C24,C25,C26,C27
C33,C34,C35,C36
C37,C38
C1,C2,C6,C7,C8
C12,C13,C14,C15
C18,C19,C20,C21
Układ zabezpieczenia głośników
|
|
Opis układu, wskazówki i obliczenia projektowe
Firma Tripath zajmująca się wzmacniaczami klasy D opracowała własną technologię obróbki sygnału Digital Power Processing (DPPTM) i wypuściła na rynek układy sterujące pozwalające na budowę wzmacniaczy w nowej klasie T (nazwa klasy T pochodzi najprawdopodobniej od nazwy firmy).
Wzmacniacze klasy T łączą w sobie jakość dźwięku uzyskiwaną w klasie AB z wysoką sprawnością uzyskiwaną w klasie D.
Układ TA0104A jest takim właśnie układem sterującym, który umożliwia zbudowanie wzmacniacza klasy T. Zasada działania wzmacniaczy klasy T jest podobna do wzmacniaczy impulsowych, czyli sygnał wyjściowy jest ciągiem impulsów o modulowanym wypełnieniu, z tą różnicą, że zmianie ulega również częstotliwość nośna. Częstotliwość nośna podlega zmianie w zależności od wielkości sygnału. Według danych katalogowych firmy Tripath, dla małych sygnałów częstotliwość ta wynosi ok. 1,5MHz i spada przy dużych sygnałach do 200kHz. Uzależnienie częstotliwości nośnej od wielkości sygnału powoduje, że wzmacniacze klasy T nie zniekształcają tak sygnału jak to ma miejsce w klasie D i ich pasmo jest porównywalne z pasmem wzmacniaczy klasy A lub AB.
Schemat ideowy wzmacniacza przedstawiony jest na rys.1. Sercem całego układu jest oczywiście układ U1. Sygnały wejściowe IN1 i IN2 (złącze J4) są doprowadzone poprzez filtry wejściowe do wejść IN1 i IN2 układu U1.
Rezystory R23 i R24 (RIN) ustalają wzmocnienie odpowiednio dla obu kanałów. Konstruktorzy z Tripath zalecają ustawić wzmocnienie na wartość 14,5 (23dB) co zapewnione jest przy wartościach rezystorów równych 49,9k. Wzór, który przedstawia wzajemną zależność wzmocnienia Av i RIN wygląda następująco
gdzie RIN podaje się w Ohmach.
Kondensatory sprzęgające C22 i C23 (CIN) oddzielają składową stałą i wspólnie z rezystorami R23 i R24 ustalają dolną częstotliwość graniczną Fp (przy -3dB) dla sygnału wejściowego. Wzór, który przedstawia zależność Fp, CIN oraz RIN wygląda następująco
Fp=1/((2·CIN)·(RIN+5000))
gdzie RIN podaje się w Ohmach, a CIN w faradach.
Do wejść IN1 i IN2 dołączony jest układ, w którym potencjometrami R18 i R22 ustala się napięcie na wejściach na wartość ok. 2,5V.
Układ TA0104A wyposażony jest również w system autodiagnostyki. O stanie układu informuje dioda LED D5, która jest sterowana z wyjścia HMUTE. Jeżeli dioda się świeci to oznacza właściwą pracę, gdy gaśnie to są niewłaściwe warunki pracy układu np. przeciążenie wyjścia lub przekroczenie wartości napięcia zasilania (zarówno od dołu jak i od góry).
W przypadku przeciążenia stopni wyjściowych ponowne załączenie wzmacniacza wymaga zmiany stanu wejścia MUTE w cyklu 0-1-0 lub wyłączenia i ponownego załączenia zasilania. W przypadku przekroczenia napięć zasilających wzmacniacz nie będzie pracował aż napięcia zasilające będą ponownie o właściwych wartościach.
Wejście MUTE służy do wyciszania wzmacniacza. Jeżeli na to wejście zostanie podany sygnał logicznej jedynki to wzmacniacz zostanie wyciszony, w chwilę po podaniu (200ms) na wejście sygnału o poziomie logicznego zera wzmacniacz będzie znowu w stanie normalnej pracy. Aby wzmacniacz był aktywny stale wystarczy zewrzeć styki 2-3 złącza J3.
Stopnie wyjściowe zbudowane są z par tranzystorów Q1,Q2 i Q3,Q4.
|
|
|
Przy wyborze rezystorów zabezpieczających bramki tranzystorów (R1,R2,R9,R10) bierze się pod uwagę parametr Qg, który w połączeniu z tymi rezystorami ma wpływ na przełączanie tranzystorów. Tripath zaleca dla tranzystorów z Qg mniejszym niż 70nC stosowanie rezystorów o wartości 10, a dla Qg większego niż 70nC stosowanie rezystorów o wartości 5,6. Tranzystory wyjściowe są sterowane z układu procesora wbudowanego w układ TA0104A. Aby zoptymalizować jego pracę pod kątem szybkości przełączania tranzystorów należy skonfigurować go zworkami na złączach J1 i J2. Podczas przełączania par tranzystorów Q1, Q2 i Q3, Q4 procesor między cyklami włączania tranzystorów wstawia tzw. czas martwy (Break-Before-Make) kiedy to obydwa tranzystory powinny być wyłączone, co powinno zminimalizować straty energii, szczególnie przy wolniejszych tranzystorach. Prezentowany wzmacniacz ustawiony jest na 65ns. Poniżej znajduje się tabelka z konfiguracją zworek w zależności od czasu.
|
|
|
Bardzo ważną funkcję związaną z bezpieczeństwem układu TA0104A we wzmacniaczu pełni układ U2 będący impulsowym stabilizatorem napięcia. Ma on za zadanie utrzymywać 12 woltowy odstęp między ujemnym napięciem zasilającym VSNEG, a wejściem referencyjnym VN12.
Na koniec opisu podam jeszcze wzór do obliczania napięcia zasilającego w zależności od zakładanej mocy wyjściowej przy danym obciążeniu czy poziomu zniekształceń (THD). Ma on następującą postać
V=(2·RL·POUT)0.5/(K·RL/(RL+RON+RS+RCOIL))
gdzie:
RON odpowiada rezystancji RDS(ON) tranzystorów wyjściowych,
RS to rezystancja rezystorów R3,R8,R11,R12,
RCOIL to rezystancja dławików wyjściowych L1 i L2,
K to współczynnik odpowiadający THD.
Dla THD=0,1% K=0.83, THD=1% K=0.95, THD=10% K=1.09.
Na rys. 2 przedstawiony jest układ zabezpieczający głośniki przed uszkodzeniem stopni wyjściowych. Układ ten jest opcjonalnym rozwiązaniem i nie musi być stosowany niemniej na obwodzie drukowanym jest on uwzględniony. W przypadku rezygnacji ze stosowania tego układu należy grubą srebrzanką zewrzeć styki przekaźnika i pozostawić elementy L6, L7 oraz C33 do C38.
|
