КОМПОНЕНТЫ Современные микросхемы УМЗЧ класса D фирмы MPS Игорь Безверхний (г. Киев, Украина) импульсы прямоугольной формы Современные интегральные УМЗЧ класса D совмещают, казалось бы, одинаковой

амплитуды, длитель несовместимое: высокий КПД и низкий коэффициент нелинейных ность которых пропорциональна искажений. В настоящей статье описаны основные принципы работы значению сигнала в каждый задан усилителей класса D и приведено описание линейки микросхем УМЗЧ ный момент времени (т.н. ШИМ - ши американской фирмы MPS (Monolithic Power Systems). ротно импульсная модуляция). Ак тивные элементы выходного каскада при этом работают в ключевом режи В последнее десятилетие в схе РЕЖИМ РАБОТЫ КЛАССА А ме и имеют два состояния: транзи мотехнике усилителей мощности Активный элемент (транзистор стор или заперт, или полностью (УМЗЧ) получили развитие два взаи или лампа) открыт весь период сиг открыт. Усилители класса D имеют моисключающих направления: нала. Усилители мощности класса А максимальный КПД, т.к. основные по улучшение субъективного качества вносят минимальные искажения в тери энергии на выходных мощных воспроизведения звука, как прави усиливаемый сигнал, но имеют очень ключах происходят только в момент ло, за счёт уменьшения экономич низкий КПД. Они используются в од переключения, в открытом состоя ности (КПД) усилителя;

нотактных и двухтактных УМЗЧ для нии потери энергии минимальны и повышение экономичности усили среднечастотных динамиков и твите будут тем меньше, чем меньше сопро теля и уменьшение его размеров ров, где особенно важно, чтобы уро тивление открытого ключа. Обычные при сохранении высоких качест вень нелинейных искажений был усилители класса D имеют КПД более венных показателей. низким. Усилители класса А - самые 90% и достаточно большой коэффи Первое направление характерно дорогие. циент нелинейных искажений (око использованием в выходных каска ло 10%), но применение новых тех дах УМЗЧ мощных полевых транзи РЕЖИМ РАБОТЫ КЛАССА В нологий (ноу хау производителей) сторов и радиоламп (Hi End), рабо Активный элемент (транзистор позволяет снизить коэффициент не тающих очень часто в режимах клас или лампа) открыт только один полу линейных искажений до долей про са А. период входного сигнала. Усилители цента. Это заметно расширило об Второе направление характерно класса В имеют высокий КПД, но и ласть применения класса D в совре для носимой и автомобильной звуко коэффициент нелинейных искаже менных УМЗЧ.

воспроизводящей аппаратуры. Имен ний у них заметно выше. Обычно ис но в реализации этого направления пользуются в двухтактных УМЗЧ для ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ широко используются усилители среднечастотных динамиков и дина РАБОТЫ УМЗЧ КЛАССА D класса D, а в высококачественной зву миков mid bass. Принципиальная схема простейше ковоспроизводящей стационарной го УМЗЧ класса D показана на рис. 1.

аппаратуре класс D используется ча РЕЖИМ РАБОТЫ КЛАССА АВ Он состоит из широтно импульс ще всего в усилителях для сабвуфера. Активный элемент (транзистор или ного модулятора (ШИМ) на транзи Всего существует пять основных лампа) в этом режиме открыт один сторе Q1, двухтактного мощного классов режимов работы активных полупериод полностью и часть друго транзисторного ключа Q2, Q3 и элементов (транзисторов или ламп). го полупериода входного сигнала. Ре фильтра нижних частот (ФНЧ), кото Это режимы работы класса A, B, AB, C жим класса АВ - это нечто среднее ме рый отфильтровывает импульсные и D. Вспомним их особенности. жду классами А и В. Усилители класса высокочастотные составляющие то АВ имеют более высокий ка через громкоговоритель. Делитель КПД, чем усилители клас на резисторах R1 и R2 задаёт напря са А, но вносят в сигнал жение смещения Q1 и симметрию меньшие нелинейные ис всей схемы. R3 - резистор нагрузки кажения, чем усилители транзистора Q1. R4, C4 - цепь эмит класса В. Это наиболее терной термостабилизации этого распространенный класс транзистора. C1 - конденсатор филь массовых УМЗЧ. тра питающего напряжения. C5, R5, L1, C6 - фильтр нижних частот РЕЖИМ РАБОТЫ (ФНЧ). C7 - разделительный конден КЛАССА D сатор. В состав усилителя класса D В режиме работы класса входит также генератор треугольного D происходит преобразо или пилообразного напряжения.

Рис. 1. Принципиальная схема простейшего УМЗЧ класса D вание входного сигнала в Частота работы этого генератора 18 й СТА ПРЕСС WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Октябрь КОМПОНЕНТЫ лежит, как правило, в пределах Настоящий бум в использовании 200Е600 кГц. Размах пилы от гене режима работы класса D в УМЗЧ на ратора и коэффициент усиления кас чался с появления таких специализи када на Q1 выбраны так, чтобы вы рованных микросхем, как ZXCD ходные транзисторные ключи Q2 и фирмы Zetex [2], и ряда других. Эти мик Q3 открывались попеременно до на росхемы называют драйверами усили сыщения при переходе напряжения телей класса D. Они содержат ШИМ с ге пилы через ноль. Эпюры напряже нератором пилы частотой 200 кГц и ний, поясняющие работу этой схемы, обеспечивают управление внешними показаны на рис. 2. До момента вре ключами на МДП транзисторах. Мно мени А (см. рис. 2) звуковой сигнал на гие из этих драйверов могут управлять входе отсутствует. Пила абсолютно четырьмя внешними выходными клю симметрична, и на эмиттерах транзи чами на МДП транзисторах, включён сторов Q2 и Q3 образуются симмет ных мостом.

ричные прямоугольные импульсы - Следующим этапом в развитии меандр. При подаче на вход усилителя УМЗЧ класса D стало создание мик сигнала НЧ пила будет смещаться росхем, в которые интегрирован не вверх или вниз. Изменятся моменты только драйвер, но и выходные клю отпирания транзисторов и, как следст чи на МДП транзисторах. Именно вие, длительность выходных импуль к таким микросхемам относятся сов и пауза между ними (см. рис. 2). MP7720, MP7731 и MP7781 фирмы Эти параметры будут изменяться по MPS (Monolithic Power Systems). Все закону входного низкочастотного они монофонические. О номиналь (звукового) сигнала. Полученный им ной выходной мощности говорит пульсный сигнал с переменной предпоследняя цифра в наименова скважностью называют широтно нии: MP7720 - 20 Вт, MP7731 - 30 Вт, импульсным, или ШИМ сигналом, а MP7781 - 80 Вт. Пиковая выходная процесс его получения - широтно мощность этих микросхем вдвое импульсной модуляцией (ШИМ). больше. Рассмотрим особенности и ШИМ сигнал содержит НЧ составля схемы включения каждой из них.

ющую, по форме повторяющую мо дулирующий сигнал. Если ШИМ сиг МИКРОСХЕМА УМЗЧ нал с выхода транзисторных ключей MP пропустить через ФНЧ, то он пропус Микросхема MP7720 выпускается в Рис. 2. Эпюры напряжений простейшего тит эту составляющую на громкого корпусах SOIC8 (для поверхностного УМЗЧ класса D воритель и подавит ВЧ составляю монтажа) и PDIP8, которые имеют по щие ШИМ сигнала. За счёт неполно 8 выводов и одинаковую цоколёвку, мощности 1 Вт (0,06Е0,07% для частоты го подавления ВЧ составляющей или, как сейчас принято говорить, 1 кГц). Напряжение питания 7,5Е24 В. В переменное напряжение на громко распиновку. УМЗЧ на этой микросхе микросхему встроены два выходных говорителе будет несколько изрезан ме имеет номинальную мощность ключа на МДП транзисторах, которые ным, что можно увидеть на увеличен 20 Вт при сопротивлении нагрузки включены последовательно по пита ном фрагменте к нижнему графику 4 Ом и напряжении питания 24 В. нию (полумост). Типовая принципи рис. 2. Изрезанность уменьшается с Диапазон воспроизводимых частот - альная схема УМЗЧ класса D на микро увеличением частоты генератора 20 ГцЕ.20 кГц. Он имеет КПД 90% при схеме MP7720 изображена на рис. 3, а ШИМ, улучшением качества ФНЧ и нелинейных искажениях не более 0,1% назначение выводов этой микросхемы применением некоторых ноу хау, ко для всего диапазона частот и выходной приведено в таблице 1.

торые тщательно оберегают фирмы - производители микросхем усилите лей класса D.

Усилители класса D на биполярных транзисторах ушли в прошлое. Осно вой современного УМЗЧ класса D яв ляются мощные ключи на МДП тран зисторах, отличающиеся высоким быстродействием и низким сопро тивлением канала в открытом со стоянии. При использовании таких транзисторов в ключевом режиме достигается высокий КПД. Две прак тические схемы УМЗЧ класса D на МДП транзисторах и операционном усилителе приведены в статье [1]. Рис. 3. Принципиальная схема УМЗЧ класса D на микросхеме MP СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Октябрь 2004 WWW.SOEL.RU й СТА ПРЕСС КОМПОНЕНТЫ C1 фирма - разработ чиваются потери мощности, а при чик микросхемы реко меньшей - нелинейные искажения.

мендует использовать С4 - конденсатор ООС по высокой керамический конден частоте. Конденсаторы C6, C5 - раз сатор типов NPO, X7R, вязывающие фильтра питания. Для X5R или эквивалент устранения прохождения импульс ных им типов. Коэф ной помехи по цепям питания кон фициент усиления по денсатор C5 должен быть располо напряжению микро жен между выводами 6 и 8 микросхе схемы определяется мы, причём как можно ближе к этим соотношением номи выводам. Упрощённо работу этого налов резисторов це УМЗЧ можно объяснить следующим пи ООС R1 и R4 и мо образом. Входной сигнал через C1, R жет быть рассчитан по поступает на инвертирующий вход формуле: микросхемы (вывод 2). Это приводит Рис. 4. Упрощённая схема УМЗЧ с мостовым выходом (метод к изменению длительности и скваж Master - Slave) KU = R4/R1. ности импульсов частотой 600 кГц на C1, C2 - разделительные конденсаторы, выходе микросхемы (вывод 7) по за R1, R2 - делитель напряжения сигналов, Для повышения раз кону изменения моментального зна L1, C3 и L2, C4 - ФНЧ маха выходных импуль чения входного сигнала и к появле сов микросхемы ис нию в выходном сигнале усиленной Схема включения этой микро пользуется известная по обычным НЧ составляющей, повторяющей по схемы очень напоминает ОУ или двухтактным бестрансформаторным форме входной сигнал, которая че УМЗЧ на микросхемах, которые ра усилителям схема повышения КПД с рез ФНЧ L1, C8 и разделительный ботают в привычных режимах клас конденсатором вольтодобавки C7, ко конденсатор C9 поступает на громко сов A, B или AB. Микросхема U1 торый включён между выходом (выво говоритель. Добавить к этому можно MP7720 имеет дифференциальный дом 7) и входом цепи вольтодобавки только то, что входной и выходной вход (выводы 1 и 2), его положитель (вывод 5). Ёмкость конденсатора C7 сигналы противофазны.

ный (неивертирующий) вывод в дан выбирается в пределах 0,1Е1 мкФ.

ной схеме используется как вход на Для защиты внутренних цепей мик МИКРОСХЕМА УМЗЧ пряжения смещения, который задаёт росхемы от перегрузки параллельно MP режим микросхемы, а главное - сим C7 подключён стабилитрон D2 с на Микросхема MP7731 выпускается в метрию схемы. Напряжение смеще пряжением стабилизации 6,2 В. Для корпусе TSSOP20F для поверхност ния на неивертирующем входе (вы выделения усиленного сигнала и по ного монтажа, который имеет 20 вы вод 1) должно быть равно половине давления высокочастотных импульс водов и металлическую контактную напряжения питания, оно формиру ных составляющих в нагрузке к вы площадку сверху для теплового кон ется делителем R3, R2. Конденсатор ходу (вывод 7) подключён ФНЧ, со такта с радиатором. Номинальная C2 блокирует этот вывод по перемен стоящий из дросселя L1 и конденса мощность УМЗЧ на микросхеме ному напряжению. Следует заметить, тора C8. Конденсатор C9 - раздели MP7731 составляет 30 Вт при сопро что асимметрия схемы может при тельный. Диод Шоттки D1 гасит ин тивлении нагрузки 4 Ом и напряже вести к увеличению нелинейных ис дукционные токи и выбросы ЭДС, нии питания 16 В. Диапазон воспро кажений и даже к перегреву одного возникающие в L1 в моменты пере изводимых частот 20 ГцЕ.20 кГц. КПД из выходных ключей и выходу мик ключения выходных ключей, когда 90% при выходной мощности 5 Вт.

росхемы из строя. Входной сигнал оба ключа заперты. Частота ШИМ Нелинейные искажения не более поступает на инвертирующий вход преобразования задаётся цепью об 0,1% для всего диапазона частот при микросхемы (вывод 2) через разде ратной связи R4, C3, и при указанных выходной мощности 1 Вт. Напряже лительный конденсатор C1 и ограни на схеме номиналах она составляет ние питания 7,5Е24 В. В микросхему чивающий резистор R1. В позиции 600 кГц. При большей частоте увели встроены четыре выходных ключа на МДП транзисторах, которые включе Таблица 1. Назначение выводов микросхемы MP7720 ны мостом. Особенностью монофо нических мостовых УМЗЧ является Номер вывода Обозначение Назначение то, что они имеют два, как правило, Неинвертирующий вход. Может использоваться как положительный вывод равноценных усилительных канала с 1 PIN дифференциального входа выходными ключами, которые вклю Инвертирующий вход. Может использоваться как отрицательный вывод 2 NIN дифференциального входа чены полумостом. То есть микросхе 3 AGND Корпус аналоговой части ма MP7731 содержит два канала, Вход разрешения. Высокий уровень - МС включена, низкий уровень - выключена близких по структуре к микросхеме 4 EN (дежурный режим) MP7720. Соль в том, что эти каналы 5 BS Вход цепи вольтодобавки работают в противофазе, а нагрузка 6 VDD Вход напряжения питания 7,5Е24 В (громкоговоритель) подключена без 7 SW Выход ключевых МДП транзисторов разделительных конденсаторов меж 8 PGND Корпус цепей питания ду выходами этих каналов, т.к. посто 20 й СТА ПРЕСС WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Октябрь Готовые решения для качественного звука ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА Аудиоусилители от MPS c выходной мощностью до 80 Вт в корпусе SOIC24 не требуют внешнего теплоотвода Глубокая обратная связь, а также интегрированные мощные полевые транзисторы позволяют достичь качества звука на уровне усилителей класса AB Стабильная выходная мощность в широком диапазоне питающих напряжений Однополярное питание Минимальная внешняя обвязка Коэффициент нелинейных искажений менее 0,1% Расширенный диапазон температур Ц40Е+85оС Стереоусилитель класса D мощностью 230Вт на основе двух микросхем MP АУДИОУСИЛИТЕЛИ КЛАССА D ОТ MONOLITHIC POWER SYSTEMS Наименование Диапазон Пиковая КПД, % Коэф т Глубина Корпус Особенности напряжений мощность, Вт нелинейных подавления питания, В искажений, %, пульсаций при 1 Вт источника питания, дБ SOIC8 Полумостовая MP7720 7,5...24 20 90 0,04 PDIP8 схема подключения Мостовая схема MP7731 7,5...18 30 90 0,1 80 TSSOP подключения Мостовая схема MP7781 7,5...24 80 85 0,1 60 SOIC подключения Схема аудиоусилителя класса D мощностью 80 Вт на основе MP ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ:

Х Любые аудиосистемы потребительской электроники, начиная от ноутбуков и кончая системами домашних кинотеатров Х Расширенный температурный диапазон позволяет использовать эти микросхемы в автомобильных аудиосистемах ПРОСОФТ Ч АКТИВНЫЙ КОМПОНЕНТ ВАШЕГО БИЗНЕСА Телефон: (095) 234 0636 Х E mail: info@prochip.ru Х Web: www.prochip.ru КОМПОНЕНТЫ MP7731 изображена на рис. 5, а назначение выво дов этой микросхемы приведено в таблице 2.

Разберёмся в назначе нии деталей УМЗЧ на микросхеме MP7731 по схеме (рис. 5). Напряже ние смещения на неивер тирующих входах обоих каналов (выводы 2 и 8), равное половине напря жения питания, формиру ется делителем R2, R5.

Конденсатор C9 шунтиру ет эти выводы по пере менному напряжению, а конденсаторы C54 и C задают частоты ШИМ преобразования 1 го и 2 го каналов соответст венно. Эти конденсаторы должны быть расположе ны как можно ближе к вы водам, возле которых они нарисованы на схеме.

С53 - конденсатор фильт Рис. 5. Принципиальная схема УМЗЧ класса D на микросхеме MP7731 ра питания, а C55 и C42 - развязывающие конден янное напряжение на каждом из выво включения оба канала должны быть саторы, которые также надо распола дов выхода равно половине напряжения инвертирующими усилителями. Сиг гать как можно ближе к выводам, воз питания. Для противофазного управле нал на второй канал поступает с вы ле которых они нарисованы. Вход ния обычно используется включение хода первого через делитель R1, R2 ной сигнал поступает на инверти каналов методом ведущий - ведомый (см. рис. 4) или ограничивающий ре рующий вход канала 1 (вывод 3) че (Master - Slave), т.е. оба усилителя зистор. рез разделительный конденсатор C включены по входному сигналу по Типовая принципиальная схема и ограничивающий резистор R16.

следовательно (см. рис. 4). Для такого УМЗЧ класса D на микросхеме Коэффициент усиления по напряже нию канала 1 микросхемы определя Таблица 2. Назначение выводов микросхемы MP7731 ется соотношением сопротивлений Номер резисторов цепи ООС R14 и R16, а ка Обозначение Назначение вывода нала 2 - соотношением R44 и R34.

1 NC Не используется ООС по ВЧ в канале 1 осуществляется Неинвертирующий вход канала 1. Используется как вход напряжения смещения (опорного 2 PIN через конденсатор C29, а в канале 2 - напряжения) 3 NIN1 Инвертирующий вход канала 1 через C34. Конденсатор C37 - это 4 AGND1 Корпус аналоговой части 1 конденсатор вольтодобавки канала 1, 5 NC Не используется а C22 - конденсатор вольтодобавки 6 EN1 Вход разрешения канала 1. Высокий уровень - МС включена. Низкий уровень - выключена канала 2. Они повышают КПД усили 7 NIN2 Инвертирующий вход канала теля. Параллельно этим конденсато Неинвертирующий вход канала 2. Используется как вход напряжения смещения (опорного рам подключены стабилитроны D 8 PIN напряжения) и D15 с напряжением стабилизации 9 AGND2 Корпус аналоговой части 6,2 В. Усиленный выходной сигнал 10 EN2 Вход разрешения канала 2. Высокий уровень - МС включена. Низкий уровень - выключена звука выделяется в ФНЧ на выходах 11 NC Не используется каналов 1 (L4, C47) и 2 (L3, C43) и по 12 BS2 Вход цепи вольтодобавки канала ступает на громкоговоритель. ФНЧ 13 VPP2 Вход напряжения питания канала 2 (7,5Е24 В) подавляют высокочастотные им 14 SW2 Выход канала пульсные составляющие ШИМ сиг 15 PGND2 Корпус цепей питания нала на выходах микросхемы и не 16 NC Не используется пропускают их в нагрузку. Диоды 17 BS1 Вход цепи вольтодобавки канала Шоттки D6, D8 гасят индукционные 18 VPP1 Вход напряжения питания канала 1 (7,5Е24 В) токи и выбросы ЭДС, возникающие в 19 SW1 Выход канала катушках L4 и L3 в моменты переклю 20 PGND1 Корпус цепей питания чения выходных ключей, когда все 22 й СТА ПРЕСС WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Октябрь КОМПОНЕНТЫ они запираются. Эти катушки долж (ООС) по постоянному ны быть рассчитаны на номиналь напряжению, которые ный ток 2,6 А. Каждый из каналов стабилизируют режим имеет свой вход разрешения EN1 каналов усиления, т.е.

(вывод 6) и EN2 (вывод10). При низ эти делители задают по ком уровне напряжения на этих вы стоянные напряжения водах микросхема будет находиться в на выходах каналов, дежурном режиме, а при высоком - в равные половине на рабочем. пряжения питания, и за счёт ООС поддержива МИКРОСХЕМА УМЗЧ ют их неизменными.

MP7781 Микросхема MP Микросхема MP7781 выпускается в имеет более сложную корпусе SOIC24 для поверхностного внутреннюю организа монтажа, который имеет 24 вывода и цию, чем рассмотрен металлическую площадку сверху для ные выше микросхемы.

теплового контакта с радиатором. Но Это косвенно подтвер Рис. 6. Упрощенная схема УМЗЧ с мостовым выходом (с парал минальная мощность монофоничес ждается количеством и лельно последовательным управлением) кого УМЗЧ на микросхеме MP7781 назначением выводов C1 - разделительный конденсатор, 80 Вт при сопротивлении нагрузки микросхемы, что отра R1 - ограничивающий резистор, 4 Ом и напряжении питания 24 В. жено в таблице 3. R2, R3 и R4, R5 - делители цепей ООС по постоянному и Диапазон воспроизводимых частот Типовая принципи переменному напряжению, 20 ГцЕ.20 кГц. КПД 95% при выходной альная схема УМЗЧ на L1, C2 и L2, C3 - ФНЧ мощности 80 Вт. Нелинейные искаже микросхеме MP7781 по ния не более 0,1% для всего диапазона казана на рис. 7. Входной сигнал по ления микросхемы и постоянные на частот при выходной мощности 1 Вт. даётся на выводы 5 и 18 микросхемы пряжения, равные половине напря Напряжение питания 7,5Е24 В. В мик через ограничивающий резистор R20 жения питания, в средних точках, т.е.

росхему встроены четыре выходных и разделительный конденсатор C25. на выходах каналов мостового УМЗЧ ключа на МДП транзисторах, кото Резисторы R3, R5, R7, R17, R19, R21, (выводы 10 и 22 микросхемы). Кон рые включены мостом. Микросхема R12, R8 и конденсаторы C6, C24, C9, денсатор C10 в канале 1 и C18а в ка MP7781 имеет два равноценных уси C15 входят в цепи ООС по постоян нале 2 - конденсаторы вольтодобав лительных канала с дифференциаль ному и переменному напряжению. ки, которые необходимы для повы ными входами и выходными МДП Эти цепи задают коэффициент уси шения КПД усилителя.

ключами, которые включены полу мостом. Микросхема содержит два Таблица 3. Назначение выводов микросхемы MP канала усиления, каждый из которых Номер Обозначение Назначение вывода заканчивается полумостом на МДП 1 DR1 Выход управления стабилизатором напряжения питания низковольтной части канала транзисторах. Все это напоминает 2 NC Не используется (рекомендуется подключать к выводу 1 или 3) MP7731, но в отличие от этой микро 3 GND Корпус внутреннего модулятора схемы, в типовом включении MP 4 AI2 Неинвертирующий вход канала используется схема, которую можно 5 BI2 Инвертирующий вход канала 2 (вход AUDIO и ООС) назвать параллельно последователь ным включением каналов усиления 6 MO2 Выход внутреннего ШИМ канала 2 (с открытым стоком) (см. рис. 6). В этой схеме входной сиг 7 SHDN2 Вход разрешения канала 2. Активный уровень - низкий нал поступает сразу на входы обоих 8 BS2 Вход цепи вольтодобавки канала каналов усиления. Причём в одном 9 GND Корпус цепей питания канала канале он поступает на неинверти 10 SW2 Выход канала рующий вход, а в другом - на инвер 11 V+ Вход напряжения питания ШИМ (7,5Е24 В) тирующий. Поэтому к верхнему и 12 M2 Вход сигнала ШИМ на предоконечный каскад канала нижнему выводам громкоговорителя 13 DR2 Выход управления стабилизатором напряжения питания низковольтной части канала прикладываются одинаковые по ам 14 NC Не используется плитуде, но противофазные напря 15 V+ Вход напряжения питания канала 2 (7,5Е24 В) жения сигналов, что видно из графи 16 MO1 Выход внутреннего ШИМ канала 1 (с открытым стоком) ков, показанных на схеме (рис. 6).

17 AI1 Инвертирующий вход канала 1 (вход ООС) Соотношения сопротивлений огра 18 BI1 Неинвертирующий вход канала 1 (вход AUDIO) ничивающего резистора R1 и рези 19 SHDN1 Вход разрешения канала 1. Активный уровень низкий сторов делителей цепей ООС R2, R3, 20 BS1 Вход цепи вольтодобавки канала R4, R5 определяют коэффициент уси 21 GND Корпус цепей питания ления схемы. Через делители R2, R3 и 22 SW1 Выход канала R4, R5 задаются также напряжения 23 V+ Вход напряжения питания канала 1 (7,5Е24 В) смещения на входах и осуществляют 24 M1 Вход сигнала ШИМ на предоконечный каскад канала ся отрицательные обратные связи СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Октябрь 2004 WWW.SOEL.RU й СТА ПРЕСС КОМПОНЕНТЫ Рис. 7. Принципиальная схема УМЗЧ класса D на микросхеме MP L1, C2, L2, C2, C13, R2, C5, R18, C23 - катушках ФНЧ L1 и L2 в моменты пе ние усилителя в рабочий режим осу это детали ФНЧ, которые пропускают реключения выходных ключей, когда ществляется замыканием выводов на громкоговоритель сигнал звука и все они заперты, осуществляется дио разрешения микросхемы на корпус, подавляют импульсные ВЧ состав дами Шоттки D1 и D5. например, выключателем SW1.

ляющие сигнала ШИМ. Катушки ФНЧ Каждый из каналов имеет вход раз Чтобы получить столь малый ток L1 и L2 должны быть рассчитаны решения (активный уровень низкий). потребления в режиме MUTE, в мик на номинальный ток 5 А. Оптималь Вывод 19 (SHDN1) - это вход разреше росхему встроены стабилизаторы ная частота ШИМ преобразования ния канала 1, а вывод 7 (SHDN2) - вход питания низковольтной части и схе для микросхемы MP7781 составляет разрешения канала 2. Эти выводы со ма их коммутации. Сигналы управ 400 кГц. Она определяется ёмкостью единены вместе. Высокий уровень ления этой схемы выводятся из мик конденсатора C11, который включён (сигнал запрета) формируется с по росхемы через выводы 1 (DR1) и между выводами дифференциаль мощью параметрического стабилиза (DR2), а затем через коммутирую ных входов этой микросхемы (между тора R6, D3. При этом уровне усили щие диоды D2 и D4 поступают соот соединёнными по два выводами 5, 18 тель отключён и находится в режиме ветственно на выводы 20 (BS1) и и 4, 17). Гашение выбросов ЭДС и ин MUTE, который характерен малым то (BS2). Кроме того, в рабочем режиме дукционных токов, возникающих в ком потребления (10 мА). Включе высокий уровень управляющего сиг Таблица 4. Особенности микросхем УМЗЧ класса D фирмы MPS Микросхемы Особенности MP7720 MP7731 MP Номинальная мощность при Uпит = 24 В и нагрузке 4 Ом, Вт 30 (при Uпит = 16 В) 20 Коэффициент нелинейных искажений (THD+N) на частоте 1 кГц при выходной мощности 1 Вт, % 0,1 0,1 0, КПД, % 90 (при 20 Вт) 90 (при 5 Вт) 95 (при 80 Вт) Частота преобразования ШИМ, кГц 600 600 Напряжение питания, В 7,5Е24 7,5Е24 7,5Е Эффективное напряжение входного сигнала, В 1 1 Выход Полумост Мост Мост Сопротивление канала выходных МДП ключей в состоянии насыщения, Ом 0,180 0,180 0, Динамический диапазон, дБ 93 80 Корпус SOIC8 или PDIP8 TSSOP20F SOIC 24 й СТА ПРЕСС WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Октябрь КОМПОНЕНТЫ нала с вывода 13 (DR2) открывает жим и гарантиру ключ на биполярном транзисторе ется только на час Q1. Через этот транзистор напряже тоте 1 кГц при вы ние питания поступает в точку со ходной мощности единения резисторов R1 и R11. У 1 Вт. С ростом час микросхемы MP7781 есть ещё четы тоты и мощности ре интересных вывода. Это выводы он повышается. За 16 (MO1), 24 (M1), 6 (MO2) и 12 (M2). висимость коэф MO1 и MO2 - это выходы широтно фициента нели импульсных модуляторов соответст нейных искаже вующих каналов, а M1 и M2 - это ний микросхемы входы выходных ключей микросхе MP7720 от мощ мы. Выводы MO и M с одинаковыми ности (при частоте номерами соединены между собой. сигнала 1 кГц, на Кроме того, выходы MO1 и MO2 име пряжении пита ют открытый сток. Подтягивающие ния 24 В и сопро резисторы (резисторы внешней на тивлении нагрузки грузки), подключённые между эти 4 Ом) изображена ми выводами и напряжением пита на рис. 8а, а от час ния на эмиттере транзистора Q1, - тоты сигнала (при это известные уже резисторы R1 и напряжении пита R11. C1 - конденсатор фильтра пита ния 24 В, сопро ния, а конденсаторы C3, C12, C16, C8, тивлении нагруз C10, C14 и C18 - развязывающие. ки 4 Ом и мощно Для улучшения развязки и уменьше сти 19,6 Вт) - на ния наводок их рекомендуется уста рис. 8б.

навливать как можно ближе к соот В заключение ветствующим выводам микросхемы. хочу заметить, что Рис. 8. Зависимость коэффициента нелинейных искажений микросхе Для устранения характерного для существует ещё мы MP7720:

УМЗЧ щелчка при включении в схе несколько разно а) от мощности при частоте сигнала 1 кГц, напряжении питания 24 В и со му установлены конденсаторы C7 видностей усили противлении нагрузки 4 Ом;

и C9. телей с ШИМ. Во б) от частоты при напряжении питания 24 В, сопротивлении нагрузки 4 Ом Для обеспечения стабильности ра первых, это усили и мощности 19,6 Вт боты и повторяемости схемы рези тель класса Т, сторы R3, R5, R7, R17, R19, R21 и R12 широтно импульсный модулятор thic Power Systems можно найти на должны иметь допуск 1%. Такой же которого меняет не только скваж сайте фирмы [4].

допуск должен иметь и резистор R6. ность, но и частоту выходного Следует заметить, что все три мик ШИМ сигнала. Во вторых, это так ЛИТЕРАТУРА росхемы, представленные в этой ста называемый усилитель класса N, 1. Савельев Е. Усилитель класса D для сабву тье, имеют встроенную температур информацию о котором можно най фера. Радио. 2003. № 5.

ную защиту и защиту от коротких ти в статье [3]. Это также усилитель, 2. Дайджест Новая техника и технология.

замыканий по выходу. Основные осо работающий в ключевом режиме, но Радиохобби. 2001. № 2. С. 9.

бенности и параметры этих микро совмещённый с сетевым блоком пи 3. Колганов А. Автомобильный УМЗЧ с схем сведены в таблицу 4. тания. блоком питания. Радио. 2002. № 7.

Коэффициент нелинейных иска Дополнительную информацию о С. 20Е22.

жений, указанный в таблице, дости микросхемах производства Monoli 4. www.monolithicpower.com.

Новости российских дистрибьюторов Усилитель класса D отдает в 8 омную нагрузку мощность в видео и коммуникационной технике и без выходного фильтра 450 мВт при коэффициенте искажений имеют высокое быстродействие при ма Усилитель класса D с фиксирован менее 1%. лом потреблении. Их полоса пропуска ным коэффициентом усиления LM4667 ния до 370 МГц, ток покоя 1 мА, выход фирмы National Semiconductor выпол Скоростные усилители ной ток 110 мА. Неравномерность АЧХ нен в корпусе micro SMD с 9 выводами. для видео в полосе до 100 МГц не более 0,1 дБ, Обходясь минимумом дополнительных и коммуникационной дифференциальное усиление и фаза деталей, этот усилитель благодаря уни аппаратуры нормируются. Напряжение питания кальному дельта сигма модулятору не Операционные усилители с токовой 4,5...12 В. Выпускаются в различных требует даже выходного фильтра, ха обратной связью LMH6723 (одиноч корпусах.

рактерного для усилителей этого клас ный), LMH6724 (сдвоенный) и LMH са. Усилитель питается от однополярно (счетверённый) разработаны фирмой www.prochip.ru го источника напряжением 2,7...5,5 В и National Semiconductor для применения тел. (095) 234 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Октябрь 2004 WWW.SOEL.RU й СТА ПРЕСС    Книги, научные публикации