Car Wzmacniacz KLASY T

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Samochodowy wzmacniacz w klasie T
P R O J E K T Y
Samochodowy wzmacniacz
w klasie T
AVT−5079
Jakkolwiek zwiÍkszanie
sprawnoúci energetycznej
urz¹dzeÒ stosowanych
w†samochodach, w†tym
szczegÛlnie sprzÍtu audio, nie
jest jeszcze modne,
w†artykule przedstawiamy
opis konstrukcji
wysoko sprawnego,
stereofonicznego wzmacniacza,
ktÛrego sprawnoúÊ znacznie
przekracza 80%.
Co to oznacza w†praktyce? OtÛø
to, øe z†30W pobranych z†insta-
lacji samochodowej ponad 24W
zostanie zamienione na sygna³
akustyczny, a†tylko ok. 2...4W
zostanie zuøyte na podgrzanie
wnÍtrza samochodu. Dla orienta-
cji, w†przypadku korzystania
w†koÒcÛwce mocy z†uk³adu
TDA1555 sprawnoúÊ energetyczna
wzmacniacza nie przekracza 30%,
w†przypadku TDA1561Q wynosi
28...33%, a†w†przypadku
TDA8566Q dochodzi do 25%.
Jasno z†tego wynika, øe radiator
wspomagaj¹cy ch³odzenie obudo-
wy uk³adu scalonego praktycznie
nie jest potrzebny - to
takøe niebagatelna
oszczÍdnoúÊ. Spraw-
noúÊ wzmacniacza roú-
nie wraz z†moc¹ wyj-
úciow¹, co oznacza, øe
zysk energetyczny moø-
na uzyskaÊ w†przypad-
ku nieco wiÍkszych
mocy na wyjúciu uk³a-
du. Na
rys. 1
pokazano
wykresy zaleønoúci
sprawnoúci od mocy
wyjúciowej dla dwÛch
impedancji obci¹øenia.
Wykonanie wysoko
sprawnego wzmacnia-
cza audio o†dobrych
parametrach akustycznych by³o
moøliwe dziÍki zastosowaniu sca-
lonego wzmacniacza TA2020 op-
racowanego i†produkowanego
przez amerykaÒsk¹ firmÍ Tripath.
Jej autorskim opracowaniem jest
nowa klasa pracy wzmacniaczy,
nosz¹ca nazwÍ ìklasa Tî. Z†ma-
teria³Ûw udostÍpnionych przez
producenta nie wynika wprost,
jakiego rodzaju udoskonalenia
wprowadzono w†sterowniku koÒ-
cÛwki mocy w†stosunku do kla-
sycznych rozwi¹zaÒ impulsowych,
jakie s¹ stosowane m.in. we
wzmacniaczach klasy D, ale ja-
koúÊ (pod wzglÍdem parametrÛw)
uzyskiwanego düwiÍku jest (w†naj-
gorszym przypadku) porÛwnywal-
Rys. 1. Zależność sprawności energetycznej
wzmacniacza od mocy wyjściowej
Elektronika Praktyczna 8/2002
35
Samochodowy wzmacniacz w klasie T
KoÒcÛwka mocy zasto-
sowana w†projekcie jest
jednym z†pierwszych opra-
cowaÒ firmy Tripath,
w†ktÛrym zintegrowano ste-
rownik z†koÒcÛwkami mo-
cy, co znacznie upraszcza
jej stosowanie, radykalnie
obniøa koszt wykonania
wzmacniacza, zapewnia
takøe dob¹ jakoúÊ odtwa-
rzanego sygna³u.
kresy ilustruj¹ce zaleønoúÊ pomiÍ-
dzy moc¹ wyjúciow¹ i†wspÛ³czyn-
nikiem zniekszta³ceÒ sygna³u wyj-
úciowego dla dwÛch zalecanych
impedancji obci¹øenia.
Uk³ad wyposaøono w†wewnÍt-
rzne mechanizmy zabezpieczaj¹ce
przed zbyt wysokim lub zbyt
niskim napiÍciem zasilaj¹cym,
uk³ad automatycznego wyciszania
sygna³u wyjúciowego podczas
w³¹czania i†wy³¹czania wzmac-
niacza (u³atwia eliminacjÍ przy-
krych stukÛw w†g³oúnikach),
uk³ad przeciwzwarciowy zabez-
pieczaj¹cy stopnie wyjúciowe
przed przetÍøeniem, a†takøe bez-
piecznik termiczny, dziÍki ktÛre-
mu w†przypadku przekroczenia
dopuszczalnej temperatury obu-
dowy obci¹øenie jest od³¹czane
do chwili, gdy obudowa wzmac-
niacza osi¹gnie bezpieczn¹ tem-
peraturÍ.
Pomimo zastosowania doúÊ
ìha³aúliwejî elektromagnetycznie
techniki wzmacniania sygna³Ûw
audio, dynamika toru akustyczne-
go jest bardzo dobra i†wynosi ok.
103dB. Pozwala to na stosowanie
uk³adu TA2020 takøe w†aplika-
cjach bardziej zaawansowanych,
niø prezentowana w†artykule.
Rys. 2. Zależności wartości współczynnika
zniekształceń od mocy wyjściowej
Co potrafi TA2020
Uk³ad TA2020 zoptyma-
lizowano pod k¹tem stoso-
wania w†przenoúnym i†przewoü-
nym sprzÍcie audio, ze szczegÛl-
nym uwzglÍdnieniem samocho-
dÛw - wynika to przede wszyst-
kim z†przewidzianego przez pro-
ducenta dopuszczalnego zakresu
napiÍcia zasilaj¹cego. W†zaleønoú-
ci od impedancji obci¹øenia do-
³¹czonego do uk³adu, maksymalna
moc wyjúciowa moøe wynosiÊ
2x13W (przy 8
na ze wzmacniaczami pracuj¹cy-
mi w†klasie AB. Ze szcz¹tkowych
informacji upublicznionych przez
firmÍ Tripath wynika tylko, øe
sterownik stopnia mocy analizuje
charakter sygna³u wejúciowego
i†w†zaleønoúci od jego spektrum
modyfikuje czÍstotliwoúÊ i†ampli-
tudÍ sygna³u taktuj¹cego tranzys-
tory mocy. Drug¹ istotn¹ cech¹
sterownika wbudowanego w†uk³ad
TA2020 jest wykorzystanie sygna-
³u PWM o†wysokiej czÍstotliwoúci
ìnoúnejî - w†stanie spoczynku
mieúci siÍ ona (w zaleønoúci od
typu uk³adu) w†przedziale:
100kHz...1,7MHz.
) lub 2x23W (przy
), a†nawet 2x25W przy za³oøe-
niu, øe wzmacniacz bÍdzie zasi-
lany napiÍciem 14,4V (typowe
w†instalacji samochodowej pod-
czas jazdy na wiÍkszych obrotach
silnika). Na
rys. 2
pokazano wy-
Rys. 3. Schemat elektryczny wzmacniacza
36
Elektronika Praktyczna 8/2002
4
Samochodowy wzmacniacz w klasie T
Uk³ad TA2020 charakteryzuje
siÍ jeszcze jednym istotnym pa-
rametrem, o†wartoúci rzadko spo-
tykanej u†innych producentÛw -
standardowo zakres temperatury
pracy wynosi aø -40...+85
o
C, co
znacznie u³atwia stosowanie uk³a-
du w†samochodach.
Opis uk³adu
Schemat elektryczny wzmac-
niacza pokazano na
rys. 3
. Bu-
dowa uk³adu TA2020 nie pozwala
na wprowadzanie istotnych mody-
fikacji w†jego aplikacji, co ³atwo
zauwaøyÊ na schemacie - jest to
bowiem niemal ca³kowicie wierna
kopia zalecanej aplikacji fabrycz-
nej. We wzmacniaczu zrezygno-
wano z†moøliwoúci ìusypianiaî
wzmacniacza za pomoc¹ stanu
logicznego podawanego na wej-
úcie SLEEP, dlatego zosta³o ono
zwarte do masy, blokuj¹c moøli-
woúÊ uaktywnienia bloku steruj¹-
cego obniøonym poborem mocy.
Wartoúci zastosowanych elemen-
tÛw wynikaj¹ z†zaleceÒ producen-
ta, takøe wyraünie zaznaczony na
schemacie podzia³ obwodÛw mas
zasilania jest kopi¹ zaleceÒ pro-
ducenta.
Podczas kompletowania ele-
mentÛw szczegÛln¹ uwagÍ trzeba
zwrÛciÊ na parametry d³awikÛw
L1...L4 (s¹ one w³¹czone w†sze-
reg z†obci¹øeniem), a†takøe diod
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej wzmacniacza
Schottky'ego D1, D2 i†D3, D4.
D³awiki musz¹ byÊ nawiniÍte na
rdzeniu niewchodz¹cym w†nasy-
cenie przy pr¹dzie przep³ywaj¹-
cym przez d³awik o†natÍøeniu
3A, rdzeÒ powinien byÊ takøe
przystosowany do pracy z†czÍs-
totliwoúciami 0,8...1MHz. W†przy-
padku braku moøliwoúci zakupu
diod MBRS130 naleøy starannie
dobieraÊ odpowiedniki, szczegÛl-
nie bior¹c pod uwagÍ czas ich
prze³¹czania i†- oczywiúcie - pr¹d
przewodzenia oraz napiÍcie zapo-
rowe.
Nieco niepokoj¹cy moøe siÍ
wydawaÊ kszta³t p³ytki drukowa-
nej, ktÛrej jedna z†krawÍdzi zosta-
³a podciÍta w†kszta³cie schodkÛw.
Taki kszta³t obrysu p³ytki wynika
z†dostosowania jej do montaøu
w†efektownym radiatorze, ktÛry
spe³nia jednoczeúnie rolÍ obudo-
wy wzmacniacza. PrÛby z†tak wy-
konanym wzmacniaczem wykaza-
³y, øe nie ma koniecznoúci przy-
krÍcania obudowy uk³adu TA2020
do radiatora, w†zwi¹zku z†czym
spe³nia on tylko rolÍ obudowy.
Podczas uruchamiania i†eks-
ploatacji wzmacniacza naleøy pa-
miÍtaÊ, øe maksymalne dopusz-
czalne napiÍcie zasilania wynosi
16VDC - jego przekroczenie na
d³uøszy czas moøe doprowadziÊ
do uszkodzenia uk³adu.
Piotr Zbysiñski, AVT
piotr.zbysinski@ep.com.pl
Montaø i†uruchomienie
Silne wyspecjalizowanie uk³a-
du TA2020 z†jednej strony ogra-
nicza moøliwoúci modyfikowania
uk³adu aplikacyjnego, z†drugiej
strony powoduje, øe uruchamia-
nie poprawnie zmontowanego
wzmacniacza nie wymaga wiÍcej
niø kilku minut i†zazwyczaj spro-
wadza siÍ do sprawdzenia jego
dzia³ania.
Podczas montaøu pomocny
bÍdzie schemat montaøowy p³yt-
ki drukowanej (dwustronnej),
ktÛry pokazano na
rys. 4
. Mon-
taø naleøy rozpocz¹Ê od diod
D1, D2, D4, D5, ktÛre s¹ przy-
stosowane do montaøu powierz-
chniowego. Na rys. 4†wyjaúnio-
no sposÛb oznaczenia anod i†ka-
tod tych diod, co pozwoli unik-
n¹Ê k³opotÛw podczas montaøu.
Diody s¹ umieszczone na stro-
nie ìelementÛwî p³ytki druko-
wanej, a†dziÍki doúÊ duøym wy-
miarom podczas montaøu nie
ma potrzeby korzystania z†ja-
kichkolwiek specjalnych narzÍ-
dzi lub úrodkÛw. Pozosta³e ele-
menty maj¹ przewlekane koÒ-
cÛwki i†ich montaø nie wymaga
komentarza.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1...R4: 20k
Wzory p³ytek drukowanych w for-
macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie
pod adresem:
?pdf/sierpien02.htm
oraz na p³ycie
CD-EP08/2002B w katalogu
PCB
.
R5: 8,2k
Ω
R7, R8: 10
Ω
Kondensatory
C1, C7, C8, C10...C12, C21, C22:
470nF
C2, C3: 4,7
F
C4, C5, C9, C13, C15...C19:
100nF
C6: 1
F
C14, C20: 220
F/25V
Półprzewodniki
D1, D2, D4, D5: MBRS130T3
D3: dowolna dioda LED
US1: TA2020
Różne
J1: podwójny chinch do druku
lub dwa pojedyncze
J2...J5: podwójne ARK
L1...L4: 10
H
Elektronika Praktyczna 8/2002
37
R6: 1k
[ Pobierz całość w formacie PDF ]