Усилитель класса D - мал, да удал

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.

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.

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.

Усилитель класса D - мал, да удал

Энергия рассеивается во всех линейных выходных каскадах, поскольку при обеспечении выходного напряжения, по крайней мере в одном транзисторе каскада, неизбежно возникает отличный от нуля ток и напряжение. 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. 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.

Благодаря совершенно иному принципу, мощность рассеяния усилителя класса D 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. Мгновенная мощность рассеяния в этом случае минимальна.

Усилитель класса D - мал, да удал

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 должен обеспечивать минимальные потери, чтобы не растерять преимущество экономичности импульсного режима работы выходного каскада. Фильтр обычно строится из емкостных и индуктивных элементов.

Усилитель класса D - мал, да удал

Таким образом, основное достоинство усилителей D-класса – высокий КПД. Однако есть и серьезный недостаток – частотный диапазон усилителя чаще всего бывает серьезно ограничен сверху. Именно это долгое время и было причиной применения этой технологии только в басовых моноблоках, рассчитанных исключительно на сабвуферное применение. Но, конечно же, с ее развитием и обычные широкополосные усилители D-класса уже давно перестали быть экзотикой и активно используются для построения домашних и автомобильных звуковоспроизводящих систем.

Компания Мастер Кит предлагает испытать преимущества таких усилителей. Рассмотрим некоторые усилители D-класса из ассортимента, предлагаемого в разделе Мультимедиа на сайте Мастер Кит.

  1. MP3116mini – усилитель НЧ D-класс 2×50 Вт с регулировкой тембра (TPA3116)

Усилитель класса D - мал, да удал

Модуль построен на базе звуковой микросхемы D-класса TPA3116. Драйверы микросхемы имеют мостовое включение. Таким образом, достигается 50 Вт выходной мощности на канал с малыми интермодуляционными помехами и низким коэффициентом искажений. Благодаря высокому КПД микросхемы, более 90%, не требуется массивных радиаторов и систем активного охлаждения. На плате установлен регулятор громкости и регуляторы тембра ВЧ и НЧ, что делает усилитель боле удобным в применении.

Технические характеристики

  Напряжение питания однополярное, В     5…24
  Подключаемое сопротивление акустики, Ом     4…16
  Входное сопротивление, кОм     30
  Максимальный ток потребления, А     4
  КПД более, %     90
  Диапазон воспроизводимых частот, Гц     20…22000
  Максимальная выходная мощность, Вт     2×50
  Рабочая температура, °C     –40…+85
  Габариты модуля (д/ш/в), мм     60×32×15
  Вес, г     150

Особенности:

  • широкий диапазон питающего напряжения 5 В-24 В;
  • защита от превышения температуры корпуса микросхемы;
  • защита от короткого замыкания в нагрузке;
  • высокая частота преобразования 400 кГц-1.2 МГц, что позволяет получить качественный сигнал без применения громоздких фильтров для очистки ШИМ;
  • высокий КПД более 90%;
  • возможность подключения к линейному входу без предварительных усилителей и цепей согласования;
  • применение замкнутой обратной связи обеспечивает отличный уровень подавления помех источников питания;
  • на плате установлен регулятор громкости и регуляторы тембра ВЧ и НЧ.
  1. MP3116 – усилитель НЧ D-класса 2×100 Вт (TPA3116)

Усилитель класса D - мал, да удал

Модуль построен на базе звуковой микросхемы D-класса. В модуле используются две отдельные микросхемы TPA3116, включенные в мостовом режиме. Таким образом достигается 100 Вт выходной мощности на канал с малыми интермодуляционными помехами и низким коэффициентом искажений. Благодаря высокому КПД микросхемы, более 90%, не требуется массивных радиаторов и систем активного охлаждения. На плате установлен регулятор громкости, что делает усилитель боле удобным в применении.

Технические характеристики

  Напряжение питания однополярное, В     5…24
  Сопротивление подключаемой акустики, Ом     4…16
  Максимальный ток потребления, А     8
  КПД более, %     90
  Диапазон воспроизводимых частот, Гц     20…22000
  Максимальная выходная мощность, Вт     2×100
  Рабочая температура, °C     –40…85
  Габариты модуля, мм     120×80×40
  Вес, г     150
  1. MP3116btl – усилитель НЧ D-класса 1×150 Вт для сабвуфера (TPA3116)

Усилитель класса D - мал, да удал

Модуль представляет собой мощный одноканальный усилитель для сабвуфера с фильтром для среза высоких частот. Универсальное питание позволяет использовать его в качестве готового усилителя для сабвуфера в машине или дома. Устройство можно использовать в качестве усилителя сабвуфера домашнего кинотеатра. Данный усилитель НЧ обладает минимальными коэффициентом нелинейных искажений, уровнем собственных шумов и широким диапазоном питающих напряжений и сопротивлений нагрузки. Для отключения фильтра и использования устройства в качестве обычного мощного монофонического усилителя необходимо удалить конденсатор C29.

Технические характеристики

  Напряжение питания однополярное, В     5…24
  Сопротивление подключаемой акустики, Ом     4…16
  Максимальный ток потребления, А     6
  КПД более, %     90
  Диапазон воспроизводимых частот, Гц     20…20000
  Максимальная выходная мощность, Вт     1×150
  Рабочая температура, °C     –40… 85
  Габариты модуля, мм     73×77×20
  Вес, г     200
  1. MP3117box – усилитель НЧ D-класс 2.1, 2×50 Вт, 1×100 Вт (TPA3116)

Усилитель класса D - мал, да удал

Устройство представляет собой качественный усилитель низкой частоты D-класса в DIY корпусе из прозрачного пластика. Благодаря применению отлично зарекомендовавшей себя микросхемы TPA3116, усилитель обладает минимальным коэффициентом нелинейных искажений, уровнем собственных шумов и широким диапазоном питающих напряжений. Он способен работать с любыми акустическими системами сопротивлением от 4 Ом до 16 Ом. В модуле имеется выделенный канал для сабвуфера мощностью 100 Вт. Усилитель мощности можно использовать как на открытом воздухе для проведения различных мероприятий, так и дома при изготовлении музыкального аудиокомплекса своими руками. Отлично подойдет для компьютерной акустики или домашнего кинотеатра. В модуле используются две отдельные микросхемы TPA3116. Одна из них используется в стереоканале, вторая, включенная в мостовом режиме, в канале сабвуфера. Таким образом, достигается 100 Вт выходной мощности на канал с малыми интермодуляционными помехами и низким коэффициентом искажений. Благодаря высокому КПД микросхемы, более 90%, не требуется массивных радиаторов и систем активного охлаждения. На плате установлен регулятор громкости, что делает усилитель боле удобным в применении.

Технические характеристики

  Напряжение питания однополярное, В     5-24
  Сопротивление подключаемой акустики, Ом     4-16
  Максимальный ток потребления, А     9
  КПД более, %     90
  Диапазон воспроизводимых частот, Гц     14…40000
  Частота среза канала сабвуфера, Гц     90
  Коэффициент усиления, дБ     26
  Максимальная выходная мощность фронт., Вт     2×50
  Максимальная выходная мощность саб., Вт     1×100
  Рабочая температура, °C     0…+50
  Габариты модуля в корпусе, мм     65×135×110
  Вес, г     20

Предлагаем ознакомиться с другими материалами по теме усиления звука и построения домашних и автомобильных звукоусилительных систем на нашем сайте, например:

masterkit.ru

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 246
сейчас смотрят 6
представлено поставщиков 383
загружено
позиций
25 067 862