Stereofoniczny wzmacniacz klasy D o mocy 2×50 W

Stereofoniczny wzmacniacz klasy D o mocy 2×50 W
Pobierz PDF Download icon
W artykule opisano rozwiązanie stereofonicznego wzmacniacza końcowego klasy D o mocy 2×50 W przy obciążeniu 8 V. Wzmacniacz jest oparty na najnowszym układzie scalonym firmy Texas Instruments typu TPA3244. To rozwiązanie zapewnia dużą sprawność przy jednocześnie sporej mocy wyjściowej. Rekomendacje: wysokiej klasy wzmacniacz, który przyda się przy budowie domowego amplitunera, kina domowego, sprzętu car audio itp.

Od wycofania z produkcji popularnych końcówek LM3886/LM3875 firma Texas Instruments konsekwentnie rozwija linię „cyfrowych” wzmacniaczy z serii TPA32xx. Opisywany moduł oparto na układzie TPA3244 zawierającym cztery konfigurowalne kanały wzmacniacza mocy, ze wspólnymi obwodami załączenia, wyciszania i zabezpieczeń, które w modelu skonfigurowano jako dwie końcówki mocy w układzie BTL. Wzmacniacz może znaleźć zastosowanie w wielokanałowych układach wzmacniających na przykład kina domowego, w instalacjach samochodowych zasilanych napięciem 24 V lub jako element toru aktywnego zestawu głośnikowego.

Schemat ideowy wzmacniacza pokazano na rysunku 1. Układ TPA3244 pracuje zgodnie z notą aplikacyjną. Skonfigurowano go jako dwukanałową końcówkę w topologii BTL (wzmacniacz mostkowy) przez podanie poziomu niskiego na wyprowadzenia M1 i M2. Kanały są oznaczone „A” i „B”. Sygnał wyjściowy przed doprowadzeniem do zacisków wyjściowych OUTA/OUTB jest poddawany filtracji dolnoprzepustowej za pomocą dławików L1…L4 i kondensatorów C1…C4, C7…C10. Ze względu na duże natężenie prądu wyjściowego oraz impulsowy charakter pracy dobór elementów filtrujących jest krytyczny. W modelu zastosowano cewki na rdzeniach proszkowych Laird MGV-1207 oraz metalizowane kondensatory polipropylenowe MKP Epcos, co minimalizuje straty i pozwala na zachowanie bardzo dobrej jakości sygnału. Filtr wyjściowy oraz kondensatory sprzęgające są dobrane arbitralnie do współpracy z obciążeniem z zakresu 6…8 V.

Jak w każdym obwodzie impulsowym, a szczególnie w układzie, w którym są przełączane spore moce, jest wymagana szczególna uwaga przy projektowaniu toru zasilania oraz odpowiednie filtrowanie napięcia zasilającego, które w modelu zapewniono przez kondensatory C17…C20 umieszczone bezpośrednio przy wyprowadzeniach U1. Dodatkowo, kondensatory CE1 i CE2 o łącznej pojemności 4,4 mF o małej rezystancji ESR stanowią lokalny bufor energii.

Płytka wymaga zewnętrznego źródła zasilania o napięciu 18…30 V doprowadzonego do złącza PWR, o odpowiedniej do obciążenia wydajności prądowej. Prototyp był zasilany napięciem 30 V. Dostarczał do obciążenia 8 V moc 2×50 W przy zniekształceniach THD +N poniżej 1%. Sprawność układu dochodzi do 90%. Do zasilania może być użyty typowy zasilacz impulsowy 24...28,8 V z ograniczeniem prądu, o mocy minimum 150 W lub typowy układ prostownika mostkowego na szybkich diodach z kondensatorem filtrującym o pojemności minimum 22 mF, zasilany z transformatora toroidalnego 24 V o mocy co najmniej 200 VA.

Do zapewnienia napięcia zasilającego 12 V zastosowano stabilizator U2 typu LM317HV w typowym układzie aplikacyjnym. Rezystor R5 ogranicza straty w U2. Napięciem +12 V jest zasilany również stabilizator 3,3 V z diodą Zenera DZ zapewniający zasilanie układu U3, tj. generatora sygnału zerowania typu MCP100T. Dioda PWL sygnalizuje obecność zasilania wzmacniacza. Kondensatory C24…C30 pracują w filtrach wewnętrznych obwodów zasilania układu U1. Kondensatory C13…C16 są elementami obwodów polaryzacji tranzystorów mocy półmostków.

Sygnał wejściowy jest podawany na gniazda INA i INB. Powinien mieć maksymalną amplitudę 4 Vpp. Przed wzmocnieniem za pomocą U1, kondensatory CE9…CE12 separują składową stałą, a człony RC złożone z rezystorów R12…R15 oraz kondensatorów C31…C34 filtrują zakłócenia w.cz. Sygnał wejściowy audio musi być symetryczny. Jeżeli dostępny sygnał jest niesymetryczny, można zastosować symetryzator z układem SSM2142 lub odwracacz fazy sygnału o wzmocnieniu jednostkowym zbudowany np. w oparciu na układzie NE5532.

Na złącze ERR są dostępne statusy sygnału U1: CLI – przesterowania i przekroczenia temperatury, FLT – SHDN wyłączenia awaryjnego układu. Wyjścia są typu otwarty dren i mogą być zasilane napięciem 3,3 V.

Ze względu na traconą moc układ U1 ma pad termiczny przylutowany do warstwy masy płytki drukowanej. Przy forsownej pracy warto wyposażyć TPA3244 w dodatkowy radiator np. SK437-50 przymocowany od „góry” za pomocą śrub M3 i dwustronnej, samoprzylepnej taśmy termoprzewodzącej. Należy zwrócić uwagę na wysokość elementów w otoczeniu układu U1, aby nie dopuścić do zwarcia z radiatorem poprzez wykonanie odpowiednich podfrezowań w jego krawędziach w wypadku trudności z zakupem elementów SMD o obniżonej wysokości. W razie forsownej pracy lub wysokiej temperatury otoczenia można wymusić dodatkowy przepływ powietrza wentylatorem.

Wzmacniacz zmontowany jest na dwustronnej płytce drukowanej, rozmieszczenie elementów pokazano na rysunku 2. Montaż jest typowy i nie wymaga opisywania. Uruchomienie najlepiej przeprowadzić, korzystając z zasilacza laboratoryjnego z ograniczeniem prądowym przy obniżonym np. do 15 V napięciu zasilania, sprawdzając działanie każdego z kanałów.

Adam Tatuś, EP

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
lipiec 2017
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik wrzesień 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio październik 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

Automatyka Podzespoły Aplikacje wrzesień 2020

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna wrzesień 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich wrzesień 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów