Зниження вартості і доступність АЦП високої розрядності і сигнальних процесорів сприяли появі високоякісних підсилювачів потужності D-класу, заснованих на широтно-імпульсної модуляції. Робота вихідних транзисторних каскадів в ключовому режимі таких підсилювачів дозволяє в кілька, а часом і в десятки разів збільшити ККД, тим самим, знижуючи тепловиділення підсилювача, його габарити і вартість. Серед всіх звукових підсилювачів пристрою класу D є найбільш економічними, завдяки використанню цифрової обробки сигналу. Вона виключає можливість появи перекручувань і шумів в попередніх трактах підсилювача, спрощує і полегшує всілякі лінійні і нелінійні перетворення сигналу без використання механічних регулювальних елементів, розширює функціональність.
Пропонований читачам цифровий процесор звуку спільно з чотирма кінцевими підсилювачами потужності звукової частоти дає можливість зібрати 4-канальний Hi-Fi-аудіокоректор D-класу з максимальною вихідною потужністю до 315 Вт в кожному каналі. Схемотехніка підсилювача заснована на базі мікросхем Texas Instruments TAS5504 (цифровий звуковий ШІМ-процесор) і TAS5261 (мостовий цифровий підсилювач).
Цифровий процесор звуку
Потужність підсилювача визначається напругою живлення вихідних каскадів. Кількість каналів підсилювача - до чотирьох, а ККД досягає 96%. Функціональність пристрою робить його доступним для використання в різних областях - від побудови висококласного стаціонарного підсилювача для цифрового домашнього кінотеатру і закінчуючи підсилювачем потужності для автомобільних аудіозастосувань.
Цифровий процесор звуку призначений для попереднього аналого-цифрового перетворення звукового сигналу, яку треба буде його цифрової обробки і модуляції в ШІМ-сигнал. Цифрова обробка дозволяє уникнути появи додаткового шуму, фону, спотворень і клацань при перемиканні режимів роботи. Кнопкове управління спільно з цифровим індикатором реалізують зручність і комфортність використання основних режимів роботи процесора: регулювання гучності, режим «MUTE», управління захистом. Функція запам'ятовування встановленого користувачем рівня гучності підсилювача дозволяє уникнути повторної його настройки при виникненні перебоїв в живленні процесора. Режим контролю і управління захистом від перевантажень, підключених кінцевих модулів, зумовлює високу надійність і відмовостійкість підсилювача.
Загальний вигляд цифрового процесора звуку представлений на рис. 1.
Мал. 1. Зовнішній вигляд цифрового процесора звуку
Подається на вхід процесора сигнал зі звукового джерела потрапляє на 24-розрядні двоканальні АЦП U2, U3, де оцифровується з частотою дискретизації 96 кГц. Сформовані пакети даних по послідовній шині передаються в цифровій ШІМ-процесор U4, що виконує функції регулювання гучності і ШІМ-перетворення оцифрованого сигналу для подальшого його посилення в кінцевих підсилювачах-демодулятор, виконаних на основі інтегральної мікросхеми TAS5261 з металевим теплоотводом. Мостова схема включення навантаження в поєднанні з однополярним живленням кінцевих каскадів спрощують джерело живлення підсилювача, дозволяючи живити схему напругою від +5 до +50 В.
З електричної принципової схемою процесора звуку BM2070 можна ознайомитися на сайті Кельні за адресою: www.masterkit.ru/images/magazines/3_RH_5_07.gif .
Ядром цифрового процесора звуку є універсальний мікроконтролер Texas Instruments TAS5504, який здійснює цифрове перетворення аналогового звукового сигналу, його попередню обробку і корекцію.
Для управління режимами роботи підсилювача і їх індикації використаний мікроконтролер фірми Atmel Atmega8 (IC1). До нього безпосередньо підключені кнопки управління підсилювачем, дисплей з динамічною індикацією і ШІМ-процесор.
Основні елементи управління
Дисплей - чотирьох розрядний цифровий дисплей відображає загальний для всіх каналів рівень гучності в децибелах. Рівень 0 дБ відповідає номінальній вихідній потужності підсилювача при номінальній вхідній напрузі 1 В.
DOWN - кнопка зменшення рівня гучності. При утриманні кнопки зменшення гучності прискорюється.
UP - кнопка збільшення рівня гучності. При утриманні кнопки збільшення гучності прискорюється.
MUTE - кнопка тимчасового відключення звуку. При повторному натисканні процесор переходить в нормальний режим.
ON / OFF - кнопка виключення / включення підсилювача. У вимкненому стані процесор переходить в режим зниженого енергоспоживання, сигнали на виходах відключаються, індикація на дисплеї відключається.
Світлодіод, запалюють у вимкненому стані процесора (підсилювача).
Регулювання гучності здійснюється за допомогою кнопок «UP» і «DOWN», відповідним чином змінюється її значення на дисплеї в діапазоні: -100 ... + 17 дБ.
Цифровий крайовий підсилювач D-класу 315 Вт
Кінцеві підсилювачі представляють собою ШІМ-підсилювачі-демодулятор з мерії схемою включення навантаження (акустичної системи). Широкий діапазон напруги живлення кінцевих каскадів визначає максимальну вихідну потужність.
Загальний вигляд вихідного підсилювача представлений на рис. 2, а принципова схема - на рис. 3.
Мал. 2. Зовнішній вигляд одноканального крайового підсилювача D-класу 315 Вт
Мал. 3. Принципова електрична схема одноканального крайового підсилювача D-класу 315 Вт BM2071
Функціонально підсилювач потужності розділений на сигнальний процесор і окремі модулі підсилювачів-демодуляторів. Залежно від потреб користувача до процесора можна підключити від одного до чотирьох кінцевих підсилювачів, тим самим, визначивши число каналів посилення.
Технічні характеристики крайового підсилювача BM2071
Відтворений діапазон частот, Гц 10 ... 40000 Вихідна потужність, Вт 235 (Rнаг = 4 Ом, КНІ <0,15%)
315 (Rнаг = 4 Ом, КНІ <10%)
125 (Rнаг = 8 Ом, КНІ <0,09%)
220 (Rнаг = 6 Ом, КНІ <10%) Опір навантаження, Ом 4 ... 16 Діапазон регулювання гучності, дБ -100 ... + 17 Номінальна вхідна напруга, В 1 Частота дискретизації вхідного сигналу, кГц 96 Співвідношення сигнал / шум, дБ -99 загальні гармонійні спотворення + шум, дБ -93 Струм споживання в режимі очікування не більше, мА 10 Номінальна вхідна напруга, в 1 напруга живлення ланцюга «+50 в», в + (50) напруга живлення ланцюга «+12 в» стабілізовану, в +12
конструкція
Конструктивно підсилювач виконаний на друкованих платах з фольгованого склотекстоліти. Компактна конструкція передбачає установку плати процесора сигналів підсилювача спільно з платами силових модулів всередині корпусу розміром не менше 15,5х4,5х14 см3 з вентиляційними отворами. Підключення процесора до блоку живлення, кінцевим модулів проводиться за допомогою гнучких проводів до відповідних висновків роз'ємів XS4 ... XS7. До джерела звукового сигналу підключення проводиться екранованими проводами.
Для живлення процесора необхідний стабілізований джерело живлення, що підключається до роз'єму XS2 і забезпечує струм навантаження не менше 500 мА і напруга +12 В.
Джерело аналогового звукового сигналу амплітудою не більше 1,5 В підключається до гнізда XS3. Так як процесор підтримує роботу одночасно від одного до чотирьох каналів посилення, то в залежності від числа використовуваних каналів потрібно підключати відповідні вихідним модулям вхідні сигнали.
В цілому, не дивлячись на високу надійність і невибагливість пропонованого підсилювача, в ряді випадків можливе спрацьовування захисту від перевантажень. Вбудована система контролю і управління захистом вихідних силових каскадів, що підключаються до роз'ємів XS4 ... XS7, заснована на аналізі отриманих від них інформаційних сигналів перегріву і спрацьовування захисту від електричних перевантажень. При отриманні сигналу перегріву процесор плавно знижує гучність на виході підсилювача, тим самим, запобігаючи його подальше нагрівання. Одночасно в правому нижньому кутку дисплея починає блимати точка, що інформує користувача про перехід процесора в режим захисту підсилювача від перегріву. Після того, як силовий модуль переходить в нормальний режим роботи, процесор плавно повертає рівень гучності до значення, встановленого користувачем. Важливо відзначити, що процесор переводить в режим захисту все підключені силові модулі підсилювача в незалежності від того, з якого з них був отриманий сигнал перевантаження.
Мал. 4. Реалізація 4-канального цифрового HiFi-підсилювача
Приклад практичної реалізації 4-канального УМЗЧ
На рис. 4 наведено варіант реалізації (в демо-версії) 4-канального цифрового HiFi-підсилювача для домашнього кінотеатру (процесор звуку і чотири кінцевих підсилювача).
Після складання підсилювача будь-якої налагодження пристрою не потрібно. Необхідно лише переконатися в правильності підключення модулів між собою, полярності сигналів і напруг живлення.
висновок
Щоб позбавити Вас від пошуку електронних компонентів, виготовлення друкованих плат і проведення монтажу, МАЙСТЕР КИТ пропонує готові блоки BM2072 (комплект «4-канальний процесор сигналів» і «Одноканальний крайовий підсилювач D-класу з вихідною потужністю 315 Вт») і BM2071 ( «Одноканальний крайовий підсилювач D-класу з вихідною потужністю 315 Вт »). У комплект кожного блоку входить інструкція з експлуатації.
Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка -
e-mail: [email protected]
Про компанію Texas Instruments
В середині 2001 р компанії Texas Instruments і КОМПЕЛ уклали офіційну дистриб'юторську угоду, яке стало результатом тривалої і успішної роботи КОМПЕЛ в якості офіційного дистриб'ютора фірми Burr-Brown. (Як відомо, Burr-Brown увійшла до складу TI так само, як і компанії Unitrode, Power Trend і Klixon). З цього часу компанія КОМПЕЛ отримала доступ до постачання всієї номенклатури вироблених компанією TI компонентів, технологій та налагоджувальних засобів, а також ... читати далі
