Samochodowy wzmacniacz w klasie T.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

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

Elektronika Praktyczna 8/2002

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: http://www.ep.com.pl/

?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

C4, C5, C9, C13, C15...C19:

100nF

C6: 1

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

Elektronika Praktyczna 8/2002

R6: 1k

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: