Përforcuesit tradicionalë të audios të klasave A, B dhe AB për pajisjet celulare me energji vetë-fuqishme kanë pushuar prej kohësh që t'u përshtaten zhvilluesve për shkak të efikasitetit të tyre të ulët dhe, si pasojë, konsumit të lartë të baterisë ose baterisë. Përforcuesit e klasës D kanë një efikasitet shumë më të lartë, kështu që ata plotësojnë më së miri kërkesat për pajisje moderne portative. Këta përforcues përdoren gjithashtu në pajisjet e palëvizshme (TV, kompjuterë personalë, sisteme stereo në shtëpi ose makina, madje edhe pajisje të fuqishme amplifikuese për teatro dhe sallat e koncerteve) për shkak të reduktimit në madhësi, peshë dhe çmim me parametra të krahasueshëm të cilësisë me pajisjet e gjeneratave të mëparshme. të klasave A, B dhe AB. Përparimet në teknologjinë gjysmëpërçuese në vitet e fundit kanë lejuar Texas Instruments të zhvillojë çipa për të krijuar amplifikues audio të klasit D me cilësi të lartë me fuqi maksimale dalëse që varion nga disa deri në disa qindra vat.

Shpërndarja e fuqisë së një amplifikatori që funksionon në klasën D është dukshëm më e vogël se ajo e pajisjeve të ngjashme të klasës AB që funksionojnë në të njëjtat mënyra. Kjo është ilustruar në Fig. 1 (Çipi i Teksas Instruments TPA2012D2, i krijuar për amplifikatorë portativë, është marrë si shembull).

Oriz. 1.

Nga Figura 1 shihet qartë se me të njëjtën fuqi dalëse, një përforcues i klasës D ka humbje të fuqisë disa herë më të vogla në krahasim me amplifikatorët e ngjashëm të klasës AB në të gjithë gamën e fuqisë dalëse. Fitimi më i madh arrihet në fuqinë mesatare të prodhimit. Është në këtë mënyrë që pajisjet për riprodhimin e zërit përdoren më shpesh. Vetitë e shënuara plotësohen nga Fig. 2, duke ilustruar varësinë e efikasitetit nga fuqia dalëse e të njëjtëve amplifikatorë në mënyrat e matjes të ngjashme me Fig. 1. Në fuqitë e ulëta dhe të mesme, efikasiteti i një amplifikuesi të klasës D është dy deri në tre herë më i lartë se ai i një amplifikuesi të klasës AB.

Oriz. 2.

Krahasimet e efikasitetit dhe shpërndarjes së fuqisë për amplifikatorët me fuqi dalëse shumë të ulët mund të mos favorizojnë amplifikatorët e klasës D për shkak të fuqisë relativisht të lartë të modulatorit me frekuencë të lartë që konverton sinjalin analog në impulse të valëve katrore me modulim të gjerësisë së pulsit (PWM). Për këtë arsye, amplifikatorët linearë të klasës AB me fuqi dalëse shumë të ulëta ndonjëherë preferohen nga klasa D. Parimi i funksionimit të amplifikatorit më të thjeshtë të klasës D pa reagime është ilustruar në figurën 3.

Oriz. 3.

Sinjali i hyrjes së parapërforcuesit është i moduluar me valë trekëndore për ta shndërruar atë në impulse të moduluara me gjerësi pulsi, të cilat përforcohen nga faza e daljes në modalitetin e ndërprerësit. Më pas, filtri me kalim të ulët LC integron impulse me kohëzgjatje të ndryshme dhe ndërpret komponentët me frekuencë të lartë të spektrit, duke lënë vetëm sinjalin e zgjedhur të frekuencës audio. Oshilogramet e procesit PWM për një përforcues të klasës D të bërë duke përdorur një qark urë janë paraqitur në Fig. 4. Modulimi në amplifikatorët e klasës D mund të kryhet në mënyra të ndryshme, por PWM është më i zakonshmi.

Oriz. 4.

Sinjali audio krahasohet me një formë vale me dhëmbë sharrë ose trekëndore të një frekuence fikse. Përforcuesi i parë në figurën 3 është i nevojshëm për të para-amplifikuar dhe anuar sinjalin në nivelin e dëshiruar. Përforcuesi i dytë dhe gjeneratori i tensionit trekëndësh formojnë një modulator PWM. Në figurën 4, kohëzgjatja e pulseve të moduluara në gjerësi është proporcionale me nivelin e sinjalit analog të hyrjes. Qarku i urës kërkon impulse PWM me polaritet të kundërt për të kontrolluar këmbën tjetër të urës. Figura 3 dhe 4 tregojnë versione të thjeshtuara të qarqeve. Në qarqet reale të amplifikatorëve të klasës D, gjeneratorët e kohës së pauzës midis pulseve futen domosdoshmërisht për të parandaluar aktivizimin e njëkohshëm të dy transistorëve të daljes dhe eliminimin e rrymave. Modulimi dhe frekuenca e ndërprerjes së filtrit të kalimit të ulët zakonisht zgjidhet disa herë më e lartë se frekuenca e sipërme e ndërprerjes së amplifikatorit. Zgjedhja e elementeve të filtrit LC duhet të trajtohet me shumë kujdes. Kësaj çështjeje i kushtohet vëmendje e veçantë në dokumentacionin e prodhuesit dhe udhëzimet për përdorim.

Texas Instruments prodhon IC për krijimin e amplifikatorëve të klasës D me fuqi të ulët, të mesme dhe të lartë. Parametrat për amplifikatorët e klasës D me fuqi të ulët janë paraqitur në Fig. 5 dhe në tabelë. 1.

Oriz. 5.

Tabela 1. IC të Texas Instruments për amplifikatorët e klasës D me fuqi dalëse të ulët dhe të mesme (hyrje analoge)

Para së gjithash, këto çipa janë të destinuara për integrim në pajisjet mobile. Shumica dërrmuese e amplifikatorëve të tillë janë projektuar për një tension furnizimi nga 2,5 në 5,5 V, por çipi i amplifikatorit me një kanal TPA2013D1 ka një gamë të tensionit të furnizimit të zgjeruar nga 1,8 në 5,5 V falë një konverteri të integruar të rritjes DC/DC ( DC/DC i përforcuar). Kjo bëri të mundur sigurimin e fuqisë dalëse konstante në të gjithë gamën e tensioneve të furnizimit operativ në krahasim me amplifikatorët konvencionalë të klasës D, gjë që ilustrohet qartë në Fig. 6.

Oriz. 6.

Me një fuqi dalëse prej rreth 1,5 W në intervalin e tensionit të furnizimit nga 2,3 në 4,8 V, karakteristika është brenda ±0,1 W. Shumica e amplifikatorëve konvencionalë të kësaj klase kanë një varësi pothuajse lineare të fuqisë maksimale të daljes nga tensioni i furnizimit. Avantazhi i amplifikatorëve me një konvertues të integruar DC/DC është aftësia për të funksionuar me një tension shumë më të ulët të baterisë (ose me një shkarkim më të thellë), gjë që rrit shkallën e përdorimit të një burimi autonom të energjisë.

Diagrami bllok i mikroqarqeve TPA2013D1 dhe TPA2014D1 me një konvertues të integruar DC/DC përforcues është paraqitur në Fig. 7.

Oriz. 7.

Mikroqarqet ofrojnë mbrojtje kundër ndërrimit të padëshiruar kur ndërroni një konvertues përforcues DC/DC. Stabilizuesi i integruar siguron stabilitet të karakteristikave në një gamë të gjerë tensionesh furnizimi. Nëse është e nevojshme, dalja e konvertuesit përforcues DC/DC mund të përdoret për të fuqizuar qarkun shtesë me fuqi të ulët në një pajisje portative. Nëse shikoni nga afër parametrin PSSR (raporti i shtypjes së zhurmës së furnizimit me energji) në tabelë. 1, është për t'u habitur që janë amplifikatorët me boost të integruar DC/DC që kanë vlera dukshëm më të mira të këtij parametri (91...95 dB) krahasuar me amplifikatorët e tjerë të kësaj klase.

Ndër amplifikatorët me fuqi dalëse të ulët dhe të mesme, ekziston gjithashtu një i specializuar për të punuar me një emetues piezoceramic me një kapacitet të lejueshëm deri në 1,5 µF. Në këtë rast, lëkundja e tensionit të daljes në një ngarkesë kondensative arrin 19 V (pika në kulm) me një tension minimal të lejueshëm të furnizimit prej vetëm 2,5 V. Ju lutemi vini re se parametri (THD + N), i cili karakterizon shtrembërimin total harmonik së bashku me komponentët e zhurmës, matet në një frekuencë prej 1 kHz në gjysmën e fuqisë së vlerës maksimale të lejueshme.

Në Fig. Figura 8 tregon një navigator për zgjedhjen e çipave të amplifikatorëve të klasës D me fuqi të lartë (numërimi i fuqisë së lartë për këtë klasë të amplifikatorëve Texas Instruments fillon me 3 W).

Oriz. 8.

Parametrat kryesorë të këtyre mikroqarqeve janë përmbledhur në tabelë. 2. Disa nga mikroqarqet e paraqitura në Fig. 8 dhe në tabelë. 2 i referohen vetëm produkteve të shpallura, kështu që disponueshmëria e mostrave duhet të kontrollohet në faqen e internetit të prodhuesit.

Tabela 2. IC të Texas Instruments për amplifikatorët e klasës D me dalje të lartë (hyrje analoge)

Bazuar në çipat e Texas Instruments, është e mundur të projektohet një përforcues i klasës D me një fuqi dalëse deri në 300 W me një tension maksimal furnizimi deri në 50 V.

Me interes të madh për zhvilluesit mund të jenë mikroqarqet e reja me dy kanale për amplifikatorët e kësaj klase TPA3122D2 dhe TPA3125D2 në një paketë DIP20.

Oriz. 9.

Oriz. 10.

Kjo paketë është më e lehtë për t'u montuar dhe shtrirë sesa paketat BGA në miniaturë me plumb. Diagrami i lidhjes për këta amplifikues stereo është i thjeshtë dhe është paraqitur në Fig. 11. Parametrat që korrespondojnë me TPA3125D2 (fuqia deri në 10 W) janë të theksuara me blu, TPA3122D2 (fuqia deri në 15 W) janë theksuar me të kuqe.

Oriz. njëmbëdhjetë.

Mikroqarqet kanë dy hyrje të kontrollit të fitimit (katër nivele), si dhe aftësinë për të fikur (Fikje) dhe heshtje të zërit (Mute). Në Fig. Figura 11 tregon opsionin më të zakonshëm për ndezjen e një amplifikuesi me dy kanale në modalitetin SE (Dalja e vetme me fund - ngarkesa është e lidhur me secilin kanal - modaliteti "stereo"). Për të rritur ndjeshëm fuqinë dalëse të mikroqarqeve në shqyrtim, është e mundur të krijohet një përforcues urë me një kanal nga dy kanale të një mikroqarku (qarku BTL - Ngarkesa e lidhur me urën - lidh një ngarkesë me një qark urë). Diagramet skematike për lidhjen e mikroqarqeve TPA3125D dhe TPA3122D për versionin urë të amplifikatorit të klasës D janë dhënë në dokumentacionin e prodhuesit për këta amplifikues. Në Fig. Figurat 9 dhe 10 tregojnë varësinë e fuqisë dalëse nga tensioni i furnizimit në të njëjtat kushte matjeje për qarqet në modalitetin stereo (SE) dhe për versionin e urë (qark BTL).

Matja maksimale e fuqisë dalëse vlerësohet me një vlerë specifike të shumës së të gjithë përbërësve të shtrembërimit harmonik dhe zhurmës (THD + N). Kur kaloni në një qark urë duke përdorur të njëjtat tensione të furnizimit, rezistencën e ngarkesës dhe shtrembërimin total të sinjalit, fuqia e daljes rritet disa herë. Prandaj, në amplifikatorët e fuqishëm zakonisht përdoret një qark urë. Vetëm një çip në një paketë DIP20 me këtë lidhje ju lejon të krijoni një përforcues me një fuqi dalëse maksimale prej rreth 50 W me një tension furnizimi prej 30 V.

Zhurma dhe shtrembërimi jolinear

Informacioni bazë rreth sinjalit audio është i koduar nga gjerësia e pulsit në daljen e modulatorit. Nevoja për të futur një vonesë me sasinë e pauzës shkakton shtrembërime jolineare proporcionale me devijimin nga kohëzgjatja e saktë e pulsit të modulimit. Koeficienti i zbutjes së zhurmës së furnizimit me energji PSSR ka një ndikim të fortë në zhurmë. Për shkak të rezistencës së ulët, zhurma nga furnizimi me energji mund të transmetohet drejtpërdrejt te altoparlanti. Filtri i kalimit të ulët ndërpret komponentët me frekuencë të lartë, por lejon që zhurma me frekuencë të ulët të kalojë. Për zërin me cilësi të lartë, duhet të zgjidhni mikroqarqe me një koeficient të lartë të dobësimit të ndërhyrjes nga burimi i energjisë. Një zgjidhje efektive për këto probleme është futja e reagimit të thellë, siç bëhet në shumë amplifikatorë linearë. Reagimet nga hyrja e filtrit me kalim të ulët rrit shumë PSSR dhe redukton shtrembërimin dhe zhurmën totale që shfaqet përpara filtrit LC. Shtrembërimi në vetë filtrin mund të reduktohet duke lidhur një altoparlant me qarkun OS. Në amplifikatorët e klasës D të mirë-projektuar me qark të mbyllur, një faktor total i shtrembërimit harmonik prej më pak se 0,01% është realisht i arritshëm.

Përfundimet kryesore

Gjithnjë e më shumë pajisje të reja audio po krijohen bazuar në përforcuesit ekonomikë dhe efikasë të klasit D, përvoja shumëvjeçare dhe teknologjitë e reja të Texas Instruments e lejojnë atë të ndihet i sigurt në këtë treg shumë konkurrues. Përforcuesit e klasës D bëjnë të mundur, duke rritur efikasitetin, të zvogëlojnë disa herë dimensionet duke eliminuar ose zvogëluar ndjeshëm madhësinë e radiatorëve në qarqet me fuqi të lartë. Kërkohet një furnizim më pak i fuqishëm me energji elektrike, gjë që ul më tej çmimin e pajisjes përforcuese. Texas Instruments prodhon tabela demo për shumë nga çipat e diskutuar në këtë artikull. Ju mund të njiheni me zgjidhjet për ndërtimin e sistemeve audio në faqen e internetit të prodhuesit në seksion www.ti.com/audio, dhe për sistemet e menaxhimit të energjisë - në seksion www.power.ti.com.

Marrja e informacionit teknik, porositja e mostrave, dorëzimi - e-mail:

Doli që gjithçka nuk është aq e thjeshtë, shumica e rishikimeve kishin të bënin me pajisjet e destinuara për instalim në makina dhe, gjëja më e trishtueshme, me vlerësime negative, por dukej se kishte një numër komentesh që përmendnin përforcuesin e mirë TPA3116, kështu që Fillova të kërkoja diçka bazuar në të.

Pra, heroi i rishikimit të sotëm:


Përforcues me dy kanale Breeze Audio i bazuar në çipin TPA3116.
Strehimi: alumini i bluar, gjerësia 90 mm, lartësia 35 mm, thellësia 120 mm.
Kontrollet: çelësi i energjisë dhe kontrolli i volumit
Lidhës: hyrje përmes 2 tulipanëve, dalje përmes fuçive të kontaktit me fiksim me vidë.
Fuqia: 12-24 V, fole 5.4 mm

Pra, çfarë doli nga e gjithë kjo?


Epo, para së gjithash, trupi. Duket mjaft mirë. E bërë nga alumini i bluar, i lëmuar pa probleme dhe ka një përfundim të këndshëm mat. Mbishkrimet janë aplikuar mjeshtërisht dhe, më e rëndësishmja, mjaft modeste, pa shfaqje kineze. Krahasuar me amplifikatorin origjinal të altoparlantëve të mi, kjo kuti është thjesht në miniaturë dhe jashtë zakonit, nuk mund ta besoj se është e aftë për asgjë. Në pjesën e përparme të kutisë ka një ndërprerës të rreptë metalik, një LED i vogël (dhe, më e rëndësishmja, jo shumë i ndritshëm) që tregon funksionimin dhe një potenciometër të kontrollit të volumit me një dorezë metalike. Panelet e përparme dhe të pasme janë të vidhosuara në trup duke përdorur vida me kokë gjashtëkëndore të montuara në rrafsh: rreptësisht dhe me kujdes.

Furnizimi me energji nuk është i përfshirë, shitësi ofron për 8 dollarë për të shtuar një lloj njësie 12V, nuk e di se çfarë fuqie. E refuzova këtë ofertë bujare, për fat të mirë gjeta një përshtatës të vjetër nga Thinkpad dhe gjithashtu të prodhuar nga IBM në kuti.

Sa i përket lidhjes audio, hyrja bëhet me tulipanë klasikë, por, natyrisht, ata kursyen disa para në kontaktet e daljes. Jo një ekspert në llojet e lidhësve, por ato janë vida të shpuara nga ana në një kënd prej 90 gradë, në të cilat futen telat nga altoparlantët dhe shtypen sipër me dado krahësh. Në teori, terminalet e pranverës nuk zënë shumë më tepër hapësirë, nuk kushtojnë më shumë dhe janë shumë më të përshtatshëm për t'u përdorur: është më e lehtë të futësh një tel, edhe nëse nuk është i kallajuar dhe është më e vështirë të lidhesh me qark të shkurtër. dy kontakte me një "bisht" të dalë rastësisht. (Më poshtë në komente ata shpjeguan se nuk keni nevojë të shtypni telin me arra, por blini lidhës me banane dhe lidheni përmes tyre. Është si Hi-Fi dhe shumë më i mirë se terminalet. =)

Hapa kutinë për të parë se çfarë kishte brenda. Duket mjaft i zoti, saldimi është normal, megjithëse fluksi nuk është larë. Por nuk u mërzita të hiqja radiatorin për të parë shenjat e çipave, mund të më hidhni domate, isha shumë dembel. Pra, le t'i besojmë kinezëve se ka një TPA3116D2 të bukur atje.

Dhe së fundi, dhe më e rëndësishmja, po në lidhje me tingullin? Këtu është gjithçka më e vështirë. Une vertet e pelqej ate. Tingëllon shumë më mirë se amplifikuesi origjinal Microlab (të paktën siç e mbaj mend unë). Basi është i pasur, mjaftueshëm për mua, mesin janë të përcaktuara mirë. Skena është mjaft e lexueshme, ka thellësi. Kjo është e mjaftueshme për të dëgjuar me volum mesatar në një dhomë të vogël. Por këtu duhet të kuptoni që unë nuk jam audiofil, nuk i kuptoj ndërlikimet e telave të artë, por testoj cilësinë e zërit në riprodhimin mp3 =)

Gjëja kryesore që duhet të theksohet është se kjo kuti nuk bën zhurmë gjatë pauzave, nuk fryn gjatë kompozimeve të ngopura dhe rregullon volumin pa probleme përmes kanaleve dhe pa zhurmë. Dhe fakti që nuk ka llamba që dalin jashtë, që nuk nxehet si hekuri i klasit A ​​apo djalli me të, ai bën punën e vet dhe kjo është në rregull.

Këtu ndoshta do ta mbyll këtë përmbledhje të shkurtër, ju falënderoj të gjithëve për vëmendjen tuaj.