилителя звука класса D. который одновременно демонстрирует как чрезвычайно высокое качество звука, так и очень инновационные функции, улучшающие качество звука.
«На протяжении многих лет Alpine Electronics тесно сотрудничала с ST и делилась обширными знаниями, связанными со звуком», — сказал г-н .Юкихиро Кобори, специалист по звуку, отдел звукового дизайна Alps Alpine. «Мы очень рады, что интегральная схема усилителя звука ST и автомобильные аудиотехнологии и бизнес нашей компании смогли развиваться вместе. Мы работали с ST над разработкой интегральной схемы усилителя звука класса D, способной поднять уровень качества звука во всей автомобильной аудиоиндустрии, в то же время способствуя достижению цели Alps Alpine по разработке автомобильного звука высочайшего уровня ».
Начиная с Благодаря внедрению в 39 моделей вторичной автомобильной навигационной системы Alpine «ALL New BigX series», которая будет выпущена в первой половине 2020 года, FDA901 расширит свой рынок до нескольких крупных автопроизводителей.
«В автомобильной аудиосистеме интегральная схема усилителя является ключевым компонентом, который в значительной степени влияет на качество звука», — Лука Селант, генеральный директор автомобильного информационно-развлекательного подразделения, Automotive & Discrete Group, STMicroelectronics. «Опираясь на тесное сотрудничество, которое мы обеспечиваем Созданный совместно с командой инженеров Alps Alpine с помощью усилителей звука класса AB, этот новый усилитель звука класса D представляет собой еще одну веху для наших усилителей звука класса D и устанавливает новую планку качества звука.»
FDA901 находится в серийном производстве. Бюджетная цена составляет 9,10 долларов США для заказов в количестве 1000 штук, и продукт будет доступен через дистрибьюторов к апрелю 2020 года.
Для получения дополнительной информации, пожалуйста, обращайтесь в офисы продаж ST.
О компании STMicroelectronics
ST — мировой лидер в области производства полупроводников, предлагающий интеллектуальные и энергоэффективные продукты и решения, которые служат основой электроники в повседневной жизни.Сегодня продукты ST можно найти повсюду, и вместе с нашими клиентами мы обеспечиваем более разумное вождение и более умные фабрики, города и дома, а также новое поколение мобильных устройств и устройств Интернета вещей. Получая больше от технологий, чтобы получить больше от жизни, ST означает жизнь.
В 2019 году чистая выручка компании составила 9,56 миллиарда долларов, обслуживая более 100 000 клиентов по всему миру. Дополнительную информацию можно найти на сайте www.st.com .
Для информации для прессы:
Майкл Марковиц
Директор по техническим связям со СМИ
STMicroelectronics
Тел .: +1 781 591 0354
Эл. Почта: [email protected]
- P3966A — 5 марта 2020 г. — аудиоусилитель ST Alpine, класс D_FINAL ДЛЯ ПУБЛИКАЦИИ
STMicroelectronics представляет интегральную схему усилителя звука нового поколения класса D, разработанную в сотрудничестве с Alps Alpine
STMicroelectronics анонсировала новую интегральную схему усилителя звука класса D FDA901, новую конструкцию, которая объединяет опыт мирового класса японского производителя автомобильной аудиосистемы. оборудование, альпы альпийские. Новый чип ST призван внести свой вклад в создание многофункциональных высококачественных автомобильных аудиосистем, в которых высокая эффективность усилителей класса D сочетается с высококачественным звуком усилителей ST класса AB.
STMicroelectronics анонсировала новую интегральную схему усилителя звука FDA901 класса D, новую конструкцию, которая объединяет в себе опыт мирового класса японского производителя автомобильного аудиооборудования Alps Alpine. Новый чип ST призван внести свой вклад в создание многофункциональных высококачественных автомобильных аудиосистем, в которых высокая эффективность усилителей класса D сочетается с высококачественным звуком усилителей ST класса AB.Как поясняет STMicroelectronics, новый FDA901 IS сочетает в себе низкий остаточный шум с низким коэффициентом искажений, ровную частотную характеристику, достигаемую за счет технологии обратной связи, и низкие уровни электромагнитных помех.Новое решение оснащено рядом функций самодиагностики и других расширенных функций для измерения тока и импеданса динамиков в реальном времени — факторов, которые ценятся на рынке автомобильной аудиосистемы нового поколения для диагностики и компенсации дефектов динамиков.
В частности, FDA901 IC представляет собой новый четырехмостовой усилитель класса D с технологией BCD, в котором используется высокопроизводительный цифро-аналоговый преобразователь вместе с мощными выходами MOSFET класса D, что обеспечивает выдающуюся эффективность по сравнению со стандартным классом AB.Интегрированный цифро-аналоговый преобразователь с поддержкой частот дискретизации от 44,1 кГц до 192 кГц обеспечивает соотношение сигнал / шум 115 дБ при динамическом диапазоне 110 дБ. Контур обратной связи включает выходной L-C фильтр нижних частот, обеспечивающий превосходную линейность частотной характеристики и меньшие искажения независимо от качества катушки индуктивности и конденсатора.
FDA901 полностью конфигурируется через шину I2C и включает не только наиболее полную диагностическую матрицу нагрузки, но также уникальную регистрацию тока нагрузки в реальном времени по линиям данных I2C и I2S, что позволяет использовать сложные функции мониторинга динамиков.Благодаря реализованным решениям по ограничению выбросов электромагнитных помех, устройство предназначено для использования в стандартном автомобильном радиоприемнике стандарта Single DIN вместе с тюнером. Наконец, FDA901 может работать с источником питания до 6 В, таким образом поддерживая самые последние спецификации производителей автомобилей с низким напряжением («старт-стоп»).
«На протяжении многих лет Alpine Electronics тесно сотрудничала с ST и делилась обширными знаниями в области звука, — говорит Юкихиро Кобори, Sound Meister, Отдел звукового дизайна Alps Alpine.«Мы очень рады, что интегральная схема усилителя звука ST и автомобильные аудиотехнологии и бизнес нашей компании смогли развиваться вместе. Мы работали с ST, чтобы разработать интегральную схему усилителя звука класса D, способную поднять уровень качества звука во всем мире. автомобильной аудиоиндустрии, внося свой вклад в достижение цели Alps Alpine по разработке автомобильной аудиосистемы высочайшего уровня ».
Начиная с внедрения в 39 моделей новой серии Alpine BigX послепродажных автомобильных навигационных систем, которые будут выпущены в первой половине 2020 года, FDA901 IS также будет использоваться несколькими крупными автопроизводителями.
«В автомобильной аудиосистеме интегральная схема усилителя является ключевым компонентом, который сильно влияет на качество звука», — заявляет Лука Селант, генеральный директор автомобильного информационно-развлекательного подразделения группы Automotive & Discrete, STMicroelectronics. «Опираясь на тесные отношения сотрудничества, которые мы установили с командой инженеров Alps Alpine через усилители звука класса AB, этот новый усилитель звука класса D представляет собой еще одну веху для наших усилителей звука класса D и устанавливает новую планку качества звука.«
FDA901 находится в серийном производстве и доступен в одной упаковке LQFP. Бюджетная цена составляет 9,10 доллара США при заказе 1000 штук, и продукт будет доступен через дистрибьюторов к апрелю 2020 года.
www.st.com
Обратный инжиниринг чипа аудиоусилителя в Nintendo Game Boy Color
Nintendo Game Boy Color — портативная игровая консоль, выпущенная в 1998 году. Он использует микросхему аудиоусилителя для управления внутренним динамиком или стереонаушниками.В этом сообщении в блоге я перепроектировал этот чип. из фотографий а также объясните, как это работает. По сути, это три мощных операционных усилителя с интересной схемой внутри.
Фотография кристалла микросхемы усилителя звука в Nintendo Game Boy Color. Щелкните это (или любое другое изображение), чтобы увеличить изображение. Фото любезно предоставлено Джоном Макмастером.На фотографии выше показан кремниевый кристалл чипа под микроскопом. Белые линии — это металлический слой чипа, соединяющий компоненты.Сам кремний кажется зеленоватым и находится под металлом. Черные круги снаружи — это соединения соединительных проводов, где крошечные провода соединяли кремниевый кристалл с корпусом микросхемы. Области чипа обрабатываются (легируются) для изменения электрических свойств кремния. В следующих разделах объясняется, как создаются компоненты из этих разных типов кремния.
Транзисторы NPN
Чип усилителя построен на транзисторах, известных как биполярные транзисторы NPN и PNP, отличные от маломощные МОП-транзисторы, используемые в процессорах.Эти транзисторы имеют три соединения: эмиттер, базу и коллектор. На увеличенном фото ниже показан один из транзисторов в том виде, в каком он изображен на микросхеме. Немного разные оттенки кремния указывают на области, которые были легированы для образования областей N и P, с темными линиями, разделяющими области. Пузырчатые серебристые области — это металлический слой микросхемы поверх кремния — они образуют провода, соединяющие коллектор, эмиттер и базу.
NPN-транзистор в микросхеме усилителя.Коллектор (C), эмиттер (E) и база (B) помечены вместе с кремнием, легированным N и P.
Под фотографией представлен чертеж в разрезе, показывающий, как устроен транзистор. Провод эмиттера (E) подключен к кремнию N +. Ниже находится слой P, подключенный к базовому контакту (B). А ниже находится слой N +, подключенный (косвенно) к коллектору (C). Если вы посмотрите на вертикальное поперечное сечение под буквой «E», вы можете найти слои N-P-N, которые образуют транзистор.
На фотографии ниже показан один из больших выходных транзисторов, используемых для управления динамиком.Эти транзисторы должны давать сильноточный выход, поэтому они намного больше обычных транзисторов и имеют другую структуру. Обратите внимание на несколько взаимосвязанных «пальцев» эмиттера и базы, окруженных большим коллектором. Если вы посмотрите на фотографию кристалла, то увидите, что два из этих транзисторов заполняют верхнюю левую часть кристалла.
Большой сильноточный выходной транзистор NPN в микросхеме. Коллектор (C), база (B) и эмиттер (E) помечены.
Транзисторы PNP
В микросхеме также используются транзисторы PNP, которые имеют совершенно другую конструкцию, как показано на схеме ниже.2 Транзистор PNP имеет небольшой квадратный эмиттер (P-кремний), окруженный квадратной базой (N-кремний), которая, в свою очередь, окружена коллектором (P-кремний). (Металл эмиттера покрывает и эмиттер, и базу, но соединяется только с эмиттером.) Эти области образуют сэндвич P-N-P по горизонтали (по бокам), в отличие от вертикальной структуры транзисторов NPN. Обратите внимание, что хотя базовая область физически окружает эмиттер, металлическое соединение с базой находится дальше; базовый сигнал проходит через области N и N + под коллектором, чтобы достичь базовой области.
Транзистор PNP в микросхеме. Маркированы соединения коллектора (C), эмиттера (E) и базы (B) вместе с кремнием, легированным N и P. База образует кольцо вокруг эмиттера, а коллектор образует кольцо вокруг базы.
Как резисторы реализованы в кремнии
Резисторы— важная составляющая аналоговых микросхем. На фото ниже показан длинный зигзагообразный резистор, подключенный к металлической проводке внизу фото. (Резистор проходит под металлическим слоем в нескольких точках.) Резистор выполнен в виде полоски кремния P. Сопротивление пропорционально длине резистора, поэтому резисторы большого номинала имеют зигзагообразную форму, чтобы поместиться в доступном пространстве. Поскольку резисторы относительно большие и неточные, в конструкции микросхем делается попытка минимизировать количество требуемых резисторов. Даже в этом случае аналоговый чип вроде для этого требуется множество резисторов.
Резистор внутри микросхемы вместе с номером детали. Резистор представляет собой зигзагообразную полоску кремния P между двумя металлическими контактами.Слева и справа видны части других резисторов.
Конденсаторы
Эта микросхема имеет три больших конденсатора, по одному на каждый усилитель. На фото ниже показан один из конденсаторов. Конденсаторы представляют собой просто слой металла поверх кремния, разделенного тонким изолирующим оксидным слоем. В этой микросхеме используются конденсаторы для обеспечения стабильности усилителей. Поскольку они большие, три конденсатора легко заметить на фотографии кристалла.
Конденсатор на микросхеме.
Чип и цвет Game Boy
Роль аудиочипа состоит в том, чтобы принимать звук, генерируемый ЦП, и усиливать его для внутреннего динамика или для внешних наушников. На фото ниже показано, как чип выглядит на материнской плате Game Boy. Он также показывает динамик, разъем для наушников и регулятор громкости, который регулирует входные уровни микросхемы усилителя.
Материнская плата Game Boy Color с обозначенными ключевыми компонентами. Фотография Эван-Амоса.Чип содержит три усилителя звука: один для динамика и два для наушников (потому что у них есть левый и правый каналы).Конструкция этих трех усилителей практически идентична, за исключением того, что в усилителе динамика используются более крупные транзисторы для большей выходной мощности. В усилителях используется операционный усилитель, тип усилителя, который использует отрицательную обратную связь для управления уровнем усиления. (Резисторы обратной связи встроены в микросхему, но для фильтрации используются внешние конденсаторы4) 53
Микросхемы: Текущее зеркало
Есть некоторые подсхемы, которые очень распространены в аналоговых ИС, но поначалу могут показаться загадочными.Текущее зеркало — одно из них. Идея состоит в том, что вы начинаете с одного известного тока, а затем можете «клонировать» несколько копий тока с помощью простой транзисторной схемы, токового зеркала. Обычное использование токового зеркала — замена резисторов. Как объяснялось ранее, резисторы внутри ИС неудобно большие и неточные. Это экономит место, чтобы по возможности использовать токовое зеркало вместо резистора. Кроме того, токи, создаваемые токовым зеркалом, почти идентичны, в отличие от токов, создаваемых двумя резисторами.
Следующая схема показывает, как токовое зеркало реализовано на транзисторах PNP.6 Опорный ток «I» проходит через транзистор слева. (В этом случае ток устанавливается резистором.) Поскольку все транзисторы имеют одинаковое напряжение эмиттера и базы, они подают одинаковый ток, поэтому токи через каждый транзистор соответствуют опорному току слева. В этом зеркале три транзистора справа соединены, поэтому общий выход равен 3I. Таким образом, используя несколько транзисторов, можно генерировать токи с точными соотношениями.
Схема токового зеркала. Каждый из транзисторов справа копирует ток слева.
Шесть транзисторов образуют токовое зеркало в микросхеме.
На фото выше показано, как это зеркало реализовано на кристалле с шестью PNP-транзисторами. Их основания все соединены (верхняя тонкая металлическая полоса), как и их излучатели (широкая центральная полоса посередине). У крайнего левого транзистора соединены база и коллектор, поэтому он управляет зеркалом тока.
Компонент микросхемы: дифференциальная пара
Вторая важная схема, которую необходимо понять, — это дифференциальная пара, наиболее распространенная двухтранзисторная подсхема, используемая в аналоговых ИС. 7 Дифференциальная пара является основой операционного усилителя: она принимает два напряжения, вычисляет их разность и усиливает результат. На схеме ниже показана простая дифференциальная пара. Верхний резистор обеспечивает постоянный ток I, который делится между двумя входными транзисторами. Если входные напряжения равны, ток будет поровну разделен на две ветви (I1 и I2).Если одно из входных напряжений немного выше, чем другое, соответствующий транзистор будет проводить больше тока, поэтому одна ветвь получит больше тока, а другая ветвь — меньше. Нагрузочные резисторы внизу создают выходное напряжение в зависимости от тока.
Схема простой дифференциальной пары. Источник тока передает фиксированный ток I через дифференциальную пару. Если два входа равны, ток делится поровну.
Для повышения производительности реализована дифференциальная пара, как показано ниже.Текущее зеркало вверху обеспечивает фиксированный ток. Два нагрузочных резистора в нижней части дифференциальной пары были заменены нагрузочными транзисторами. Выходной сигнал берется из одной ветви дифференциальной пары и подается на транзистор для большего усиления. Затем выходной сигнал поступает на сильноточный выходной каскад усилителя (не показан). Компенсационный конденсатор стабилизирует схему.
Дифференциальная пара, реализованная в микросхеме.
На схеме ниже показана реализация дифференциальной пары на кремнии, соответствующая схеме, приведенной выше.Схема имеет три больших PNP-транзистора наверху и три меньших NPN-транзистора. По металлу видно, насколько схема соответствует схеме.
Дифференциальная пара в усилителе для наушников.
Расположение микросхемы
На схеме ниже показаны основные функциональные блоки микросхемы. В левой верхней части микросхемы находятся два больших транзистора драйвера для выхода динамика (один для понижения уровня сигнала, а другой — для повышения уровня сигнала).Остальная схема усилителя динамика включает дифференциальную пару, токовые зеркала и другие схемы. Усилитель для наушников состоит из двух практически идентичных блоков: одного для левого канала и одного для правого. Схема источников тока и зеркал тока используется в обоих каналах наушников. В нижнем левом углу микросхемы находится цифровая логика для включения усилителя динамика или усилителя для наушников, в зависимости от того, подключены ли наушники к разъему и в зависимости от пина включения.
Микросхема с маркированными контактами и ключевыми функциональными блоками.
При увеличении масштаба в верхнем правом углу показана схема усилителя для одного из каналов наушников. Входной сигнал проходит через дифференциальный каскад (обсужденный ранее) и усиление, прежде чем попасть в выходной каскад, который состоит из нескольких транзисторы. Хотя в усилителе динамика используются большие выходные транзисторы, в усилителе для наушников используются 10 обычных транзисторов, подключенных параллельно; один набор для увеличения выхода и второй — понижает выходной уровень.Резисторы используются для генерации сигналов отрицательной обратной связи для усилителя. Обратите внимание, что для питания и заземления используются более толстые металлические дорожки для поддержки необходимого тока.
Усилитель наушников правый канал.
Здесь я создал полную схему микросхемы. Я не буду здесь подробно объяснять это, так как его операционные усилители используют стандартную архитектуру, но я отмечу некоторые основные моменты.9 Усилители для наушников и усилитель динамика имеют очень похожую конструкцию, но есть несколько отличий.В частности, транзисторы динамика больше, потому что динамик требует большего тока: не только выходные транзисторы, но и многие другие транзисторы в схеме. Текущие зеркала также имеют несколько отличную структуру между усилителями наушников и динамиком. В отличие от многих микросхем усилителей, эта микросхема не имеет никакой защиты от короткого замыкания на выходе.
Часть реконструированной схемы для микросхемы AMP-MGB. Щелкните здесь, чтобы увидеть полную схему.Заключение
Эта микросхема усилителя 1998 года имеет около 100 транзисторов и настолько проста, что схемотехнику можно проследить под микроскопом. (Для сравнения, процессор Pentium II того же времени имел 7,5 миллионов транзисторов.) Микросхема иллюстрирует важные функции аналоговой конструкции, такие как дифференциальная пара и токовое зеркало, а также то, как их можно объединить для создания усилителя. Люди перепроектировали многие чипы Nintendo, чтобы помочь им создавать эмуляторы Nintendo. Я не думаю, что знание схемы аудиочипа помогает с эмуляцией, но интересно посмотреть, как она устроена.
Я объявляю о своих последних сообщениях в блоге в Twitter, так что подписывайтесь на меня @kenshirriff для будущих статей. Еще у меня есть RSS-канал. Мои файлы KiCad для схемы находятся на Github. Спасибо Джону Макмастеру за предоставленные фотографии чипа; его страница здесь.
