Каковы основные характеристики усилителя TPA3116D2. Как его можно применять в аудиосистемах. Какие преимущества дает использование этой микросхемы. Насколько эффективен и мощен TPA3116D2.
Обзор микросхемы TPA3116D2
TPA3116D2 — это высокоэффективный усилитель мощности класса D, разработанный компанией Texas Instruments. Эта микросхема предназначена для создания компактных и мощных аудиосистем высокого качества.
Основные характеристики TPA3116D2:
- Выходная мощность до 2×50 Вт на 4 Ом при напряжении питания 21 В
- Широкий диапазон напряжения питания: 4,5-26 В
- КПД более 90%
- Низкий уровень искажений (THD+N 0,1% при половинной мощности)
- Высокое соотношение сигнал/шум — 102 дБ
- Частота переключения до 1,2 МГц
Применение TPA3116D2 в аудиосистемах
Благодаря своим характеристикам, TPA3116D2 находит широкое применение в различных аудиоустройствах:
- Домашние аудиосистемы и системы домашнего кинотеатра
- Портативные и беспроводные колонки
- Автомобильные аудиосистемы
- Телевизоры и мониторы со встроенными динамиками
- Профессиональное звуковое оборудование
TPA3116D2 особенно хорошо подходит для компактных устройств, где важны высокая эффективность и низкое тепловыделение.
Преимущества использования TPA3116D2
Применение микросхемы TPA3116D2 в аудиосистемах дает ряд существенных преимуществ:
- Высокая эффективность позволяет создавать компактные устройства без массивных радиаторов
- Широкий диапазон питающего напряжения упрощает разработку устройств
- Низкий уровень искажений обеспечивает чистое звучание
- Высокая частота переключения снижает уровень электромагнитных помех
- Встроенные схемы защиты повышают надежность устройств
Эффективность и мощность TPA3116D2
TPA3116D2 отличается высокой эффективностью, превышающей 90%. Это означает, что более 90% подводимой электрической мощности преобразуется в полезную звуковую мощность. Такая эффективность позволяет значительно снизить тепловыделение и упростить охлаждение усилителя.
При этом микросхема способна обеспечить выходную мощность до 50 Вт на канал при работе на 4-омную нагрузку. Такой мощности достаточно для большинства бытовых применений. При необходимости можно объединить два TPA3116D2 в мостовом включении, получив до 100 Вт на канал.
Особенности архитектуры TPA3116D2
TPA3116D2 имеет ряд конструктивных особенностей, обеспечивающих его высокие характеристики:
- Усовершенствованная схема модуляции для снижения искажений
- Обратная связь по выходному каскаду для улучшения линейности
- Программируемое ограничение выходной мощности
- Дифференциальные входы для лучшего подавления помех
- Возможность синхронизации нескольких микросхем
Эти особенности позволяют получить высокое качество звучания при сохранении высокой эффективности.
Защитные функции TPA3116D2
Для повышения надежности и безопасности работы TPA3116D2 оснащен рядом встроенных защитных функций:
- Защита от перегрева
- Защита от короткого замыкания на выходе
- Защита от перенапряжения и пониженного напряжения питания
- Защита от постоянного напряжения на выходе
- Плавный запуск для предотвращения щелчков
Эти функции значительно повышают надежность устройств на базе TPA3116D2 и защищают как сам усилитель, так и подключенные к нему акустические системы.
Рекомендации по применению TPA3116D2
При разработке устройств на базе TPA3116D2 следует учитывать ряд рекомендаций:
- Использовать качественные керамические конденсаторы в цепях питания и фильтрации
- Обеспечить хороший теплоотвод от микросхемы, особенно при работе на большой мощности
- Тщательно развести печатную плату для минимизации помех
- Использовать дифференциальное подключение входного сигнала
- При необходимости применять внешние LC-фильтры на выходе для подавления ВЧ-составляющих
Соблюдение этих рекомендаций позволит реализовать все преимущества TPA3116D2 и получить высококачественное звучание.
Сравнение TPA3116D2 с аналогами
TPA3116D2 имеет ряд преимуществ по сравнению с аналогичными микросхемами усилителей класса D:
- Более высокая выходная мощность, чем у TPA3118D2 и TPA3130D2
- Лучшее соотношение сигнал/шум, чем у многих конкурентов
- Меньшие искажения на высоких частотах
- Более широкий диапазон напряжений питания
- Наличие различных вариантов корпуса для разных применений
Эти преимущества делают TPA3116D2 одним из лучших выборов для создания компактных и эффективных усилителей.
Типовые схемы включения TPA3116D2
Для применения TPA3116D2 производитель рекомендует несколько типовых схем включения:
- Стереофоническая схема с выходной мощностью 2×50 Вт на 4 Ом
- Монофоническая мостовая схема с выходной мощностью до 100 Вт на 4 Ом
- Схема с одним источником питания для упрощения конструкции
- Схема с раздельным питанием для улучшения разделения каналов
Выбор конкретной схемы зависит от требований к выходной мощности, качеству звука и сложности конструкции.
Заключение
TPA3116D2 представляет собой современное и эффективное решение для создания высококачественных аудиоусилителей. Благодаря высокой эффективности, низким искажениям и широким возможностям применения, эта микросхема стала популярным выбором как для любительских проектов, так и для профессиональных аудиоустройств. При правильном применении TPA3116D2 позволяет создавать компактные и мощные усилители с отличным качеством звучания.
Характеристики TPA3116D2 и аналитика — hifi-audio.ru
Китайский рынок сегодня представляет большое количество дешевых усилителей в классе Д основанных на чипе TPA3116D2. Пара протестированных подобных изделий оставила хорошие впечатления (особенно модель с темброблоком), поэтому давайте разберемся с теоретическими возможностями этих микросхем.
Судя по дате даташит чип TPA3116D2 был выпущен в 2012 году, а в 2017 году появилась его новая ревизия. Существуют еще схожие модели — это TPA3118D2 и TPA3130D2. Несмотря на большие номера в названии, они означают меньшую мощность — чем больше число, тем меньше мощность.
TPA3116D2 выдет 50 + 50 ватт на 4 Ом при питании 21 вольт
TPA3118D2 выдет 30 + 30 ватт на 4 Ом при питании 24 вольт
TPA3130D2 выдет 15 + 15 ватт на 4 Ом при питании 15 вольт
Из этого мы видим рекоммендуемое напряжение для чипов, и для TPA3116D2 оно составляет 21 вольт.
Я использую готовый усилитель на TPA3116D2 с питанием 24 вольта — как это возможно?
Несмотря на то, что рекоммендуемое производителем напряжение питания должно составлять 21 вольт, микросхема способна функционировать в диапазоне от 4,5 до 26 вольт (максимальный предел 30 вольт).
Конечно TPA3116D2 при 24 вольтах будет греться сильнее, но для этого придумали радиаторы. С другой стороны нет особых причин подавать напряжение больше рекоммендуемых 21 вольт, так как даже на 19 вольт громкости вполне достаточно для озвучивания стандартной 10-30 метровой комнаты.
Кроме того в ряде изделий на TPA3116D2 указано, что мощность усилителя составляет 100 ватт на канал. Думаю здесь лукавства нет, стереочип TPA3116D2 можно использовать в МОНО-режиме, тогда мощность возрастает до 100 ватт, но в стереоусилитель понадобится две микросхемы TPA3116D2 — по одной на канал.
Эффективность усиления микросхемы TPA3116D2 в классе Д составляет 90% и более.
Одна из причин отвечающая на вопрос «почему TPA3116D2 звучит хорошо» — очень высокая частота переключения — это 1,2 Мгц, т.е. один миллион двести тысяч раз в секунду микросхема переключается. Это очень быстро.
Предназначение использования микросхемы:
Мини и микро аудио компоненты
Саундбары
Телевизоры
Бытовое аудио
TPA3116D2 — это цифровой стереоусилитель выдающий до 100 ватт при 2 Ом, что означает, что он не боится тяжелой нагрузки (это данные из даташит).
Микросхема не требует многослойной платы, что упрощает создание усилителей на ее основе.
Работает TPA3116D2 в диапазоне температур от -40 до +85 градусов цельсия.
Гармонические искажения THD+N не очень маленькие,скорее на уровне аппаратуры из 70х — при половинной мощности TPA3116D2, а это 25 ватт искажения составят 0,1%, что не мешает усилителю быть в звучании благозвучным и ласковым, а не крикливым, как можно было бы предположить.
Но у TPA3116D2 есть то, чего в большинстве моделей (дешевых — точно) небыло в 70х — отличный показатель соотношения сигнал-шум — 102 дБ.
Посмотрим как усилитель себя ведет по искажениям при проигрываении разных частот.
Видим, что рост искажений приходится на частоты от 2 кГц до 10 кГц, после чего частоты выше 10 кГц имеют мизерные искажения. Так же самые низки частоты от 20 до 40 Гц имеют некоторые искажение, хотя несравнимо более низкие, чем в области 2-10 кГц.
Второй интересный график демонстрирует зависимость искажений от выходной мощности, логично, что чем выше мощность , тем больше искажений, но насколько? Давайте посмотрим.
Частотная зависимость присутствует, чем выше частота, тем искажений больше, но в целом до 30 ватт они довольно низкие, в среднем менее 0,1%.
После 30 ватт начинается стремительный рост искажений. Это говорит о том, что нет особых причин использовать более мощные блоки питания, и оптимальным будет блок питания на 19 вольт 4 Ампера для усилителя на TPA3116D2, так как именно он будет выдавать напряжение на усилитель ровно в той мере, в которой мощность не превысит заданный порог и искажения будут оставаться минимальными, а звук чистым и увлекательным.
TPA3116D2 в своем устройстве содержит множество защит, например от котороткого замыкания и тд, включая и такую важную, как предохранение акустических систем от постоянного тока, который способен спалить динамики. Другая важная защита встроенная в чип — термическая, не дающая чипу разрушиться при температуре в 150 градусов цельсия.
схема портативного усилителя класс D
Итак, вот небольшой проект дешевого усилителя на микросхеме TPA3116D2, который вы можете построить для своего дома или автомобиля.
TPA3116D2 — это универсальный чип класса D с прекрасными характеристиками, предназначенный для использования на низких и средних уровнях мощности.
Это самый мощный чип из семейства микросхем TPA3118 и TPA3130 класса D. Физически это довольно небольшой SMD-корпус (TSSOP) с небольшой металлической охлаждающей площадкой на верхней части корпуса для радиатора. TPA3116D2 имеет пределы выходной мощности при максимальном напряжении питания 26 В.
Ниже указано, что он может использоваться на напряжении ниже 5 В. Но для работы с низким напряжением TPA3130 или TPA3118 могут быть лучшим выбором, поскольку охлаждение не является проблемой. Мостовые переключатели 120 мОм — серьезная конструкция.
TPA3116D2 был протестирован на недорогой плате, которая, тем не менее, была довольно полной в реализации. Дроссели выходного фильтра на 10 мкГн относятся к типу, который, вероятно, может выдержать пиковые значения 4-5 А до насыщения. Этого вполне достаточно. Конденсаторы выходного фильтра — фольговые, емкостью 680 нФ.
На входе для передачи сигнала используются обычные керамические конденсаторы SMD.
Было бы правильнее заменить их фольгированными емкостями с большей линейностью, но только вот их расположение очень сложно изменить. Два электролитических конденсатора с низким импедансом 1000 мкФ/35v включены для развязки линии питания. Чип TPA3116D2 охлаждается радиатором, который, кажется, приклеен к корпусу микросхемы, что затрудняет самостоятельные эксперименты.
В общем, разумная реализация, если плата будет использоваться «как есть».
Тем не менее, перед первоначальным тестом было решено заменить конденсаторы выходного фильтра фольгированными конденсаторами 1 мкФ, чтобы немного снизить частоту среза. Конденсаторы развязки линии питания были увеличены двумя конденсаторами 2200 мкФ/35v, подключенными параллельно и расположенными на противоположной стороне печатной платы. В целом это составляет хорошие 6000 мкФ для развязки.
Самодельный аудио усилитель класса D на TPA3116D2
Наконец, была решена небольшая проблема, которая была замечена во время первоначального тестирования: заметное «шипение» в динамиках, если потенциометр громкости был помещен в среднее положение, например, если вход усилителя составлял сопротивление более 10 кОм.
Известно, что усилитель с питанием от цепи с высоким импедансом может генерировать шипение. Потенциометр объема был измерен как 50 кОм.
50 кОм — это довольно высокий импеданс, учитывая, что в современных предварительных усилителях обычно используются OP-AMP, которые могут работать с низким сопротивлением на выходе — часто 600 Ом. Таким образом, необходимости в использовании потенциометра на 50 кОм не было.
Схема усилителя на микросхеме TPA3116D2
Но потенциометр имел функцию выключателя питания, и его было бы очень сложно заменить без риска повреждения дорожек печатной платы. Поэтому между входом усилителя и землей, ниже потенциометра, были установлены два резистора 4,7 кОм, так что на входе усилителя оставалось ниже 4,7 кОм. Это решило проблему шипения, но несколько изменило поведение потенциометра. Однако предусилитель, питающий плату TPA3116D2, имел другой регулятор громкости.
Звук усилителя TDA3116D2 был без явных изъянов. Чистый и неискаженный звук с хорошим контролем низких басов.
Плата усилителя очень понравилась в использовании. Температура радиатора повысилась, но ничего недопустимого не было. По цене, особенно в оптовой продаже, плата довольно выгодная. От источника питания 19v или 24v плата полностью пригодна для обычного прослушивания.
Микросхема TPA3116D2 также поставляется в виде небольшого модуля, в котором только основные компоненты устанавливаются вокруг кристалла с использованием технологии SMD. Тогда, любители самостоятельной сборки, могут выбрать наиболее важные элементы и реализовать оптимизированное охлаждение.
Основные характеристики:
- Напряжение питания 4,5-26v, 2×30 Вт на 8 Ом, 0,1% THD, ток покоя 30 мА.
- Смещение постоянного тока, измеренное на выходах: 1 мВ/5 мВ (питание 24v).
Такие усилители мощности подходят для использования с сабвуферными динамиками и имеют очень хорошие характеристики. Усилитель мощности TPA3116D2 также имеет широкий диапазон напряжений от 5v до 24v и рекомендован для схемы сабвуферного УМ, использующей эту микросхему TPA.
Загрузки:
Схема и печатные платы: Schematic_PCB
Печатная плата TPA3116D2: 3D модель 3D_Step_Model
TPA3116D2 Распиновка микросхемы аудиоусилителя, техническое описание, аналог, технические характеристики и размеры
17 сентября 2021 — 0 комментариев
Микросхемы серии TPA могут управлять нагрузкой до 100 Вт с импедансом 2 Ом в монофонической конфигурации, а для получения стереозвука необходимо сконфигурировать и спроектировать 2 микросхемы.
Самая интересная особенность этой ИС заключается в том, что она может управлять 2 динамиками по 15 Ом без радиатора на двухслойной печатной плате. Эта микросхема имеет многофункциональную микросхему PLL, которую можно использовать для уменьшения помех AM. Устройства TPA3116D2 полностью защищены от сбоев с помощью защиты от короткого замыкания и тепловой защиты, а также защиты от перенапряжения, пониженного напряжения и постоянного тока. О неисправностях сообщается процессору, чтобы предотвратить повреждение устройств в условиях перегрузки.
Конфигурация выводов TPA3116D2
Номер контакта | Название контакта | Описание контакта |
1 | МОДСЕЛЬ | Логический вход выбора режима (НИЗКИЙ = режим BD, ВЫСОКИЙ = режим 1 SPW). Логические уровни TTL в соответствии с AVCC. |
2 | СДЗ | Логический вход отключения аудиоусилителя (LOW = выходы Hi-Z, HIGH = выходы включены). Логические уровни TTL в соответствии с AVCC. |
3 | ФАЛЦ | Отчет об общих неисправностях, включая перегрев, обнаружение постоянного тока. Открытый сток. FAULTZ = Высокий уровень, нормальная работа, FAULTZ = Низкий уровень, неисправность |
4 | РИНП | Положительный аудиовход для правого канала. Смещено на 3 В. |
5 | РИНН | Отрицательный аудиовход для правого канала. Смещено на 3 В. |
6 | ПЛИМИТ | Регулировка уровня ограничения мощности. Подключите резисторный делитель от GVDD к GND, чтобы установить предел мощности. Подключение напрямую к GVDD без ограничения мощности |
7 | ГВДД | Внутреннее напряжение питания затвора. |
8 | УСИЛЕНИЕ/SLV | Выбирает Gain и выбирает режим Master или Slave в зависимости от делителя напряжения на штыре. |
9 | ЗЕМЛЯ | Земля |
10 | ЛИНП | Положительный аудиовход для левого канала. Смещено на 3 В. Подключить к GND для режима PBTL |
11 | ЛИНН | Отрицательный аудиовход для левого канала. Смещено на 3 В. Подключить к GND для режима PBTL |
12 | ОТКЛЮЧИТЬ | Сигнал отключения звука для быстрого отключения/включения выходов (HIGH = выходы Hi-Z, LOW = выходы включены). |
13 | АМ2 | Выбор частоты избегания AM |
14 | АМ1 | Выбор частоты избегания AM |
15 | АМ0 | Выбор частоты избегания AM |
16 | СИНХРОНИЗАЦИЯ | Тактовый вход/выход для синхронизации нескольких устройств класса D. Направление определяется терминалом GAIN/SLV. |
17 | АВКК | Аналоговый источник питания |
18 | ПВХ | Блок питания |
19 | ПВХ | Блок питания |
20 | БСНЛ | Защитная планка для отрицательного выхода левого канала, подключить к 220 нФ X5R или лучше керамический колпачок к OUTNL |
21 | OUTNL | Отрицательный выход левого канала |
22 | ЗЕМЛЯ | Земля |
23 | ВЫХОД | Положительный выход левого канала |
24 | БСПЛ | Защитная планка для положительного выхода левого канала, подключается к 220 нФ X5R или лучше керамическому колпачку к OUTPL |
25 | ЗЕМЛЯ | Земля |
26 | БСНР | Защитная перемычка для отрицательного выхода правого канала, подключается к 220 нФ X5R или лучше керамической заглушке к OUTNR |
27 | OUTNR | Отрицательный выход правого канала |
28 | ЗЕМЛЯ | Земля |
29 | ВЫХОД | Положительный выход правого канала |
30 | БСПР | Защитная перемычка для положительного выхода правого канала, подсоедините к 220 нФ X5R или лучше керамический колпачок к OUTPR |
31 | ПВХ | Блок питания |
32 | ПВХ | Блок питания |
33 | PowerPAD | Подключите к GND для лучшей производительности системы. |
Если не подключен к GND, оставьте плавающим.Характеристики и характеристики
- Поддерживает несколько конфигураций вывода
- 2 × 50 Вт на нагрузку BTL 4 Ом при 21 В (TPA3116D2)
- 2 × 30 Вт на нагрузку BTL 8 Ом при 24 В (TPA3118D2)
- 2 × 15 Вт на нагрузку BTL 8 Ом при 15 В (TPA3130D2)
- Широкий диапазон напряжения: от 4,5 В до 26 В
- Эффективная работа класса D
- Энергоэффективность >90 % в сочетании с низкими потерями в режиме простоя значительно уменьшает размер радиатора
- Расширенные схемы модуляции
- Несколько частот переключения
- Избегание утра
- Синхронизация главного и подчиненного устройств
- Частота коммутации до 1,2 МГц
- Обратная связь Архитектура Power-Stage с высоким PSRR снижает требования к блоку питания
- Программируемый предел мощности
- Дифференциальные и несимметричные входы
- Стерео и монофонический режим с монофонической конфигурацией с одним фильтром
- Один блок питания уменьшает количество компонентов
- Встроенные цепи самозащиты, включая перенапряжение, пониженное напряжение, перегрев, обнаружение постоянного тока и короткое замыкание с отчетом об ошибках
- Пакеты с улучшенными термическими свойствами
- DAD (32-контактная контактная площадка HTSSOP)
- DAP (32-контактный контактный разъем HTSSOP вниз)
- Диапазон температур окружающей среды от 40°C до 85°C
Примечание: Дополнительную техническую информацию можно найти в Техническом описании TPA3116D2 , ссылка на которое находится внизу этой страницы.
TPA3116D2 CC Типовая схема применения
Типичная схема применения микросхемы TPA3116D2 показана ниже. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, обратитесь к таблице данных, ссылка на которую находится внизу веб-страницы.
TPA3116D2 CC Типовая компоновка печатной платы
Типичная компоновка печатной платы/рекомендации для микросхемы TPA3116D2 показана ниже, а для получения дополнительной информации см. техническое описание, ссылка на которое находится внизу веб-страницы.
Верхний слой:
Нижний слой:
.05362D-модель и размеры
Если вы проектируете печатную плату или плату Perf с этим компонентом, следующее изображение из таблицы данных будет полезно, чтобы узнать его тип упаковки и размеры.
Метки
Аудиоусилитель
Силовая электроника
Texas Instruments
Усилитель мощности класса D
Купить Двухканальный модуль мощного аудиоусилителя TPA3116D2, 120 Вт
XH-M543 Двухканальный модуль мощного аудиоусилителя TPA3116D2, 120 Вт
Это недавно разработанный модуль цифрового аудиоусилителя. Он оснащен высокоэффективной платой усилителя мощности звука класса D. Этот модуль имеет новейшую и оригинальную базовую технологию TPA3116D2. Этот модуль оснащен функциями защиты от короткого замыкания, такими как перенапряжение и ограничение выходного тока. К этой плате также прилагается радиатор для отвода тепла. Он подходит для больших нагрузок звуковых систем домашнего кинотеатра 2.1. Выходная мощность составляет 120 Вт на канал.
Особенности
- Мощный чип TPA3116D2 с низкими характеристиками потерь на холостом ходу
- Встроенная микросхема для улучшения входной чувствительности
- Производство высококачественного звука
- Его можно использовать для автомобильных компьютерных колонок, семейных аудио- и видеоустройств и т.
