Tda8950Th схема усилителя: Page Not Found (404) – NXP® Semiconductor

А пока ищем в поисковике по надписи на плате, я расскажу вам, что это. Это модуль UcD250 от компании Hypex Electronics.
Ничего особенного. Класс D, 250 Вт заявленной мощности. Нормально, да?
Опять китайцы нарисовали свои Ватты? Нет, сегодня все честно и по-настоящему.
Это внутренности монитора ближнего поля EveAudio, предназначенного для профессиональной студийной работы.
Размерчик модуля можно оценить по фото, для масштаба обычная АА-батарейка.

Содержание / Contents

А зря. Эту информацию надо иногда писать на обложках альбомов мелким шрифтом , чтоб отрезвить особо ретивых слушателей.

Класс D прошелестел копытами мимо меня. Я тоже, грешным делом, находясь в плену стереотипов, считал его уделом музцентров и бумбоксов. Да, встречал в прецизионных (!) стабилизаторах материнских плат, и даже как-то собирал инверторы на 220 В — там тоже класс D по сути, но в звуке не использовал.
Ровно до того момента, пока не попал мне в ремонт модуль активной АС HK-Audio HK Linear5 115FA.

Результат меня впечатлил! Я слышал утверждения, что усилитель должен быть на порядок мощнее используемой мощности, но чтоб настолько это было выражено?

Оказалось, что уже несколько лет класс D прочно входит в нашу жизнь, и при этом обладает неплохими характеристиками. Например, сама по себе технология UcD (Universal class D), упрощенно, обычный усилитель, введенный в режим самовозбуждения, а аналоговый сигнал модулирует ширину импульсов этого возбуждения, и на выходе мы имеем ШИМ-модулированнй аудио сигнал с частотой этого самовозбуждения. Дальше дросселем и конденсатором преобразуем его обратно в аналог.

Теперь понятно, как в ноутбуках получают напряжения с тремя знаками после запятой.

Конечно, существует набор специализированных микросхем и полевых транзисторов, а также множество готовых решений. Например серия IRAUDAMP от бывшего IR, а теперь Infineon.

По воле случая, мне достался неисправный усилитель

Ну что, вперед!

Такая топология называется self-oscillating amplifier. Можно использовать внешний генератор, но об этом ниже.

В демоплатах эта проблема решена немного топорно, и 12В получают с помощью стабилизатора из минусовой шины, а потом яростно борются с излишним тепловыделением. Я решил не идти по граблям хотя бы в этом вопросе.

Так как большая мощность не планируется, то за основу взят проверенный в боях БП на FSFR1700. Его мощности мне хватит для домашнего использования, да и почти все компоненты есть в наличии.

Будущую схемотехнику я представлял в общих чертах, поэтому заложил следующие параметры: 12В питания драйвера, относительно минусовой шины. Оно же стабилизировано ОС БП. Питание самого усилителя 2*40-60В. И 2*12В для буфера. Интегратор я планировал питать через примитивные цепочки резистор-стабилитрон на 5В, что при испытаниях сыграло со мной злую шутку.

На заре коммерческого производства усилителей класса D в цепи питания ставили диоды Шоттки в прямом направлении. Это позволяло исключть pumping эффект, но при этом появлялся лишний компонент в цепи. Что было лучше — применить емкости на более высокое напряжение или пара диодов — сказать сложно, но сейчас диодов нет, емкости впритык и каналы в противофазе.
Видимо так лучше? Или дешевле?

В первом варианте усилителя стабилизаторы DA2, DA3 были настроены на напряжение +/-9В. Далее было изготовлено две платы из подручных материалов. Для питания интегратора я применил цепочки из резисторов 1,2К (как раз валялись под рукой) и стабилитронов 5,1В.

На холостом ходу, до установки в плату силовых ключей, драйвера и ОУ, эти напряжения соответствовали норме и я успокоился. А зря. Вот как не любил я эти «простые» решения, так оно и получилось. В результате испытаний было выжжено четыре полевика и три драйвера. От более серьезных повреждений спасла токовая БП. Она просто его отключала.

А все оказалось банально просто. При установке ОУ, я не замерил напряжения его питания. Привык, что LM317 не подведет. Зато подведет резистор. Напряжения оказались +3,2В и −3,8В. Не каждый ОУ будет работать, когда его так недокармливают! Выкинул резисторы, откалибровал DA2 DA3 на 5В и все. Запуск, частота на месте, не вырубается БП.
Вот такой я косячник иногда…

В качестве буфера и интегратора применен сдвоенный ОУ. Буфер необходим. Им можно задать чутье (а здесь играть номиналом резисторов ОС R9 R40 чревато потерей устойчивости и далее потерей ключей и драйвера). Им можно отвязать усилитель от источника.

Сделана раздельная регулировка частоты генерации резисторами R6 R37. При минимальном сопротивлении частота минимальна, около 80-90кГц. Частоту повышать можно и нужно, но без фанатизма. У меня выводный монтаж, и на таких частотах эксперименты небезопасны. На SMD попроще, но следует помнить и про сквозные токи и про тепловой режим драйвера. Я ставил примерно 320-340 кГц.

По выводу 8 выставляется dead time. Чем тупее полевики, тем больше значение DT.
Я отказался от IRFB4227 в пользу более легких IRFB5615, так как на IRFB4227 при увеличении громкости происходил уход в защиту на среднем значении DT. А максимальный DT и низкая частота — это удел усилителей для сабов. Сабов у меня нет. Поэтому и настройки будут другими.

Вообще все рекомендуемые параметры есть в апноутах или описаниях для IRADUAMP. Например как настроить защиту и как выставить DT.
Рассказывать не буду, там одна таблица по DT и несколько простых формул номиналам резисторов защит. Менять резисторы надо на отключенном усилителе и разряженных емкостях. При отключенной генерации расхода по силовым шинам питания нет, емкости держат долго. Я так убил еще одну IRS20957.

В сети есть программы расчета таких дросселей, поэтому можно рассчитать и «на глаз» без L-метра.
Параметры фильтра определяют не только частоту среза и АЧХ, но и остаток несущей на выходе. На клеммах АС остаток обычно 200-500мВ. Кому-то это кажется много, но помните, что это 200-400кГц, мы их не слышим и не каждый динамик их воспроизводит. Ну, а весь мир вокруг давно промодулирован зарядками, энергосберегайками и wi-fi точками.

Этот вариант я решил изготовить исключительно для сравнения. Так как IRS2092 имеет встроенный интегратор, то является фактически полноценным усилителем.

Интересно, при первом запуске, усилитель отказался работать на частоте ниже 200кГц. Запуск, хаотическая генерация и уход в защиту. Хорошо была возможность регулировать частоту на ходу. Поднял выше 200кГц и все заработало! С чем это связано пока не могу сказать. У IRS20957 такого не было, генерила устойчиво от 80 кГц. Напрасно переживал и несколько раз перемерял все напряжения перед установкой полевиков и драйвера. После включения все заработало с первого раза!

Чем выше частота — тем выше качество передачи высоких частот. Примерно как в ЦАП. Но и гнать частоту до мегагерц невозможно. Настанет момент, когда полевики перестанут закрываться и пойдут сквозняки. Тут уже DT не поможет.

Если все собрано без ошибок, схема запускается с первого раза, настроить нужно, как правило, только частоту. Или заранее впаять нужный резистор. Остальное работает сразу.
Если есть сомнения, можно навешать лампочек на шины питания. Мне как-то не потребовалось.

При запуске, в точке соединения полевиков, до дросселя, должно быть как-то так (делитель 1:10 размах — два питания):

Или так, без делителя:

А после дросселя так (без делителя).

Я думаю, можно применить Т-образный фильтр, и еще улучшить срез, но в реальности я почти нигде не видел применение двух дросселей на выходах, а те что имели вторую ступень, скорее фильтровали помехи от кабеля в усилитель, чем из него. Еще хорошо такие усилители использовать как низкочастотную секцию — типа сабвуфера или НЧ канала. При таком КПД усилителю не будет равных.

С измерением усилителя возник легкий казус — дело в том, что свои нагрузочные ПЭВ я утратил в процессе переезда, поэтому нагрузкой у меня служат по два резистора 6R 5W в параллель, что придает измерениям некий шарм. Включил, отстроил уровни, выключил.
Потому как дым от этих греющихся резисторов начинает застилать глаза и я боюсь, что бедный Creative наступит на ту-же лепешку, но уже по моей вине. А я же могу себе этого и не простить.

Для начала надо измерить общую картину:

А как же АЧХ? Ну примитивно, с помощью freq sweep, я ее понаблюдал. Некоторая «синусоидальность» картинки — это особенность работы программы — реально она линейна до предела измерения карточки.

Данные измерения приведены для первой версии, которая на IRS20957, вторая, что на IRS2092 оказалась немного хуже по уровню THD, зато более приятная по звуку (вот этот обман, что мы принимаем порой за лучшее).

А вот теперь интересное наблюдение: уровень THD, точнее уровень гармоник меняется при изменении несущей частоты. Причем не в обоих каналах, а наоборот — в одном может расти, в другом одновременно снижаться.
Видимо генератор должен быть очень качественный, а в идеале вообще кварцован. Тогда картина будет иная. На данном этапе self oscillated выглядит лучше по измерениям.

Схожее ощущение от динамики у меня было, когда я ставил после ремонта на прогон Dynacord L2400 на мощности 15-20 ватт. Громче просто невозможно было, пришлось бы уходить из помещения.

Второе впечатление от звука — если не знаешь, что там стоит перед АС — не угадаешь. До этого, различие между лампой и АВ вычислялось легко. Здесь хорошо чувствуется запас по мощности, это сложно описать, нужно слушать. Аппарат «прозрачен» для любых жанров музыки.

Но самое «тяжелое» впечатление  — не греется ничего! То есть греется транс в БП — это было всегда, немного теплые дроссели — тоже норма, а остальное комнатной температуры.
И зачем я городил эти алюминиевые пластины, ставил кучу радиаторов везде где не надо? Я понимаю, привычка. Особенно после ламп с их «высоким» КПД.

Но тут просто ощущение нереальности, как будто оно просто выключено и не работает… Естественно, если снимать с этих усилителей сотни ватт, то оно и нагреется, но для дома, когда нет войны с соседями и остатки ушей еще нужны, весь алюминий с этих плат можно смело сдать в цветмет — усилитель этого не заметит. А в SMD исполнении это вообще будет очень компактно, как на фото в начале статьи.

Вообще класс D не заканчивается на вышеописанных конструкциях. Ваш смартфон на 99% оборудован усилителем класса D, только маленьким. Автомобильные усилители, музценты, телевизоры — это только «начальный» этап применения этой технологии.
Источники питания цифровых блоков ноутбуков, планшетов, сотовых телефонов, везде, где нужно получить, например 1,200 В для питания логики, а не 1,2 В ±10%, работают по схожему принципу. И работают отлично.

Работает с нулевым Deadtime, так что КПД еще немного выше.

Оборудована мощным пакетом защит, и при испытаниях, мне не удалось ее специально вывести из строя кривыми руками — блин, а ведь так хотелось! КЗ на выходе держит хорошо, при перегреве втыкает флаг перегрева и снижает усиление — а там или выключайтесь или запускайте вентилятор — флаг вам выдали в руки.

Минусы: неудобный корпус, неудобный шаг ног для высоконагруженных цепей и цепей питания. Хотя в общем топология почти симметричная. Сверху пластина теплоотвода, что несколько неудобно при монтаже на стандартные стойки без специальной теплопроводящей пластины.
Еще минус — выходные цепи подразумевают кучу SMD конденсаторов на малом расстоянии от чипа, что не всегда хорошо — хорошая высоковольтная керамика в дефиците.

Q1,Q2 — схема плавного запуска. Формирует сигнал 0-5В на ноге MODE при подаче или снятии питания. Более детально — см. даташит.
|Q3 — индикация срабатывания защиты от перегрева. Не отключает выход, но придавливает размах сигнала на выходе. Q4-Q7 — отключение АС при любой аварии в усилителе, а также при КЗ, перенапряжении, перегрузке по току и так далее. Полный список флагов есть в даташите. При включении — задержка подключения АС, как в обычном усилителе.

На входе два ОУ в качества буферов и формирователей симметричного сигнала. Каналы усилителя включены в противофазе, для снижения pumping-а, поэтому для правильной фазировки АС один канал включаю «наоборот». В принципе можно это сделать на выходных разъемах при установке в корпус. ОУ запитаны от силовых шин усилителя через LM317/LM337. Да, им тяжело, но в БП инженеры, в отличие от меня, не предусмотрели отдельного выхода для питания ОУ. А так как я использовал готовый набор запчастей, пришлось идти по их следам.

Но в целом, даже на коленке звучит оно замечательно:

Но на слух — оно не заметно. Моя глухота не позволяет сделать однозначный вывод, но общее впечатление положительное.
Особенно непривычно вздрагивать при добавлении громкости вместе с мебелью в комнате — ощущение запаса мощности непередаваемое, при скромных габаритах аппарата.

Мне тоже высказали мои товарищи, что я предал идею… Но я никогда ничего не утверждал, не послушав и не попробовав, на основании чужого авторитетного мнения. Своя голова на что? Я обычно проверяю и слушаю. Так вот мое мнение про класс D — супер! Технология, которой нам когда-то так не хватало.

Зашел как-то ко мне в офис мой давний друг с которым учились в школе. Общие интересы к технике, но разные дороги в жизни.
А у меня стоят переделанные S-70 1983 года. От АС остались только НЧ динамики и фильтры. Остальное я просто выкинул, о чем нисколько не жалею. Динамики только пока не смог. Пищалки новые — изодинамика, старые проткнули дети. Корпуса заказные, ~140 литров, фазоинвертор, весят в сборе под 50 кг каждая. Я на них проверяю усилители. Ну и слушаю конечно в фоне.

— А помнишь, — сказал он, — такими АС мы в школе спортзал прокачивали!
— Помню, — ответил я, — но знаешь, чего нам реально не хватало тогда?
— Чего?
— Класса D!
— Да, вот отмотать бы назад 30 лет, убрать чей-то домашний «Амфитон 101» + вентилятор и поставить на стол девайс размером с книгу.
— И порвать всех!

На данном этапе развития звуковоспроизводящего оборудования слабым звеном является не усилитель и не источник. Эти устройства уже давно по своим характеристикам превосходят возможности человеческого слуха. Самое проблемное — динамик. Особенно, как у нас любят — широкополосник — дешево и сердито. Обещание производителей, измерение АЧХ — это как получится, зависит от корпуса и общей реализации. Реально, на звук влияет столько факторов, что получить эквивалентный THD динамика ниже 1% на мидбасе уже серьезная проблема.

Середина и верх — там уже почти решили — теми же электростатами или серьезным уменьшением массы подвижной системы с одновременным увеличением прочности.

Размеры помещения и стоячие волны — тот еще квест, автолюбители любят его решать ежедневно, увеличивая мощность усилителей, размер и вес динамиков, ибо другим способом физику не обмануть.

А какая прелесть резонансы на диффузорах — кто сталкивался, не даст соврать.

Поэтому хочу высказать свое мнение — данные усилители ничем не уступают на слух хорошему АВ классу, за исключением лучшей отдачи на низах, и меньших габаритах самого корпуса. А по КПД рвут всех.

И это «лабораторка», я не ждал много от этих устройств. При хорошем исполнении параметры будут ещё лучше, если поставить это себе как цель.

А у меня пока всё. Спасибо за внимание!

P.S.
Недавно обратил внимание — производители звукового оборудования стали гордо писать на упаковках “Class D”. А ведь “SMPS” не писали никогда. Странно, да?

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

Алексей (AlexD)

Алматы, Казахстан

Родился 6 апреля 1972 года.
Хобби-радиоэлектроника.
Увлекся железом еще с раннего детства,чем доставлял немало хлопот родителям.
Не брали в радиокружок в 4 классе,т.к. в школе еще не преподавали физику (вот такие были правила).
Ремонт профессионального звукового и светового оборудования ведущих мировых брендов.

  Наша компания уже более 20 лет занимается электронными компонентами на деметическом рынке. С 2006 года мы начинаем экспортировать нашу продукцию в Overea.Мы работаем с простой, но сильной философией: «Что важно для каждого отдельного клиента, важно для Liheng Technology (HK) CO., LTD.rdquo