Radioelektronik Audio-HiFi-Video 11/2001

Wzmacniacze klasy D

by³y niejednokrotnie

opisywane na naszych

³amach, tym razem

zamieszczamy

dokumentacjê

wzmacniacza

przeznaczonego

g³ównie do wspó³pracy

z g³oœnikami

niskotonowymi.

Z

estaw uk³adów scalonych firmy

National Semiconductor, oznaczo-

nych LM4651 i LM4652, umo¿liwia

zbudowanie wysokosprawnego

wzmacniacza akustycznego du¿ej mocy

(170 W) charakteryzuj¹cego siê ma³ymi

zniekszta³ceniami nieliniowymi (h <0,3%)

w zakresie czêstotliwoœci 10

÷

500 Hz.

Uk³ad scalony LM4651 jest monolitycznym

modulatorem szerokoœci impulsów. Jak wia-

domo, we wzmacniaczu klasy D [1] sygna³

akustyczny jest przekszta³cany na falê pro-

stok¹tn¹ o modulacji szerokoœci impulsów.

Doprowadzany do wejœcia wzmacniacza

sygna³ akustyczny jest porównywany w

komparatorze z przebiegiem trójk¹tnym

o znacznie wiêkszej czêstotliwoœci. Na wyj-

œciu komparatora uzyskuje siê falê prosto-

k¹tn¹ o zmiennym wspó³czynniku wype³-

nienia, proporcjonalnym do wartoœci chwilo-

WZMACNIACZ KLASY D Z UK£ADAMI

SCALONYMI LM4651 I LM4652

wej doprowadzonego sygna³u akustyczne-

go. Ta fala prostok¹tna jest wykorzystywa-

na do sterowania bramek tranzystorów wyj-

œciowych – MOSFET du¿ej mocy, tworz¹-

cych mostek typu H, zawartych wewn¹trz

uk³adu scalonego LM4652. Wyjœciowy ci¹g

impulsów jest przekazywany do obci¹¿e-

nia. Cz³onem poœrednicz¹cym jest uk³ad

ró¿niczkuj¹cy z³o¿ony z cewki i kondensa-

tora, jego zadaniem jest st³umienie sk³ado-

wej wielkoczêstotliwoœciowej i doprowadze-

nie do obci¹¿enia wy³¹cznie sygna³u o wid-

mie le¿¹cym w zakresie czêstotliwoœci aku-

stycznych.

Schemat wzmacniacza akustycznego sk³a-

daj¹cego siê z uk³adów scalonych LM4651

i LM4652 jest przedstawiony na rys.1, na

rys. 2 przedstawiono obie strony p³ytki dru-

kowanej, a na rys. 3 _ schemat monta¿owy

wzmacniacza.

Funkcje dodatkowe

we wzmacniaczu

Funkcja standby umo¿liwia u¿ytkownikowi

wzmacniacza pe³ne wyciszenie muzyki przez

ca³kowite wy³¹czenie (zablokowanie) tran-

zystorów wyjœciowych. Dodatkowo uzysku-

je siê minimalizacjê poboru pr¹du ze Ÿród³a

zasilania. Wzmacniacz jest wyciszony po

doprowadzeniu do wejœcia STDBY (13) sy-

gna³u logicznego o wysokim poziomie (+5 V).

Odblokowanie wzmacniacza nastêpuje po

zwarciu wejœcia STDBY z mas¹.

Zabezpieczenie przed zbyt ma³ym napiê-

r

Z PRAKTYKI

16

ciem zasilaj¹cym, mniejszym ni¿

±

10,5 V,

chroni przed uszkodzeniem czêœæ wyjœcio-

w¹ modulatora LM4651. Taki stan mo¿e

wyst¹piæ wówczas, gdy napiêcie zasilania

stopnia koñcowego zostanie w³¹czone

przed zasilaniem stopni wejœciowych, wystê-

puj¹ du¿e têtnienia zasilania albo wystê-

puj¹ zmiany obci¹¿enia. To zabezpieczenie

powoduje pe³ne wy³¹czenie tranzystorów

wyjœciowych eliminuj¹c mo¿liwoœæ powsta-

nia w czasie w³¹czania i wy³¹czania tranzy-

storów ró¿nych niepo¿¹danych impulsów

pr¹dowych, które mog³yby by powodowaæ

trzaski i zak³ócenia w g³oœnikach.

Uk³ad scalony LM4651 jest wyposa¿ony

w obwody powoduj¹ce tzw. miêkki start

wzmacniacza, z minimalizacj¹ przypadko-

wych sygna³ów, jakie mog³yby pojawiæ siê

w g³oœnikach. Podczas trwania cyklu starto-

wego tranzystory wyjœciowe znajduj¹ siê

w stanie pe³nego wy³¹czenia. Czas trwania

tego stanu, wyra¿ony w sekundach, jest

ustalany przez wartoϾ (w faradach) po-

jemnoœci kondensatora do³¹czonego do

wejœcia START (24), te wielkoœci s¹ zwi¹za-

ne zale¿noœci¹:

t

START

≈

8,4 . 10

4

. C

START

Rezystor w³¹czony miêdzy koñcówki SCKT

(18) i masê okreœla maksymalny pr¹d wyj-

œciowy wzmacniacza. Jest on wewnêtrznie

ustalony na 10 A, a mo¿e byæ zwiêkszony

przez do³¹czenie rezystora R

SCKT

zgodnie

z zale¿noœci¹:

I

SCKT

[A]

≈

1 . 10

5

/(10 k

Ω

II . R

SCKT

)

Rys. 1. Schemat wzmacniacza z uk³adami scalonymi LM4651 i LM4652

17

We wnêtrzu uk³adu scalonego LM4651 znaj-

duje siê obwód uaktywniany przez sygna³ zabez-

pieczenia termicznego generowany przez

LM4652, gdzie nastêpuje monitorowanie tempe-

ratury struktury (chip). Napiêcie na wyjœciu TSD

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 11/2001

(4) osi¹ga wartoœæ 6V wówczas, gdy tempera-

tura struktury LM4652 wzrasta do 150

o

C. Ten sy-

gna³, po doprowadzeniu do wejœcia TSD (12)

uk³adu scalonego LM4651 powoduje zablokowa-

nie stopni wyjœciowych i nie dopuszcza do ge-

nerowania jakichkolwiek impul-

sów steruj¹cych tranzystorami du-

¿ej mocy. Spadek temperatury do

bezpiecznych wartoœci odzwier-

ciedla siê zmniejszeniem napiêcia

na wyjœciu TSD uk³adu LM4652

i w konsekwencji odblokowanie

stopni wyjœciowych.

Do³¹czenie do koñcówki DELAY

(17) rezystora o odpowiedniej

wartoœci umo¿liwia ustalenie cza-

su martwego, tj. czasu po którym

nastêpuje pe³ne wy³¹czenie uk³a-

du. Okreœla on czas, jaki musi

up³yn¹æ od momentu wy³¹czenia

jednej pary tranzystorów wyjœcio-

wych do w³¹czenia drugiej pary.

Wzrost tego czasu redukuje ude-

rzenie pr¹dowe w momencie

prze³¹czania, ale równoczeœnie

powoduje wzrost wspó³czynnika

zniekszta³ceñ nieliniowych. Musi

byæ ma³y przy wymaganej du¿ej

wartoœci pasma przenoszenia

wzmacniacza. Czas martwy (w

sekundach) jest ustalany przez

dobór rezystora R

DLY

[k

Ω

] wg za-

le¿noœci:

t

DLY

= 1,7 . 10

_12

. (0,5 + R

DLY

)

Zalecana wartoϾ tej rezystancji

wynosi 5 k

Ω

.

Czêstotliwoœæ moduluj¹ca jest

ustalana przez dobór wartoœci re-

zystora R

OSC

, do³¹czonego po-

miêdzy koñcówkê 16 i masê. Czê-

stotliwoœæ mo¿e zawieraæ siê

w zakresie 50

÷

225 kHz, zale¿-

nie od wymagañ konstrukcyjnych.

WartoϾ R

OSC

mo¿e byæ okreœlo-

na z zale¿noœci:

R

OSC

[k

Ω

] = (1 . 10

9

/f

OSC

)_ 4

Wymieniony wzór jest s³uszny

przy ma³ych wartoœciach R

DLY

,

przy wiêkszych, np. 5 k

Ω

, war-

toϾ R

OSC

musi byæ zwiêkszona

o ok. 2 k

Ω

. Wzrost czêstotliwoœci

modulacji powoduje zmniejsze-

nie wspó³czynnika zniekszta³ceñ

nieliniowych, ale jednoczeœnie po-

garsza sprawnoϾ wzmacniacza

oraz zmniejsza maksymaln¹ moc

wyjœciow¹ wzmacniacza.

n

Cezary Rudnicki

Dziêkujemy firmie Elfa za udostêpnienie

uk³adów scalonych LM4651 i LM4652

L I T E R A T U R A
[1] M.Nadachowski: Wzmacniacze klasy
D, Radioelektronik, nr 7/1999

Rys. 2. P³ytka drukowana wzmacniacza a _ strona elementów, b _ strona druku

Rys. 3. Schemat monta¿owy wzmacniacza

a)

b)