В предыдущих частях цикла я описывал преимущественно аналоговые усилители низкой частоты класса АВ. В этой статье мы поговорим о цифровых УНЧ, так называемых усилителях класса D, совмещающих в одном кристалле аналоговую и цифровую части.
Что это такое и для чего нужно
Усилители класса D появились благодаря возросшему спросу на УНЧ с высоким КПД. Появление все большего числа мобильных устройств с батарейным питанием и миниатюризация аппаратуры потребовало увеличение срока действия аккумуляторов без подзарядки. Классические же усилители класса АВ уже не удовлетворяли ни пользователей, ни разработчиков. Все это привело к быстрому развитию технологических процессов для изготовления на одном кристалле аналоговых и цифровых схем. Это позволило увеличить КПД усилителя до 90% без ухудшения качества обрабатываемого сигнала.
К классу D относятся усилители с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Вкратце они работают следующим образом. Встроенный генератор вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов (несущая). Она модулируется по принципу ШИМ-модуляции сигналом, который необходимо усилить. Эта последовательность с изменяемой скважностью поступает на усилитель мощности, работающий в ключевом режиме.
После усиления сигнал поступает на фильтр низких частот (ФНЧ), который подавляет несущую и ее гармоники. Это исключает помехи в усиливаемом сигнале. Основное условие работы такой схемы — несущая частота должна быть как минимум вдвое больше максимальной частоты усиливаемого сигнала. Обычно эта частота выбирается в пределах 150-500 кГц. Основное преимущество таких усилителей:
- высокая выходная мощность обеспечивается устройством с малыми габаритами;
- высокий КПД (до 90%);
- низкий уровня шума (типовое значение около 85 дБ);
- простота размещения в малогабаритном устройстве.
Ну а теперь о конкретных микросхемах их характеристиках и применении.
TDA7480
Микросхема представляет собой одноканальный интегральный цифровой усилитель звуковой частоты класса D. Чип выполнен в корпусе PDIP 20, основная область применения — бытовая и телеаппаратура. Есть защита от перегрузки и короткого замыкания по выходу, перегреву, перенапряжению. Развивая выходную мощность в 10 Вт, микросхема не требует радиатора. Питание двуполярное, есть режим ожидания и беззвучный режим.
Характеристики:
- Напряжение питания, В — ±10-16 (предельное 20).
- Ток потребления в холостом режиме, мА – 20.
- Выходная мощность, Вт — 10.
- Рассеиваемая мощность на 1 Вт выходной мощности, Вт — 1;
- КПД, % — 85;
- Коэффициент гармоник, % — 0.1.
- Температура отключения, °С — 150;
- Входное сопротивление, кОм — 30;
- Коэффициент усиления (замкнутый контур), дБ — 30.
- Сопротивление нагрузки, Ом — 8.
Типовая схема включения:
Печатная плата и расположение элементов:
TDA7482
Микросхема представляет собой одноканальный интегральный цифровой усилитель звуковой частоты класса D. Чип выполнен в корпусе Multiwatt 15, основная область применения — бытовая и телеаппаратура. Есть защита от перегрузки и короткого замыкания (5 А)по выходу, перегреву, перенапряжению (50 В). Развивая выходную мощность в 20 Вт, микросхема не требует радиатора. Питание двуполярное, есть режим ожидания и беззвучный режим.
Характеристики:
- Напряжение питания, В — ±10-25.
- Ток потребления в холостом режиме, мА — 40.
- Выходная мощность, Вт — 20.
- КПД, % — 87;
- Коэффициент гармоник, % — 0.1.
- Температура отключения, °С — 150;
- Входное сопротивление, кОм — 30;
- Коэффициент усиления (замкнутый контур), дБ — 30.
- Сопротивление нагрузки, Ом — 8.
Типовая схема включения:
Печатная плата и расположение элементов:
С цифровыми монофоническими усилителями покончили. В следующей части мы познакомимся с двухканальными, стереофоническими УНЧ класса D.