wersja mobilna | kontakt z nami

Wzmacniacz audio klasy D o mocy do 2×50 W

Numer: Luty/2016

Wzmacniacze audio cieszą się nieustającym zainteresowaniem elektroników. Dawniej były one bardzo trudne do wykonania, a do uruchomienia wymagały wiedzy i specjalistycznego sprzętu - np. oscyloskopu. Współcześnie, dzięki zastosowaniu układów scalonych, wykonanie wzmacniacza jest znacznie łatwiejsze i dostępne praktycznie dla każdego. Rekomendacje: niewielka końcówka stereofoniczna średniej mocy pracująca w klasie D, która znajdzie zastosowanie w nagłośnieniu samochodu, aktywnych zespołach głośnikowych lub w PC-audio.

Pobierz PDFMateriały dodatkowe

Moduł wzmacniacza jest oparty na układzie TPA3116 zawierającym dwa kanały mostkowego wzmacniacza mocy, ze wspólnymi obwodami załączenia, wyciszania i zabezpieczeń. W zależności od zastosowanego typu układu U1 możliwe jest - bez zmian schematu i płytki drukowanej - dopasowanie mocy, impedancji obciążenia wzmacniacza. Parametry wzmacniacza, zależnie od zastosowanego układu scalonego i napięcia zasilania, wymieniono w tabeli 1. Zmontowana płytka jest gotowym blokiem funkcjonalnym systemu audio.

Rysunek 1. Schemat ideowy modułu wzmacniacza mocy

Schemat ideowy wzmacniacza mocy zamieszczono na rysunku 1. Układ U1 (w modelu zastosowano TPA3116 o mocy 2×50 W) pracuje w podstawowej aplikacji, zgodnej z notą aplikacyjną firmy Texas Instruments. Wzmacniacze mocy poszczególnych kanałów są wykonane w układzie mostkowym, co umożliwia osiągnięcie sporej mocy wyjściowej bez konieczności używania przetwornic podwyższających napięcie zasilania lub zasilania symetrycznego.

Moc przy zastosowaniu układu TPA3116, "najmocniejszego" układu z rodziny, podawana przez producenta przy zasilaniu 21 V to 2×50 W przy obciążeniu 4 V. Moc wyjściowa osiągana w rzeczywistości w dużej mierze zależy od jakości źródła zasilania i skuteczności odprowadzenia ciepła ze struktury układu.

Rysunek 2. Schemat montażowy modułu wzmacniacza mocy

Sygnał wyjściowy po przejściu przez filtr dolnoprzepustowy zbudowany z dławików L1 i L2 oraz kondensatorów C5...C10 jest doprowadzony do zacisków wyjściowych O1 (dla "górnego" kanału). Kondensatory C13 i C14 oraz rezystory R1 i R2 kompensują wzrastającą wraz z częstotliwością impedancję obciążenia. Kondensatory C1...C4 są elementami układu polaryzacji bramek tranzystorów mocy. Zespoły kondensatorów C17... C20, CE1...CE4 (low ESR) filtrują zasilanie wzmacniacza U1. Obwód złożony z rezystorów R8 i R9 umożliwia zewnętrzne wyciszanie układu poprzez rozwarcie wyprowadzeń złącza SDN. Ułatwia to realizację jednoczesnego włączenia w przypadku układów wielokanałowych oraz wykonanie układu opóźnionego załączania wzmacniacza.

Układ ma wzmocnienie ustalone na 20 dB. Wejścia układu są symetryczne, co ułatwia doprowadzenie sygnału dłuższymi przewodami (skrętka) oraz zwiększa odporność na zakłócenia. Kondensatory C22...C25 eliminują składową stałą. Jeżeli nie dysponujemy sygnałem symetrycznym, na płytce przewidziano zwory ZW1, ZW2 zwierające nieodwracające wejście wzmacniacza do masy. W tym przypadku sygnał wejściowy należy doprowadzić pomiędzy wejścia nieodwracające, a masę złącza IN.

Wzmacniacz jest zmontowany na dwustronnej płytce drukowanej, której schemat montażowy pokazano na rysunku 2. Montaż jest typowy i nie wymaga opisu. Ze względu na wydzielaną moc układ U1 wymaga montażu radiatora o odpowiedniej powierzchni, dostosowanej do wydzielanej mocy. Przy użyciu TPA3118 lub TPA3130 odprowadzenie ciepła odbywa się przez pad termiczny od spodu układu, który w tym celu musi być poprawnie przylutowany do masy.

Wykaz elementów

Rezystory:
R1...R5: 3,3 Ω/0,5 W (SMD 1206)
R6, R8: 100 kΩ/1% (SMD 0805)
R7: 5,6 kΩ/1% (SMD 0805)
R9: 1 kΩ/1% (SMD 0805)

Kondensatory: (SMD 0805, X5R, 50 V)
C1...C4: 0,22 µF
C5...C8, C22...C25: 0,68 µF/63 V(polipropylenowy R=5 mm)
C9...C12, C17, C19: 1 nF/50 V
C13...C16: 10 nF/50 V
C18, C20, C21: 0,1 µF
C26: 1 µF (foliowy R=5 mm)
CE1...CE4: 470 µF/35 V (elektrolit. Low ESR,R=5 mm)

Półprzewodniki:
U1: TPA3116 (HTSSOP32 z radiatorem)

Inne:
IN: złącze KK6 proste
L1...L4: 10 mH (dławik DE1207-10)
O1, O2, PWR: złącze ARK2/5 mm
SDN: złącze KK2, proste

Rysunek 3. Schemat połączeń modułu wzmacniacza

Układ TPA3116 ma wkładkę w górnej części i wymaga zastosowania radiatora o możliwie dużej powierzchni. Do mocowania radiatora przewidziano dwa otwory w płytce drukowanej. Do jego wykonania doskonale nadają się przycięte kawałki radiatorów z układów BGA, kawałek profilu aluminiowego C lub gruby płaskownik aluminiowy.

Należy tylko pamiętać o użyciu odpowiedniej pasty termoprzewodzącej i zachowaniu należytego dystansu od kondensatorów w otoczeniu układu U1. Gdy nie przewidujemy zbyt forsownej pracy wzmacniacza, do odprowadzenia ciepła wystarczy niewielki radiator BGA naklejany na układ.

Schemat dołączenia modułu wzmacniacza pokazano na rysunku 3. W zależności od rodzaju źródła sygnału wejściowego należy:

  • Dla sygnału niesymetrycznego zewrzeć zwory ZW1, ZW2 i dołączyć do złącza IN zgodnie z rysunkiem 3.
  • Dla sygnału symetrycznego zwory muszą być rozwarte, a sygnał doprowadzony zgodnie z opcją wyróżnioną linią przerywaną.

Tabela 1. Podstawowe parametry układów z rodziny TPA31xxD2

W zależności od długości połączenia konieczne może być zastosowanie przewodów ekranowanych. Do zasilania układu można wykorzystać typowy zasilacz nieregulowany o odpowiedniej wydajności i pojemnościach filtrujących (powyżej 10 mF) lub lepiej i taniej - modułowy zasilacz impulsowy.

Adam Tatuś, EP

Pozostałe artykuły

Dozownik detergentu, czyli czas na elektronizację WC

Numer: Czerwiec/2016

Aby utrzymać toaletę w czystości, często korzysta się z detergentów w postaci krążków zatapianych w wodzie, zawieszek i podobnych artykułów higienicznych. Mają one wiele wad, zaczynając od ceny, poprzez krótki czas działania i bardzo nierównomierne dawkowanie. W supermarketach budowlanych można też znaleźć mechaniczny dozownik automatyczny, sterowany poziomem wody, ale wymaga on kupna drogiego preparatu i działa dobrze ...

Przedwzmacniacz audio. cz. 1

Numer: Czerwiec/2016

Jakość toru sygnałowego jest tak dobra, jak jest dobry jego najsłabszy element. Ta zasada dotyczy również elektroakustycznego toru sygnałowego. Entuzjaści dobrego brzmienia wkładają dużo wysiłku i ponoszą spore wydatki na skompletowanie dobrego źródła sygnału, wzmacniacza mocy i zestawów głośnikowych. Ci bardziej "ortodoksyjni" wierzą w zbawienny wpływ materiałów, z których są wykonane kable sygnałowe, głośnikowe, ...

Przetwornik audio DAC z interfejsem USB i układem scalonym AD1852

Numer: Czerwiec/2016

Opisywane urządzenie jest alternatywą dla DAC USB z PCM5102 dla bardziej wymagających użytkowników. Dzięki zastosowaniu wysokiej jakości elementów oraz "wysokonapięciowego" toru analogowego, może z powodzeniem konkurować z najlepszymi urządzeniami komercyjnymi. Rekomendacje: wysokiej jakości DAC USB dla amatorów PC-audio ze znanym i cenionym przetwornikiem AD1852 firmy Analog Devices.

Moduł załączający z triakami

Numer: Maj/2016

Sterowanie urządzeniami zasilanymi napięciem 230 VAC za pomocą małogabarytowych przycisków, mikrokontrolera lub innych układów zasilanych napięciem rzędu kilku woltów jest niewykonalne z kilku powodów. Po pierwsze, takie styki (złącze) muszą przewodzić duży prąd, aby można było zasilić np. żarówkę. Po drugie, napięcie sieci energetycznej jest niebezpieczne dla życia użytkowników urządzenia. Po trzecie, prąd ...

Micro Head do gitary elektrycznej. Wzmacniacz gitarowy o mocy 25 W

Numer: Maj/2016

Wbrew pozorom, wielu muzyków ma smykałkę do elektroniki. Z jednej strony z konieczności, a z drugiej z zamiłowania. Z konieczności, ponieważ niejednokrotnie sprzęt przeznaczony do współpracy z ich instrumentami jest koszmarnie drogi. Z zamiłowania, ponieważ dzięki temu mogą tworzyć niepowtarzalne, unikatowe urządzenia nadające ciekawe brzmienie instrumentom. I chociaż opisywany projekt wzmacniacza nie wniesie niczego szczególnego ...

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Czerwiec 2017

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym