Усилитель класса д схема: Усилитель класса D 100 Вт

Содержание

Мощный УНЧ D класса

   В последнее время у радиолюбителей растет интерес к усилителям повышенной мощности. Как правило традиционные усилители класса АВ не позволяют соорудить УНЧ с мощностью выше 500-600 ватт, ведь когда мощность усилителя нужна выше указанной, то резко увеличивается количество комплектующих компонентов и выходных пар транзисторов — это делает схему очень сложной, дорогой и в добавок — трудная настройка схемы. Тут на помощь идут усилители класса D.

   Данный усилитель класса D построен на специализированном драйвере серии IRS20955S. На основе данного драйвера можно создать УНЧ с высоким КПД и весьма хорошим звуком и очень малыми гармоническими искажениями. Итак, давайте рассмотрим основные параметры усилителя. 

 Выходная мощность 130 ВТ при THD 1%
 Частотный диапазон: 18Гц -35кГц
 THD 0,04% на 1кГц
 КПД до 95%

   Из этого можно сделать вывод, что данный усилитель не обладает столь высокой мощностью, которые мы рассматривали в наших предыдущих статьях, но давайте не забудем, что это класс D, тут минимальные тепловые потери, если сравнить с классом АВ, где на тепло уходит ровно половина начального питания, ведь КПД у этого класса не более 55%. Благодаря высокому КПД резко уменьшаются размеры усилителя, а теплоотводы кажутся просто игрушечными.

   В схеме тоже все достаточно просто, оконечник построен на паре мощных полевых транзисторов прямой проводимости, стабилитроны можно ставить любые на 15 вольт, особо углубляться в работу схемы не буду. Питается усилитель от двухполярного источника, напряжение на плечо 40 вольт. АD825 -высококачественный операционный усилитель, от него сигнал поступает на компаратор LM311, затем уже на драйвер, выходной сигнал драйвера усиливается каскадом полевых транзисторов. В дальнейшем мы продолжим рассматривать конструкции мощных усилителей данного класса.


Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

Усилитель класса D 100 Вт « схемопедия


Интерес к усилителям мощности (УМ) класса D появился после разработки первых Импульсных Источников Питания. Стояла задача собрать простой и экономичный УМ. Тема эта не имела своего развития, пока на глаза не попался патент, на то время ведущего инженера-разработчика фирмы Филипс, Бруно Путзейса [1].  Одновременно прочитал статью Сергея Кузнецова [2] на ту же тему.  Много информации и ценных советов получены на vegalab.ru, в теме «класс Д для саба» [3]. Естественно, выбранная конструкция не претендует на законченность или выдающиеся параметры, так-так является на 100% любительской. Но с уверенностью можно утверждать, что конструкция является проверенной и повторяемой, не требует изготовления многослойной ПП. Во время проектирование главным критерием была как раз повторяемость, малая номенклатура использованных запчастей, их доступность, и возможность сборки в любых домашних условиях. В отличие от многих подобных схем  использованы smd резисторы и конденсаторы одного типоразмера – 1206 и 0805 соответственно, а все комплектующие доступны для заказа через интернет.

Кроме того, после сборки  предыдущих версий УМ была осознана острая  необходимость включения в схему узла защиты от КЗ, так как кратковременное замыкание, или другое нештатное событие выводит из строя выходные ключи и, часто, микросхему драйвер, которые как раз и составляют львиную долю стоимости УМ.

Схему на дискретных элементах была отброшена из-за необходимости настройки каждого экземпляра устройства и склонности к нежелательным самовозбуждениям. Аналогичная схема на ИМС настройки не требуют и не столь  критична к замене типов   транзисторов и смене напряжения питания.

Рис.1. Блок-схема УМ класса Д

На микросхеме IC1 собран входной балансный усилитель напряжения. Такая схема выбрана в связи с необходимостью взаимокомпенсации влияния наводок. Коэффициент усиления плеч задается соотношением резисторов R2R5 R7R5, и при использование указанных номиналов составляет примерно 16дБ (6 раз). На элементах С2R2R4C4 и C1R1R3C3 сформирована АЧХ сигнала, поступающего на ОУ  и развязка по постоянному току. Симметричные сигналы с выходов 1 и 7 IC1, через резисторы R8, R9 поступают на входы компаратора IC2 LM311, куда поступает сигнал обратной связи, через патентованную цепь ОС из [1]. IC2, VT3-VT5, IC3, VT8,VT9 и другие элементы объединяются в усилитель класса «Д», коэффициент усиления которого в звуковом диапазоне частот равен отношению R8, R9 к R15, R16 соответственно, для сохранения баланса R8 должен быть равен R9, а R15 – равен R16. Кроме того, как указано в [1] коэффициент усиления 13дБ (4,5 раза) является оптимальным для такого устройства.

Рис.2. Принципиальная схема УМ класса Д

Так-так  драйвер IR2110 IC3 имеет раздельные входы управления верхним и нижним плечом, сигнал с вывода компаратора, который, по сути, является ШИМ модулированным звуковым сигналом, поступает на инвертор VT3, VT5, включенных по схеме дифференциального каскада. На VT4VD3 собран источник тока 1,2мА для обеспечения его работы. Ток задается равенством  падения напряжения на составном сопротивлении R22, R23 и стабилитрона VD4. Для облегчения режима работы VT4 в цепи эмиттера  включен дополнительный гасящий резистор R20. Кроме инвертирования сигнала VT3, VT4  выполняют еще одну важную функцию – функцию «левелшифтера». Так-так вывод Vss (сигнальная земля) микросхемы драйвера подключен к отрицательному выводу питания,  необходимо «привести» сигнал ШИМ IC2 относительно земли устройства к уровню относительно «–Vcc». Номиналы резисторов R21, R24 выбраны таким образом, чтобы напряжение управления на входах IC3 не превышало ≈ 6В (1,2мА*4,7кОм).  Микросхема IC3 включена по стандартной схеме. [4].

Во избежание сквозного тока через транзисторы VT8, VT9 в зарядной цепи установлены ассиметричные схемы ограничивающие ток заряда емкости затворов VD7R36, VD8R37. Время переключения можно рассчитать, пользуясь [5]. В данном устройстве применены полевые транзисторы (ПТ) IRF 540Z как доступные, не дорогие и приемлемые по параметрам. При применение в устройстве стабилитронов на 12В напряжение управлення на затворах ПТ будет составлять 12В-1,5В=10,5В (так-так транзистор VT7 составной). При R36=R37<10 Ом начинается разогрев выходных транзисторов, потому использованы резисторы 15 Ом. В этом случае время переключения, согласно [5] будет равно 42нК/(10,5В/15Ом)=60нС (при 10 Ом 40нС) Для примера, при напряжении питания IC3 равному 13В, из-за увеличения полного заряда затвора, время переключения в той же схеме будет 54нК/(13В/15Ом)=62,3нС. Отсюда средняя мощность запуска на  частоте 300кГц будет равна 42нК*10,5В*300кГц=132мВт, тогда как при напряжении 13В – 54нК*13В*300кГц=210мВт. При этом, средний ток переключения, будет в первом случае 0,132Вт/10,5В=0,0125А, а во втором  0,21Вт/13В=0,0161А. Согласно документации на микросхемы IC3,IC4,IC5 можно определить суммарный ток потребления источника питания на VT7. Он составит 0,125ic3+0,0015ic4+0,01Аic5+0,0125Aig=0,149А. Соответственно, при напряжении питания УМ +/-30В на транзисторе VT7 выделится (30В-10,5В)*0,149А=2,9Вт, при напряжении питания драйвера 13В, упуская подсчет выделится 0,2416А*17В=4,1Вт. (Данные взяты из графиков потребления токов от напряжений питания микросхем). Обобщая вышесказанное, можно отметить, что только правильным выбором напряжения питания драйвера можно при построении 100Вт УМ повысить КПД устройства на 1-2%!

  Первоначально схема защиты была устроена на датчике тока, который включался в цепь стока одного из транзисторов. Таким образом,  при превышении тока через датчик вырабатывался сигнал на отключение устройства. Но для контроля тока в десятки ампер сопротивление и мощность резистора датчика тока, а также занимаемое им место на ПП становиться неприемлемыми. Лучшим решением есть «считывание» падения напряжения с самого перехода ПТ, в то время, когда он открыт, тем более, что такая схема легко реализуется. Так, в период времени, когда  VT9 открыт, точка соединения ПТ-ов через переход сток/исток нижнего транзистора соединяется с отрицательным входом питания. Напряжение в этой точке равняется –Vcc+Ik*Rdson. Так, при токе в 15А через ключ, на истоке будет напряжение, которое больше –Vcc на 15А*0,027 Ом=0,405В. Для развязки от напряжения +Vcc использован быстрый диод VD6. Напряжение «+10,5В» c затвора ПТ подается через ограничивающий резистор R40 на VD6, в таком случае, напряжение в точке соединения R40 и VD6 составит сумму падения напряжения на переходе VD6 плюс напряжения падения на ПТ. То есть, при токе в 15А будет составлять около 0,4В+0,4В=0,8В. Для сглаживания пульсаций этого напряжения  использован конденсатор С22, а для его разрядки R36. Далее напряжение с датчика тока сравнивается с опорным, которое формируется с помощью делителя напряжения R34R32. Причем опорное напряжение можно подстраиваться помощью подстроечного R32. В том случае, если напряжение с датчика больше, чем опорное –  выходной транзистор микросхемы IC5 с открытым коллектором закрывается. На выходе 1,7 IC5 благодаря R35 появляется напряжение +12В, открывается  транзистор VT9, который в свою очередь быстро разряжает емкость  С26 и запускает таймер NE555 IC4, на его выходе 3 устанавливается логический уровень «1» – напряжение 10,5В относительно –Vcc. Это напряжение через светодиод HL1 поступает на вход  11 «Sd» IC3 и запрещает генерацию. Так как входной ток по этому входу недостаточен, для засвечивания светодиода, а так же для исключения ложного срабатывания защиты, по входу «Sd» подключен шунтирующий резистор R26.

Для контроля тока через ПТ был применен сдвоенный компаратор КА393. Его вторая половина следит за напряжением питания нижнего плеча. При этом подразумевается, что оба плеча питания симметричны. При напряжении питания отрицательного плеча ниже уровня примерно «-20В» компаратор срабатывает, и аналогично схеме защиты от превышения тока через ПТ, блокирует работу IC3 и выходного каскада. Это сделано для исключения неприятного свиста при выключении УМ. Кроме этого, схема на таймере 555 IC5 задерживает включение УМ при подключении питания на 2с. Соответственно, при кратковременном срабатывании защиты УМ будет выключаться на 2с. Схема включения IC5 стандартная. Кроме этого, у схемы защиты есть еще одно полезное свойство. Так-так сопротивление канала полевого транзистора растет с температурой (а максимальный допустимый ток уменьшается)  и, соответственно, при равных токах на разогретом транзисторе падение будет выше, чем на холодном. Таким образом, порог срабатывания защиты смещается в безопасную зону при перегреве.

В схеме для питания ОУ и компаратора собраны два параметрических стабилизатора на VT1VD1С13R17 и VT2VD2С14R18. Для развязки от ВЧ помех установлены дроссели L1,L2, которые совместно с С15,С17 и С16,С18 составляют LC фильтр. При отсутствии  дросселей такого типа допустимо использовать резисторы 100-220 Ом. Для питания драйвера IR2110 IC3 и схемы защиты собран еще один параметрический стабилизатор на VT7VD4R33C20. Применен составной транзистор TIP112. Для него нужен радиатор, который может отводить не менее 3Вт тепла. Основную часть мощности потребляет IC3.

Рис 3. ПП УМ класса Д

Печатная плата  представлена на рис.3. Как уже указывалось, ПП не претендует не какой-либо профессионализм, но лишь является работоспособной и легко повторяемой в любительских условиях.

Рис. 4. Монтажная схема УМ верх

Верхний слой фольги оставлен под землю, в местах отверстий под элементы фольга снята небольшим сверлом. Монтажная схема представлена на рис.4.

Рис. 5. Монтажная схема УМ низ

На плате предусмотрена возможность экранирования входного ОУ и компаратора. Для этого вокруг них симметрично расположены  земляные полигоны и переходные отверстия. Однако, как оказалось, в этом нет необходимости.

Во время сборки сначала устанавливаются детали параметрических стабилизаторов и цепь источника тока инвертора. Проверяется наличие выходных напряжений на стабилизаторах и падение напряжения на R20. Оно должно быть около 6В. Затем монтируется микросхема-таймер NE555 c обвязкой, R33 не устанавливается. Производится проверка работы узла задержки запуска при включении. Светодиод должен загораться на 1-3с. после включения питания, а затем  тухнуть. Затем монтируется компаратор LM393 с обвязкой, в том числе R33 и  VT6. Путем регулировки подстрочного резистора R30 устанавливается напряжение на 3 ноге LM393 равным 0,9-1В, проверяется работа схемы контроля напряжения питания. Удобно это делать с помощью регулируемого БП. При понижении  напряжения питания менее 15-20В должен загораться светодиод. После проделывания этих проверок устанавливают остальные детали. Сначала правильно смонтировать все смд детали, потом остальные микросхемы, разъемы и радиаторы, дроссель. Обязательно тщательно промыть ПП. Особое внимание нужно уделить правильной полярности установки танталовых конденсаторов и полярности установки VD5-VD8. Не забывайте, что у танталовых конденсаторов полосой обозначен «+». Выходные транзисторы нужно установить на изолирующие прокладки. Перед включением нужно не забыть подключить ОС и установить перемычки. Первое включение лучше осуществлять с помощью маломощного БП. Для этих целей я использовал dc/dc 12 – +/-35В преобразователь с регулировкой выходного напряжения, подключенный от  маломощного источника 12В, или через 21Вт лампу. Желательно при первом подключение АС к выходу УМ использовать резистор  20-100 Ом. При отсутствии осциллографа наличие несущей проверяется маломощной лампой накаливания на 27В на выходе дросселя. А с помощью лампы на 2,5В можно оценить реальное напряжение ВЧ на выходе УМ. Что касается постоянного напряжения на выходе, то  на моих 3 изготовленных платах оно колебалось от 26мВ до 40мВ, но и с этим можно бороться введением цепей коррекции нуля IC2. Однако мне это показалось излишним.

Дроссель в усилителе едва ли не самый важный элемент. При его неправильном изготовлении либо будут перегреваться транзисторы, либо сам дроссель, либо появятся неприятные призвуки на НЧ. В моем случае я использовал дроссель из тороидального сердечника EPCOS 25,3×14,8×10 N87 c   зазором около 1,1мм. Зазор аккуратно прорезан «болгаркой» отрезным кругом толщиной 1мм. При резке нужно соблюдать крайнюю осторожность!!! Индуктивность сердечника с зазором можно вычислить из [7]. В моем случае для получения 30 мкГн намотано 24 витка. Диаметр провода нужно использовать не менее 0,8-1мм. Шунтирующий конденсатор выходного фильтра С27 должен поддерживать высокие токи и напряжения, некачественные конденсаторы в нем выходят из строя. Нужно использовать конденсатор не менее чем на 100В. Обязательно зашунтировать ВЧ помехи как можно ближе к выводам выходных транзисторов керамическими конденсаторами на 100В. 50В smd конденсаторы по питанию могут выйти из строя и прожечь ПП.

Данное устройство при использовании указанных компонентов может выдать 100Вт среднеквадратической долговременной мощности при напряжении в +/-34В. Температура после 30 мин. работы в таком режиме будет составлять около 65С на радиаторе VT7, 53С на микросхеме IC3 и 50 на радиаторах выходных транзисторов. На музыкальном сигнале средней мощности  нагрев выходных транзисторов не наблюдается и основным источником тепла становится VT7. При применение обдува и увеличении напряжения до +/-47В макс. мощность возрастет до 200Вт и выше. Необходимо понимать, что максимальное выходное напряжение будет меньшим, чем напряжения питания, на величину размаха несущей на выходе.

Усилитель легко модернизировать, собственно при разработке платы учитывалась возможная необходимость в будущем использовать входную часть с модулятором в более мощной конструкции. Для этого необходимо применить 150В, или даже 200В транзисторы, увеличить напряжение питания и переделать выходную часть устройства. Для этого в стабилизаторах питания ОУ и компаратора установлены транзисторы способные рассеивать значительную мощность. При питании не более +/-25В вполне можно ограничиться гасящими резисторами, так-так ток потребление по питанию ОУ и компаратора не превышает 20-25мА. Вообще, собранный правильно УМ надежен и неприхотлив, и не реагирует на ошибки в номиналах резисторов по «цифровым» цепям вплоть до порядка.

Оптимальная частота работы УМ – около 300 кГц. Схема поддерживает работоспособность вплоть до 600 кГц и, наверное, выше, при этом  происходит ощутимый нагрев драйвера IC3. Частота зависит от параметров выходного фильтра и цепей ОС

Все конденсаторы емкостью 1мкФ – танталовые, типоразмера А. Все конденсаторы емкостью 1нФ, кроме С22, – фильтрующие, и от их емкости работоспособность не зависит. В качестве выходных транзисторов можно применить аналоги, например IRF540, однако при этом КПД УМ ухудшится. При отсутствии указанных транзисторов лучше всего использовать параметрический поиск на сайтах изготовителей полупроводников. Радиаторы выходных транзисторов обозначаются HS-123-40. Радиатор VT7- алюминиевый, 10х4х30 мм. Его нагрев при напряжении +/-28В около 40С.

 Плата ревизии 4.82 является 100% проверенной, все ошибки исправлены. УМ включается и выключается без щелчков и шумов и не боится короткого замыкания на выходе. При питании от одного источника питания взаимовлияния каналов мной не замечены. Хотя в [3] рекомендуют включать каждый канал УМ от отдельной обмотки трансформатора питания. При мостовом включении нужно шунтировать выходы разных усилителей конденсатором 0,1мкФ. Работоспособность в мостовом включении проверена. Что касается качественных объективных показателей – судить не берусь,  нет необходимого инструментария. Субъективно же – звук качественный и как минимум «интересный». Описание звучания ucd УМ описывают в [3].

Стоимость устройства составила около 13$ без учета пересылки, сборки и разработки/наладки. Подсчет цены в приложенном файле MS Excel.

Скачать печатную плату в формате LAY

Дополнение от 16.07.2012:

Осциллограммы, приведенные далее, сняты с платы ревизии 4.82. Все указанные детали соответствую схеме, кроме выходных транзисторов. Применены IRF540. БП  импульсный, не стабилизированный. Мощность БП 100Вт. Нагрузка 3.9 Ом резистор.  Масштаб по вертикали и горизонтали указан под осциллограммой.

Слева осциллограмма напряжения на выходе УМ без входного сигнала (желтым) и напряжение в средней точке ПТ (голубым). Справа напряжение несущей на выходе.

Напряжение на выходе УМ перед ограничением. Мощность 88Вт. Питание +/-28В.

Теоретически возможное напряжение на выходе равно 28В/1,41=19,8В.

Ограничение. Питание +/-26В. Фильтр 20 кГц.

Сигналы на входе драйвера IR2110

Как видно из осциллограммы, переключение, которое является источником помех, происходит, когда переходные процессы в схеме заканчиваются.

Задержка между появлением импульса на входе драйвера IR2110 и сигналом в средней точке ПТ. Голубым – сигнал управления.

Средняя точка ПТ. Фронт и спад

Выход компаратора LM311

Задержка реакции на смену полярности сигнала на входе диф. каскада (выходе LM311) Желтым – выход LM311, голубым – сигнал на входе драйвера

Общая задержка распространения сигнала. Голубым – выход компаратора, желтым – напряжение в средней точке ПТ

Напряжение датчика тока желтым (фильтр 10Мгц), напряжение средней точки ПТ – голубым

Во время эксплуатации УМ выяснилось, что транзистор VT6 в указанной схеме включения восприимчив к импульсным помехам. Как оказалось, из-за наводок на базу этого транзистора не удается выставить порог защиты выше 100Вт (на 4Ом).  Была разработана новая ревизия платы, в которой силовые транзисторы выведены на нижнюю сторону. Изменено также включение схемы защиты, исключен транзистор VT6, радиаторы  транзисторов. Уменьшен полигон средней точки ПТ, добавлены цепи подавления «спайков», внесены незначительные изменения в номиналы резисторов. Теперь можно устанавливать плату УМ на пластину-радиатор (дно например). Размер платы уменьшился.

Ссылки:

[1] http://www.google.com.ua/url?sa=t&rct=j&q=%D0%B0%D1%84%D1%82%D0%B0%D1%80%20ucd_aes118_05_2005_putzeys&source=web&cd=2&ved=0CC4QFjAB&url=http%3A%2F%2Fwww.elektroda.pl%2Frtvforum%2Fdownload.php%3Fid%3D303610&ei=-NWGT8W-JMr3sgbGq6XABg&usg=AFQjCNFoc6PsKDQN-Hqxi6xGOF96R_aRqQ&cad=rja

[2] http://www.classd.fromru.com/circuits/ucd1.html

[3] http://www.vegalab.ru/forum/showthread.php/2292-D-class-%D0%B4%D0%BB%D1%8F-%D1%81%D0%B0%D0%B1%D0%B0

[4] http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/82793/IRF/IR2110.html

[5] http://www.google.com.ua/url?sa=t&rct=j&q=an%0B944a&source=web&cd=1&ved=0CCoQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.irf.com%2Ftechnical-info%2Fappnotes%2Fan-944.pdf&ei=P9mGT5KGH8fMsgadwL3kBg&usg=AFQjCNHyns6nA5xkh31JgsIVpDiAZcdmQQ&cad=rja

[6] http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/104297/IRF/IRF540Z.html

[7] http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sections/DesignSupport/Tools/Ferrites/Page__License,locale=en.html

Контакты автора: Юрий Игнатьев

Украина, г. Ивано-Франковск, ул. Галицкая, 32, кв 147.

(Киевстар)+38 097 577-69-87, [email protected]

Звуковые усилители класса D: что, зачем и как? — Компоненты и технологии

Популярность усилителей класса D, предложенных еще в 1958 году, заметно выросла в последние годы. Что они собой представляют? Как соотносятся с другими типами усилителей? Почему класс D представляет интерес для аудиотехники? Что необходимо, чтобы сделать «хороший» усилитель класса D? Каковы особенности усилителей класса D от Analog Devices? Ответы на эти вопросы следуют далее.

Немного о звуковых усилителях

Функция звукового усилителя заключается в воспроизведении входного сигнала элементами выходной цепи, с необходимой громкостью и мощностью, точно, с минимальным рассеянием энергии и малыми искажениями. Усилитель должен обладать хорошими характеристиками в диапазоне звуковых частот, который находится в области 20–20 000 Гц (для узкополосных динамиков, например сабвуфера или высокочастотной головки, диапазон меньше). Выходная мощность варьируется в широких пределах в зависимости от назначения усилителя — от милливатт в головных телефонах до нескольких ватт в телевизоре и персональном компьютере (ПК), десятки ватт в домашней или автомобильной стереосистеме; наконец, сотни ватт в наиболее мощных домашних или коммерческих аудиосистемах для театров и концертных залов.

Простейший вариант реализации усилителя звука — использование транзисторов в линейном режиме, что позволяет получить на выходе увеличенное входное напряжение. Усиление в данном случае обычно велико (по меньшей мере, 40 дБ). Часто используется отрицательная обратная связь, так как она улучшает качество усиления, снижая вызванные нелинейностью усилительных каскадов искажения и подавляя помехи от источника питания.

Преимущество усилителей класса D

В обычном усилителе выходной каскад содержит транзисторы, обеспечивающие необходимое мгновенное значение выходного тока. Во многих аудиосистемах выходные каскады работают в классах A, B и AB. В сравнении с выходным каскадом, работающим в D классе, мощность рассеяния в линейных каскадах велика даже в случае их идеальной реализации. Это обеспечивает D классу значимое преимущество во многих приложениях вследствие меньшего тепловыделения, уменьшения размеров и соответственно стоимости изделий, увеличения времени работы автономных устройств.

Линейные усилители, усилители класса D и мощность рассеяния

Выходные каскады линейных усилителей соединяются непосредственно с громкоговорителем (в некоторых случаях через емкости). Биполярные транзисторы в выходном каскаде обычно работают в линейном (активном) режиме при достаточно больших напряжениях между коллектором и эмиттером. Выходной каскад может также строиться на полевых транзисторах (рис. 1).

Энергия рассеивается во всех линейных выходных каскадах, поскольку при обеспечении выходного напряжения V
out, по крайней мере, в одном транзисторе каскада неизбежно возникает отличный от нуля ток I
т и напряжение V
т. Мощность рассеяния сильно зависит от начального смещения выходных транзисторов.

В выходном каскаде, выполненном в классе A, один транзистор служит источником постоянного тока, протекающего через громкоговоритель даже в отсутствие сигнала. (
Примечание переводчика. Необходим запас как по увеличению тока [положительная фаза колебания], так и по уменьшению [отрицательная фаза].) В данном классе можно получить хорошее качество звука, однако мощность рассеяния очень велика из-за большого постоянного тока, протекающего через выходные транзисторы (там, где ток нежелателен), даже в отсутствие тока в громкоговорителе (там, где ток собственно и нужен).

Построение выходного каскада в классе B практически исключает постоянный ток через транзисторы и существенно уменьшает мощность рассеяния. Выходные транзисторы в этом случае работают по двухтактной схеме, верхнее плечо обеспечивает положительные токи через громкоговоритель, нижнее плечо — отрицательные. Мощность рассеяния уменьшается потому, что через транзисторы протекает только связанный с сигналом ток, постоянная составляющая практически отсутствует. Однако выходной каскад класса B дает худшее качество звука вследствие нелинейного характера выходного тока при переходе через ноль (переходные искажения), что имеет место из-за особенностей включения/выключения выходных транзисторов.

В классе AB, являющемся компромиссом между A и B классами, постоянный ток смещения существует, однако гораздо меньший, чем в классе A. Небольшого постоянного тока смещения оказывается достаточно для устранения переходных искажений и обеспечения тем самым хорошего качества звучания. Мощность рассеяния в данном случае оказывается больше, чем в классе B, и меньше, чем в A классе, но все же количественно ближе к классу B. В этом случае, как и в классе B, необходимо управление выходными транзисторами для обеспечения больших положительных и отрицательных выходных токов.

Тем не менее, даже хорошо спроектированный усилитель класса AB характеризуется значительной мощностью рассеяния, так как средние значения выходных напряжений обычно далеки от напряжений на шинах питания. Большое падение напряжения между стоком и истоком приводит, таким образом, к рассеянию энергии. Мгновенная мощность рассеяния равна I
тxV
т.

Благодаря совершенно иному принципу, мощность рассеяния усилителя класса D (рис. 2) гораздо меньше, чем в вышеперечисленных случаях. Ключи выходного каскада такого усилителя коммутируют выход с отрицательной и положительной шиной питания, создавая тем самым серии положительных и отрицательных импульсов. Такая форма выходного сигнала существенно уменьшает мощность рассеяния, так как при наличии напряжения ток через выходные транзисторы практически не идет (транзистор «закрыт»), либо, когда транзистор открыт и протекает ток, на нем падает небольшое напряжение V
т. Мгновенная мощность рассеяния, I
тxV
т, в этом случае минимальна.

Поскольку звуковые сигналы заметно отличаются от последовательности импульсов, для преобразования входного сигнала в набор импульсов необходим модулятор.

Частотный спектр сигнала модулятора содержит как звуковую составляющую, так и высокочастотную компоненту, которая появляется в процессе модуляции. Поэтому для уменьшения высокочастотной составляющей между выходным каскадом и громкоговорителем часто включается фильтр низких частот. Фильтр (рис. 3) должен обеспечивать минимальные потери, чтобы не растерять преимущество экономичности импульсного режима работы выходного каскада. Фильтр обычно строится из емкостных и индуктивных элементов.

На рис. 4 сравнивается мощность рассеяния (Pdiss) идеальных выходных каскадов классов A и B с измеренной мощностью рассеяния усилителя класса D — AD1994, в зависимости от мощности, подводимой к громкоговорителю для синусоидального сигнала (Pload). Значения мощности нормированы к уровню Pload max, при котором общие искажения выходного сигнала составляют 10%.

Зеленая вертикальная линия соответствует выходной мощности, при которой начинается «срез» синусоиды. Заметное различие в мощности рассеяния наблюдается во всем диапазоне выходных мощностей, особенно при низких и средних значениях. В начале «среза» мощность рассеяния выходного каскада класса D примерно в 2,5 раза меньше, чем в классе B, и в 27 раз меньше, чем в классе A. Заметим, что выходной каскад класса A рассеивает больше энергии, чем доходит до громкоговорителя — следствие большой постоянной составляющей тока смещения.

КПД выходного каскада, Eff (efficiency), определяется следующим образом:

В начале «среза» синусоиды Eff равен 25% для усилителя класса A, 78,5% для класса B и 90% для усилителя класса D. Предельные значения КПД усилителей класса A и B часто приводятся в различного рода руководствах.

Разность в мощности рассеивания увеличивается при умеренных уровнях мощности на нагрузке. Это существенно, поскольку даже при высоком уровне громкости преобладающие мгновенные значения мощности заметно меньше пиковых значений, P
load max (в 5–20 раз, в зависимости от типа звука). Таким образом, для звуковых усилителей P
load = 0,19P
load max является разумным средним значением выходной мощности, для которой можно посчитать мощность рассеяния, P
diss. При таком уровне выходной мощности усилитель класса D рассеивает в 9 раз меньше, чем усилитель класса B, и в 107 раз меньше, чем усилитель A класса. Для звукового усилителя с P
load max =10 Вт средняя мощность P
load = 1 Вт может рассматриваться как вполне реальная. При этих условиях выходной каскад класса D будет рассеивать 282 мВт, класса B— 2,53 Вт и A класса — 30,2 Вт. КПД при этом составит 78% для класса D, что несколко ниже 90% при максимальной мощности. Но даже в таком случае это гораздо больше, чем КПД каскадов класса B и A — 28% и 3% соответственно.

Это различие имеет важные последствия для конструкции системы. При уровне мощности более 1 Вт, во избежание перегрева, линейные выходные каскады требуют специальных средств охлаждения — обычно это массивные металлические радиаторы или вентиляторы. Если усилитель выполнен в виде микросхемы, для обеспечения отвода тепла может потребоваться специальный корпус, повышающий стоимость устройства. Это особенно критично, например, в плоских телевизионных приемниках, где пространство ограничено, или в автомобильной аудиотехнике, где налицо тенденция к увеличению числа каналов при сохранении того же объема.

При мощностях ниже 1 Вт основной проблемой является не разогрев, а собственно перерасход энергии. При автономном питании линейный выходной каскад опустошит батарею гораздо быстрее, чем усилитель класса D. В приведенном выше примере выходной каскад D класса потребляет в 2,8 раза меньше, чем выходной каскад класса B, и в 23,3 раза меньше, чем выходной каскад класса A, что позволяет существенно увеличить срок работы источников питания сотовых телефонов, портативных ПК, mp3-проигрывателей.

Для упрощения анализ был сосредоточен на выходных каскадах усилителя. Однако, если учесть все потери усилительной системы, при низких мощностях линейные усилители могут оказаться более предпочтительны. Причина в том, что при низком уровне мощности доля рассеиваемой при модуляции и генерации энергии может оказаться значительной. Таким образом, хорошо спроектированные усилители класса AB с малой мощностью рассеяния покоя могут конкурировать с усилителем класса D в разряде усилителей малой и средней мощности. Среди усилителей большой мощности устройства класса D являются непревзойденными по экономичности.

Усилители класса D: терминология

Мостовая и полумостовая схемы

На рис. 3 показано мостовое построение выходного каскада и LC-фильтра в усилителе класса D. Мост имеет два плеча, выдающих импульсы противоположной полярности на фильтр, состоящий из двух индуктивностей и двух емкостей. Каждое плечо моста содержит два выходных транзистора: верхнее плечо — транзистор, соединенный с положительной шиной питания (MH), и нижнее плечо — транзистор, соединенный с отрицательной шиной питания (ML). Верхнее плечо на рис. 3 образовано pМОП-транзистором. Для этой цели часто используют nМОП-транзистор, что позволяет уменьшить площадь и емкость, однако в этом случае необходима особая техника управления затворами транзисторов [1].

В мостовых схемах нередко используется однополярное питание VDD, при этом вместо отрицательной шины питания VSS транзисторы подключаются к общему выводу. При данном напряжении питания мостовая схема включения, являясь по сути дифференциальной, может давать вдвое больший выходной сигнал и вчетверо большую мощность в сравнении с обычной схемой. Обычная (полумостовая) схема включения может иметь однополярное и двухполярное питание, однако при однополярном питании необходимо включать громкоговоритель через блокирующую емкость, чтобы убрать постоянную составляющую выходного напряжения, VDD/2.

Напряжение шин питания может колебаться относительно среднего значения за счет индуктивных токов LC-фильтра. Значение производной напряжения, dV/dt, может быть уменьшено включением больших емкостей между шинами питания, VDD и VSS.

В мостовых схемах индуктивная «подкачка» не страшна, так как индуктивный ток, втекающий в одно плечо, вытекает из другого, создавая таким образом локальную токовую петлю и минимально воздействуя на источники питания.

Факторы, определяющие конструкцию аудиоусилителя класса D

Пониженное энергопотребление делает усилитель класса D весьма привлекательным решением, при этом разработчик должен учесть ряд аспектов. Среди них:

  • выбор типоразмера выходных транзисторов;
  • защита выходного каскада;
  • качество звучания;
  • способ модуляции;
  • электромагнитные помехи;
  • конструкция LC-фильтра;
  • стоимость системы.

Выбор типоразмера выходных транзисторов

Типоразмер выходных транзисторов выбирается для оптимизации теплорассеяния во всех режимах работы. Для того чтобы напряжение на транзисторе V
т было малым при большом токе I
т, транзистор должен иметь маленькое сопротивление во включенном состоянии, R
on (обычно 0,1 или 0,2 Ом).

Для этого требуются большие транзисторы, с большой емкостью затвора (CG). Потребляемая цепями управления затворами мощность — CU
2f, где C — емкость, U — изменение напряжения при переключении транзисторов, f — частота переключения. Потери на переключение становятся большими, если емкость или частота велики, поэтому существует практический верхний предел. Выбор типоразмера транзистора — компромисс между потерями V
т x I
т и потерями на переключение.

Резистивные потери будут преобладать при высокой выходной мощности, потери на переключение — при низкой. Производители силовых транзисторов стараются минимизиро- вать произведение Ron x CG для уменьшения общей мощности рассеяния транзисторных ключей и обеспечения гибкости при выборе частоты переключения.

Защита выходного каскада

Выходной каскад должен быть защищен от случаев, которые могут привести его к выходу из строя.

Перегрев. Хотя усилители класса D рассеивают меньше тепла, чем линейные, опасность перегрева все еще остается, если усилитель долго работает при повышенной мощности. Чтобы избежать этого, необходимы цепи температурного контроля. В простых схемах защиты выходной каскад выключается, если его температура, измеренная встроенным датчиком, превысит температурный порог отключения, и не включается, пока температура не придет в норму. Можно использовать и более сложные схемы контроля. Измеряя температуру, цепи управления могут плавно снижать громкость, уменьшая тепловыделение и удерживая температуру в заданных рамках — вместо периодического отключения звука.

Превышение абсолютной величины тока выходных транзисторов. Низкое сопротивление выходных транзисторов во включенном состоянии не является проблемой, если выходные цепи подключены правильно. Большие токи могут возникнуть в случае короткого замыкания выходной цепи либо при ее замыкании с положительной или отрицательной шиной питания. При отсутствии защиты такие токи могут привести к выходу из строя транзисторов или других цепей. Следовательно, необходимы защитные цепи по выходному току. В простых схемах защиты выходной каскад отключается при превышении порогового значения выходного тока.

В более сложных схемах выход сенсора тока вносит свой вклад в обратную связь усилителя, обеспечивая достаточно продолжительную работу усилителя без отключения. В таких схемах отключение производится только тогда, когда остальные меры защиты оказываются неэффективными. Качественные схемы обеспечивают защиту усилителя и от больших пиковых токов, возникающих вследствие резонанса в громкоговорителях.

Низкое напряжение. Большинство выходных ключевых каскадов работает нормально, если напряжение питания достаточно велико. Проблема обычно решается при помощи введения цепей блокировки, которые разрешают работу выходного каскада только если превышен определенный порог напряжения питания.

Синхронизация включения выходных транзисторов. Транзисторы верхнего и нижнего плеча имеют очень низкое сопротивление во включенном состоянии (рис. 6).

Поэтому важно избегать ситуаций, когда оба транзистора включены одновременно, и большой сквозной ток протекает между положительной и отрицательной шинами питания. В лучшем случае транзисторы будут просто нагреваться и тратить лишнюю энергию, в худшем — они могут выйти из строя.

Управление по принципу break-before-make («отключил перед тем как включил») позволяет убрать сквозные токи выключением обоих ключей перед тем, как включить один из них. Интервал времени, в который оба транзистора выключены, называется временем простоя (nonoverlapped time) или «мертвым» временем (dead time).

Качество звучания

Для получения хорошего качества звучания усилителя D класса необходимо учесть ряд факторов.

Щелчки и треск, которые возникают при включении и выключении усилителя, могут раздражать пользователя. Они возникают в усилителях D класса, если не уделить самого пристального внимания состоянию модулятора, синхронизации выходного каскада и состоянию LC-фильтра в моменты включения и выключения.

Отношение сигнал/шум. Чтобы собственные шумы усилителя были практически не слышны, отношение сигнал/шум должно быть не менее 90 дБ у маломощных усилителей для портативных устройств, 100 дБ у усилителей средней мощности и 110 дБ у мощных устройств. Для достижения приемлемого отношения сигнал/шум при разработке усилителя необходимо отслеживать все отдельные источники шума.

Искажения включают нелинейность, определяемую способом модуляции и «мертвым» периодом, который необходим для предотвращения сквозных утечек. Информация об уровне сигнала обычно кодируется шириной импульса модулятора. Наличие «мертвых» периодов влечет за собой нелинейную ошибку тактирования по отношению к импульсам идеальной длины. Для минимизации искажений всегда лучше меньшая длительность «мертвых» периодов. Детальное описание метода оптимизации выходных каскадов для уменьшения искажений можно найти в [2].

Другими источниками искажений являются: различие длительностей фронтов и спадов выходных импульсов, несоответствие временных характеристик цепей управления выходными транзисторами, нелинейность компонентов LC-фильтра низких частот.

Подавление помехи от источника питания. В схеме на рис. 2 шумы источника питания проходят на выход практически без подавления. Это происходит потому, что выходные ключи коммутируют выход усилителя с шинами источников питания через очень низкие сопротивления. Фильтр подавляет высокочастотную составляющую шумов, но пропускает сигналы звуковой частоты, включая шумы. В [3] дается хорошее описание эффекта шумов источника питания в мостовых и обычных двухтактных схемах выходных каскадов.

Если специально не заниматься проблемами качества звучания, трудно достичь величины подавления помехи от источника питания лучше, чем 10 дБ, и общих искажений менее 0,1%.

К счастью, решение этих проблем существует. Хорошо помогает глубокая обратная связь (исправно работающая во многих линейных усилителях). Обратная связь (ОС), взятая с входа LC-фильтра, значительно уменьшит влияние источника питания и ослабит все искажения, не относящиеся к самому LC-фильтру. Нелинейности LC-фильтра можно ослабить включением громкоговорителя в контур обратной связи. В хорошо спроектированном усилителе класса D можно достичь качества, достойного меломана,— подавление помехи источника питания более 60 дБ, искажения менее 0,01%.

Введение обратной связи несколько усложняет конструкцию усилителя. Необходимо учитывать проблему стабильности цепи обратной связи — это усложняет процесс проектирования системы. Для непрерывной обработки сигнала обратной связи необходимо включение специальных аналоговых цепей, что в итоге приводит к увеличению стоимости кристалла (в случае интегрального исполнения усилителя).

Для уменьшения стоимости ИМС некоторые производители предпочитают минимизировать или вообще убирать цепи обработки сигнала обратной связи. В некоторых решениях используется модулятор без обратной связи плюс аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для контроля источника питания — для коррекции работы модулятора [3].

Это может улучшить подавление помехи источника питания, но практически не уменьшает общие искажения сигнала. В других цифровых модуляторах используется предкомпенсация ожидаемых ошибок тактирования выходного каскада, или коррекция ошибки модулятора. Это может хотя бы частично учесть некоторые типы искажений, но не все. Усилители класса D без обратной связи могут использоваться в тех случаях, когда к качеству звучания не предъявляется серьезных требований, в остальных случаях обратная связь представляется весьма желательной.

Способы модуляции

Модуляторы в усилителях D класса могут выполняться многими способами, что отражает большое количество соответствующих разработок. В данной статье будут представлены основные концепции построения модуляторов.

Все способы модуляции в классе D кодируют аудиосигнал в поток импульсов. Обычно ширина импульсов связана с амплитудой звукового сигнала, спектр импульсов при этом включает полезный звуковой сигнал и нежелательную (но неизбежную) высокочастотную (ВЧ) составляющую. Общая мощность высокочастотной составляющей во всех схемах примерно одинакова, так как практически одинакова мощность импульсов, а согласно теореме полноты суммарная мощность сигнала во временной области равна таковой в частотной области. Однако распределение энергии по частоте варьируется широко: в некоторых случаях это выраженные ВЧ-тоны над низким шумовым фоном, тогда как в других распределение таково, что тоны отсутствуют при более высоком основном фоне.

Наиболее общим способом модуляции является широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Суть ее заключается в том, что звуковой сигнал сравнивается с сигналом треугольной или пилообразной формы фиксированной частоты (несущей). Получается поток импульсов той же частоты, при этом длительность каждого импульса пропорциональна величине звукового сигнала. В примере на рис. 7 аудиосигнал и треугольные импульсы центрированы относительно 0 В, тогда при 0 В на аудиовходе скважность выходных импульсов составит 50%. При большом положительном входном сигнале скважность будет около 100%, при большом отрицательном — около 0%. Если амплитуда звукового сигнала превысит амплитуду треугольных импульсов, получим полную модуляцию, когда переключение прекращается, скважность составит 0% или 100%.

Способ ШИМ предпочтительнее потому, что может обеспечить до 100 дБ и выше подавление помехи источника питания при достаточно низкой частоте несущей — в несколько сотен килогерц, что дает возможность ограничения потерь при переключении выходного каскада. Кроме того, многие ШИМ устойчивы почти до 100%-ной модуляции, что обеспечивает стабильность работы усилителя на максимальных мощностях, вблизи области перегрузки. Тем не менее, ШИМ имеет и некоторые минусы. Во-первых, вследствие своей собственной природы, искажения вносит сам процесс ШИМ [4], во-вторых, гармоники несущей ШИМ дают помехи в радиодиапазоне длинных и средних волн, наконец, ширина импульсов ШИМ становится очень малой вблизи полной модуляции. Это в большинстве случаев вызывает проблемы в цепях управления выходным каскадом — из-за естественных ограничений процесс переключения не может быть настолько быстрым, чтобы получать импульсы длительностью в единицы наносекунд.

Поэтому полная модуляция часто недостижима в усилителях с ШИМ, что ограничивает максимальную мощность значениями ниже теоретических, учитывающих лишь мощность источника питания, сопротивление включенного транзистора и эквивалентное сопротивление громкоговорителя.

Альтернативой ШИМ является модуляция плотностью импульсов (МПИ), когда число импульсов за определенный отрезок времени пропорционально среднему значению звукового сигнала. Ширина отдельного импульса не является определяющей, как в ШИМ, вместо этого импульсы «квантованы» кратно периоду генерации модулятора. Одной из разновидностей МПИ является 1-битный сигма-дельта модулятор.

Значительная часть ВЧ составляющей мощности сигма-дельта модулятора распределена в широком диапазоне частот без концентрации в отдельные тоны с частотами, кратными несущей, как это происходит в ШИМ. Это дает преимущество сигма-дельта модуляции по сравнению с ШИМ в плане электромагнитных помех. Некоторая составляющая на частоте дискретизации в методе МПИ все же имеется, однако, учитывая, что типичные значения частоты составляют от 3 до 6 МГц, что значительно выше звукового диапазона, эти тоны сильно подавляются LC-фильтром нижних частот. Другим преимуществом сигма-дельта модулятора является то, что минимальная длительность импульса составляет один период дискретизации даже при больших сигналах, близких к условию полной модуляции. Это упрощает конструкцию цепей управления выходным каскадом и обеспечивает их надежную работу вплоть до теоретически максимального уровня мощности. Несмотря на это, обычные 1-битные сигма-дельта модуляторы не слишком часто используются в усилителях D класса [4], поскольку они обеспечивают лишь до 50% модуляции, и выход по мощности ограничен. Кроме того, для достижения приемлемого отношения сигнал/шум в звуковой полосе частот требуется не менее, чем 64-кратная передискретизация, что соответствует частоте импульсов минимум 1 МГц.

В последнее время были предложены усилители на основе автогенератора [5]. В этих усилителях всегда используется обратная связь, определяющая частоту переключения модулятора, при этом внешний задающий генератор не применяется. Спектр ВЧ составляющей, как правило, более равномерен, чем в ШИМ. Благодаря обратной связи в данном случае возможно высокое качество звука, однако контур является автоколебательным, поэтому его трудно синхронизировать с какой-либо другой колебательной системой или соединить с цифровым источником звука без предварительного преобразования в аналоговый.

В мостовой схеме (рис. 3) для снижения электромагнитных помех может использоваться 3-ступенчатая модуляция. При работе мостового усилителя в обычном дифференциальном режиме плечо A должно находиться в противофазе с плечом B. Используется два состояния моста: плечо A подключено к положительной шине, плечо B— к отрицательной, и наоборот. В общем случае существует еще два состояния, в которых оба плеча моста находятся в одинаковых состояниях (оба подключены к положительной шине или оба к отрицательной). Одно из этих синфазных состояний может быть использовано наряду с дифференциальными для 3-ступенчатой модуляции, когда на дифференциальном входе LC-фильтра может быть положительный сигнал, нулевой или отрицательный. Нулевое состояние может использоваться как соответствующее низкому уровню мощности вместо переключения между положительными и отрицательными уровнями в 2-ступенчатой схеме. При нулевом состоянии снижается дифференциальная электромагнитная помеха на LC-фильтре, хотя, в то же время, увеличивается синфазная составляющая. Этот режим возможен только при малых выходных мощностях, так как лишь дифференциальные выходные сигналы способны обеспечить работу такой схемы на максимальной мощности. Схемы с переменным уровнем синфазного напряжения в 3-ступенчатой модуляции представляют в некоторой степени альтернативу усилителям с замкнутой обратной связью.

Уменьшение электромагнитных помех (ЭМП)

ВЧ-компоненты выхода усилителя класса D заслуживают отдельного рассмотрения.

При недостаточном понимании процессов и отсутствии адекватных мер эти части системы могут давать сильные ЭМП и мешать работе остального оборудования. Необходимо учесть два вида ЭМП: сигналы, излучаемые в пространство, и те, которые распространяются по проводам громкоговорителя и питающей сети. Спектры излучаемых ЭМП и тех, которые распространяются по проводам, определяет схема модуляции усилителя класса D. Однако существуют схемотехнические решения, позволяющие значительно снизить уровень ЭМП усилителя.

Весьма полезное правило заключается в минимизации размеров петли обратной связи, по которой протекают высокочастотные токи, так как воздействие ЭМП на другие цепи определяется площадью петли и расстоянием до них. Например, весь LC-фильтр, включая проводку громкоговорителя, должен размещаться как можно более компактно и близко к усилителю. Для уменьшения площади петель провода каждой из цепей должны размещаться ближе друг к другу (не лишней будет витая пара для проводки громкоговорителя).

Следует обратить внимание и на большие зарядные токи, возникающие при переключении выходных каскадов. Это происходит из-за наличия выходных емкостей, образующих петлю тока, содержащую обе емкости. ЭМП в данном случае зависят от уменьшения площади этой петли, что означает минимальные расстояния от емкостей до транзисторов, которые их заряжают.

В некоторых случаях бывают полезны ВЧ-дроссели, включенные последовательно с питанием усилителя. Правильно размещенные, они способны «запереть» зарядовые ВЧ-токи в локальных участках цепей усилителя и не давать им распространяться на значительные расстояния по шинам питания. Если время простоя схемы управления затворами выходных транзисторов достаточно велико, индуктивные токи громкоговорителя или LC-фильтра могут сместить в прямом направлении паразитные диоды у выводов выходных транзисторов. При включении управления смещение на диодах сменится на обратное. При смене смещения диодов на обратное могут иметь место большие выбросы тока, что создает дополнительный источник ЭМП. Для ослабления этого типа помех нужно минимизировать время простоя выходного каскада (это полезно и для уменьшения искажений). Если же этого недостаточно, необходимо включать диоды Шоттки параллельно паразитным диодам для отвода токов и предотвращения включения паразитных диодов. Это помогает благодаря специфическим свойствам, присущим диодам Шоттки.

LC-фильтры с тороидальными сердечниками, хорошо концентрирующими магнитное поле, также способствуют уменьшению электромагнитного излучения. Излучение от более дешевых, цилиндрических сердечников может быть снижено при помощи экранирования — разумного компромисса между ценой и ЭМ-помехами. В этом случае должны быть приняты меры для того, чтобы экранирование не ухудшило линейность индуктивности и таким образом снизило качество звука до неприемлемого уровня.

Конструкция LC-фильтра

Для уменьшения габаритов и стоимости системы большинство LC-фильтров для усилителей класса D представляют собой фильтры низких частот второго порядка. На рис. 3 представлена мостовая версия LC-фильтра второго порядка. Громкоговоритель позволяет предотвратить внутренний резонанс выходной цепи. Хотя импеданс громкоговорителя часто аппроксимируется простым резистором, его структура более сложна и содержит существенную реактивную составляющую. Чтобы грамотно спроектировать фильтр, необходимо использовать точную модель громкоговорителя.

При конструировании фильтра основной проблемой является наиболее узкая полоса пропускания с минимальным спадом в области верхних звуковых частот. Типичный фильтр имеет характеристику Баттерворта в 40 кГц для достижения максимальной равномерности характеристики в полосе пропускания). Данные таблицы 1 дают возможность построения фильтров с характеристикой Баттерворта для громкоговорителей с типичными импедансами и стандартных значений L и C.

Таблица 1. Стандартные значения L и C для построения фильтров

Индуктивность L (мкГн) Емкость C (мкФ) Сопротивление громкоговорителя (Ом) Полоса частот –3 дБ (кГц)
10 1,2 4 50
15 1 6 41
22 0,68 8 41

Если отсутствует обратная связь с громкоговорителем, величина искажений будет зависеть от линейности составляющих фильтра.

Факторы, определяющие конструкцию индуктивности. Важными факторами являются величина и форма сигнала тока, а также сопротивление обмотки.

Выбранная индуктивность должна иметь номинальные токи выше, чем максимальные токи усилителя. Причина в том, что сердечники индуктивностей испытывают магнитное насыщение, если величина тока становится слишком большой, а плотность магнитного потока — слишком высокой. Это приводит к значительному снижению индуктивности.

Чтобы получить индуктивность, необходимо намотать провод на сердечник. Если витков много, сопротивление, пропорциональное длине провода, становится значительным. Так как это сопротивление включается последовательно между плечом моста и громкоговорителем, часть выходной мощности будет рассеиваться на нем. Если сопротивление получается слишком большим, необходимо использовать провод большего диаметра или другой материал сердечника, чтобы снизить число витков без уменьшения индуктивности. И, как уже отмечалось выше, не следует забывать, что геометрия индуктивности также влияет на уровень ЭМП.

Стоимость системы

Каковы наиболее важные факторы, определяющие общую стоимость аудиосистемы на основе усилителя D класса? Как минимизировать затраты?

Активные компоненты усилителя класса D состоят из выходного ключевого каскада и модулятора. Стоимость их приблизительно такая же, что и линейного усилителя. Вопросы выбора возникают при рассмотрении остальных компонентов системы.

Пониженное тепловыделение усилителей класса D позволяет экономить на теплоотводах и вентиляторах. Усилитель класса D, построенный на интегральной схеме, может быть выполнен по той же причине в более компактном и дешевом корпусе, чем линейный усилитель той же мощности. При использовании цифрового источника звука для линейного усилителя, кроме того, нужен цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Это, конечно, необходимо и для усилителя D класса, требующего аналогового входного сигнала, однако варианты усилителей с цифровым входом исключают необходимость использования ЦАП.

С другой стороны, принципиальным недостатком усилителей D класса является необходимость включения LC-фильтра. Его части, в особенности индуктивность, требуют места и увеличивают стоимость. В усилителях большой мощности цена LC-фильтра компенсируется большой стоимостью системы охлаждения. Однако в недорогих устройствах малой мощности стоимость индуктивности становится заметной. Например, стоимость микросхемы усилителя для мобильного телефона может быть меньше, чем общая стоимость LC-фильтра. И даже если пренебречь ценой, остается проблема занимаемого места для компактных устройств.

Это явилось причиной создания усилителей, в которых LC-фильтр отсутствует.

При таком решении экономится место и снижается стоимость, хотя и теряется преимущество низкочастотной фильтрации. В отсутствие фильтра уровень ЭМП может возрасти до неприемлемого уровня — если громкоговоритель не индуктивный и находится на удалении от усилителя, токовый контур и мощность усилителя достаточно велики. Нереальная для мощных усилителей, например, домашней стереосистемы, такая ситуация типична для мобильного телефона.

Существует и другой подход для уменьшения числа компонентов LC-фильтра. Можно использовать не мостовую, а обычную двухтактную схему выходного каскада, что позволяет вдвое сократить число емкостей и индуктивностей. Однако такая схема требует двухполярного питания, и дополнительная стоимость, связанная с созданием отрицательного источника питания, может оказаться критической, если, конечно, отрицательное плечо уже не используется для других целей, или усилитель имеет достаточное число каналов. Двухтактный выходной каскад может питаться и однополярным источником, но это несколько снижает выходную мощность и зачастую требует блокирующего конденсатора большой емкости.

Усилители D класса Analog Devices

Затронутые выше проблемы свидетельствуют, что разработка усилителя D класса — дело достаточно сложное. Для экономии времени разработчиков компания Analog Devices предлагает разнообразные усилители D класса на интегральных схемах, включающих усилители с программируемым коэффициентом усиления, модуляторы и выходные каскады. Для каждого типа усилителя имеются специальные демонстрационные отладочные платы. Конструкция плат позволяет эффективно, без изобретения очередного велосипеда, решить все проблемы, стоящие перед разработчиками усилителей класса D.

Рассмотрим, например, AD1990, AD1992, AD1994 и AD1996 — семейство интегральных схем (ИС), представляющих собой сдвоенные усилители средней мощности для двухканальных устройств, с выходной мощностью 5, 10, 25 и 40 Вт на канал соответственно.

Некоторые свойства этих ИС:

  • Звуковой усилитель D класса AD1994 включает два канала с программируемым усилением, два сигма-дельта модулятора и два выходных каскада, что позволяет использовать его в мостовых схемах с однополярным питанием. Он способен обеспечивать 25 Вт на канал в стереорежиме или 50 Вт в мостовой схеме включения с КПД до 90%. Для усиления сигнала имеется программируемый коэффициент усиления в 0, 6, 12 и 18 дБ.
  • Микросхема обладает встроенными устройствами защиты выходного каскада от перегрузки и перегрева, а также от сквозных токов. Благодаря специальному управлению синхронизацией и калибровке смещения, усилители обеспечивают минимальные помехи при включении/выключении. Следящая обратная связь и оптимизированное управление выходным каскадом обеспечивают уровень искажений 0,001%, динамический диапазон 105 дБ и подавление помехи источника питания более 60 дБ. Однобитный сигма-дельта модулятор специально усовершенствован для применения в усилителях D класса, обеспечивает среднюю частоту потока данных 500 кГц, высокое усиление до 90% модуляции и стабильность вплоть до полной модуляции. Специальный режим работы модулятора обеспечивает повышенную выходную мощность.
  • Логика, программируемый усилитель и модулятор питаются от источника 5 В, выходной каскад питается напряжением от 8 до 20 В. Рекомендуемый дизайн усилителя обеспечивает соответствие правилам FCC Class B по уровню ЭМП. При нагрузке 6 Ом и питании 5 и 12 В AD1994 рассеивает 487 мВт в покое, 710 мВт при выходной мощности 291 Вт и 0,27 мВт в режиме экономии. Выпускается в 64-выводном корпусе LFCSP, рабочий диапазон температур от –40 до +85 °С.

Технические характеристики звуковых усилителей класса D от Analog Devices содержатся в таблице 2.

Таблица 2. Звуковые усилители класса D от Analog Devices

  Число каналов Выходная мощность (Вт) КПД (%) Динамический диапазон (дБ) Сигнал/шум (дБ) Общие искажения (дБ) Напряжение питания (В) Ток потребления
AD1990 2 5 84 102 102 -90 4,5–5,5 20 мA
AD1991 2 20 87 4,5–5,5 2,75 мA
AD1992 2 10 84 102 102 -90 4,5–5,5 20 мA
AD1994 2 25 84 102 102 -90 4,5–5,5 20 мA
AD1996 2 40 84 102 102 -90 4,5–5,5 20 мA
SSM2301 1 1.4 84 98 -67 2,5–5 4,5 мA
SSM2302 2 1.4 84 98 -67 2,5–5 6,6 мA
SSM2304 2 2 84 98 -67 2,5–5 6,6 мA

Литература

  1. International Rectifier, Application Note AN-978, HV Floating MOS-Gate Driver ICs.
  2. Nyboe F., et al. Time Domain Analysis of Open-Loop Distortion in Class D Amplifier Output Stages.The AES 27th International Conference, Copenhagen, Denmark, September 2005.
  3. Zhang L., et al. Real-Time Power-Supply Compensation for Noise-Shaped Class D Amplifier. The 117th AES Convention, San Francisco, CA, October 2004.
  4. Nielsen K. A Review and Comparison of Pulse-Width Modulation (PWM) Methods for Analog and Digital Input Switching Power Amplifiers. Te 102nd AES Convention, Munich, Germany, March 1997.
  5. Putzeys B. Simple Self-Oscillating Class D Amplifier with Full Output Filter Control. The 118th AES Convention, Barcelona, Spain, May 2005.
  6. Gaalaas E., et al. Integrated Stereo Delta-Sigma Class D Amplifier. IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 40, no. 12, December 2005. About the AD199x Modulator.
  7. Morrow P., et al. A 20-W Stereo Class D Audio Output Stage in 0.6 mm BCDMOS Technology. IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 39, no. 11, November 2004. About the AD199x Switching Output Stage.
  8. PWM and Class D Amplifiers with ADSP-BF535 Blackfin® Processors. Analog Devices Engineer-to-Engineer Note EE-242. ADI website: www.analog.com (Search) EE-242 (Go)

РадиоКот :: Мощный усилитель класса D.

РадиоКот >Схемы >Аудио >Усилители >

Мощный усилитель класса D.

Всем привет. Сейчас у нас пойдет речь об усилителе мощности, работающем в классе D. Теорию по этому вопросу мы уже обсуждали, пора перейти к практике. Усилитель довольно мощный — 240 Вт (правда, при коэфф. гармоник 10%). Но, обо всем по порядку. Итак, усилитель выполнен на микросхеме фирмы Philips — TDA8924. Микросхема сравнительно новая, поэтому, сравнительно недешевая. Ну недешевая — это, конечно, смотря с чем сравнивать. (во накаламбурил то)
Основные характеристики следующие:

Напряжение питания, В+/-12…+/-30
Потребляемый ток отсутствие сигнала, мА100
Выходная мощность(максимальная), Вт:
в режиме стерео120
в режиме моно240
КПД, %90

Микросхема так же имеет защиту от КЗ на выходе, термическую защиту и защиту акустики от «бум-бац» при включении и выключении. В общем, спалить её довольно тяжело. Ну, разумеется, товарищ производитель основательно лукавит, когда выставляет такие значения выходной мощности. Все дело в том, что они даны с учетом коэффициента гармонических искажений — 10%, что есть полный бедлам. Но, тем не менее, усилитель стоит того, чтобы на него посмотрели поближе, более того — даже спаяли. А о реальных значениях мощности поговорим чуть ниже, после того, как посмотрим на схему.

Схема предусматривает два варианта включения усилителя — как стерео, так и моно по мостовой схеме. Особенно удобно, на мой взгляд, использовать этот усилитель для сабвуфера — дури у него — мало никому не покажется. Кстати о дури. Согласитесь, 10% — многовато. Однако с уменьшением коэффициента гармоник падает и выходная мощность, но к счастью для нас не катастрофически. При вполне приемлемых 0,5%, усилитель отдает на нагрузку 4 Ома 70 ватт в стерео режиме и 200 ватт в моно режиме. Кстати, в стерео режиме его можно подключать и к 2-омной нагрузке, тогда он будет отдавать 95 ватт при тех же 0,5% искажений. Переход из стерео режима в моно осуществляется следующим образом: переподключаем акустику, замыкаем джамперы JP3 и JP4 и убираем компоненты R3, R4, C3, C4 и C6. Питание к усилителю подключается по следующее схеме:

Все это можно монтировать на одной плате, размеры получаются относительно небольшими, тем более что радиатор для микросхемы нужен чисто символический. О килограмме алюминия, висящем на фланце микросхемы, как это бывает с обычными усилителями можно забыть. Все индуктивности, которые используются в этой схеме можно купить в готовом виде. L1-L4 — это дроссели, рассчитанные на ток 4-5А. L1 и L2 усилителя — индуктивности 10мкГн, рассчитанные на ток 6-7А.
Теперь список компонентов — довольно объемный, но однотипный:

Обозначение на схеме

Номинал

C1, C2, С3, С4

470нФ

C5, С6

330

С7, С11, С17, С20, С8, С12, С18, С22

100

C23, С24, С32, С31

15нФ

C25, С26

560

C28, С27

1мкФ

C30, С29, С9, С19, С15, С13, С10, С21, С14

220нФ

C16

47

 

 

D1

КС156А

 

 

L1, L2

10 мкГн

 

 

R1, R2, R3, R4

5,6кОм

R9, R8

4,7

R10, R11

22

R6, R7

39кОм

R5

30кОм

 

 

DA1

TDA8924

 

 

Источник питания

С1, С2

100нФ

С3, С4

470мкФх35В

С7, С5, С6

47мкФх63В

L1, L2, L3, L4

MURATA BL01RN1A2A2B

Ну вроде бы и все.
Чего забыл — спрашивайте в Форуме.
Удачи.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?


Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Усилитель 60 Вт класса D

категория Схемы усилителей материалы в категории * Подкатегория Схемы усилителей на микросхемах

На рисунке показана схема импульсного усилителя. Он состоит из 4 микросхем- операционных усилителей, а выходной каскад выполнен на мощных полевых транзисторах.
Для его питания требуется отдельный двухполярный источник питания на 51 В. К этому источнику подключена пара стабилитронов D5 и D6, напряжение на которых дополнительно фильтруется конденсаторами С11 и С12 и обеспечивает напряжение 12 В для низковольтной части схемы. Основная часть мощности источника питания 51В идет на высоковольтную часть схемы — собственно усилитель мощности. Сигналы правого и левого каналов подаются на усилитель через входные разъемы (соответственно J1 и J2). Два операционных усилителя из микросхемы TL074, обозначенные 1С 1-е и ICl-d, генерируют треугольный опорный сигнал с двойной амплитудой 4 В и частотой 50 кГц. С выхода этого генератора опорный сигнал подается на потенциометр R19, позволяющий использовать усилитель с входными сигналами, максимальный размах которых может быть в пределах от 1 до 4 В двойной амплитуды. Два других операционных усилителя, ICl-а и 1С1-Ь, работают в режиме компараторов: на их выходах получаются сигналы с широтно-импульсной модуляцией, которые и поступают на входы левого и правого каналов усилителя. В правом канале усилителя напряжение сигнала с выхода компаратора (через ограничивающий ток резистор R5) поступает на схему сдвига уровня, собранную на биполярных транзисторах.

Схема сдвига уровня имеет положительное и отрицательное плечо. Транзистор Q1, диод D1 и резистор R7 образуют положительное плечо, а транзистор Q3, диод D3 и резистор R11 — отрицательное. Оба плеча соединены с общим проводом через эмиттеры Q1 и Q3, причем потенциал общего провода является для схемы опорным. Такая схема сдвига уровня позволяет получить напряжение 17 В на цепи, образованной транзисторами Ql, Q.3 и стабилитронами D1 и D3. Достаточно большой ток, текущий в этой цепи, позволяет быстро перезаряжать паразитные емкости затворов мощного МОП транзистора, что обеспечивает быстрое включение и выключение транзисторов двухтактного выходного каскада, собранного на транзисторах Q5 и Q7. Резистор R3 предназначен для удержания среднего значения напряжения выходного сигнала около потенциала средней точки источника питания.

Без этого резистора среднее значение выходного сигнала прямоугольной формы стремится к некоторому отрицательному потенциалу. RC-цепь, состоящая из соединенных последовательно резистора R9 и конденсатора С5, соединяет затворы п-каналь-ного и р-канального МОП транзисторов и позволяет свести к минимуму коммутационные шумы, а также обостряет фронты выходного прямоугольного сигнала. Необходимо отметить, что в обоих каналах в цепях питания включены элементы, предназначенные для деления однополярного напряжения питания пополам. Конденсаторы СЗ, С4, С7 и С8 образуют последовательно-параллель-ную цепь, которая преобразует однополярное напряжение питания 51 В в два раз-нополярных напряжения 25,5 В. На выход усилителя можно подключать широкополосные громкоговорители или колонки мощностью до 60 Втэфф, которые демодулируют широтно-импульсный сигнал и формируют усиленные звуковые колебания. (При пиковой выходной мощности на комплексной нагрузке 8 Ом ток потребления усилителя будет примерно 1,2 А при напряжении питания 51 В.)

Схема усилителя класса D с использованием IC 555

Усилитель класса D, также называемый цифровым усилителем, использует широтно-импульсную модуляцию или технологию ШИМ для усиления подаваемого аналогового музыкального сигнала малой амплитуды.



Почему усилитель класса D

Основными преимуществами этого типа усилителя являются высокая эффективность, низкая стоимость, а единственным недостатком является ассоциация искажений, если их не очистить правильно рассчитанными фильтрами на выходе.

Обычно все усилители являются аналоговыми, в которых входная музыка или частота усиливаются в соответствии с тем же шаблоном, который подается на вход.


Поскольку музыка в значительной степени может иметь экспоненциально возрастающий и падающий контент, а также частоты, сопровождаемые всевозможными амплитудами, вызывают нагрев устройств.

Это происходит из-за того, что транзисторы BJT и МОП-транзисторы не любят переходные входы, когда сигнал не имеет внезапных подъемов и спадов, а, скорее, постепенно проходит через точки, в которых устройства не включены или выключены полностью, это вызывает большое тепловыделение и потери мощности


В усилителе класса D музыкальный вход сравнивается с высокочастотными треугольными волнами и на выходе преобразуется в «язык» ШИМ. Контент PWM сохраняет всю информацию о музыке и транслирует ее обратно в подключенный громкоговоритель в усиленном виде.

Однако, поскольку ШИМ будут состоять из неэкспоненциальных импульсов, где импульсы имеют форму прямоугольных столбов, внезапное включение / выключение без переходов может привести к значительным искажениям на выходе.

Чтобы сгладить вышеуказанную проблему, обычно включается фильтр нижних частот, в котором спайки сглаживаются для создания достаточно хорошей и четкой усиленной репликации.

Предлагаемый дизайн схемы цифрового усилителя класса D использует знаменитую микросхему 555 для предполагаемых сравнений.

Вместо метода ШИМ здесь мы используем альтернативный режим, называемый PPM или импульсной позиционной модуляцией, который может считаться таким же хорошим, как ШИМ.

Использование импульсной модуляции положения

PPM также известен как модуляция плотности импульса из-за специфики его функционирования.

Здесь вход модуляции сравнивается с высокочастотными треугольными волнами, а выход оптимизируется путем изменения положения или плотности генерируемого / сравниваемого импульсного выхода.

Как видно из схемы усилителя класса D ниже, IC 555 сконфигурирован как стандартный нестабильный режим среднего напряжения, где резисторы Ra, Rb и C определяют частоту треугольных волн, генерируемых на выводах 6/7 ИС.

Вышеупомянутые высокочастотные треугольные волны сравниваются с музыкальным входом, подаваемым на управляющий входной вывод 5 ИС.

Здесь низковольтный музыкальный сигнал сначала усиливается до некоторого оптимального уровня напряжения, а затем подается на управляющий входной контакт № 5 IC555.

Это приводит к обсуждаемому выходу PPM на выводе №3 микросхемы. Он усиливается T1 до сильноточного выхода и подается на громкоговоритель для требуемого усиления типа D.

Аудиотракт выполняет несколько интересных функций: он усиливает выходной сигнал LS, а также до некоторой степени сглаживает гармоники, которые обычно являются частью всех схем усилителей класса D.

Конденсатор фильтра (неполярный) можно попробовать через LS для получения более чистого звука.

Распиновка IC 555

Распиновка IC LM386

Предыдущая статья: 2 простые схемы индукционного нагревателя — плиты Далее: 2 схемы простого автоматического включения резерва (АВР)

Простые устройства — Усилитель D-класса на микроконтроллере


Усилители D-класса очень просты в изготовлении, обладают высоким КПД и позволяют получить большие мощности при малых затратах. Они используют ключевые режимы работы выходных каскадов, превращая сигнал в последовательность мощных импульсов, {ads2} которые затем, проходя через фильтр, частью которого может быть сам динамик или аккустическая система, освобождаются от высокочастотных составляющих, превращаясь в звук.

Наш американский коллега болгарского происхождения, Руслан Димитров, разработал усилитель мощностью 70 Вт при питании всего 12 вольт, причем поступил крайне нестандартно: в качестве основного элемента усилителя он применил микроконтроллер attiny45

Выходные транзисторы, включенные по мостовой схеме, не нуждаются в радиаторах, в схеме нет никаких обратных связей. Мощность ограничена двумя факторами:

  1. точность цифрового тракта. увеличение усиления в «цифре» снизит качество при малых уровнях.
  2. ток стока MOSFET. применены транзисторы на 6 ампер, что дает в идеале 144 Вт мощности на нагрузке 4 Ом, или 72 Вт на нагрузке 2 Ома.

Для управления мостовым выходным каскадом использованы два имеющихся в микроконтроллере attiny45 аппаратных 8-битных ШИМ-модуля. На полной мощности используются все 8 бит, что дает весьма неплохое качество звука, однако на малых мощностях происходит резкое ухудшение, ведь при мощности 1% от максимальной реально используется всего 2 бита!

Чтобы обойти эту проблему, автор использовал прием, давно применяемый в компьютерной графике, называемый размазыванием (dithering). В графике таким способом получат визуально более богатую палитру изображения путем определенного перемешивания пикселей более бедной палитры (кстати, автор работает в компании nVidia — это о чем-то да говорит!). Руслан счел, что этот прием даст положительный эффект и для звука, и, по его словам, не ошибся.

Реализацию этого метода он сделал путем несимметричного управления плечами выходного моста: одно плечо управляется непосредственно ШИМ-сигналом, получаемым из АЦП водного сигнала, а вот второе плечо управляется «размазанным» ШИМ-сигналом. Рисунок поясняет сказанное.


Автор утверждает, что этот прием на слух дает очень заметный эффект: отказ от размазывания дает очень искаженный звук на малых сигналах.

Схема приведена на следующем рисунке (кликабельно). Как видите, она очень проста и практически не нуждается в пояснениях. Автор использовал светодиоды в качестве стабилитронов — это возможно, хотя и с моей точки зрения не является необходимым.

L1C4 — это выходной фильтр. Индуктивность образована 6 витками толстого провода на кольце из блока питания компьютера. Выходной ШИМ работает на частоте 64 КГц, по которой и можно провести расчет выходного фильтра. R9C6 это входной фильтр, необходимый для качественной работы АЦП микроконтроллера, работающего на частоте 78 КГц. Исходный текст управляющей программы очень прост, скачать его можно с нашего сайта.

Оригинал статьи находится на сайте автора:
http://rdimitrov.info/blog/show.php?entry=Microcontroller%20Class%20D%20Amplifier{ads1}

Усилитель собран на макетной плате, т.е. печатная не разрабатывалась. При повторении, с моей точки зрения, следует разработать печатную плату, тщательно разделив цепи силового питания и земли от слаботочной части схемы — входа и микроконтроллера. Очевидно, светодиоды в схеме моста можно заменить на стабилитроны, а для питания микроконтроллера использовать обычный стабилизатор на микросхеме 7805 или аналогичной. Автор не имеет приборов для измерения параметров качества звука, но утверждает, что на слух усилитель звучит весьма достойно — он применил его для фронтальных колонок своего автомобиля.

Все рисунки и фотографии сделаны автором, права на них принадлежат ему.

Вложения:
ФайлОписаниеРазмер файла:
src.zipИсходник программы для усилителя (WinAVR)1 Кб

Оптимизация выходных фильтров аудиоусилителя класса D

Кристофер Хэйр, Coilcraft, Inc. объясняет конструкцию и оптимизацию выходного фильтра аудиоусилителя класса D.

Тщательный выбор компонентов — ключ к высококачественному высокоэффективному аудиовыходу класса D

Когда для аудиоприложений требуется высочайшая энергоэффективность, минимальное тепловыделение, наименьший размер и наименьший вес, импульсные усилители класса D превосходят линейные усилители класса.Это делает усилители класса D лучшим выбором для продления срока службы батарей в аудиоприложениях с питанием от постоянного тока, например, в автомобильных аудиосистемах. В этой статье обсуждается, как тщательная разработка каскада выходного LC-фильтра усилителя класса D приводит к высокой эффективности и высокому качеству звука, и как выбор правильной катушки индуктивности влияет на эти критические параметры.

Эффективность и качество звука

Линейные усилители имеют очень низкий теоретический предел энергоэффективности.В то время как искажения для усилителей класса А низкие, идеальный верхний предел эффективности класса А составляет всего 50%. Высокое сопротивление транзисторов выходного каскада приводит к рассеиванию тепла, что приводит к значительному выделению тепла, что обычно требует больших радиаторов для поддержания приемлемой температуры конструкции. Это приводит к потере энергии и увеличению веса всей конструкции. Усилители класса B рассеивают меньше мощности, но имеют более низкое качество звука из-за нелинейного кроссоверного искажения двухтактного контроллера при переходе между состояниями включения и выключения.

Class-AB представляет собой компромисс между характеристиками Class-A и -B. Он имеет меньшую рассеиваемую мощность, чем класс A, устраняя перекрестные искажения и обеспечивая хорошее качество звука. Тем не менее, класс AB по-прежнему имеет значительное рассеяние и верхний теоретический предел эффективности ниже, чем предел класса B, равный 78%. Это может быть серьезным недостатком для аудиосистем с питанием от постоянного тока, особенно при высоких уровнях мощности.

Теоретический предел эффективности усилителей класса D составляет 100%. Хотя на практике это невозможно из-за бескомпромиссного второго закона термодинамики, эффективность усилителей класса D значительно выше, чем у линейных усилителей, достигая более 90% при полной нагрузке.При правильном проектировании качество звука может быть сравнимо с классом AB.

Рисунок 1. Сравнение атрибутов класса усилителя

Основные операции класса D

Теперь, когда мы выбрали класс D для нашей конструкции аудиоусилителя, давайте обрисуем в общих чертах работу усилителей класса D. Базовая блок-схема класса D показана на рис. 2. На первом этапе низковольтный аудиовход сравнивается с треугольной формой сигнала для генерации последовательности прямоугольных импульсов фиксированной амплитуды.Затем импульсы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) подаются на контроллер переключения и выходной каскад, который работает аналогично обратному синхронному понижающему преобразователю. Наиболее распространенной конфигурацией выходного каскада является мостовая нагрузка (BTL), которая имеет в 2 раза больший размах напряжения на нагрузке по сравнению с несимметричным и в 4 раза большую выходную мощность. В результате на нагрузку подается высокочастотный прямоугольный сигнал с более высоким напряжением, обычно на динамик 4 Ом или 8 Ом.

Прежде чем прямоугольная волна подается на динамик, она должна пройти через LC-фильтр нижних частот, чтобы удалить высокочастотное коммутационное содержимое и передать на динамик только диапазон звуковых частот (обычно от 20 Гц до 20 кГц).LC-фильтр также ограничивает остаточный ток пульсаций в режиме ожидания, что повышает эффективность.

Рис. 2. Схема усилителя класса D Источник: https://en.wikipedia.org/wiki/Class-D_amplifier

Частота переключения усилителя класса D определяет порядок фильтра и требования к частоте среза. Более высокие частоты переключения позволяют использовать меньшие компоненты и фильтры более низкого порядка для достижения требуемого затухания в полосе заграждения, но это может привести к более высоким электромагнитным помехам и потерям при переключении.В большинстве аудиоприложений класса D частота переключения находится в диапазоне от 200 кГц до 2 МГц.

Конструкция низкочастотного LC-фильтра

Для очень чувствительных к стоимости или требований к меньшему форм-фактору могут быть осуществимы решения без фильтров, но они могут привести к проблемам с электромагнитными помехами и рассеиванию мощности на высоких частотах из-за коммутационных сигналов. Конструкция без фильтра нецелесообразна в «шумной» автомобильной среде. Как и во всех инженерных делах, есть компромисс между производительностью и производительностью.размер и стоимость компонентов фильтра LC. Использование проверенных эталонных проектов класса D и оценочных модулей в качестве отправной точки может помочь сократить время, необходимое для разработки и тестирования оптимального решения, однако при разработке фильтров LC класса D, безусловно, возникают интересные проблемы. Понимание требований может дать представление о любых компромиссах, которые могут потребоваться.

Выходной LC-фильтр является важным элементом, определяющим размер, качество звука и эффективность звуковой системы класса D.Выходной фильтр предназначен для ослабления высокочастотной коммутируемой составляющей при прохождении полосы звуковых частот от 20 Гц до 20 кГц. Для каждого аудиоканала необходим один низкочастотный LC-фильтр. Сведение количества компонентов к минимуму помогает уменьшить общую требуемую площадь.

Типичная реализация LC-фильтра класса D представляет собой LC-фильтр Баттерворта второго порядка, который создает плоскую полосу пропускания и фазовую характеристику с небольшим количеством компонентов. Фильтр второго порядка дает -40 дБ за декаду.Выбор значений LC требует понимания изменения импеданса нагрузки динамика для приложения. Идеальные значения L и C приводят к критически затухающей характеристике с плоской полосой пропускания и плоской фазовой характеристикой. Передемпфированный отклик ослабляет аудиоконтент, а недодемпфированный отклик приводит к пикам, которые могут вызвать срабатывание встроенной защиты цепи или резкий звук.

Фильтры

класса D BTL делятся на три типа: Тип-1, Тип-2 или гибридные. Тип определяет реализацию дифференциального (Тип-1), синфазного (Тип-2) или гибридного фильтра, который зависит от схемы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) (AD или BD).Фильтры типа 1 с традиционной АЦ-модуляцией являются самыми простыми и будут использоваться в следующем примере.

 

Рис. 3. Цепь дифференциальной мостовой нагрузки (BTL) класса D типа 1 L BTL = последовательная индуктивность

 

Рис. 4. Односторонняя эквивалентная схема класса D типа 1

L BTL = Последовательная индуктивность
C BTL = Дифференциальная мостовая нагрузка
R BTL = Дифференциальная (динамик) нагрузка
R L   = Несимметричная эквивалентная нагрузка = R BTL 90 = Несимметричный конденсатор, соединенный с землей = 2 x C BTL

Значения L и C для фильтра Баттерворта с критическим демпфированием:

 

, где ω 0 равно 2 x π x f 0

Для частоты среза (f 0 ) 40 кГц и нагрузки динамика 4 Ом:

С = 1.4 мкФ и C BTL = C/2 = 0,70 мкФ

Ближайшее стандартное значение емкости 0,68 мкФ

л = 11,25 мкГн.

Ближайшее стандартное значение индуктивности составляет 10 мкГн.

После выбора значений L и C построение графика зависимости усиления от частоты в ожидаемом диапазоне импеданса динамика, обычно в диапазоне 2–8 Ом, позволяет разработчику определить, приемлемы ли характеристики для этого диапазона.

Обратитесь к приведенному ниже справочнику по конструкции LC-фильтра для более подробного обсуждения реализаций фильтров типа 2 и гибридных фильтров и выбора конденсатора.Для типа 2 единственное отличие одностороннего анализа состоит в том, что Cg = C по сравнению с C BTL = C/2 для типа 1. Для гибридного типа добавление конденсаторов Cg к земле (Cg ~ 1/10 th из C BTL ) улучшает фильтрацию за счет связывания высоких частот с землей.

Выбор катушки индуктивности

Для диапазона громкоговорителей от 4 до 8 Ом типичные значения LBTL находятся в диапазоне примерно от 5 до 20 мкГн, и в этом диапазоне доступен выбор готовых катушек индуктивности для приложений класса D для различных требований к мощности.Выбор катушки индуктивности, которая незначительно зависит от тока, важен для поддержания линейности и минимизации искажений и шума. Более высокие требования к току обычно требуют большего размера катушки индуктивности для минимизации искажений. Наличие двух несвязанных катушек индуктивности в одном корпусе сводит к минимуму площадь, занимаемую LC-фильтром, экономя критически важное пространство на плате в приложениях с ограниченным пространством, таких как автомобильные аудиосистемы класса D.

Объективным показателем, определяющим качество звука, является общее гармоническое искажение и шум (THD + N).Низкий THD + N имеет решающее значение в типичном чувствительном к слуху диапазоне частот от 1 кГц до 6 кГц. Оптимальный выбор катушки индуктивности включает в себя компромиссы между пиковым током, потерями в сердечнике и обмотке в рабочих условиях и размером детали. Производители катушек индуктивности разработали стандартные одинарные и двойные катушки индуктивности, специально предназначенные для аудиоприложений класса D. Эти катушки индуктивности уравновешивают требования как к высококачественному звуку, так и к высокой эффективности.

избранное изображение: Coilcraft

Как работает автомобильный усилитель звука? – Выходной каскад класса D

По мере того, как мы продолжаем рассматривать принцип работы усилителей автомобильной аудиосистемы, нам необходимо обсудить, что сегодня стало наиболее популярным на рынке: усилители, в которых используется выходной каскад класса D.В среде аудиофилов конструкции класса D часто имеют неблагоприятную репутацию. Перевешивают ли их недостатки преимущества? Давайте посмотрим!

Как работает выходной каскад класса D?

После того, как входной каскад удовлетворит все потребности в обработке сигнала, аудиосигнал передается на выходной каскад, где его напряжение увеличивается, а полевые МОП-транзисторы могут обеспечивать достаточное количество тока для питания наших динамиков с относительно низким импедансом. В современных усилителях класса D выходные устройства MOSFET питаются от микросхемы драйвера, которая выполняет преобразование аналогового сигнала в сигнал с широтно-импульсной модуляцией.

Что такое сигнал с широтно-импульсной модуляцией?

Представьте, если хотите, лампочку накаливания. Мы подключаем лампочку к источнику питания и последовательно в цепь вставляем переключатель, управляемый компьютером. Если мы оставим выключатель выключенным, свет останется выключенным. Если мы включим выключатель, свет загорится на полную яркость. Однако, если мы будем включать и выключать выключатель очень быстро, и он будет оставаться включенным до тех пор, пока он выключен, лампочка будет светиться с половиной возможной яркости. Это изменение времени включения и выключения называется рабочим циклом.Когда время включения и выключения одинаково, это 50% рабочий цикл. Использование сигнала прямоугольной формы с различными рабочими циклами называется широтно-импульсной модуляцией (или ШИМ для краткости).

Драйвер класса D анализирует аудиосигнал на чрезвычайно высоких скоростях (некоторые до 800 кГц) и создает ШИМ-сигнал относительно низкого напряжения, который подается на выходные устройства. Устройства вывода включаются и выключаются очень быстро. Поскольку устройства проводят очень мало времени в частично включенном состоянии, они представляют очень малое сопротивление и, следовательно, потребляют очень мало энергии.Лучшие усилители класса D на рынке предлагают общий КПД, превышающий 92% при полной мощности. Эта превосходная эффективность отличается от усилителей класса AB, которые превращают от 35% до 50% энергии, подаваемой в усилитель, в тепло.

Компакт-диски используют версию ШИМ, в которой коэффициент заполнения выходного импульса хранится в 16-битном цифровом слове. Это дает нам 65 536 возможных уровней амплитуды. В отличие от современных драйверов класса D, наш звук хранится с частотой 44 100 выборок в секунду. Этого более чем достаточно для воспроизведения всего звукового спектра.

Схема схемы класса D

Теоретический пример того, как модуляция времени включения и выключения влияет на выходной уровень. На самом деле драйверы класса D более высокого качества выдают прямоугольный импульс 40 раз для синусоидального сигнала частотой 20 кГц.

Наконец, усилители класса D обычно имеют свои выходные устройства в конфигурации класса AB, где одно устройство управляет отрицательной частью сигнала, а другое — положительной. Таким образом, класс D описывает, как используются устройства вывода, а не их электрическую ориентацию в цепи.

Упрощенная блок-схема работы усилителя класса D.

Недостатки усилителей класса D

Если вы читали статьи об искажениях на BestCarAudio.com, то знаете, что прямоугольный сигнал переменного тока состоит из большого количества высокочастотных гармоник. Вы, вероятно, слышали это явление в своем доме, если у вас есть диммер на некоторых светильниках. Нить накала в фарах время от времени будет звенеть, в зависимости от уровня диммера. Поскольку мы хотим передать только аудиосигнал обратно в динамик, разработчики усилителей добавляют сеть пассивных фильтров к выходу полевых МОП-транзисторов.Эта цепь включает в себя катушку индуктивности, включенную последовательно с нагрузкой, а также конденсатор и резистор, включенные параллельно, и действует как фильтр нижних частот для устранения этого высокочастотного шума переключения.

Одним из недостатков конструкции класса D является то, что эти компоненты выходного фильтра взаимодействуют с частотно-зависимыми изменениями импеданса нагрузки, изменяя частотную характеристику усилителя. Хотя эффект незначительный, он может дать усилителям класса D общий тональный баланс, отличный от того, который вы получили бы от конструкции AB.Конечно, небольшие манипуляции с цифровым сигнальным процессором (DSP) быстро вернут это состояние.

Еще одна проблема, связанная со всей этой высокочастотной энергией, заключается в возможности электрических помех другим системам автомобиля. Чаще всего прием AM- или FM-радио может быть размытым или резко уменьшенным. В то время как лучшие производители усилителей делают все возможное для уменьшения радиопомех, проблемы все же могут возникнуть — лучший план — разместить усилитель как можно дальше от радиоантенны.

Зачем вам усилитель класса D?

Суть в том, что компании вложили средства в разработку усилителей класса D, чтобы уменьшить требования к физическим размерам усилителей, предположительно, чтобы облегчить специалистам по установке место для их установки. Реальность такова, что радиаторы для усилителей являются одним из самых дорогих отдельных компонентов усилителя. Если размер радиатора можно уменьшить, то можно уменьшить и стоимость усилителя.Дни 40- и 50-ваттных стереоусилителей с площадью основания более одного квадратного фута давно прошли благодаря современным конструкциям класса D. Теперь вы можете получить более 1000 Вт мощности из того же физического пространства.

Усилители класса D являются хорошим решением для систем с сабвуфером, поскольку они обеспечивают более высокую эффективность по сравнению с аналогами класса AB, и почти все производители усилителей имеют в своем каталоге по крайней мере одну серию усилителей класса D. Ваш местный специализированный розничный продавец аксессуаров для мобильных устройств может помочь вам выбрать решение с правильным уровнем мощности, количеством каналов и функциями, чтобы ваша автомобильная стереосистема звучала великолепно.

Сопутствующие

Драйвер для наушников класса D на базе 555 — отличный усилитель для занятий

Популярный таймер 555 можно использовать в качестве усилителя ШИМ/класса D для музыкальных инструментов или других приложений. Он может использовать широкий диапазон питания от 4,5 до 16 В и выдавать ток 200 мА. Звук подается на контакт CV (управляющее напряжение) 555.

В этой дизайнерской идее представлены два простых и недорогих драйвера для наушников и аудиолиний. Драйверы были разработаны для электрогитар и скрипок, но имеют гораздо больше применений.Для таких простых приложений шум и коэффициент нелинейных искажений не являются первоочередной задачей, и они не измерялись.

Вот некоторые особенности дизайна:

1/ Входное сопротивление контакта CV составляет около 3 кОм, и в большинстве аудиоприложений нам нужен какой-то аудио предусилитель/буфер.

2/ CV требует значительной амплитуды входного звукового сигнала. Требуемая амплитуда зависит от источника питания 555 и требуемой выходной мощности звука.

3/ 555 работает как осциллятор, модулируемый низкочастотным звуковым сигналом, подаваемым на CV.

Частота колебаний предпочтительно должна быть по крайней мере в десять раз выше, чем максимальная интересующая звуковая частота. Для аудиоприложений частота должна быть в пределах от 60 кГц до 200 кГц. Это упрощает фильтрацию высокочастотного шума, создаваемого 555, и поддерживает высокую эффективность переключения.

4/ Следует соблюдать осторожность в отношении радиоизлучения. У нас должен быть как минимум фильтр нижних частот 1-го порядка между выходом 555 и громкоговорителем или наушниками.При наличии длинных кабелей необходимо учитывать их паразитную способность (предпочтительнее витые пары).

Рис. 1  Наушники и драйвер аудиолинии с операционным усилителем и NE555. Версия CMOS (например, LMC555) также будет работать, но выходные токи ниже. Преимуществом является более высокая рабочая частота.

Коэффициент усиления первой ступени, A v 1, устанавливается R6 и R12 примерно на 11, что определяется как: A v 1 = 1 + R6/R12.

Частота таймера без входного аналогового сигнала на CV зависит от резисторов R7, R8 и C5 и рассчитывается по приведенной ниже стандартной формуле:

f = 1,44/((R7+2*R8)*C5)  (Гц)

Выходной сигнал NE555 доступен на разъемах OUT1, OUT2 и OUT3. R9, C7 и нагрузка работают как фильтр нижних частот для высокочастотных составляющих, создаваемых таймером. Без фильтрации эти компоненты могут излучаться и создавать проблемы с чувствительным электронным оборудованием вокруг усилителя.Частота среза фильтра должна быть как можно ниже. Предпочтительны наушники с более высоким сопротивлением.

JFET версия

Мы также можем использовать полевые транзисторы или биполярные транзисторы для получения высокого входного импеданса и для усиления аудиосигнала перед NE555.

Рисунок 2 Драйвер для наушников и линий с входом JFET и NE555.

Входной каскад схемы построен на JFET T1. Резисторы R4* и R5* должны иметь минимально применимые номиналы.Они должны давать некоторое усиление и иметь низкий выходной импеданс для управления 555.

Без входного сигнала напряжение постоянного тока между точками A и B должно быть около В EE /3.

Эта схема проще, чем Рисунок 1 , но нам может понадобиться подрегулировать R4* и R5* в соответствии с выбранным транзистором T1 и требуемым коэффициентом усиления по напряжению от первого каскада. Проблема в том, что параметры JFET для данного типа могут отличаться более чем на 4:1. Когда переключатель S1 замкнут, усиление T1 устанавливается на максимум.

Рисунок 3   Использование двух цепей 555, работающих на разных частотах, для получения разных звуковых эффектов.

Биполярный транзистор T2 улучшает возможности управления JFET. Кроме того, это позволяет использовать более высокое значение R4*, что увеличит коэффициент усиления по напряжению T1.

Выводы

Схемы могут работать во всем диапазоне питания модели 555 (от 4,5 до 16 В), но предпочтительнее более высокое +V EE ; е.г., от 12В до 16В. Это даст большую выходную мощность, и большинство операционных усилителей и полевых транзисторов будут лучше работать с этими напряжениями.

Схемы могут управлять громкоговорителями и наушниками с высоким импедансом — предпочтительно более 24 Ом. Во всех случаях предпочтительно поддерживать пиковый выходной ток 555 ниже 150 мА. Это позволит поддерживать рассеиваемую мощность чипа на приемлемом уровне. Падение напряжения на выходных транзисторах 555 быстро возрастает, если выходной ток значительно превышает 100 мА.

См. также :

руководство по выбору аудиоусилителя класса D и схемы

Введение

Если вы уже знаете о классах A, B и AB, все они представляют собой линейные усилители с постоянным коэффициентом усиления, где звук подается на базу транзистора. Новейший аудиоусилитель класса D представляет собой усилитель импульсного типа с использованием усилителя с широтно-импульсным модулятором (ШИМ). В усилителях классов A, B и AB, которые являются линейными усилителями, коэффициент усиления постоянен независимо от изменений напряжения на шине, но в усилителях класса D коэффициент усиления пропорционален.Усилители класса D намного эффективнее линейных усилителей.
Меньшее энергопотребление усилителей класса D делает их пригодными для разработки аудиоусилителей. Класс D больше подходит для устройств с батарейным питанием, таких как телефоны и ноутбуки, нетбуки и планшеты, из-за низкого энергопотребления.

Рынок усилителей класса D: Благодаря мощностным характеристикам усилителей класса D их рынок растет в среднем примерно на 20-30%.


Недостаток: Недостаток усилителя класса D заключается в том, что переключение выходов в усилителях класса D вызывает электромагнитные помехи, поэтому в большинстве приложений, требующих сертификации по электромагнитным помехам, необходимо соблюдать осторожность.

Усилители

класса D используются при разработке аудиоусилителей во многих приложениях, включая активные сабвуферы, активные динамики, мобильные приложения (для экономии заряда батареи) и усилители низких частот.

Ниже мы приводим список усилителей класса D от ведущих производителей полупроводников.

Таблица выбора деталей от основных поставщиков аналоговых ИС

Название производителя Номер детали Описание
Международный выпрямитель АУИРС2092С Автомобильный аудиоусилитель
Интерсил ИСЛ99201ИРТАЗ-ТК Высокоэффективный безфильтровый 1.Моноусилитель класса D мощностью 5 Вт
Интегрированные продукты Максима МАКС98304ЭВЛ+ Моноусилитель 3,2 Вт класса D
Монолитные энергетические системы, инк. МП1720 2,7 Вт монофонический высокоэффективный аудиоусилитель класса D с низким уровнем электромагнитных помех
Монолитные энергетические системы, инк. МП7747 20 Вт монофонический однотактный аудиоусилитель класса D
National Semiconductor (теперь Texas Instruments) ЛМ48310СДС/НОПБ Сверхнизкий уровень электромагнитных помех, без фильтра, 2.6 Вт, моно, усилитель мощности звука класса D с E2S
На полупроводнике НКП2824ФКТ2Г Усилитель мощности звука класса D с AGC
RoHM БД5460ГУЛ-Э2 Малый усилитель для громкоговорителей класса D
STMicroelectronics ТДА7498 Двойной аудиоусилитель BTL класса D мощностью 100 Вт + 100 Вт
Аналоговые устройства SSM2380CBZ-REEL7 2 x 2 Вт, без фильтра, стереофонический аудиоусилитель класса D с ALC + I2C
Интегрированные продукты Максима МАКС98306ETD+ Стерео 3.Усилитель класса D мощностью 7 Вт
National Semiconductor (теперь Texas Instruments) ЛМ48520ТЛС/НОПБ Усиленный стереофонический усилитель мощности звука класса D с защитой выходных динамиков и расширенным спектром
NXP Полупроводники ТДА8932БТ Высокоэффективный усилитель класса D
NXP Полупроводники TDA8932BTW Высокоэффективный усилитель класса D
NXP Полупроводники TDA8933BTW Высокоэффективный усилитель класса D
NXP Полупроводники ТФА9810Т Стереофонический полномостовой аудиоусилитель 2 x 12 Вт
На полупроводнике 4904В-ТЛМ-Е 10 Вт x 2 канала, класс D, усилитель мощности на ИС для телевизоров и домашних аудиосистем
STMicroelectronics ТДА7491ХВ Двойной аудиоусилитель BTL класса D мощностью 20 Вт + 20 Вт
STMicroelectronics ТС2012IQT Стерео без фильтров 2 x 2.Усилитель мощности звука класса D мощностью 8 Вт
Интегрированные продукты Максима МАКС9776ЭТДЖ+ 2 x 1,5 Вт, стереофоническая аудиоподсистема класса D с усилителем для наушников DirectDrive
Циррус Логик КС4412А-КНЗ Усилитель мощности звука
Интегрированные продукты Максима МАКС13301АУМ/В+ 4-канальный автомобильный аудиоусилитель класса D
Техас Инструментс ТАС5630ДКД Аналоговый вход 300 Вт Стереоусилитель класса D со встроенной обратной связью
Техас Инструментс ТАС5176DDWG4 100-Вт (5.1 канал) Цифровой усилитель мощности

 

Номер детали производителя Тип выхода Эффективность PSSR (дБ) Выходная мощность (Вт)
АУИРС2092С 1 канал   65 500
ИСЛ99201ИРТАЗ-ТК 1 канал 86% 65 1.4
МАКС98304ЭВЛ+ 1 канал 93% 90 2,6
МП1720 1 канал 90% 60 2,7
МП7747 1 канал 91% 59 20
ЛМ48310СДС/НОПБ 1 канал 88% 82 2.6
НКП2824ФКТ2Г 1 канал 90% 80 2
БД5460ГУЛ-Э2 1 канал   53 850м
ТДА7498 1 канал 90%   100
SSM2380CBZ-REEL7 2 канала 93% 85 2.5
МАКС98306ETD+ 2 канала 92% 83 2,4
ЛМ48520ТЛС/НОПБ 2 канала 78% 82 1,1
ТДА8932БТ 2 канала 92%   15
TDA8932BTW 2 канала 92%   18
TDA8933BTW 2 канала 89%   10
ТФА9810Т 2 канала 89%   9
4904V-TLM-Е 2 канала 85%   10
ТДА7491ХВ 2 канала 90%   20
ТС2012IQT 2 канала 81% 70 2.8
MAX9776ETJ+ 3 канала 79% 68 1,5
КС4412А-КНЗ 4 канала 85%   30
МАКС13301АУМ/В+ 4 канала 88% 70 66
ТАС5630ДКД 4 канала 88% 80 300
TAS5176DDWG4 6 каналов 90%   100

 

Номер детали Полное сопротивление нагрузки Рабочая температура Напряжение питания
АУИРС2092С 4 Ом от -40 до 125°С от 10 до 18 В
ИСЛ99201ИРТАЗ-ТК 8 Ом от -40 до 85 °С 2.от 4 до 5,5 В
МАКС98304ЭВЛ+ 4 Ом от -40 до 85 °С от 2,5 до 5,5 В
МП1720 4 Ом   от 2,5 до 5,5 В
МП7747 4 Ом   от 9,5 до 36 В
ЛМ48310СДС/НОПБ 4 Ом от -40 до 85 °С 2.от 7 до 5,0 В
НКП2824ФКТ2Г 4 Ом от -40 до 85 °С от 2,5 до 5,5 В
БД5460ГУЛ-Э2 8 Ом от -40 до 85 °С от 2,5 до 5,5 В
ТДА7498 6 Ом от -40 до 85 °С от 14 до 39 В
SSM2380CBZ-REEL7 4 Ом от -40 до 85 °С 2.от 5 до 5,5 В
МАКС98306ETD+ 4 Ом от -40 до 85 °С от 2,6 до 5,5 В
ЛМ48520ТЛС/НОПБ 8 Ом от -40 до 85 °С от 2,7 до 5,0 В
ТДА8932БТ 4 Ом от -40 до 85 °С от 10 до 36 В
TDA8932BTW 4 Ом от -40 до 85 °С от 10 до 36 В
TDA8933BTW 8 Ом от -40 до 85 °С от 10 до 36 В
ТФА9810Т 8 Ом от -40 до 85 °С от 8 до 20 В
4904V-TLM-Е 8 Ом от -30 до 70°С от 8 до 20 В
ТДА7491ХВ 8 Ом от -40 до 85 °С от 5 до 18 В
ТС2012IQT 4 Ом от -40 до 85 °С 2.от 5 до 5,5 В
MAX9776ETJ+ 4 Ом от -40 до 85 °С от 2,7 до 5,5 В
КС4412А-КНЗ 4 Ом от -10 до 70°С от 8 до 18 В
МАКС13301АУМ/В+ 4 Ом от -40 до 125°С 6 до 25,5 В
ТАС5630ДКД 4 Ом от 0 до 70°С 0В до 52.5В, 10,8В до 13,2В
TAS5176DDWG4 3 Ом от 0 до 125 °С от 0 В до 34 В, от 10,8 В до 13,2 В

 

Предложение по некоторым конкретным микросхемам:

  • MAX98314 компании Maxim — это усилитель класса D мощностью 3,2 Вт, интегрированный с входными разделительными конденсаторами, построенными с использованием 3D-чипа.
  • NXP TFA9881 и TFA9882 — это самые компактные монофонические аудиоусилители класса D с цифровым входом, обеспечивающие до 3.Мощность 4 Вт при потребляемой мощности 6,5 мВт.
  • NXP предлагает усилители класса D мощностью от 0,4 Вт до 200 Вт как с аналоговыми, так и с цифровыми входами. NXP также предлагает автомобильные радиоусилители класса D мощностью до 2 x 135 Вт при нагрузке до 4 Ом.
  • Стереоусилитель
  • On Semi NCS8353 может обеспечивать непрерывную выходную мощность до 20 Вт на канал при мостовой нагрузке 8 Ом (BTL) и может подходить для плоскопанельных телевизоров.
  • Усилитель
  • ST Micro TDA7498E Dual BTL класса D демонстрирует непревзойденную удельную мощность 3.2 Вт/мм2.
  • · TPA3116D2, TPA3118D2, TPA3130D2 и TPA3131D2 компании Texas Instriment представляют собой усилители для громкоговорителей средней мощности с аналоговым входом класса D, а TPA2011D1/37D1/39D1 и TPA2015D1 — маломощные усилители для громкоговорителей с аналоговым входом класса D.
  • Драйвер класса D
  • International Rectifier + цифровые аудио МОП-транзисторы, такие как IRS4301 (1 канал), IRS2052 (2 канала), IRS2053 (3 канала), IRS2093 (4 канала) и т. д., обеспечивают выходную мощность от нескольких десятков ватт до 500 В.IR также предлагает встроенные аудиоусилители класса D под торговой маркой PowlRaudio, такие как IR4301, IR4311, IR4302 и т. д.,
    .
  • National LM48901 — это четырехканальный усилитель класса D (пространственный массив), сконфигурированный через интерфейс, совместимый с I2C, с превосходным подавлением щелчков и хлопков.
  • Компания Texas Instruments изготовила четырехъядерный пространственный массив LM48901 класса D, использующий распределенную обработку звука в сочетании с технологией массива громкоговорителей для создания захватывающего звука в приложениях с ограниченным пространством.
  • Усилитель для наушников класса G компании Texas Instruments LM49251 динамически снижает напряжение питания для снижения энергопотребления и увеличения времени воспроизведения аудио (MP3, фильмов и т. д.). ALC громкоговорителя предоставляет разработчикам несколько вариантов управления уровнями звуковых искажений и предотвращения повреждения громкоговорителя.|
  • Maxim MAX98304 — это самый маленький усилитель класса D с размерами 1 мм x 1 мм. Этот усилитель увеличивает выходную мощность на 23 % до 3,2 Вт и снижает уровень шума на 39 % до 19 мкВСКЗ по сравнению с устройством Maxim предыдущего поколения.
  • MAX98400 от Maxim — это усилители класса D без фильтров, доступные в конфигурациях 2 x 12 Вт, 2 x 20 Вт и 1 x 40 Вт. Усилители MAX98400 идеально подходят для телевизоров, ноутбуков и многофункциональных настольных приложений.
  • MAX98300/MAX98302 от Maxim — это моно/стерео усилители класса D мощностью 2,4 Вт на канал, для которых не требуются компоненты подавления электромагнитных помех. MAX98300/MAX98302 потребляют ток питания 700 мкА/канал. Maxim MAX98500 — это усиленный усилитель класса D мощностью 2,2 Вт, разработанный для портативных устройств с батарейным питанием.Это устройство включает повышающий преобразователь для обеспечения постоянной выходной мощности и, следовательно, более громкого звука в широком диапазоне напряжений питания от батареи.
  • TS4999 от STMicroelectronics — это двухканальный стереофонический аудиоусилитель класса D мощностью 2,8 Вт с 3D-аудиоэффектами, который улучшает качество звука портативного оборудования.
  • ST’s TDA7498 рекомендуется для такого оборудования, как проигрыватели DVD и Blu-ray, домашние кинотеатры, активные динамики и док-станции.
  • Texas Instruments предполагает, что его TPA2015D1 обеспечивает более чем вдвое большее время автономной работы по сравнению с ближайшим конкурирующим усилителем и доступен в компактном корпусе WCSP 2 мм x 2 мм для приложений с ограниченным пространством, включая смартфоны, ноутбуки, портативные навигационные устройства, портативные док-станция и портативные DVD-плееры. Кроме того, усилитель включает в себя автоматическую регулировку усиления (AGC) с контролем заряда батареи и технологию SpeakerGuard.
  • TPA2028D1 и TPA2026D2 от TI включают DRC для автоматического увеличения тихой громкости, что позволяет разработчикам сжимать динамический диапазон звука, чтобы он соответствовал динамическому диапазону динамика.
  • MAX97000/MAX97001*/MAX97002 оснащены усилителем монофонического динамика класса D с ограничителем искажений; стереоусилитель для наушников DirectDrive II класса H; и сверхмалошумящий аналоговый обходной переключатель.
  • WM9081 от Wolfson содержит ЦАП и усилитель класса D в одном чипе.
  • Аудиоусилитель SSM2517 класса D от Analog devices также объединяет на одном кристалле аудио ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь), усилитель мощности и цифровой интерфейс PDM.
  • Новый монофонический аудиоусилитель LM4675 класса D Boomer мощностью 2,65 Вт от Texas Instruments уменьшает электромагнитные помехи (EMI) более чем на 11 дБ ниже предела, установленного Федеральной комиссией по связи США (FCC), для снижения системного шума в портативных устройствах, включая сотовые телефоны, интеллектуальные устройства. телефоны, музыкальные плееры, ноутбуки, DVD-плееры, игровые устройства и другую портативную электронику.
  • Усилители TAS5414 и TAS5424 класса D от TI представляют энергоэффективное цифровое усиление для автомобильных аудиоприложений, таких как головные устройства и внешние усилители.
  • MAX9708 от Maxim — это усилитель класса D, оптимизированный для приложений с плоскими дисплеями, включая ЖК-телевизоры и плазменные телевизоры, а также домашнее аудиооборудование. Это усилитель без фильтров, для которого требуется очень мало внешних компонентов.

Для изучения конструкции аудиоусилителя и идей по схемам с использованием усилителя класса D посетите следующие сайты:

1. http://www.irf.com/product-info/audio/classdtutorial.pdf

2. http://www.ti.com/lit/an/sloa031/sloa031.pdf

3. http://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-041808-145643/unrestricted/report.pdf

4. http://www.nxp.com/documents/user_manual/UM10155.pdf

5. http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/40…/class_d.pdf

         Подробнее> > стр. 2 — Подробнее Недавно выпущенные микросхемы усилителей класса D

Примечание. Приведенные здесь данные являются справочными для уточнения данных и спецификаций. Обратитесь к производителю детали.

усилитель%20схема%20схема%20класс%20d%201000w спецификация и примечания по применению

-01 Схема подключения сервоусилителя энкодера серводвигателя
Текст: Нет доступного текста файла

1998 — ОУ 741

Реферат: ТШ250ЦН ТШ250ЦД 741 ДИП14 ТС27Л2АИН ТС3В912АИН ТС3В914ИН ТС3В914ИД LM224DT LM124DT
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF ТШ20ИД ТШ20ИН ТШ21ИД ТШ21ИН ТШ250ЦД ТШ250ЦН ТШ250ИД ТШ250ИН ТШ251ЦД ТШ251ЦН операционный усилитель 741 ТШ250ЦН ТШ250ЦД 741 ДИП14 ТС27Л2АИН ТС3В912АИН ТС3В914ИН TS3V914ID LM224DT ЛМ124ДТ
1996 — LF256DT

Реферат: ЛФ357ДТ ТШ250ИД ТШ250ЦД ТС3В914ИН ТШ250ИН ЛМ124ДТ ТДА791 ЛМ224ДТ ТШ250ЦН
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF ТШ20ИД ТШ20ИН ТШ21ИД ТШ21ИН ТШ250ЦД ТШ250ЦН ТШ250ИД ТШ250ИН ТШ251ЦД ТШ251ЦН LF256DT LF357DT ТС3В914ИН ЛМ124ДТ TDA791 LM224DT
1997 — микросхемы TDA7265

Реферат: tda2822 dip16 TDA7340S TDA2040 TDA2030 TDA2030A tda2050 схемы мостового усилителя TDA2822 УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА CLIPWATT11 TDA2007 мультиватт15 TEA2025B
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF M145026 M145027 M145028 TDA1220B TDA7222 TDA7326 TDA7326D TDA7330B TDA7330BD TDA7331 Схемы TDA7265 tda2822 дип16 TDA7340S TDA2040 TDA2030 TDA2030A Схемы мостового усилителя на tda2050 УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА TDA2822 КЛИПВАТТ11 ТДА2007 мультиватт15 TEA2025B
схемы мостового усилителя tda2050

Реферат: Мост TDA2050 TDA7265 моно TDA2822 УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА tda2050 схемы усилителя 5w стерео усилитель TDA2051 схема усилителя tda2030 TDA2040 TDA2030 TDA2030A 32w усилитель мощности звука
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF M145026 M145027 M145028 TDA1220B TDA7222 TDA7326 TDA7326D TDA7330B TDA7330BD TDA7332 Схемы мостового усилителя на tda2050 Мост TDA2050 TDA7265 моно УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА TDA2822 схемы усилителя тда2050 стереоусилитель 5 Вт TDA2051 схема усилителя тда2030 TDA2040 TDA2030 TDA2030A усилитель мощности звука 32 Вт
операционный усилитель

Реферат: усилитель NJM3414 с высоким коэффициентом усиления на полевых транзисторах NJM3416 NJM4556 операционный усилитель с одним источником питания NJM3900 операционный усилитель мощности NJM2114
Текст: Нет доступного текста файла


OCR-сканирование
PDF НЖМОП-07 NJM318 NJM741 NJM2107F NJM4250 NJM5534 NJM022 NJM022B NJM062 NJM2058 операционный усилитель усилитель NJM3414 jfet усилитель с высоким коэффициентом усиления NJM3416 NJM4556 операционный усилитель с однополярным питанием NJM3900 операционный усилитель мощности NJM2114
1998 — схемы мостового усилителя tda2050

Аннотация: усилитель tda2822 с регулятором громкости AM-FM TUNER схема усилителя tda2030 TDA7265 схемы TDA7340S TEA2025B приложения TDA2051 однокристальный усилитель мощности звука TDA2050 мост
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF TDA7222A TDA7326 TDA7326D TDA7330B TDA7330BD TDA7331 TDA7331D TDA7332 TDA7332D TDA7338 Схемы мостового усилителя на tda2050 усилитель tda2822 с регулировкой громкости АМ-FM ТЮНЕР схема усилителя тда2030 Схемы TDA7265 TDA7340S Приложения TEA2025B TDA2051 одночиповый усилитель мощности звука Мост TDA2050
MRF947T1 эквивалент

Резюме: эквивалентный транзистор MRF947T1 NJ1006 BFP320 fll120mk FLL101ME MGF4919G fujitsu gaas fet fhx76lp HPMA-2086 MMBR521L
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF 2SA1977 2SA1978 2SC2351 2SC3355 2SC3357 2SC3545 2SC3583 2SC3585 2SC4093 2SC4094 Эквивалент MRF947T1 Эквивалентный транзистор MRF947T1 NJ1006 БФП320 полный120мк FLL101ME MGF4919G fujitsu gaas fet fhx76lp ГПМА-2086 ММБР521Л
1997 — HP MMIC INA

Реферат: Распределенный усилитель INA-10386 mmic mps 0736 mmic ina MSA-0404 малошумящий усилитель ГГц MSA-0520 усилитель ТРАНЗИСТОР 12 ГГц gaas малошумящий усилитель
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF 20 ноября 97 г. документы\усилители\00 документы\усилители\01 документы\усилители\06 МГА-87563 документы\усилители\10 документы\усилители\11 HP MMIC INA ИНА-10386 усилитель с распределенным микрофоном мпс 0736 ммик ина MSA-0404 малошумящий усилитель ГГц МСА-0520 усилитель ТРАНЗИСТОРНЫЙ 12 ГГЦ gaas малошумящий усилитель
1997 — TDA2040 TDA2030 TDA2030A

Аннотация: tda2052 мостовой усилитель TDA2050 мост 80 Вт автомобильный усилитель мощности 50 Вт автомобильный усилитель мощности TDA2824S 5 Вт чип стерео усилителя TDA2040A 5 Вт стерео усилитель 10 Вт TDA2030
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF ТДА2002 ТДА2003 ТДА2004А ТДА2005 TDA7240A TDA7241B TDA7256 TDA7350 TDA7360 ТДА2030 TDA2040 TDA2030 TDA2030A мостовой усилитель tda2052 Мост TDA2050 Автомобильный усилитель мощности 80 Вт. Автомобильный усилитель мощности 50 Вт. TDA2824S Чип стереоусилителя 5 Вт TDA2040A стереоусилитель 5 Вт 10Вт ТДА2030
2005 — схема подключения сервопривода

Реферат: Серводвигатель Sanyo Denki SANMOTION R SANMOTION Q servo sg 90 Энкодер Sanyo Denki Серводвигатель постоянного тока Sanyo Denki AL-004


Оригинал
PDF
7.1-канальный аудиоусилитель

Реферат: усилитель звука BFT46 J310 Application Note транзисторы BFW10 BF512 BF410C BFW12 n-канальный звук
Текст: Нет доступного текста файла


OCR-сканирование
PDF BFW13 BFW12 BFW11 BFW10 BF245A BF245B BF245C BF256A BF256B BF545A 7.1-канальный аудиоусилитель усилитель аудио БФТ46 Примечание по применению J310 транзисторы BFW10 BF512 BF410C n-канальный звук
1997 — TDA2040 TDA2030 TDA2030A

Реферат: TDA2040A TDA2050 мост PENTAWATT tda2824s tda2030a мост 10W TDA2030 tda2005 50w 6v аудио усилитель 32w аудио усилитель мощности
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF ТДА2002 ТДА2003 ТДА2004А ТДА2005 TDA7240A TDA7241B TDA7256 TDA7350 TDA7360 TDA1904 TDA2040 TDA2030 TDA2030A TDA2040A Мост TDA2050 ПЕНТАВАТТ tda2824s мост tda2030a 10Вт ТДА2030 тда2005 50w аудиоусилитель 6В усилитель мощности звука 32 Вт
2009 — EN6075

Реферат: LA8520M 6075-10
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF EN6075 ЛА8520М ЛА8520М 3129-МФП36СД ЛА8520М] EN6075 6075-10
2006 — Каталог транзисторов THINKI

Реферат: аудиоусилитель ic bd249c каталог AUDIO HIGH POWER AMPLIFIER 3DD301 2sc3229 2SA747
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF 2SA914 О-126 2SA900 2SC2556 2SC2556A ЛМ317К О-220 ЛМ317Т Каталог транзисторов THINKI аудио усилитель ic каталог bd249c УСИЛИТЕЛЬ ВЫСОКОЙ МОЩНОСТИ ЗВУКА 3DD301 2sc3229 2SA747
МКИ741

Реферат: NE592D mc1741 ИС с двойной полевой транзисторной матрицей MC4741 MC3403D MC34013AFN MC4558CD MC34012 MC33172D
Текст: Нет доступного текста файла


OCR-сканирование
PDF LF347D СО-14 LF351D LF353D LM201AD LM208D LM211D MCI741 NE592D mc1741 двойная транзисторная матрица jfet Микросхема MC4741 MC3403D MC34013AFN MC4558CD MC34012 MC33172D
2007 — схема усилителя

Реферат: Симулятор ЭКГ -20/10000Вт схема усилителя мощности smd стабилитрон марки J2 разъем DIP8 схема схема симулятора ЭКГ конструктор тракта сигнала SOIC8EV схема симулятора ЭКГ 9-146258-0-02
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF ДС51667А DS51667A-страница схема усилителя симулятор ЭКГ Схема усилителя мощности -20/10000 Вт smd стабилитрон марки J2 разъем DIP8 Принципиальная схема симулятора ЭКГ проектировщик тракта прохождения сигнала SOIC8EV схема симулятора экг 9-146258-0-02
2000 — КЛЦК-16

Реферат: RF2117 PSSOP-16 RF2114 RF2108 УВЧ 13Вт усилитель RF2115L RF2105L усилитель мощности MLF16
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF РФ2103П РФ2104 RF2105L РФ2108 РФ2114 RF2115L РФ2117 РФ2119 РФ2125 РФ2125П КЛЦК-16 РФ2117 ПССОП-16 РФ2114 РФ2108 УВЧ 13Вт усилитель RF2115L RF2105L усилитель мощности МЛФ16
лм4136

Реферат: LM 358 lm 324 759 Power Операционные усилители ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ LM 741 12l8 2-канальный 40-ваттный аудиоусилитель LM 1709 Операционный усилитель Операционные усилители LM13080
Текст: Нет доступного текста файла


OCR-сканирование
PDF LF147/LF347 155/л Ф156/Л LF351 LF353 TL081 TL082 лм4136 лм 358 лм 324 Операционные усилители мощности 759 ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ LM 741 12л8 2-канальный усилитель звука 40 Вт. ЛМ 1709 операционный усилитель Операционные усилители ЛМ13080
операционный усилитель

Аннотация: Операционный усилитель мощности усилителя NJM2114 с однополярным питанием, операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления на полевых транзисторах NJM3900 hhct NJM3416 NJM4556
Текст: Нет доступного текста файла


OCR-сканирование
PDF НЖМОП-07 NJM318 NJM741 NJM2107F NJM4250 NJM5534 NJM022 NJM022B NJM062 4558×2) операционный усилитель усилитель NJM2114 операционный усилитель мощности операционный усилитель с однополярным питанием jfet усилитель с высоким коэффициентом усиления NJM3900 hhct NJM3416 NJM4556
СП2605Ф

Реферат: 2N2222A Raytheon малошумящие транзисторы ВЧ 2N0718A 2N4033 2N0720A 2N065 2n2907a Raytheon SP2605QF «двойные ТРАНЗИСТОРЫ» pnp npn
Текст: Нет доступного текста файла


OCR-сканирование
PDF 2N0657* 2N0697* 2N0706* 2Н0718А 2N0720A* 2N0910* 2Н0918 2N0930 2Н1131″ 2Н1132* SP2605F 2N2222A Raytheon малошумящие транзисторы вч 2Н4033 2Н0720А 2Н065 2n2907a Raytheon SP2605QF «двойные ТРАНЗИСТОРЫ» pnp npn
1999 — EN6075

Аннотация: LA8520M
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF EN6075 ЛА8520М ЛА8520М 3129-МФП36СД ЛА8520М] EN6075
MOSFET ВЧ усилитель

Резюме: 3SK266 2Sk1740 2SC4432 2SC4400 2SC4399 2SA1863 2SA1857 2SA1688 2SK931
Текст: Нет доступного текста файла


OCR-сканирование
PDF 2SA1863В 2SC4918* 2SA1857 2SC4400 2SC4399 2SA1688 FC119 2SC2814 2SC4504 2SA1724 МОП-транзистор ВЧ усилитель 3SK266 2Sk1740 2SC4432 2SA1863 2SK931
2000 — УКВ ЛНА с АГК

Реферат: RF2713 BPSK МОДУЛЯТОР RF2117 bpsk rf2711 RF2516 RF2114 3V GSM УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ RF2045
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF РФ2043 РФ2044 РФ2045 РФ2046 РФ2047 РФ2048 РФ2103П РФ2104 RF2105L РФ2108 УКВ LNA с АРУ РФ2713 МОДУЛЯТОР BPSK РФ2117 бпск рф2711 РФ2516 РФ2114 УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ 3 В GSM
MC1741

Реферат: операционный усилитель MC3361D LM239D MC1733CD vhf fm усилитель LM258D LM224D LM293D MC3423D
Текст: Нет доступного текста файла


OCR-сканирование
PDF LF347D СО-14 LF351D LF353D LM201AD LM208D LM211D MC1496D MC1723CD MC1741 операционный усилитель MC3361D LM239D MC1733CD УКВ FM усилитель LM258D LM224D LM293D MC3423D
К2Н4401

Резюме: D1N3940 Q2N2907A D1N1190 Q2SC1815 Q2N3055 D1N750 Q2N1132 D02CZ10 D1N751
Текст: Нет доступного текста файла


Оригинал
PDF РД91ЭБ Q2N4401 Д1Н3940 Q2N2907A Д1Н1190 Q2SC1815 Q2N3055 Д1Н750 Q2N1132 D02CZ10 Д1Н751

Class Act: плюсы и минусы конструкции усилителя

Джон Робертс Многие производители хотели бы, чтобы вы поверили, что существует только один «лучший» способ проектирования усилителя мощности.Эти компании обычно производят только один тип усилителя. Возможно, они верят собственной рекламе или, что более вероятно, ограничиваются одной собственной технологией или конкретным целевым рынком. В ходе разработки усилителей мощности для различных рынков, которые мы обслуживаем, Peavey разработала продукты, использующие радикально отличающиеся технологии. Я попытаюсь дать обзор с конкретными плюсами и минусами различных подходов.

Для удобства инженеры обычно характеризуют усилители по топологии схемы, типу используемых активных компонентов, типу нагрузки и даже рабочему напряжению: КЛАСС A, B, C, D и т. д.Топология схемы описывает, как ток «направляется» или контролируется в усилителе мощности до того, как он подается на нагрузку динамика.

Класс A — самая простая топология. Воспроизведение музыки требует движения динамика как внутрь, так и наружу. Для этого усилители должны «источать и потреблять» ток. В усилителе класса А используется только одно направление регулирования тока. Для создания обоих направлений выходного потока ступень постоянного тока вычитается из ступени переменного тока.

Плюсы:  Поскольку ни один из выходных каскадов никогда не выключается, нелинейность устройства и время включения/выключения можно свести к минимуму или игнорировать, что приводит к очень низким искажениям конструкции.

Минусы:  Поскольку максимальная мощность ограничена каскадом постоянного тока, в режиме ожидания этот каскад должен выдавать полную мощность, а каскад переменного тока должен поглощать эту полную мощность. Трансформатор, радиатор и выходной каскад должны быть рассчитаны на непрерывную работу при максимальной мощности. Из-за стоимости и количества отработанного тепла, выделяемого при таком подходе, класс А привлекает только эзотерических дизайнеров Hi-Fi, для которых отсутствие эффективности или цены не имеет значения.

Топология класса B использует два регулируемых выходных каскада, один для источника тока, а другой для приема тока.

Плюсы:  Эта топология преодолевает низкую эффективность чисто схем класса A, подавая питание только по мере необходимости. Трансформатор и радиаторы могут быть подобраны в соответствии с типичными требованиями к воспроизводимой музыке.

Минусы:  Оба выходных каскада полностью отключаются, а затем снова включаются во время каждого цикла сигнала. Временная задержка и нелинейность низкого уровня вызывают серьезные искажения, называемые «перекрестными искажениями», при переходе от выходных каскадов источника к выходному каскаду. Этот тип искажения хуже всего проявляется на низких выходных уровнях.Чистый класс B используется только в самых дешевых конструкциях с самой низкой точностью воспроизведения.

Топология класса A/B, как вы могли догадаться, является комбинацией классов A и B. Используя два регулируемых выходных каскада, таких как класс B, но предохраняя их от полного отключения, вы получаете эффективность, близкую к классу B, с почти классом Производительность с низким уровнем искажений.

Топология класса C сочетает в себе активные устройства с резонансными магнитными компонентами для обеспечения высокой эффективности на радиочастотах. Эта топология не используется в схемах звуковой частоты.

В топологии класса D используются выходные каскады источника и приемника, которые состоят из переключателей полного включения или отключения. Эти выходные каскады переключаются с полного стока на полный источник со скоростью, значительно превышающей максимальную воспроизводимую звуковую частоту. Отношение времени погружения к источнику времени управляет аудиовыходом, при этом соотношение 50% обеспечивает нулевой выход.

Плюсы:  Класс D обеспечивает значительно более высокую эффективность, чем даже класс B, который при 1/3 мощности тратит больше энергии внутри усилителя, чем отдает на нагрузку.Потери в конструкциях класса D ограничиваются временем включения коммутационных аппаратов и резистивными потерями в этих аппаратах и ​​выходной фильтрацией.

Минусы:  Усилители класса D требуют более сложных схемных решений с усиленным экранированием и фильтрацией.

Топологии класса G и класса H являются вариантами класса B, которые используют несколько выходных каскадов источника и приемника. Сигналы низкого уровня обрабатываются одной парой выходных каскадов, а сигналы более высокого уровня обрабатываются другими парами. Каждая пара оптимизирована для своего диапазона мощности.

Плюсы:  Более эффективные усилители могут обеспечивать ту же выходную мощность с меньшими трансформаторами и меньшим радиатором.

Минусы:  Увеличивается сложность схемы, что увеличивает стоимость. Искажение переключения, подобное искажению кроссовера класса B, возникает при каждом переходе выходного уровня.

Мостовой режим использует тот факт, что нагрузка на громкоговорители может управляться по-разному. Использование отдельных усилителей для управления положительной и отрицательной клеммами динамиков с сигналами противоположной полярности обеспечивает эффективное удвоение размаха напряжения для 4-кратного увеличения мощности.Можно возразить, что на самом деле это не топология, поскольку каждый усилитель может быть любой из ранее упомянутых топологий; тем не менее, это требует обсуждения.

Плюсы:  Обеспечивает высокий уровень мощности с использованием низковольтных компонентов.

Минусы:  Увеличенная стоимость/сложность схемы и невозможность заземления любого провода динамика.

Трансформаторы часто используются в выходных цепях аудиоусилителей для согласования «реальной нагрузки» с импедансом или размахом напряжения, которые более удобны для усилителя.Понижающие трансформаторы используются с ламповыми усилителями, чтобы соответствовать большому размаху напряжения и высокому выходному сопротивлению ламповых цепей вплоть до уровней громкоговорителей. Повышающие трансформаторы используются для создания выходов постоянного напряжения 70 В и 100 В, используемых в индустрии фиксированного звука / фоновой музыки.

Устройства
—————————————————
Вакуумные трубки
Примерно 30 лет назад электровакуумная лампа была единственным устройством, способным обеспечить надежную и экономичную подачу электроэнергии.Лампы работают от источников питания, выдающих сотни вольт, и требуют выходных трансформаторов для обеспечения значительных уровней мощности.

Биполярные транзисторы
Биполярные транзисторы заменили вакуумные лампы как рабочую лошадку в производстве усилителей мощности отдельными устройствами, рассчитанными на десятки ампер и сотни вольт. Низкий выходной импеданс транзистора гораздо лучше подходит для нагрузки динамиков. Самым большим изменением в технологии биполярных транзисторов в новейшей истории стало появление мощных транзисторов в пластиковых корпусах.По сути, это те же детали, что и раньше, смонтированные на металлической основе, но теперь окруженные пластиком вместо традиционной металлической оболочки. Они лучше поддаются автоматизации и в конечном итоге заменят металл во всех областях применения, кроме нескольких.

МОП-транзисторы
МОП-транзисторы (полевые транзисторы на основе оксидов металлов и полупроводников) существуют почти так же давно, как и биполярные транзисторы, но только недавно они стали важным фактором в усилителях мощности. Существует два основных типа: вертикальный и боковой.Вертикальные МОП-транзисторы оптимизированы для коммутации и популярны в конструкциях класса D. Боковые МОП-транзисторы оптимизированы для линейной работы и используются в выходных каскадах обычных конструкций класса A/B. Они не являются заменой биполярным. Они требуют разных подходов к вождению и защите. Они не дают «лампового звука», как утверждают некоторые. При использовании «разомкнутого контура» или с низкой отрицательной обратной связью они издают «звук MOSFET». Правильно спроектированный и используемый в пределах конструктивных параметров усилитель не будет иметь характерного звука.Положительные звуковые качества, приписываемые ламповым усилителям, на самом деле являются артефактами неидеальных характеристик и характеристик перегрузки музыкального звучания, помимо электрических ограничений.

Новые устройства
Единственным заметным новым устройством в новейшей истории является IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором). Это нечто среднее между MOSFET и биполярным, стремясь получить лучшее от обоих (высокий коэффициент усиления MOSFET с низким напряжением насыщения биполярного). Эти устройства, по сути, разработаны как переключатели включения / выключения, но по крайней мере один эзотерический Hi-Fi дизайн использует их линейно.В настоящее время большой рынок для них составляют импульсные источники питания, и в конечном итоге они могут найти применение в усилителях класса D.

  CS 800X
Это основные компоненты и методы. Вероятно, 99,9% всех усилителей, с которыми вы когда-либо сталкивались, используют ту или иную комбинацию или вариацию этих частей и топологий, при этом хорошие 90% используют биполярные транзисторы в топологии класса A/B. Серии CS® и PV® являются классическими примерами этого, используя топологию класса A/B и биполярные силовые транзисторы.Причиной этого является превосходная производительность, надежность и экономичность.

  DPC 1000
Гораздо интереснее поговорить об остальных 9,9%, так что начнем. Вероятно, наиболее технически продвинутой технологией усилителей, доступной на сегодняшний день, является серия Peavey Digital Power Conversion (DPC). В то время как оригинальные DECA использовали модифицированную топологию класса D, DPC использует запатентованную улучшенную форму класса D, называемую «Управление фазовой модуляцией».

Вместо создания аудиосигнала с помощью простой широтно-импульсной модуляции или изменения рабочего цикла прямоугольной волны, фазовая модуляция использует два переключателя, работающих на одной частоте.Управляя фазовым углом или разницей во времени между двумя сигналами и обрабатывая их по-разному, выходной сигнал изменяется от полного выключения (фазовый сдвиг 0) до полного включения (180?). Этот подход не страдает от сложных проблем скорости включения и симметрии, которые ограничивают производительность обычных ШИМ. Вертикальные МОП-транзисторы являются предпочтительным устройством вывода из-за их способности очень быстро включаться и выключаться. Эта серия усилителей соответствует обещаниям, данным классом D: одностоечный DPC 1000 от Peavey выдает 1500 Вт пиковой музыкальной мощности, не превращаясь в обогреватель.Из-за сложности есть небольшая надбавка к цене. Но просто спросите любого басиста, который он предпочитает носить в своей стойке, DPC весом 12 фунтов. или обычный усилитель класса A/B мощностью 1000 Вт… Довольно!

  VX 1.5
Следующей в хит-параде высоких технологий является серия Peavey VX. В этих усилителях используется новый вариант топологии класса G/H. VX используют несколько источников питания для повышения эффективности по сравнению с обычными классами A/B, но с одной изюминкой. Наши инженеры-конструкторы придумали способ переключения между рельсами без существенных искажений (переключение) шипов, характерных для этих конструкций (подана заявка на патент).Теперь вы можете получить среднеквадратичную мощность 1500 Вт в двух стойках без необходимости скрипеть зубами каждый раз, когда барабанщик ударяет по тарелкам; Настоящая производительность Hi-Fi с типичными показателями искажений при полной мощности менее 0,008% THD+N и при полной мощности на частоте 20 кГц еще ниже 0,04% THD+N. Эти цифры превышают стандартные конструкции большинства производителей класса A/B!

  Classic 120/120
Из поколения в поколение музыканты были влюблены в звук ламповых усилителей мощности. Большинство ламповых усилителей мощности в основном представляют собой конструкции класса A/B с выходными понижающими трансформаторами.Они, несомненно, «низкотехнологичные»; однако ламповые усилители, такие как серия Peavey Classic®, по-прежнему очень популярны. Трудно точно сказать, за что люди так любят конструкции ламп. Низкий коэффициент демпфирования, вызванный выходным трансформатором и относительно высоким выходным сопротивлением электронных ламп, обеспечивает «приятное взаимодействие» с резонансами динамиков. Скорее всего, приятна для слуха уникальная характерная перегрузка вакуумной лампы (что, музыканты перегружают усилитель?). Несмотря на свою нетехнологичность, ламповые усилители стоят недешево.Лампы хорошего качества становится все труднее и труднее купить, а качественные выходные трансформаторы звуковой частоты стоят очень дорого.

Наше следующее крупное семейство усилителей — серия Peavey Architectural Acoustics. Они предназначены для стационарных установок, таких как церкви и аудитории. Эти усилители используют обычную топологию класса A/B с выходными повышающими трансформаторами для подачи напряжения 70/100 В в большие «распределенные» звуковые системы. При повышении напряжения потери в резистивной проводке становятся менее значительными.На самом деле, по той же причине коммунальные предприятия предпочитают посылать по сельской местности 20 000 вольт, а не старые добрые 110 вольт. В некоторых случаях мостовые схемы используются для прямого генерирования перепадов напряжения 70 В или, в случае устройств с аварийным питанием от батарей, для увеличения размаха сигнала и снижения резистивных потерь. В них используются традиционные подходы, оптимизированные для их приложений, где надежность и стоимость важнее, чем портативность или размер.

  PMA 70
Возвращаясь к нетрадиционному подходу, Peavey AMR PMA 70+ использует уникальный вариант класса G/H для обеспечения мгновенных уровней 100 Вт от усилителя с непрерывным выходом 35 Вт.В отличие от типичного класса G/H, PMA70+ не использует несколько напряжений фиксированной шины. Вместо этого специализированная схема удвоения напряжения генерирует более высокие напряжения по требованию. Количество доступной пиковой мощности ограничено емкостью накопителя удвоителя и скоростью перезарядки конденсаторов удвоителя. Чтобы лучше соответствовать требованиям к мощности типичных музыкальных сигналов, повышающий конденсатор перезаряжается только со скоростью, которая поддерживает 60 Вт RMS, и это термически ограничено не более чем 15 секундами непрерывного повышения.Если вы когда-либо смотрели музыку на осциллограф или даже на измеритель пиковых значений, вы заметите, что музыка достигает своих самых высоких пиков только в течение небольших долей секунды со средним уровнем мощности на 6-10 дБ ниже этого. PMA70+ обеспечивает мгновенную выходную мощность, равную усилителю мощностью 100 Вт, но по размеру и стоимости ближе к усилителю мощностью 35 Вт. Этот усилитель популярен для систем наушников в студиях звукозаписи и для небольших мониторных динамиков ближнего поля.

  RP 500
Другим предложением для студий/hi-fi является референсный усилитель мощности Peavey AMR RP 500.Используя проверенную технологию класса A/B, но с боковыми силовыми полевыми транзисторами вместо биполярных транзисторов, этот усилитель предназначен для критически важных задач студийного мониторинга. RPA обеспечивает тонны выходного тока возбуждения даже для самых экзотических (читай, плохо спроектированных) мониторных динамиков. Современная скорость нарастания, искажения и динамический диапазон гарантируют легкое воспроизведение музыки мастер-качества. Этот подход немного дороже из-за высокой стоимости боковых МОП-транзисторов и связанных с ними схем.

Если я не говорил о вашем любимом усилителе Peavey, значит, это не неуважение. Кто знает, какой усилитель мы выпустим следующим?

Усилитель Herniator Создайте свой собственный высококачественный усилитель класса D. Статья Джеффа Пота

Октябрь 2012 г.

Усилитель Herniator
Создайте свой собственный высококачественный усилитель класса D.

Статья Джеффа Пота

Уровень сложности

 

C lass D — это технология, использовался в течение нескольких десятилетий, но действительно закрепился в аудио только в последние 20 лет или около того.Spectron был ранним примером класса качества D. усилитель, используемый в Hi-Fi, а президент Джон Ульрик построил усилитель с низким уровнем искажений. коммерческий усилитель класса D назад в 1974. Spectron использует фильтр обратной связи; с точками подключения и специализированные кабели, которые обеспечивают обратную связь после кабеля динамика (у Hypex есть этот доступны на некоторых из их последних продуктов). Позже OEM-производители начали выпуск модулей и плат, подобных тем, которые сегодня используются мастерами-сделай сам. Путешествие и Bang & Olufsen имели соответствующие технологии Tripath и Icepower. используется на этом рынке и поставляется ряду крупных производителей.К ним относятся Bel Canto, Jeff Rowland, Motorola (в их очень крутом, но уродливом DCP-501 приемник) и Sonic Impact. Другим игроком был Филлипс, который заплатил инженеру поручил Бруно Путцейсу разработать технологию, теперь известную как универсальный класс D, или UCD. Phillips сохраняет за собой право на эту технологию, но компания Бруно, Hypex, лицензирует права на него у Phillips.

Я работаю с классом D примерно с 2003 года. Я начал с LC Audio, а затем перешел с модулей Zap Pulse из этой компании в UCD компании Hypex.Класс D для домашних мастеров обычно представляет собой небольшой компактный модули от поставщика, с корпусом и блоком питания от мастера. Это своего рода гибридный формат DIY, где делается тяжелое машиностроение профессионально, и трудоемкое основное строительство, выполненное строителем.

Основы Класс Д
Класс D — это топология усилителя. В аудиофилии мы часто узнать о классах A, Class AB, Push-Pull и других терминах. Класс А означает, что выходные устройства (лампы или транзисторы) работают на полную мощность все время усилитель включен.При этом выделяется большое количество бесполезного тепла, которое ограничивает мощность, которую вы можете пропустить через усилитель класса А, и требует большего источника питания, чем другие более эффективные топологии. Соответственно, Усилители класса А довольно редки, хотя несимметричные триоды, или SET, имеют посвященный следующим в аудиофилии. Твердотельный или транзисторный, класс A Усилители обычно имеют мощность от 10 до 50 Вт. Pass Labs является ключевым сторонником с использованием транзисторных выходных каскадов класса А, несмотря на ограничение мощности.Один хороший Причина этого в том, что тип искажения, называемый «кроссоверным искажением», устраняется смещением класса А. Это смещение может применяться наряду с другими детали, так что «Push Pull» не обязательно относится к классу AB, хотя обычно так оно и есть. Немного двухтактные усилители относятся к классу A, большинство OTL относятся к классу A и так далее.

Класс AB более распространен, так как это топология, которую мы видим в типичных полупроводниковые или двухтактные ламповые усилители. Вот где усилитель работает мощность через выходное устройство попеременно.Устройства вывода находятся в пары, причем одна из двух обрабатывает положительную сторону сигнала, а другой негатив. Это позволяет одному из двух устройств сделать перерыв, пока другой тянет обязанность. Существует перекрытие, чтобы обеспечить передачу обслуживания с одной трубки или транзистор к другому, чтобы быть чистым. (Технари, пожалуйста, не обращайте внимания на непрофессионализм). Давая устройствам возможность отключиться (и остыть), они могут управлять гораздо большей мощностью и достигать более высокой эффективности, отсюда и его популярность. То «А» в классе AB представляет область перекрытия.Усилитель класса B не имеет это перекрытие и, следовательно, более подвержено искажениям, особенно искажения на выходная точка 0 В, также известная как перекрестное искажение.

В классе D выходные устройства усилителя включаются и выключается быстро, обычно несколько сотен тысяч раз в секунду (от 300 до 800 кГц). Чем громче должен быть звук, тем дольше длится каждый импульс. В других Другими словами, он шире (и класс D также известен как широтно-импульсная модуляция). Этот серия импульсов не является звуковым сигналом, но при прохождении через фильтр нижних частот, импульсы сглаживаются в форму волны, подобную той, которую привыкли видеть на осциллограф.Модулируя импульсы таким образом, класс D может иметь больше «времени простоя». чем усилитель класса B/AB, и достичь очень высокой эффективности. С этим высоким эффективность достигается более высокой выходной мощностью, поскольку это два основных ограничения выходной мощности, электроснабжение и тепло, оба улучшаются за счет эффективности. Каждый ватт мощности от усилителя должен сначала пройти через источник питания, поэтому более эффективный усилитель снижает требования к источнику питания, и, таким образом, заданная мощность Источник питания может обеспечить более высокую выходную мощность усилителя с классом D по сравнению с классом D.другой усилитель топологии. Точно так же мощность, затрачиваемая схемой усилителя, тратится впустую, т.к. нагревать. Из-за низкой потери мощности (определение КПД) усилитель не так сильно нагревается, и поэтому может иметь более высокую выходную мощность до температуры становятся проблематичными. Кроме того, можно использовать радиаторы меньшего размера, и это представляет экономию пространства и средств для производителей. Кроме того, класс D может работать с очень низкими уровнями искажений, включая страшное «кроссоверное искажение».

Обратной стороной этого является необходимость в некоторых дополнительных сложность в схеме, требующая дополнительной сложности для запуска высокой переключение частоты и выходной фильтр (обычно двухполюсный LC-фильтр) для ограничить шум от высокочастотных переключающих компонентов.В некоторых конструкциях это фильтр создает фазовый сдвиг и ограничивает полосу пропускания на высоких частотах. Это большая проблема в некоторых конструкциях, но UCD работает по-другому, с обратной связью в схема применяется после выходного фильтра, а не до него. Это таким же образом обратная связь применяется в усилителях Spectron, которые известны за их высокое качество звука. Требуются дополнительные усилия для того, чтобы усилитель остается стабильным, и здесь в дело вступают инженерные решения — плохо разработанный усилитель класса D с обратной связью после фильтра будет нестабилен, потенциально повредить усилитель… или громкоговоритель. Также критично в классе D — дизайн платы — небольшие компактные платы способны контролировать шум переключения, и значительно уменьшить проблемы, связанные с поведением переключения.

Герниатор
Как Как уже упоминалось, я построил несколько усилителей класса D. Четверо из них использовали Модули Hypex; самым последним из них является Herniator. Возможно, в 2004 году я Заказал для моего друга мощный усилитель. я заказал изготовленный на заказ тороидальный трансформатор с межобмоточным экраном и флюсовой лентой, а также четыре второстепенных.Это обеспечивает по одной обмотке для каждого положительного и отрицательного блоков питания на канал. Он не только сделан на заказ для работы, но и более главное очень качественно и малошумно. Один из таких трансформаторов использовался для усилителя моего друга, другой отведен для моего. При работе с хайпекс модули или другие модули класса D, остальная часть сборки довольно просто с шасси, разъемами и блоком питания. С B&O ICEpower, некоторые даже имеют встроенные импульсные блоки питания, поэтому они просто нужно провести проводку.Hypex также производит импульсные расходные материалы, которые находятся на отдельных платы от своих продуктов для усилителей, но их почти так же просто собрать, как и Продукт ICEpower.

Herniator основан на модуле UCD400, обеспечивающем 400 wpc на 4 Ом с искажением 1% при 400 Вт (точка отсечки для измерений). При 350 Вт искажения приближаются к 0,05%, очень чистые и улучшаются по мере увеличения мощности. опускается в более низкие диапазоны. Мои динамики больше похожи на 8 Ом, так что вы только получить вдвое меньший выходной ток, но при еще меньших искажениях из-за меньшего Требования к току, предъявляемые к транзисторам.175WPC очень чистой мощности… не слишком потрепанный, моя установка, вероятно, достигает 0,03% THD или меньше от усилителя UCD. Это также мог бы сделать почти 600 WPC или в 2 Ом, прежде чем источник питания иссякнет зут. В качестве альтернативы можно было бы добавить пару дополнительных каналов… Хмммммм… Быть в курсе!

Мощность Поставка
Hypex предлагает блоки питания для так называемых «линейных» блоков питания, где трансформатор управляет выпрямительными мостами и батареей конденсаторов. В последнее время, они добавили в свой модельный ряд платы импульсного питания.Класс D усилители, которые я построил, все полагались на линейные источники питания, а не режим переключения. По иронии судьбы, даже при создании импульсного усилителя (класс D некоторые существенные сходства с импульсными блоками питания), многие люди опасения по поводу использования импульсных источников питания. Многое из этого связано к низкому качеству многих импульсных источников питания, так как плохой импульсный источник питания может шумный. Это касается не только устройства, использующего его; это также шумно для власти питающая его линия.Плохие импульсные источники питания являются ужасными источниками шума, загрязняя все, к чему они подключены, и распыляя радиочастотные помехи повсюду место. Типичное или плохое импульсное питание хуже по качеству звука и с точки зрения шума, чем все, кроме худшего линейного питания. Вы когда-нибудь замечали что многие блоки питания в наши дни (иначе настенные бородавки) очень легкие и компактные? Это расходные материалы для переключения режимов, и они, вероятно, портят ваш и без того грязный сила стены.

Современные импульсные блоки питания высокого качества, как те от Hypex, не страдайте такими же проблемами.Они могут быть чрезвычайно низкими шум, низкий импеданс и высококачественные источники питания. Так как у меня был очень высокий качественный силовой трансформатор уже в руках, я построил высококачественный линейный блок питания. Я использовал четверку сильноточных выпрямительных мостов Hexfred, малошумящий диод. мосты, задачей которых является преобразование переменного тока (AC) в постоянный ток (ОКРУГ КОЛУМБИЯ). После этого идет высокая емкость, низкое сопротивление, подача CRC. То сопротивление позволяет первому набору конденсаторов лучше подавлять источник питания шумит, но в то же время ограничивает возможность питания быстро «заправляться» накопительные конденсаторы рабочей энергии, подключенные к усилителю доски.Учитывая размер предложения и низкий текущий спрос на высокие усилителям класса эффективности D, это было определено как хороший компромисс в этом кейс.

Блок питания имеет четыре блока питания с мостовым выпрямлением, один + (положительное) и одно (отрицательное) питание для каждого канала (поэтому умножьте вышеприведенной схеме на четыре, и поместите два источника питания на канал последовательно, чтобы создать биполярное питание.) Твердотельные усилители обычно устроены таким образом. поскольку это позволяет отменить смещение постоянного тока на выходе каждого устройства вывода, в результате получается чистый выходной сигнал 0 В постоянного тока.Видите ли, равные, но противоположные. Эти выпрямители затем подайте на источник питания CRC с несколькими параллельными конденсаторами и последовательными резисторы, включенные параллельно, а также пленочные шунтирующие конденсаторы для обеспечения хорошего высокочастотное поведение. Проводка выполнена по стандарту 14 AWG и имеет низкий импеданс. путь от платы усилителя до питания конденсатора. Кроме того, модули UCD имеют шунтирующие конденсаторы, установленные на плате.

Сборка Детали
Модули монтируются на радиаторы, хотя во многих случаях в этом нет необходимости из-за высокой эффективности и, следовательно, низкого тепловыделения Цепь класса D.Большинство строителей просто монтируют их на «обычный» алюминий. проектную коробку и закругляйтесь на этом, но мне нравится быть очень консервативным в отношении тепла, и используемый радиаторный компаунд между бортовыми радиаторами и шасси радиаторы. Толстые алюминиевые радиаторы корпуса пришлось переоборудовать. шасси, представляющее собой старый корпус Odyssey Stealth, несколько раз перепрофилированный как его предыдущим владельцем, так и теперь мной. Я сделал дубовые рейки, чтобы приспособить винт образец шасси к тому из радиаторов, которые у меня были под рукой от Apexjr .В целях безопасности радиаторы должны были быть заземлены на шасси, так что достигается с помощью стопорных шайб и косички.

Используются разъемы

XLR и клеммы Cardas. С UCD по своей сути являются сбалансированным режимом (и должным образом сбалансированным — многие усилители не являются таковыми), во многом Преимущества сбалансированного режима шумоподавления могут быть достигнуты с помощью правильно сконструированный кабель RCA-XLR. Для этого требуется отрицательный и заземленный соединения должны быть связаны вместе на разъеме RCA.Достаточно легко для старого торговец проводами, как и я, поэтому несколько хороших переходных кабелей были сброшены вместе.

Как и во многих моих проектах, это не «рецепт», а скорее «как я это сделал». Без сомнения, вы получите другое шасси и другие вариантов конструкции, если вы строите усилитель UCD. Не забудьте сохранить строительный сейф. Если вы не придерживаетесь конструкции с двойной изоляцией детали, вам нужно будет заземлить шасси на «защитное заземление». Вам нужно будет по крайней мере, правильно предохраните входную проводку питания.Я не использовал изолятор между PS платы и шасси, а также скромный воздушный зазор, поэтому я решил заземлить шасси, чтобы безопасное заземление. Если вы сомневаетесь, это хороший выбор для обеспечения безопасности. я буду дорабатывать мой макет, чтобы укоротить выводы блока питания, и улучшить макет в некоторых другими способами, но это история для другого дня.

Звук Качество и заключительные примечания
Мне нравятся UCD, что должно быть очевидно из факта что я построил вокруг них несколько усилителей. Они очень слушательны, ни с чем «выпрыгнуть» как умаление.Если бы мне пришлось жаловаться, я бы, наверное, указал на чрезмерно мягкий верх, но на самом деле, это если вы ищете неприятности. Построен правильно, эти усилители (как и большинство современных, хорошо сделанных усилителей) далеки от ограничивающим фактором в правильной high-end системе. Больше индивидуальности вносит даже очень хорошие предусилители. Они тихие, мощные и хорошо себя ведут, и как таковой может использоваться с огромным разнообразием громкоговорителей и предусилителей. Они обеспечивает легкую нагрузку на предусилитель и мощный выход с низким импедансом на громкоговоритель.

Я не верю в «усилитель на все времена». Со многими конструкции с одним драйвером, усилитель с более высоким выходным импедансом или даже токовый Усилитель-источник в стиле «First Watt» Нельсона Пасса лучше подходит, принося низкие и высокие частоты, как встроенный эквалайзер. Некоторые хорошие наборы обладают жизненной силой, будь то наличие чего-то или отсутствие чего-то еще, что трудно отрицать. OTL очень крутые и могут иметь отличное качество звука — у меня есть Transcendant SE-OTL, который является очень хорошим усилителем.

При всем при этом усилитель UCD представляет собой очень качественный исполнение класса D, с высокой мощностью, малыми искажениями, низким тепловыделением и электропитанием требования и низкий уровень шума. Большинство современных динамиков были бы очень довольны этим. усилитель за ними. У меня еще не было возможности работать с последними и лучшая флагманская технология Hypex «Ncore», хотя отчеты, которые я видел, говорят чрезвычайно высоко, даже по сравнению с технологией UCD.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *