Bateryjny mini wzmacniacz mocy

Budowa i działanie

Moduł bazuje na układzie IS31AP4088D, który zawiera stereofoniczny mostkowy wzmacniacz mocy zdolny dostarczyć do obciążenia 4 Ω moc 2×2,5 W przy zasilaniu z 5 V. Strukturę wewnętrzną układu przedstawiono na rysunku 1.

Rysunek 1. Struktura wewnętrzna IS31AP4088D (za notą ISSI)

Układ składa się z dwóch wzmacniaczy operacyjnych w każdym kanale. Pierwszy z nich objęty pętlą sprzężenia zwrotnego (zewnętrzne rezystory) wzmacnia sygnał wejściowy odwracając jego fazę. Sygnał po wzmocnieniu doprowadzony jest do wyjścia OUTA-. Drugi wzmacniacz, także odwracający fazę ale o wzmocnieniu 1 V/V wypracowuje sygnał dla wyjścia OUTA+. Głośnik podłączony pomiędzy OUTA+/– zasilany jest sygnałem o praktycznie podwójnej amplitudzie w porównaniu z klasyczną konfiguracją SE. Największą zaletą układu mostkowego jest możliwość osiągnięcia większej mocy wyjściowej z niższego napięcia zasilania oraz brak konieczności stosowania kondensatorów separujących głośnik. Drugi kanał działa identycznie.

Rysunek 2. Schemat modułu wzmacniacza

Ze względu na zastosowanie wzmacniaczy liniowych, pracujących w klasie AB, aplikacja nie zawiera drogich elementów indukcyjnych i nie sprawia problemów z EMC, ale posiada nieco niższą sprawność energetyczną. Schemat układu wzmacniacza pokazany jest na rysunku 2. Sygnał wejściowy INA/INB ze złącza J1, poprzez kondensatory separujące C3, C4 wyznaczające dolną granice pasma przenoszenia, doprowadzony jest do wejść wzmacniacza U1. Rezystory R1, R2 i R3, R4 ustalają wzmocnienie różnicowe układu Av=2·(R1/R2). Wzmocniony sygnał dostępny jest na złączach OUTA, OUTB.

Zasilanie układu 2,7...5,5 V doprowadzone jest także przez złącze J1-1 (VCC) J1-2 (GND). Sygnał SHD umożliwia wprowadzenie U1 w tryb obniżonego poboru mocy, poprzez zwarcie wyprowadzenia J1-3 do masy.

Montaż i uruchomienie

Wzmacniacz zmontowany jest na dwustronnej płytce drukowanej, której schemat i rozmieszczenie elementów pokazano na rysunku 3. Montaż jest klasyczny i nie wymaga opisu. Należy zadbać o poprawne przylutowanie wkładki radiatorowej U1, gdyż rozpraszanie ciepła odbywa się poprzez miedź płytki drukowanej. W przypadku silnego obciążenia układu odprowadzanie ciepła należy polepszyć poprzez doklejenie niewielkiego radiatora BGA bezpośrednio do obudowy U1. Zmontowany moduł wzmacniacza pokazano na fotografii tytułowej.

Rysunek 3. Schemat i rozmieszczenie elementów na płytce PCB

Uruchomienie wzmacniacza warto przeprowadzić z zasilacza laboratoryjnego z ograniczeniem prądu. Po podłączeniu głośników o impedancji 4...8 Ω i mocy większej niż 3 W, źródła sygnału i zasilacza, należy sprawdzić pobór prądu oraz poprawność funkcjonowania wzmacniacza U1 w trybie obniżonego poboru mocy i aktywnym, w całym zakresie zasilania 2,7...5,5 V.

Podczas praktycznych testów wzmacniacz obciążony głośnikami 4 Ω, pracował poprawnie, oczywiście z obniżoną mocą, także z jednego ogniwa AA.

Nie jest to cecha udokumentowana, ale przy zasilaniu bateryjnym pozwoli wykorzystać ogniwa do ostatniego elektronu….

Adam Tatuś
adam.tatus@ep.com.pl