Характеристика усилителя низкой частоты (стр. 7 из 7)

Из дополнительных функций можно отметить присутствующие во многих современных моделях функции диагностики и детекторы клипирования (ограничения сигнала). Например, такой системой обладает упомянутый выше TDA7396. Как правило, система диагностики включает в себя и детектор клипирования, но встречаются и схемы только с одним детектором. Вот типовые функции схемы диагностики. Она реагирует на:

клипирование выходного сигнала;

перегрев;

аварийные состояния выходных цепей:

- короткое замыкание на корпус;

- короткое замыкание на шину питания;

- «мягкое» короткое замыкание при включении.

Принцип работы детектора клипирования выходного сигнала заключается в отслеживании тока выходных транзисторов. Если он начинает приближаться к току насыщения, детектор срабатывает. В результате, сигнал на выводе 25 принимает вид последовательности импульсов, четко синхронизированных с каждым единичным случаем клипирования и имеющих ту же длительность. Эта функция дает возможность автоматической регулировки уровня громкости при перегрузке усилителя. Устройства, использующие эту информацию, обычно осуществляют фильтрацию или интегрирование этих импульсов пассивными RC-цепочками и реализуют алгоритм изменения громкости (или тембра НЧ) с помощью аудиопроцессора, управляемого микроконтроллером. Другим способом контроля искажений является, например, установка максимально допустимого уровня нелинейных искажений (например, THD - 0,5%) во всем частотном диапазоне.

Чувствительность схемы указывается в виде коэффициента нелинейных искажений, на который она реагирует. Для простых схем эта величина порядка 10%. В некоторых схемах порог срабатывания даже может регулироваться. Такие схемы, в противопатожность более простым, могут реагировать на ограничение сигнала, выражающееся в единицах процентов THD. Например, в усилителе TDA7376B детектор клипирования реализован именно таким образом. На вход датчика подается постоянное напряжение, которое должно быть пропорциональным напряжению питания и поэтому выражается в долях от питающего напряжения от 0,15 до 0,4 Vs, что определяет порог срабатывания от 3,5 до 10%.

Сигнал на выходе схемы диагностики появляется также при перегреве кристалла. В различных схемах величина теплового порога составляет 2...10°С до порога теплового отключения. При срабатывании детектора короткого замыкания выхода на шину питания или корпус, также выдается аналогичный сигнал. Схема диагностики не делает между ними различий. Сигналом неисправности является просто сигнал низкого уровня. Выход схемы представляет собой открытый коллектор.

Поскольку вся информация идет по одному каналу, требуется внешняя схема обработки. Сигналы можно разделять, благодаря их различным временным характеристикам. Обычно детектор клипирования выдает на выход импульсы нулевого значения, которые значительно короче, чем импульсы аварийных состояний. На этом принципе селекции длительности и строится схема распознавания. Эту схему вам придется изготавливать самостоятельно, хотя вариант приводится в руководстве для данного усилителя. Параметры элементов схемы, разумеется, подбираются на конкретных устройствах.

О предварительной диагностике короткого замыкания во время включения мы уже говорили выше. Поскольку выход схемы диагностики предназначен для информирования управляющего контроллера или для индикации, то решение о действиях при коротком замыкании принимает сама система и отключает выходные каскады до устранения неисправности. При этом на выходе присутствует постоянный сигнал низкого уровня.

Теоретики не выделяют вообще блок питания из состава усилителя и пусть это лишний раз свидетельствует о важнейшей роли этого блока и влиянии его на характеристики усилителя. Здесь не место рассматривать подробно схемотехнику и схемные решения блоков питания, но общие требования сформулировать необходимо.

Все сигнальные цепи усилителя проходят через блок питания, поэтому он сам является сигнальной цепью. Эта цепь должна обладать крайне низким сопротивлением в максимально возможном диапазоне частот, для того, чтобы проходящие по ней токи не взаимодействовали между собой. Необходимо тщательно продумывать топологию источника питания, чтобы избежать появления наводок и помех.

Динамики обладают высокой реактивностью, а при реактивных нагрузках токи увеличиваются многократно, и ток в 50 А в импульсе для мощного УНЧ не является чем-то необычным при среднем токе в 5...7 А. Поэтому требуется высокая нагрузочная способность и еще раз низкое выходное сопротивление источника питания. Таким сопротивлением обладает, например, хороший стабилизатор. На высоких частотах следует учитывать, что ни электролитические емкости, ни стабилизатор на таких частотах развязку не обеспечат. Поэтому обязательно следует шунтировать каждый электролит высокочастотным малоиндуктивным конденсатором, например майларовым, керамическим или полиэстеровым.

А теперь несколько общих советов относительно печатных плат. Не следует полагать, что если устройство работает в диапазоне звуковых частот, то к трассировке печатных плат не предъявляются специальные требования. Неправильно спроектированная печатная плата может испортить все.

Располагать развязывающие конденсаторы следует как можно ближе к выводам микросхемы, а выводы самих конденсаторов следует обрезать как можно короче.

Электролитические конденсаторы развязки по питанию обязательно должны шунтироваться малоиндуктивными майларовыми, керамическими или аналогичными.

Все проводники должны иметь минимальную длину. Помните, что печатная плата тонкая и не располагайте слаботочные сигнальные проводники паралллельно сильноточным ни на одной стороне платы, ни на противоположных.

Удаляйте корпусные проводники большой площади под микросхемой, вокруг нее и под входными выводами, чтобы избежать паразитных наводок.

Никогда не прокладывайте параллельно провода или проводники питания и сигнальные.

Никогда не допускайте замкнутых петель в общем проводе, самой лучшей конфигурацией общего провода является звезда с центром в точке присоединения электролитического конденсатора фильтра питания.

Как правило, в усилителях существуют два земляных контура: сигнальный S-GND и силовой P-GND. Никогда не путайте их. Те элементы, которые должны иметь дело с силовыми цепями должны соединяться только с силовой землей, и наоборот. Иногда эти земли на уровне микросхемы не соединены друг с другом непосредственно. На печатной плате они должны соединяться в одном и только в одном месте и соединение это должно быть качественным, а выбор его места — это искусство и интуиция. Если вспомнить времена ламповых усилителей, которые монтировались на металлических шасси, то место заземления выбиралось экспериментально по минимуму фона и, вообще говоря, могло находиться в любой точке шасси.

Все конденсаторы, имеющие отношение к STAND-BY, должны подсоединяться к S-GND. Конденсатор SVR (подавления пульсаций питания) должен быть подсоединен к S-GND и как можно ближе к микросхеме. Общий провод входных сигнальных цепей — естественно kS-GND.

Конденсаторы фильтра питания должны быть подсоединены к Р-GND. Отрицательный полюс источника питания (общий провод) должен быть подсоединен непосредственно к минусу электролитического конденсатора фильтра питания и эта точка должна быть начальной точкой всех земляных цепей на печатной плате. Это единственная точка, которая может быть названа истинной землей.

Сечение проводника должно соответствовать току, протекающему через него. Вы не сделаете ошибки, если примените более широкий проводник. Учтите, что чем уже и длиннее проводник, тем больше его индуктивность.

Если есть возможность, придерживайтесь топологии, предлагаемой изготовителем микросхемы. Там ребята неглупые и им хочется, чтобы их продукцию покупали и уважали. Плохого не посоветуют.

Особенности применения усилителей класса D (на примере TDA748x)

Усилители TDA7480/81/82 являются моно усилителями класса D с раздельным питанием. Выходным сигналом усилителей является высокочастотная последовательность прямоугольных импульсов (порядка 100 кГц) типа RAIL-TO-RAIL (т.е. с размахом, равным напряжению питания) с изменяемой скважностью.

Для того чтобы получить из этой последовательности импульсов аудио-сигнал, на выходе усилителя должен присутствовать фильтр низких частот. Основным достоинством усилителей является их высокая эффективность в сравнении с обычными усилителями класса АВ.

Рис. 4. Блок-схема усилителя

Предварительный усилитель определяет коэффициент усиления всего усилителя (рис. 4). Второй каскад является усилителем мощности класса D с коэффициентом усиления 1,5. Основой усилителя мощности является управляемый мультивибратор, который при отсутствии входного сигнала генерирует меандр. При наличии сигнала на входе, мультивибратор изменяет скважность выходных импульсов. Частота мультивибратора задается напряжением на выводе 9 (для корпуса DIP20) или 6 (для MULTIWATT15).

В дальнейшем нумерация выводов будет приводиться в квадратных скобках через слэш в том же порядке, т.е. сначала для DIP, а затем для MULTIWATT: [9/6].

Выходной каскад выполнен на мощных n-канальных DMOS транзисторах, причем верхний транзистор снабжен параметрической обратной связью (бутстрэпом) через конденсатор СП (на схемах включения).