Cyfrowy wzmacniacz audio
P R O J E K T Y
Cyfrowy wzmacniacz
audio
AVT-840
Prawda, łe tytuł artykułu
jest zdumiewający? �Cyfrowy
wzmacniacz audio� brzmi
mało wiarygodnie i wielu
z Was podejrzewa nas
pewnie o jakieś niecnoty...
Niesłusznie! W artykule
naprawd� przedstawiamy
konstrukcj� cyfrowego
wzmacniacza audio, kt�ry
przez niekt�rych audiofili jest
traktowany jako wzorzec
brzmienia. W Internecie
powstał nawet klub �Fan of
D-Class Amplifiers�,
gromadzący fan�w �cyfrowego�
brzmienia.
Na początku odpowiem na py- oraz - r�wnolegle z cewką głośni-
tanie, jak jest mołliwe zbudowa- ka - kondensatora.
nie cyfrowego wzmacniacz audio, W odr�łnieniu od standardo-
zwanego takłe wzmacniaczem kla- wych wzmacniaczy mocy, wraz
sy D. Pomocny w wyjaśnieniu ze zmianami sygnału wejściowe-
problemu b�dzie rys. 1. go, na wyjściu wzmacniacza nie
Na wyjściu wzmacniacza gene- zmienia si� amplituda przebiegu,
rowany jest sygnał prostokątny lecz jego wypełnienie, czyli sto-
o amplitudzie bliskiej całkowite- sunek czasu trwania �wysokiego�
mu napi�ciu zasilania. Cz�stotli- poziomu napi�cia, do okresu
wośĘ tego przebiegu jest duła, przebiegu (rys. 2). Tak wi�c
w prezentowanej konstrukcji wy- �cyfrowy wzmacniacz audio� jest
nosi nieco ponad 100kHz. Prze- w praktyce modulatorem PWM
bieg prostokątny jest filtrowany (ang. Pulse Width Modulator)
w filtrze dolnoprzepustowym, o dułej mocy wyjściowej. Tego
składającym si� z włączonego typu modulacj� stosuje si� m.in.
w szereg z głośnikiem dławika w mikrokontrolerach do generacji
Rys. 2. Sposób określenia
współczynnika wypełnienia
Rys. 1. Sposób działania wzmacniacza klasy D. przebiegu.
Elektronika Praktyczna 11/99
61
Cyfrowy wzmacniacz audio
kładem takiego sukcesu
jest układ TDA7482 oraz
jego mniejsi �bracia�:
TDA7480/81. Dzi�ki wy-
korzystaniu tego układu
w prezentowanym urzą-
dzeniu, cały wzmac-
niacz jest tak prosty, jak
to widaĘ na rys. 4. W
układzie TDA7482 zin-
tegrowano wszystkie
przedstawione wcześniej
elementy, a jego otocze-
nie stanowi zaledwie
kilka element�w bier-
nych oraz prosty zasi-
lacz.
Rys. 3. Schemat blokowy wzmacniacza mocy TDA7482.
Elementy D1, R1, R2
przy pomocy timer�w sygnał�w tylko marketingowe, lecz takłe i C1 zapewniają �mi�kki� start
analogowych. wymagania stawiane nowoczes- wzmacniacza, zapobiegając po-
Przyj�ty w urządzeniu spos�b nym urządzeniom audio. Naj- wstawaniu stuk�w w głośniku
wzmacniania sygnału akustyczne- wi�kszym bowiem atutem podczas włączania zasilania. Ele-
go wymusza zastosowanie niety- wzmacniaczy klasy D jest bar- menty C9, R3 ustalają cz�stotli-
powego, jak na standardowe roz- dzo duła sprawnośĘ energetycz- wośĘ pracy multiwibratora, kt�ry
wiązania, toru przetwarzania syg- na, si�gająca w przypadku za- zasila poprzez modulator PWM
nału. Schemat blokowy wzmac- stosowanego w projekcie układu stopie� ko�cowy mocy. Elementy
niacza klasy D znajduje si� na scalonego ał 87%. C6, R4 kompensują wzmacniaczo-
rys. 3. Rola przedwzmacniacza wi charakterystyk� cz�stotliwoś-
i stopnia wejściowego są oczywis- Łr�dło sukcesu
ciową typowych zestaw�w głośni-
te: zapewniają one dopasowanie kowych, dociąłając wzmacniacz
Ludzkie lenistwo jest wbrew
impedancyjne �r�dła sygnału do w zakresie wyłszych cz�stotliwoś-
pozorom powodem wielu sukce-
stopnia ko�cowego i odpowiednią ci.
s�w. Takłe w elektronice. Przy-
amplitud� sygnału mo-
dulującego przebieg
prostokątny multiwibra-
tora. Sygnał o zmien-
nym wypełnieniu steru-
je ko�c�wk� mocy, za
pośrednictwem kt�rej
jest zasilany filtr wy-
jściowy i głośnik.
WydawaĘ by si�
mogło, łe takie podej-
ście realizacyjne do
konstrukcji wzmacnia-
cza mocy audio powo-
duje znaczne skompli-
kowanie jego budowy.
Dzi�ki wsp�łczesnej
technologii produkcji
p�łprzewodnik�w takie
stwierdzenie nie jest
prawdziwe.
Na koniec wst�pu
naleły si� Wam jesz-
cze jedno wyjaśnienie:
po co w og�le wymyś-
lono wzmacniacze kla-
sy D? Wbrew pozorom
konstruktorom przy-
świecały wzgl�dy nie
Rys. 4. Schemat elektryczny wzmacniacza audio klasy D.
Elektronika Praktyczna 11/99
62
Cyfrowy wzmacniacz audio
nien byĘ przystosowany
WYKAZ ELEMENTÓW
do pracy w układach
Rezystory
w.cz.
R1: 10k&!
Uruchomienie
R2: 30k&!
wzmacniacza sprowadza
si� w praktyce tylko do
R3: 12k&!
zweryfikowania wartoś-
R4: 150&!/0,125W
ci napi�Ę zasilających.
Kondensatory
Nie powinny one prze-
C1: 2,2�F/50V
kraczaĘ ą25V, znacznie
C2: 330nF
lepiej jest trzymaĘ si�
C3: 1nF
wartości ok. ą20V. Nie
powoduje to wydatnego
C4: 4,7nF
zmniejszenia mocy wy-
C5, C8, C10, C15, C16: 100nF
jściowej, natomiast
C6: 560pF
znacznie podnosi bez-
Rys. 5. Schemat montażowy.
C7: 470nF
piecze�stwo pracy ukła-
C9: 100pF
Bardzo dułe znaczenie dla po- du scalonego.
C11..C14: 2200�F/35V
prawnej pracy wzmacniacza ma
jakośĘ element�w L1 i C7. Speł- Uwagi ko�cowe Półprzewodniki
niają one bowiem rol� wyjściowe-
Specyficzna konstrukcja ob- US1: TDA7482
go filtru nośnej o cz�stotliwości
ciąłenia wyjścia wzmacniacza
D1: 1N4148
100kHz, przepuszczając tylko od-
wymusiła na konstruktorach
D2..D5: 1N5404
filtrowaną składową m.cz. Ponie-
wbudowanie we wzmacniacz
Różne
wał samodzielne wykonanie dła-
stopnia wyjściowego o małej im-
L1: 60..75�H/3A (np. Elfa 58-690-11)
wika mołe byĘ stosunkowo trud-
pedancji wyjściowej. Z tego po-
ne, b�dzie on wchodził w skład ARK2, ARK3
wodu zastosowano unipolarne
zestawu.
tranzystory D-MOS, kt�rych re-
Wzmacniacz jest zasilany na-
zystancja włączonego kanału wy-
pi�ciem symetrycznym o wartości
nosi ok. 0,4&!.
ok. ą22V. Na rys. 4 pokazano
Poniewał parametry cewki
Podstawowe parametry i właściwości
spos�b dołączenia transformatora
głośnika mają bezpośredni wpływ wzmacniacza:
do zacisk�w na płytce drukowa-
na prac� filtru wyjściowego, wy-
moc wyjściowa (THD=10%): 25W,
nej wzmacniacza. Diody D2..5
padkowe charakterystyki przeno-
moc wyjściowa (THD=1%): 20W,
połączono w mostek Graetza. Wy-
szenia r�łnią si� w zalełności od
moc wyjściowa (THD=0,1%): 1..15W,
prostowane napi�cie jest filtrowa-
impedancji cewki głośnika. Przy-
zalecana impedancja obciążenia: 8&!,
ne przez kondensatory elektroli-
kładowe charakterystyki cz�stotli-
dopuszczalne impedancje obciążenia:
tyczne C11..14 i monolityczne
wościowe dla głośnik�w 8&! i 4&! 4..16&!,
C15/16. Poprawna praca wzmac-
przedstawiono na rys. 6 i 7. Jak zalecane napięcie zasilania: ą22V,
niacza, zwłaszcza przy wi�kszych
częstotliwość taktowania PWM: 110kHz,
łatwo zauwałyĘ, lepszą z punktu
mocach wyjściowych b�dzie moł- sprawność: 75..85% (zależy od mocy wy-
widzenia ułytkownika charakte-
jściowej),
liwa, jełeli wsp�łczynnik ESR
rystyk� wzmacniacz ma dla im-
wbudowane zabezpieczenie termiczne i prze-
kondensator�w C11..14 b�dzie nie-
pedancji obciąłenia 8&!.
ciwzwarciowe,
wielki.
Piotr Zbysiński, AVT
pasmo przenoszenia (rys. 6 i 7).
[e-mail]
Montał i uruchomienie
Schemat montałowy płytki
wzmacniacza jest widoczny na
rys. 5. Montał wzmacniacza nie
wymaga szczeg�lnej wprawy
zwłaszcza, łe do chłodzenia ukła-
du US1 wystarczy niewielki ka-
wałek blachy aluminiowej. Jak
wykazały pomiary straty mocy
w strukturze wzmacniacza US1
nie przekroczyły 3,5W! Pewnej
uwagi wymaga tylko kondensator
C10 (na schemacie zaznaczony
Rys. 6. Przykładowa charakterystyka Rys. 7. Przykładowa charakterystyka
szarym podlewem), kt�ry powi- częstotliwościowa dla głośników 8&!. częstotliwościowa dla głośników 4&!.
Elektronika Praktyczna 11/99
63