Wzmacniacz klasy D.PDF

(286 KB) Pobierz
P O D Z E S P O Ł Y
WokÛ³ tematyki impulsowych
wzmacniaczy audio kr¹øymy
od pewnego juø czasu.
Charakteryzuj¹ siÍ one
bardzo wysok¹ sprawnoúci¹
energetyczn¹, znacznym
skomplikowaniem
konstrukcyjnym, wiele emocji
wzbudzaj¹ ich parametry
elektroakustyczne. Wszystko to
razem powoduje, øe
konstrukcje tego typu maj¹
zarÛwno gor¹cych
zwolennikÛw jak
i†przeciwnikÛw, czÍsto
opieraj¹cych swoje pogl¹dy
na pobieønej analizie not
katalogowych. Aby sytuacjÍ
dodatkowo zagmatwaÊ, na
rynku pojawiaj¹ siÍ
rÛønorodne uk³ady
prezentowane jako ìcyfroweî
uk³ady wzmacniaj¹ce, bÍd¹ce
w†istocie takøe
wzmacniaczami impulsowymi.
Øeby sytuacjÍ nieco rozjaúniÊ
przygotowaliúmy krÛtki cykl
artyku³Ûw, w†ktÛrym
przedstawimy moøliwoúci
dostÍpnych na rynku uk³adÛw
Rys. 1.
Na pierwszy rzut oka pomys³
wzmacniania subtelnych sygna³Ûw audio
za pomoc¹ wzmacniaczy impulsowych
z†zasady dzia³ania przypominaj¹cych
ma³o finezyjne przetwornice stosowane
w†zasilaczach, wydaje siÍ szalony. Przez
ca³e lata konstruktorzy wzmacniaczy
wprost szaleli staraj¹c siÍ zmusiÊ je do
maksymalnie liniowego wzmacniania
sygna³Ûw wejúciowych, po drodze wal-
cz¹c z†szeregiem mniej i†bardziej powaø-
nych trudnoúci. D³ugo przecieø trwa³o
zanim znaleziono prawdziwe przyczyny
grupy projektowej zajmuj¹cej siÍ impul-
sowymi uk³adami odchylania do TV,
pracuj¹cy w†firmie Thomson. Swoje op-
racowanie pokaza³ publicznie w†1968
roku. Jego powaøn¹ wad¹ by³y: niska
czÍstotliwoúÊ prÛbkowania sygna³u (za-
ledwie 8kHz) oraz potÍøne wymiary,
ktÛre ìzawdziÍcza³î przede wszystkim
niezbyt doskona³ym rdzeniom Ûwczes-
nych d³awikÛw i†transformatorÛw.
Pomimo niedoskona³oúci konstrukcyj-
nych i†fatalnej jakoúci odtwarzanego
düwiÍku (minimalna zawartoúÊ wspÛ³-
wzmacniaj¹cych tego typu.
metalicznego (ìtranzystorowegoî) brzmie-
nia wzmacniaczy tranzystorowych, d³u-
go walczono z†nienajlepszym wzmacnia-
niem sygna³Ûw impulsowych (uk³on
w†stronÍ fanÛw HipHopu, choÊ nie tyl-
ko), niebagatelnym problemem by³o tak-
øe zapewnienie odpowiedniego sterowa-
nia nowoczesnych zespo³Ûw g³oúniko-
wych, ktÛrych parametry zaleøne od
czÍstotliwoúci powoduj¹, øe s¹ one trud-
ne do optymalnego wysterowania.
Tak, jak teorie Einsteina uznano na
pocz¹tku za objaw powaønej choroby,
tak - wbrew pozorom konserwatywny -
úwiat elektronikÛw rozmi³owanych
w†konstrukcjach audio nie potraktowa³
powaønie pierwszego pokazanego ofi-
cjalnie na úwiecie wzmacniacza audio,
ktÛry zamiast optymalizowanej w†pocie
czo³a linearyzacji ci¹³ piÍkne düwiÍki
na prostok¹tne kawa³ki. Konstruktorem
wzmacniacza o†mocy 12W, wykonanego
ca³kowicie z†elementÛw dyskretnych
(z†tranzystorami 2N1012 w†koÒcÛwce
mocy), by³ Thomas L. Spears - szef
czynnika zawartoúci zniekszta³ceÒ nieli-
niowych przekracza³ 8%!) opracowana
przez T. L. Spearsa zasada dzia³ania
wzmacniaczy impulsowych, ktÛre niemal
od razu zakwalifikowano jako pracuj¹ce
w†klasie D, niewiele do dzisiaj siÍ
zmieni³. Doskonale j¹ ilustruje
rys. 1.
Komparator analogowy, ktÛrego rolÍ mo-
øe pe³niÊ wzmacniacz operacyjny o†du-
øym wzmocnieniu
napiÍciowym, po-
rÛwnuje ze sob¹
dwa sygna³y:
✗
Referencyjny trÛj-
k¹tny,
ktÛrego
czÍstotliwoúÊ po-
winna byÊ jak
najwyøsza (w no-
woczesnych opra-
cowaniach siÍga
nawet
2MHz).
Jest on zazwyczaj
podawany
na
wejúcie odwraca-
j¹ce komparatora.
Rys. 2.
✗
Analogowy sygna³ audio, ktÛry jest
podawany na wejúcie nieodwracaj¹ce
komparatora. Jego amplituda powinna
byÊ zbliøona do amplitudy trÛjk¹tne-
go sygna³u referencyjnego.
W†zaleønoúci od wartoúci napiÍcia
(amplitudy) sygna³u audio podawanego
na wejúcie, sygna³ na wyjúciu kompara-
Elektronika Praktyczna 1/2002
77
P O D Z E S P O Ł Y
Rys. 3.
tora ma modulowane wype³nienie. Dla
sygna³u wejúciowego o†wartoúci rÛwnej
po³owie amplitudy sygna³u referencyjne-
go wspÛ³czynnik wype³nienia przebiegu
wyjúciowego komparatora wynosi 50%.
Wraz ze wzrostem poziomu napiÍcia na
wejúciu sygna³u audio wspÛ³czynnik wy-
pe³nienia roúnie, wraz z†jego obniøaniem
siÍ maleje takøe wspÛ³czynnik wype³nie-
nia. W†ten sposÛb nastÍpuje konwersja
sygna³u analogowego na zmodulowany
przebieg PWM (Pulse
Width Modula-
tion),
ktÛrego uúredniona wartoúÊ niesie
informacjÍ o†chwilowej amplitudzie syg-
na³u wejúciowego. Jest oczywiste, øe
wraz ze wzrostem czÍstotliwoúci sygna-
³u referencyjnego zwiÍksza siÍ dok³ad-
noúÊ konwersji A/C sygna³u audio, co
znajduje silne odbicie w†jakoúci odtwa-
rzanego sygna³u. ZwiÍkszanie tej czÍs-
totliwoúci nie jest moøliwe bez ograni-
czeÒ, poniewaø d³awiki niezbÍdne do
filtrowania reprodukowanego sygna³u, ze
wzglÍdu na duøe pr¹dy p³yn¹ce przez
obci¹øenie oraz znaczn¹ bezw³adnoúÊ
magnetyczn¹ rdzeni, s¹ bardzo trudne
do wykonania.
Pomimo tych trudnoúci coraz wiÍcej
firm angaøuje siÍ w†produkcjÍ scalonych
wzmacniaczy lub sterownikÛw do wzmac-
niaczy pracuj¹cych w†klasie D. Jedn¹ z†ry-
nkowych nowoúci przedstawiamy na po-
cz¹tku krÛtkiego cyklu artyku³Ûw.
Co drzemie w†Zetex'ie
Angielska firma Zetex - producent
m.in. szeregu nietypowych uk³adÛw
scalonych - w†marcu ubieg³ego roku
wdroøy³a do produkcji nowoczesny sca-
lony sterownik do wzmacniaczy audio
pracuj¹cych w†klasie D - uk³ad
ZXCD1000. Jego schemat blokowy
przedstawiono na
rys. 2.
Jak widaÊ,
wewnÍtrzna budowa uk³adu nie jest
skomplikowana, podobnie do schematu
aplikacyjnego (przedstawiony na
rys. 3),
w†ktÛrym uk³ad ZXCD1000 pracuje ja-
ko wzmacniacz mostkowy. O†ile moco-
we parametry wzmacniacza nie naleø¹
do najbardziej intryguj¹cych (wyjúciowa
moc sinusoidalna wynosi 25W), to
energetyczna sprawnoúÊ wzmacniacza
(rys.
4)
oraz jego wymiary (fot.
5)
bu-
dz¹ prawdziwe uznanie. Niewielkie wy-
miary zewnÍtrzne uda³o siÍ uzyskaÊ
projektantom wzmacniacza dziÍki wyso-
kiej czÍstotliwoúci prÛbkowania, siÍga-
j¹cej 250kHz, co pozwoli³o ograniczyÊ
wymiary rdzenia d³awika wyjúciowego
do moøliwego obecnie minimum.
Pomimo niezbyt skomplikowanej
wewnÍtrznej budowy wzmacniacza i†je-
go bardzo prostej nocie aplikacyjnej,
parametry toru audio s¹ co najmniej
zadowalaj¹ce: pasmo (z nierÛwnomier-
noúci¹ -0,3dB) siÍga 20kHz, maksymal-
ne zniekszta³cenia nieliniowe nie prze-
kraczaj¹ 0,2%, a†odstÍp od poziomu
szumÛw bÍd¹cych efektem kluczowania
pr¹dÛw o†duøych wartoúciach nie jest
mniejszy (úrednio, dla szpilek widma)
od 80dB.
Poniewaø uk³ad ZXCD1000 przysto-
sowano do wspÛ³pracy z†tranzystorami
MOSFET w†koÒcÛwce mocy, jego
wzmacniacze wyjúciowe s¹ przystosowa-
ne do sterowania obci¹øeÒ pojemnoú-
ciowych, dziÍki czemu ograniczona do
50 ns szybkoúÊ prze³adowywania kon-
densatora bramkowego nie wp³ywa na
jakoúÊ odtwarzanego sygna³u audio. Po-
prawÍ jego jakoúci moøna uzyskaÊ po-
przez
wyposaøenie
wzmacniacza
w†uk³ad sprzÍøenia zwrotnego, ktÛry
doúÊ znacznie komplikuje budowÍ
wzmacniacza. Dok³adna koncepcja tego
uk³adu zosta³a w†nocie katalogowej
uk³adu ZXCD1000, ktÛr¹ moøna znaleüÊ
na stronie producenta oraz na p³ycie
CD-EP1/2002B.
Fot. 5.
Na tym koÒczymy wprowadzenie -
za miesi¹c zapraszamy do przeczytania
artyku³u przegl¹dowego, w†ktÛrym op-
rÛcz klasycznych wzmacniaczy pracuj¹-
cych w†klasie D†przedstawimy takøe
szereg nowoczesnych opracowaÒ ze
úwiata, ktÛre - mamy nadziejÍ - juø
wkrÛtce bÍd¹ dostÍpne takøe w†naszym
kraju.
Andrzej Gawryluk, AVT
Dodatkowe informacje
Prezentowany w artykule zestaw wzmacniacza au-
dio z uk³adem ZXCD1000 udostêpni³ nam do testów
dystrybutor firmy Zetex - firma Eurodis, tel. (71) 301-
04-00, wroclaw@eurodis.com.pl.
Dodatkowe informacje s¹ dostêpne w Internecie
pod adresem www.zetex.com oraz na p³ycie CD-EP1/
2002B.
Rys. 4.
78
Elektronika Praktyczna 1/2002

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin