0

Простейший стереофонический УМЗЧ класса D

В последнее время широкое распростране­ние получили УМЗЧ класса D. Об одной из ИМС для УМЗЧ класса D PAM8403 рассказано в этой статье.

Усилитель звука на PAM8403

Для малогабаритных УМЗЧ необходимо ре­шить нескольких взаимоисключающих проблем. Такой УМЗЧ должен иметь:

  • малые габариты;
  • низкое напряжение питания (3…6 В);
  • высокий КПД;
  • малое выходное сопротивление.

Блок-схема классического УМЗЧ класса D приведена на рис.1. Он состоит из широтно­импульсного модулятора (ШИМ), выходного ка­скада (мощных ключей) и фильтра низких частот (ФНЧ).

Рис. 1

ШИМ преобразует аналоговый звуковой сиг­нал в импульсы высокой частоты, длительность которых зависит от мгновенного значения на­пряжения аналогового сигнала в момент преоб­разования. Полученный на выходе ШИМ сигнал имеет НЧ-составляющую, которая по форме по­вторяет звуковой сигнал на входе, которая на вы­ходе будет иметь значительно большую амплиту­ду и мощность. НЧ-составляющая поступает на нагрузку (динамическую головку) ВА через ФНЧ и разделительный конденсатор СР ФНЧ отсека­ет высокочастотную импульсную составляющую ШИМ-сигнала, а СР — постоянную составляющую. Причем дроссель в ФНЧ имеет большую индук­тивность, а значит и большие габариты.

Для использования в малогабаритной аппа­ратуре наиболее подходят УМЗЧ класса D с так называемым мостовым выходом. Это позволяют вдвое увеличить размах сигнала на нагрузке и из­бавиться от разделительного конденсатора на выходе. Замечу, что стандартные УМЗЧ класса й (даже мостовые) не избавлены еще от одного не­достатка — наличия дросселя в ФНЧ. Этот дрос­сель — самая дорогая и габаритная деталь УМЗЧ.

Поэтому, в малогабаритной аппаратуре в по­следние годы используют мостовые УМЗЧ класса D без ФНЧ на выходе. В таких УМЗЧ на прямом и инверсном выходах НЧ сигналы звука будут противофазны, а высокочастотные импульсные сигналы синфазны. При этом разностный сигнал звука на нагрузке будет двойной амплитуды, а разность высокочастотного импульсного сигнала на выходах будет близка к нулю.

В таком монофоническом УМЗЧ имеются два широтно-импульсных модулятора попарно па­раллельно управляющих выходными ключами. Прямоугольные сигналы в режиме покоя на вы­ходе схемы будут синфазны или будут иметь не­большой фазовый сдвиг (рис.2).

Рис. 2

В результате на динамическую головку в режи­ме покоя, в худшем случае, поступают противо­фазные симметричные импульсы малой длитель­ности. Для их сглаживания обычно достаточно индуктивности динамической головки и, иногда, устанавливается конденсатор небольшой емко­сти, который включается параллельно нагрузке.

В режиме усиления входного НЧ-сигнала зву­ка ШИМы работают в противофазе, т.е. если дли­тельность импульсов на выходе одного ШИМ уве­личивается, то на выходе другого уменьшается и наоборот (рис.3).

Рис. 3

Это приводит к не симметрии им­пульсов, прикла­дываемых к на­грузке, а, значит, к появлению тока в динамической головке.

Одна из са­мых популярных микросхем для стереофониче­ских мостовых УМЗЧ класса D без ФНЧ — это РАМ8403, ко­торая при на­пряжении пи­тания всего 5 В используется в 3-ваттных сте­реофонических УМЗЧ.

Основные параметры PAM8403:

  • напряжение питания 2.5…5.5 В;
  • коэффициент усиления по напряжению 24 дБ;
  • частота ШИМ преобразова­ния 260 кГц;
  • нагрузкой каждого из кана­лов УМЗЧ на PAM8403 служат динамические головки с со­противлением звуковой ка­тушки 4 или 8 Ом.

Микросхема PAM8403 выпу­скается в корпусе SOP-16 для по­верхностного монтажа.

Функциональная схема рас­сматриваемой микросхемы при­ведена на рис.4.

Рис. 4

Принципиальная схема стереофонического УМЗЧ на микросхеме РАМ8403 пригодная для са­мостоятельной сборки показана на рис.5.

Рис. 5

К недостаткам усилителей класса D относят большие нелинейные искажения и повышенный уровень шумов.

Рассматриваемый УМЗЧ собран на двухсто­ронней печатной плате размером 20×20 мм с применением только SMD деталей (конденсато­ры и резисторы типоразмера 0805).

Кроме того, для уменьшения излучения вы­сокочастотных электромагнитных помех этим УМЗЧ, изготовитель рекомендует надеть ферритовые «бусинки» (Ferrite Beads) на провода, иду­щие на динамические головки и установить кон­денсаторы малой емкости (220 пФ) так, как это показано на рис.6.

Рис. 6

«Бусинки» (Ferrite Beads) можно снять со старой платы им­пульсного источника питания. Важно что­бы они были одина­ковыми.

Для электриче­ских соединения печатных дорожек с разных сторон платы следует использовать пере­мычки из тонких луженых медных проводников, пропущенные и пропаянные через соответствую­щие отверстия в плате.

Этот УМЗЧ можно использовать не только в различных радиолюбительских конструкциях, но при ремонте разнообразной малогабаритной ап­паратуры, так называемым методом «импланта­ции», суть которого в том, что неисправный УМЗЧ устройства отключается, его детали демонтиру­ются, а вместо него и на его место устанавлива­ется и подключается готовая плата.

Автор: Игорь Безверхний, г. Киев
Источник: Радиоаматор №7-8/2020






Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.