Wzmacniacz Audio 2x300W oparty na IC TAS5630 w klasie D

Wstęp

Wzmacniacze pracujące w klasie D wielokrotnie gościły na łamach Elektroniki Praktycznej. Jednymi z pierwszych były wzmacniacze firmy Tripath (już nieistniejącej), a jednym z ostatnich na bazie układu TDA8920 (NXP – Philips). Jedną z podstawowych zalet tej grupy wzmacniaczy jest wysoka sprawność energetyczna na ogół przekraczająca 80 %, a co za tym idzie zdolność do oddawania znacznych mocy przy stosunkowo niewielkich rozmiarach własnych, a dokładniej elementów chłodzących, czyli radiatorów. Przedstawiony poniżej wzmacniacz jest oparty na układzie scalonym Texas Instruments TAS5630 i zapewnia moc aż 2 x 300 W (THD=10%) i jest to wszystko w jednym układzie scalonym w obudowie SMD PQFP64 (PHD), bez dodatkowych zewnętrznych tranzystorów wykonawczych!

Rys Historyczny

Warto czasami spojrzeć wstecz. Nie jest to niezbędne jednak dobrze znać rys historyczny ewolucji wzmacniaczy pracujących w klasie D. Jest to o tyle ciekawe, że, ta klasa nie powstała w ciągu ostatnich latach, a dużo ludzi tak uważa gdyż kojarzy ją bezpośrednio z rozwojem cyfrowej techniki audio czy mikroprocesorów. Pierwszy historycznie taki wzmacniacz w postaci kitu wypuścił Sir Clive Sinclair (tak, ten Pan od ZX Spectrum) w 1964r miał on oznaczenia X-10 i dysponował mocą 10W RMS. Jednym z pierwszych komercyjny zintegrowanych wzmacniaczy audio w klasie D był „DSP SwAmp” amerykańskiej firmy Infinity. Dysponował on olbrzymią jak na ówczesne czasy mocą 2×250 W i nie było by w tym nic dziwnego gdyby nie to, że był to rok 1976! Kolejny wzmacniacz pracujący w klasie D wypuściła firma Sony, model TA-N88 dysponujący mocą 2x160W. Oczywiście nie jest wykluczone, że pojawiały się też inne modele, innych firm. W późniejszych latach klasa D w domowych wzmacniaczach audio została odstawiona na półkę. Powody nie są mi znane, ale można przypuszczać, że dźwięk reprodukowany przez ówczesne wzmacniacze nie był prawdopodobnie najlepszy. Sytuacja ta jednak dotyczyła tylko rynku audio w zastosowaniach domowych. Na rynku zawodowym, związanych z wzmacniaczami estradowymi powyższe wzmacniacze miały się całkiem dobrze, gdyż tylko one dostarczały setek wat czasami kW mocy w stosunkowo niewielkich wymiarach, a audiofile na koncerty (gdzie poziom „łomotu” ma być maksymalny) raczej nie chodzą. Na rynek domowy wzmacniacze „klasy D” powróciły z końcem lat 90. Stało się to przy udziale między innymi firm Tripath, Philips (obecnie NXP), Bang & Olufsen, Rotel promującej wzmacniacze ICEPower oraz firmie International Rectifier. Szybko też tą klasa wzmacniaczy zainteresowali się producenci sprzętu audio dla samochodów. Nowe czasy zapewniły nowsze rozwiązania, a jako elementy mocy można było użyć szybkich i wytrzymujących znaczne prądy tranzystory MOS-FET. Dziś te wzmacniacze stały się dość popularne. Prócz zastosowań profesjonalnych można je spotkać, w wzmacniaczach zintegrowanych, systemach kina domowego, wzmacniaczach samochodowych, czy nawet przenośnym sprzęcie audio.

Opis układu.

Sam układ scalony TAS5630 jest monolitycznym układem scalonym zawierającym w sobie wszystkie potrzebne bloki wykonawcze niezbędne do zbudowania wzmacniacza. Układ występuje w dwóch typach obudów HSSOP (DKD) oraz HTQFP (PDH). Elementami zewnętrznymi są tylko bierne elementy RLC, dotyczy to bloku samego układu wykonawczego. Nie będę się tutaj specjalnie rozpisywał na temat zasady działania, jest ona niezależnie od firmy taka sama. Oczywiście każda firma stara się udoskonalić rozwiązanie stosując, pewne własne rozwiązania. Dla ogólnego przypomnienia klasa D opiera się ona na technice PWM (z ang. Pulse Width Modulation), czyli po Polsku wytwarzanie sygnału za pomocą impulsu o stałej amplitudzie (napięciowej lub prądowej), ale o zmiennej szerokości impulsu. Często zmienna jest też częstotliwość wytwarzanych impulsów. Tranzystor wykonawczy takiego wzmacniacza pracuje tylko w dwóch stanach, czyli wyłączonym i włączonym, a więc w stanie blokowania oraz w stanie pełnego przewodzenia. Taka praca wzmacniacza zapewnia minimalne straty mocy. Naturalnie najlepszymi tranzystorami są tutaj tranzystory MOS dużych mocy, które mają najmniejsze rezystancje w stanie przewodzenia, a zarazem najmniejsze straty. Oczywiście na wyjściu takiego układu musi znajdować się filtr dolnoprzepustowy.

Ale powróćmy do naszego układu, sam TAS5630 według producenta oferuje:

– pasmo przenoszenia do 80 kHz (producent tutaj zaleca stosowanie filtru dolnoprzepustowego 80 kHz)

– zniekształcenia THD 0,03 % przy 1 W na obciążeniu 4 Om

– możliwość pracy wzmacniacza w 4 trybach – 1 x 600W (PBTL), 2 x 300W (BTL) oraz 4 x 145 W wszystko na obciążeniu 4 Om

– sprawność całego układu wynosi 88%

Na poniżej przedstawiony jest schemat blokowy układu scalonego TAS5630.

Rys_001

Schemat blokowy wzmacniacza w konfiguracji BTL przedstawia poniższy rysunek:

Rys_002

Zaprezentowany w powyższym artykule wzmacniacz został w dużej mierze oparty na schemacie i PCB zaprezentowanym przez firmę TI w produkcje ewaluacyjnym TAS5630PHD2EVM. Do pełnego zasilanie układu wzmacniacza w zasadzie wystarcza tylko jedno napięcie +50V. Zastosowane tutaj rozwiązania dają końcowemu użytkownikowi możliwość zasilenia układu odpowiednio napięciami +50V, +15 lub +12 V oraz -12V. Stosownie napięcie +50V zasila tranzystory końcowe układu TAS, napięcie +12 V służy do zasilenia logiki układu TAS5630 oraz wzmacniaczy operacyjnych. W przedstawionym rozwiązaniu dodano możliwość zasilenia symetrycznego wzmacniaczy operacyjnych, a więc +/- 12V. Nie jest to konieczne, ale dla purystów chcących przetestować i takie rozwiązanie zostało to zaaplikowane. Istotnym faktem jest, że układ (elementy mocy) zasilane są pojedynczym napięciem +50V.

Pierwotna konstrukcja (w rozwiązaniu ewaluacyjnym) zapewniała uzyskiwanie wszystkich niezbędnych napięć z napięcia głównego +50V, zapewnia to przetwornica oparta na układzie TL2575HV-15L (IC4) (uwaga musi być to odmiana układu HV!) która zapewnia wytworzenie napięcia +15V, a które jest następnie stabilizowane układem LM317 (IC5), aby uzyskać napięcie +12V. Zmiana w stosunku do oryginalnego rozwiązania TI polega na dodaniu złącza dla zewnętrznego zasilania +15V (Z3), lub bezpośrednio napięcia +12V nie potrzebny jest wówczas układ stabilizatora IC5. Aczkolwiek układ jest tak zaprojektowany, aby po obsadzeniu wszystkimi elementami użytkownik mógł eksperymentować z różnymi opcjami zasilania. Tutaj mała uwaga lepiej jest korzystać z zasilania +15V gdyż jest ono również wykorzystywane do zasilania stabilizatora (IC6) regulacji obrotów wentylatora, chyba, że również z niego zrezygnujemy. Decyzję o takowej konstrukcji podjęto ze względu na to, że zastosowanie przetwornicy TL2575 daje w widmie prążek przy około 52 kHz, a pogarsza to znacząco dynamikę urządzenia. Widać to, jeśli analizę widma wykonamy w przedziale do 96 kHz, a co umożliwiają nam współczesne karty dźwiękowe (DAC/ADC pracują z próbkowaniem do 192kHz). Dodatkowo poprzez złącze Z4 jest możliwość wprowadzenia do układu napięcia -12V dla zasilania symetrycznego wzmacniaczy operacyjnych. Rekonfiguracja napięcia zasilania w obszarze zasilania od przetwornicy TL2575 (IC4) odbywa się za pomocą Jumperów J3, J4. W przypadku, gdy nie korzystamy z tej przetwornicy zworki powinny być usunięte. Zworka J9 służy do konfiguracji zasilania bezpośrednio napięciem +12V (zworka J9 zwarta) a J10, J11 ustalania zasilania napięciem -12V wzmacniaczy operacyjnych. Jeśli wykorzystujemy zasilanie pojedyncze (+12V) zwory J10, J11 powinny być zwarte, jeśli wykorzystamy napięcie -12V rozwarte.

Na wejściu wzmacniacza zastosowano wzmacniacza operacyjne symetryczne OPA1632D (IC2, IC3), które są w pełni różnicowymi wzmacniaczami operacyjnymi o paśmie przenoszenia 180 MHz i szumie na poziomie 1,3nV/Hz. Konfiguracja wejścia umożliwia pracę z sygnałem różnicowym oraz z sygnałem asymetrycznym i służą do trybu pracy służą zwory J1, J2. Jeśli wykorzystujemy sygnał wejściowy asymetryczny, (czyli tradycyjny) zwory J1 i J2 powinny być zwarte. Elementy wejściowe RC wzmacniaczy operacyjnych oraz elementy w obwodzie sprzężenia zwrotnego tworzą odpowiednio filtr górnoprzepustowy (1,6 Hz) oraz filtr dolnoprzepustowy przepustowy 80kHz, co zapobiega przedostawaniu się wysokich częstotliwości, które mogłyby spowodować niestabilną pracę wzmacniacza.

Tryb pracy układu TAS5630 ustalamy poprzez wejścia logiczne M1, M2, M3. Dodatkową kontrolę nad stanem pracy wzmacniacza uzyskujemy z wyjść /SD, /OTW1, /OTW2, /CLIP, /READY, /RESET. Istotne są dla nas tutaj sygnały Reset – zapewniający reset układu przy starcie, jest on realizowany za pomocą stałej czasowej uzyskanej w oparciu o elementy R39 i C10. Sygnały OTW1 i OTW2 sterują pracą stabilizatora LM317 (IC6), który steruję pracą opcjonalnego wentylatora, załączającego wentylator trzy poziomowo. Sygnały CLIP informuje o przesterowywaniu wzmacniacza, sygnał READY nie wymagają chyba omówienia. Kilka słów o możliwości pracy wzmacniacza w trybie PBTL. Tryb ten zapewnia możliwość sterowania obciążeń do 2 Om i oczywiście wzmacniacz pracuje w konfiguracji monofonicznej. Do przełączenia w tryb PBTL służą mikroprzełączniki S1, oraz S2. Dla pracy w trybie stereo (BTL) przełączniki S1 oraz S2 powinny być skonfigurowane  OFF, ON,ON, OFF, a dla pracy PBTL (mono) ON, OFF, OFF, ON. Praca PBTL oczywiście przygotowana jest dla trudnych obciążeń oraz jeśli chcemy wykorzystać wzmacniacz do zasilania subwofera. Jeśli wykorzystujemy pracę PBTL sygnał podajemy tylko na lewy kanał. Poniżej zdjęcie  przedstawia ustawiania DipSwitch-y dla konfiguracji BTL i PBTL:

Zdj_001

Na wyjściu wzmacniacza znajdują się filtry wyjściowe oparte na elementach LC. Są to elementy L11, L12, L13, L14 o indukcyjności 7uH oraz kondensatory C37, C38, C39, C52 o pojemności 680nF/250V. Powyższe cewki zostały nawinięte na rdzeniach ferrytowych z szczeliną firmy Ferroxcube model: TN26/11-3C20-A113, AL= 113nH, są to rdzenie z szczeliną. Na rdzeniu, więc musimy nawinąć osiem zwojów, polecam użycie 1,5mm drutu srebrnego lub przewodu w emalii. Nawinięte cewki można zabezpieczyć taśmą lub usztywnić jakimś klejem dwuskładnikowym np.: epoksydowym. Rezystancja tej cewki nie powinna przekraczać 30mOm. Kondensatory C7, C38, C39, C52 muszą być to najlepsze kondensatory foliowe typu MKP, czyli polipropylenowe! Kolejne ważne elementy to kondensatory elektrolityczne C33, C34, C35, C36 – 1000uF/63V zalecane Panasonic z serii FC oraz kondensatory ceramiczne C26, C28, C30, C32 o wartości 2,2uF/100V niestety nie są one najtańsze jednak tylko one zapewnienia stabilnej pracy wzmacniacza (muszą one być również umieszczone jak najbliżej wejść układu). Wszystkie kondensatory ceramiczne SMD powinny być z grupy X7R dla pojemności powyżej 1nF oraz z serii NP0 dla kondensatorów poniżej 1nF. Powyższe elementy są krytyczne, dlatego absolutnie nie polecam eksperymentów z elementami „zamiennymi” lub montażem na „pająka” czy też zamienianie tych kondensatorów np. kondensatorami foliowymi MKT czy MKS. Taką samą zasadę stosujemy dla elementów przetwornicy IC4, a więc elementy C3, C5, C6, C85, C86. Dioda Schottky’ego (D3) powinna być na napięcie minimum 60V i prąd 3A, zaś rezystancja cewki L1 nie powinna przekraczać 2 Om (zalecane 1Om).  Kilka słów o zastosowanym radiatorze. Oryginalnie TI zastosowało specjalną kształtkę – profil AL. Oczywiście taki element jest nie do zdobyci, wykonać można, ale nie było by to łatwe czy też tanie. Należało, więc zastosować coś, co będzie pasowało i spełniało swoją rolę. Należało zarazem wprowadzić pewne zmiany w stosunku do oryginalnego projektu PCB. Problem był jeden, wysokość układu TAS5630 w obudowie QFP64 wynosi 1,2mm, a wysokość kondensatorów C26, C28, C30, C32 około 2,5 mm. Postanowiono, więc w stosunku do oryginalnego projektu PCB powyższe elementy przenieść na warstwę Bottom, nie powinno to zaszkodzić stabilności pracy układu. Proponuję, więc wykorzystać radiator Fishera SK68-100SA, (rozmiary 46x100x33mm) a ewentualny dodatkowy dystans, (choć nie jest to niezbędne) pomiędzy IC a radiatorem wykonać za pomocą miedzianej lub aluminiowej blaszki o grubości, co najmniej 2-3mm. Blaszkę najlepiej przykleić do radiatora klejem termoprzewodzącym (np. Thermopox). Oczywiście między radiatorem (blaszką) a IC należy zastosować dobrą pastę termoprzewodzącą. Na PCB jest 6 otworów, które można użyć do zamocowania radiatora. Radiator montujemy wykorzystując otwory-gwint o odstępie 35,6mm, który jest na radiatorze oraz w PCB wzmacniacza (rozstaw otworów na PCB jest zgodny z otworami w radiatorze). Rozkład otworów przedstawiono na rysunku  poniżej:Rys_003

 

Na wejściach oraz wyjściach mamy do dyspozycji gniazda ARK (do uruchomienia i zastosowania najwygodniejsze) oraz punkty lutownicze. Złącze Z7 służy do ewentualnego podłączenia układu DC Protect. Większość elementów jest SMD, elementy RC to na ogół rozmiar 0805, ale ich zdobycie czy montaż nie powinien stanowić problemów. Montaż samego TAS-a zalecam z użyciem dobrej lutownicy oraz dobrego topika, używamy minimalną ilość cyny. Do przylutowania TAS-a możemy użyć lutownicy na gorące powietrze oraz pasty lutowniczej SMD (tzw. Flux). Jeśli ktoś umie się z nią obchodzić daje to nawet lepsze rezultaty. W przypadku zlania się w ścieżkach cyny usuwamy nadmiar plecionką miedzianą. Najpierw montujemy wszystkie elementy SMD pasywne, następnie półprzewodniki SMD w tym TAS-a, a na samym końcu przewlekane elementy L, C i złącza ARK.

Uruchomienie

Jeśli nie popełnimy błędów montażu nie powinno być problemów z uruchomieniem, ale dobrze przy pierwszym uruchomieniu podać napięcie na układ 25 V oraz ograniczyć prąd do ok 200 – 300 mA, najlepiej z zasilacza stabilizowanego z funkcją ograniczenia prądu. Jeśli dioda Ready (D11) się zaświeci na ogół oznacza to, że układ pracuje poprawnie. Następnie jest dobrze sprawdzić napięcia na wyjściach. Tutaj uwaga jest to układ BTL napięcie pomiędzy każdym z wyjść (a dotyczy to zacisku plus jak i minus) w stosunku do masy jest równe napięciu zasilającemu!!!. Należy szczególnie na to uważać przy podłączaniu i pomiarach, aby któryś z wyjść (czy np. przewodów) nie zostało zwarte do masy, gdyż może nas spotkać przykra niespodzianka. Po prostu każde z 4 wyjść powinno być izolowane w stosunku do masy. Pamiętajmy też o prawidłowym skonfigurowaniu zworek zasilania, oraz trybu pracy wejścia, za pomocą przełączników S1 oraz S2

Kolejne zdjęcia pokazują etapy budowy wzmacniacza, PCB:

Zdj_003

PCB_WZM_1

Zdj_004

Zasilanie.

W pierwotnym projekcie użyte było jedno złącze do zasilania wzmacniacza. Jednak z względu na znaczną moc i obciążenie podjąłem decyzję o możliwości zasilania wzmacniacza z poprzez dwa złącza ARK (Z1, Z2). Nie jest to konieczne, ale na pewno poprawi to nieco możliwości układu. Można to potraktować, jako układ pseudo „dual Mono”, jest to ukłon w stronę audiofili. Jeśli chcemy, aby wzmacniacz kanału lewego (tranzystory wykonawcze) były zasilane niezależnie od kanału prawego nie wlutowujemy wówczas zwor J5, J6, J7, J8. Kilka słów o pierwotnym zasilaniu w kit-cie ewaluacyjnym TI gdyż do zasilania układu wykorzystał zasilacz oparty o przetwornicę. Dostarczała ona napięcie odpowiednio 25V lub 50V, w zależności od pobieranej w danej chwili mocy. Niestety takie rozwiązanie w naszym przypadku było by po prostu za kosztowne i niezwykle skomplikowane. Można pokusić się o użycie (zakup) przetwornicy +48V/20A, jednak na pewno to nie będzie tanie, koszt takiej przetwornicy to wydatek dobrze kilkuset złotych (a nawet ponad 1000), a parametry pozostałe (szumy, sygnały niepożądane, parametry podczas załączania i wyłączania) stają pod znakiem zapytani.

Dlatego do zasilania zaprojektowany został układ w oparciu o tradycyjny transformator toroidalny. Zalecana moc transformatora to 800VA oczywiście taka moc jest potrzebna, jeśli chcemy uzyskać „pełną” moc wzmacniacza, napięcie uzwojenia wtórnego powinno miesić się w przedziale 35-37 V, co po wyprostowaniu daje napięcie od 49-52 V. Układ przedstawiony na schemacie zasilacza został zaprojektowany, jako zasilacz „uniwersalny” a więc może służyć do zasilania końcówek symetrycznych jak i przedstawionego wzmacniacza pojedynczym napięciem. Odpowiednią konfigurację uzyskuje się poprzez użycie Zwor J1-J5. Jeśli płytkę chcemy używać, jako zasilacz symetryczny napięcie z transformatora podajemy na wejścia AC_IN1, AC_IN2, AC_IN3, gdzie środkowy odczep stanowy złącze AC_2 równocześnie masę układu. Jumpery za pomocą kawałka drutu wykonujemy na zworach J1, J2, w miejscach rezystorów R13, R14, R15 również wlutujemy zworki z drutów. Jeśli wykorzystujemy płytkę do zasilania TAS-a oraz jako zasilacz pojedynczego napięcia napięcie z transformatora podajemy na złącze AC_IN1 oraz AC_IN3, a zworki wlutowujemy w jumpery: J3, J4, J5 oraz w miejscach rezystorów R10, R11, R12. W mostku wykorzystano Diody Schottky’ego MBR40250 o max prądzie 40A i napięciu wstecznym 250V diody się znajdują na radiatorach na kształtce SK104 (Fischer Electronic) wysokość radiatora to min 50 mm. Do filtrowania napięcia wykorzystano po pięć kondensatorów 10000 uF/63V na gałąź, dodatkowo w szereg z kondensatorami można użyć rezystorów 0,1 Om, które tworzą filtr dolnoprzepustowy a zarazem ograniczają udary prądowe podczas ładowania kondensatorów. Wyjścia napięć zasilania nie wymagają chyba opisu. Do zasilania transformatora użyto w układ SoftStart zapewniający ograniczenie wstępnego prądu ładowania kondensatorów (a zarazem udar prądowy, jaki występuje w czasie włączenia tak dużego transformatora, jeśli trafi się nam „szczęścia” i będzie to na szczycie sinusoidy). Wykorzystuje on najprostszy możliwy układ zbudowany z szeregowego kondensatora oraz rezystora (R16, C17), który następnie zasila mostek prostowniczy D6 oraz kondensator filtrujący, dioda zenera D5 ogranicza maksymalne napięcie na kondensatorze C14 do wartości około 24V, które zasila przekaźnik K1. Po włączeniu do sieci prąd początkowo płynie szeregowo przez rezystory R18, R19. Po około 1s następuje zwarcie tych rezystorów przez przekaźnik i prąd w całości płynie przez styki przekaźnik K1. Płytka zasilacza dodatkowo wyposażona została w tradycyjny zasilacz symetryczny +15V i -12V do zasilania płytki TAS-a (układy logiki, zasilanie wzmacniaczy operacyjnych) w tym celu wykorzystano dwa transformatory 15V, w układzie zastosowano popularne stabilizatory scalone 7815 i 7912. Nie jest to rozwiązanie idealne dla zasilania układu TAS jednak w jak najbardziej wystarczające.

Poniższe zdjęcie przedstawiają zmontowany układ zasilacza:

Zdj_005

PCB_zasilacza

W związku z tym, że układ nie ma zabezpieczania DC w najbliższym czasie powstanie układ ochrony przez pojawieniem się napięcia stałego, sterował on będzie napięciem +50V i w przypadku jego pojawienia się na wyjściu napięcia stałego będzie je odcinał od płytki zasilacza. Jest to lepsze rozwiązanie od popularnego przekaźników na wyjściu gdyż nie wprowadza on rezystancji styków w obwodzie wyjściowym, co wpływa bezpośrednio na współczynnik tłumienia.

Sterowanie

Układ pod względem sterowania jest zasadniczo „samowystarczalny” TI w swych materiałach informuje, że przy włączaniu i wyłączaniu nie powinny się pojawiać żadne sygnały (stany nieustalone). Ale materiały Ti to jedno, a życie to drugie. Takie sygnały się pojawiają nie mają one jakiś znacznych wartości i (raczej) nie grożą uszkodzeniem głośnika. Wartości tych sygnałów pokazane są na zdj. 7. Warto, więc wykonać układ opóźnionego włączani głośnika wraz z układem DC Protect. Przezorności nigdy za dużo. Wzmacniacz wymaga znacznych wartości napięcia wejściowego do pełnego wysterowania wynosi ono około 3-4 V (max 5V). W docelowym rozwiązaniu wykorzystałem przedwzmacniacz na tranzystorach FET, co przyniosło dobre rezultaty brzmieniowe. Poniższe zdjęcie pokazuje jak wzmacniacz zachowuje się na swych wyjściach przy załączaniu oraz wyłączaniu (oczywiście wartości te mogą się różnić):

Zdj_006

Pomiary

Pomiar wykonanego wzmacniacza pracującego w klasie D to chyba najistotniejsza cześć projektu. Teksas Instruments chwali się mocą wyjściową 250 W przy THD=1% (300W przy THD=10%) na obciążeniu 4 Om i jest to prawie prawda. Istotne jest to, że moc się podwaja z obniżeniem impedancji o połowę, oczywiście stanie się tak, jeśli posiadamy wydajny zasilacz, który jest w stanie dostarczyć niezbędnej mocy. To pozytywna cecha gdyż wzmacniacz powinien sobie bez problemu radzić z „trudnymi” kolumnami, których impedancja schodzi do 4 Om, a czasami nawet mniej. Minimalna wartość zniekształceń THD wynosi 0,02 % dla obciążenia 8 Om przy mocy wyjściowej 1 W. Troszkę inną kwestią jest parametr SNR, czyli odstęp sygnału od szumu. TI podaje wartość SNR powinna wynosić, co najmniej 100 dB, niestety pomiary jak i odsłuchy nie potwierdzają tego, a wg pomiarów wartość ta wynosi około 60 dB. Ze względu na zastosowany filtr wejściowy jak oraz pasmo przenoszenia samego wzmacniacza końcówka przenosi pasmo od 20 Hz do 20 kHz gdzie spadek łagodnie wynosi około -0,6 dB przy 20 kHz.

Bardzo istotne prócz typowych pomiarów jest analiza zachowania się wzmacniacza na różne obciążenie w szczególności obciążenie pojemnościowe przy podaniu sygnału prostokątnego na wejście. Kolejne zdjęcie pokazuje pomiar na obciążeniu 8 Om na, sygnał prostokątny 1kHz, natomiast kolejne zdjęcie  na obciążeniu 4OM:

Zdj_007

Zdj_008

Widać prawie idealną odpowiedź niewielka oscylacja pasożytnicza jest przy przejściu (dla obciążenia 8Om), jednak jest ona bardzo szybko tłumiona i ma znikomą wartość. Przy obciążeniu 4Om nie występuje ona w ogóle. Kolejny pomiar przedstawia jak wzmacniacz się zachowa przy obciążeniu „trudny” pojemnościowym obciążeniu 8 Om i pojemności (połączonej równolegle z rezystancja) o wartości 4,7uF, a prezentuje to zdjęcie:

Zdj_009

Tu już widać znaczne wzbudzanie się układu, oscylacje, których częstotliwość wynosi około 28 kHz sięgają wartości 40 % napięcia Vpp. Pamiętajmy jednak, że to wyjątkowo trudne obciążenie i mało, kiedy rzeczywisty wzmacniacz będzie z takim miał do czynienia w normalnej pracy. Zobaczmy, więc jak wzmacniacz zachowuje się na rzeczywistym zestawie głośnikowym (impedancja znamionowa 8 Om, co pokazuje kolejne zdjęcie. Widzimy tu całkiem poprawną odpowiedź, nie ma żadnych pasożytniczych oscylacji.

Zdj_010

Dla pełnego obrazu analizy popatrzmy jeszcze jak odpowie wzmacniacz na sygnał prostokątny 10 Hz, zdjęcie nr 11 oraz sygnał prostokątny 20 kHz poniższe zdjęcie (obciążenie 4 Om)Zdj_011

Zdj_012

Podsumowując pomiary, należy uznać, że wzmacniacz przeszedł je pozytywnie z małym odchyleniem w parametrze SNR. Powyższe odstępstwo w parametrze SNR, potraktujmy to jednak, jako błąd wynikły z innych warunków pomiarowych.

Ciekawe zdjęcie nr 13 pokazuje opóźnienie czasowe sygnału wyjściowego w stosunku do wejściowego wynosi ono około 10usZdj_013

Widok z analizatora widma:

specytrum

Na koniec zdjęcie z pomiarów wzmacniaczaZdj_014

Odsłuch.

Dla wielu ludzi to najistotniejsza cześć oceny wzmacniacza. Przecież czasami kiepskie parametrycznie wzmacniacze lampowe właśnie w odsłuchach oczarowują i wielu ludzi uważa je za jak to określają wybitne. Czytając różne recenzje znalezione w czasopismach branżowych (np. Audio) jak i opinie ludzi w Internecie, można znaleźć stwierdzenie, że wzmacniacze pracujące właśnie w klasie D potrafię brzmieć w sposób zbliżony do wzmacniaczy lampowych. Wzmacniacz był odsłuchiwany na dość dobrych kolumnach Dynaudio Audience 80, źródłem był bardzo dobrze brzmiący odtwarzacz DVD/CD Sony DVP-S725D – choć to też dość zawsze indywidualna ocena – subiektywna. Pierwsze odsłuchy potwierdziły opinie, faktycznie dźwięk, jaki zaprezentował wzmacniacz jest po prostu przyjemny dla ucha. Tony niskie są obfite wypełnione, bas dobrze kontrolowany. Średnica to chyba obszar najlepiej reprezentowany, dźwięk jest precyzyjny ciężko doszukać się jakiś podbarwień czy ostrości. Wokale może nie są wybitne, ale są, co najmniej dobre. Górna cześć pasmo już nie jest taka dobra, ale też nie jest zła. Słuchać pewne spłaszczenie sceny, oraz brak precyzji w tym zakresie, jest to możliwe w związku z naturalnym ograniczeniem pasma przenoszenia wzmacniacza. Ale na szczęście dźwięk nie jest ostry (troszkę się tego obawiałem). Talerze czy trąbka brzmią podobnie jak w średnicy przyjemnie dla ucha. Scena jest dobra a może nawet bardzo dobra. Lokalizacja instrumentów oraz wokali, jakie oferuje wzmacniacz przewyższa o wiele droższy amplituner kina domowego (pominę tu model i firmę, ale swego czasu kosztował on przeszło 7000 PLN). Kilka słów o szumach, jakie generuje wzmacniacz, na co wiele osób zwraca uwagę. Wiele osób to drażni fakt, jeśli się zbliżymy do głośnika to szum ten słuchać jednak w odległości 2m trzeba się już wsłuchiwać (przy założeniu, że mamy idealną ciszę), aby go usłyszeć, oczywiście jest to słyszalne przy braku muzyki. Przy odsłuchy nie ma szans na usłyszenie tego szumu, więc nie uważam, aby to była tragiczna wada. Owszem obniża ona dynamikę urządzenia, ale chyba nic po za tym. Wzmacniacz lubi trudne obciążenia 6Om i mniej i na nich się na nich, jeśli tak to można nazwać czuje. Moc rośnie liniowo wraz z obciążeniem.

Należy pamiętać, że odsłuch i wrażenia akustyczne to nic innego jak psychoakustyka każdy odbiera to ciut inaczej. Kolejna istotna sprawa to sprzęt, jaki jest podłączony do wzmacniacza, a więc i źródło dźwięku (CD czy DVD) oraz głośniki, jak i same kable połączeniowe. Czasem jeden wzmacniacz z pewnymi kolumnami zagra wspaniale, a z innymi po prostu kiepsko.

Podsumowanie

Prezentowane rozwiązanie wzmacniacza jest po prostu nietypowe w stosunku do rozwiązań konkurencyjnych. TI zaprojektowało w jednej małej obudowę komplety wzmacniacz o potężnej mocy. Budowa pomimo użyciu elementów SMD, cewek nie jest skomplikowana, wymaga jedynie czasu i pewnego obycia z lutownicą i elementami SMD. Jedyną wadą jest fakt, że pewne elementy trzeba kupować za granicą, (choć dziś nie jest to już żadnym problemem). Elementy nie są tanie, ale jeśli weźmiemy pod uwagę koszt wybudowania wzmacniacza tradycyjnego o podobnej mocy to i tak cena za jednostkę mocy na pewno będzie tańsza w tym rozwiązaniu. Jakość dźwięku reprodukowanego przez wzmacniacz jest również dobra. Jeśli wzmacniaczowi zapewnimy wydajne źródło zasilania (transformator 600 lub 800 W), oraz znaczną baterię kondensatorów (powyżej 40000uF), to wzmacniacz odwdzięczy się nam olbrzymią elastycznością i bez problemu „napędzi” nawet wyjątkowo trudne w wysterowaniu kolumny gdzie impedancja np. schodzi do 2 Om. Ja z mej strony polecam wszystkim miłośnikom audio budowę wzmacniacza (szczególnie tym, którzy nigdy nie słyszeli wzmacniaczy w klasie D), a zarazem lubią dźwięk, który reprezentują wzmacniacze lampowe.

Jeśli ktoś miał by pytania czy też uwagi proszę o kontakt na adres e-mail poniżej chętnie na nie odpowiem.

Dokumentacja:

http://www.ti.com/lit/ug/slau287a/slau287a.pdf

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tas5630.pdf