Усилители класса D постепенно завоёвывают свой сектор рынка, несмотря на присущие подобной технике «детские болезни». Такие устройства строят на специализированных микросхемах – например, серии TPA31xxD2. К этой линейке принадлежит и «цифровой усилитель» TPA3116D2.
Особенности микросхемы
Микросхема TPA3116D2 представляет собой двухканальный стереофонический усилитель, работающий в классе D. Предельная отдаваемая мощность составляет 2х50 ватт. К другим особенностям, декларируемым производителем в даташите, относят:
- широкие возможности по выбору напряжения питания (4,5..26 вольт);
- высокий КПД (не менее 90%);
- небольшие потребные размеры внешнего теплоотвода;
- возможность программирования предела мощности;
- высокое подавление нестабильности питающего напряжения.
Возможность выбора частоты внутреннего генератора (до 1,2 МГц) позволяет выполнять синхронизацию в системе ведущий-ведомый, а также избегать паразитной амплитудной модуляции.
Выходы позволяют подключать акустическую систему как по мостовой схеме, так и с общим заземленным проводом (Single ended).
Параметры TPA3116D2
Предельные характеристики TPA3116D2 приведены для всего диапазона рабочих температур (Ta), если не оговорено иное.
| Предельные характеристики | ||
|---|---|---|
| Параметр | Значение | Размерность |
| Напряжение питания, Vcc (выводы PVcc, AVcc) | -0,3..30 | вольт |
| Входное напряжение, Vi:
на выводах INPL, INNL, INPR, INNR |
-0,3..6,3 | вольт |
| на выводах PLIMIT, GAIN/SLV, SYNC | -0,3..GVDD+0,3 | вольт |
| на выводах AM0, AM1, AM2, MUTE, SDZ, MODSEL | -0,3..GVDD+0,3 | вольт |
| Скорость нарастания выходного напряжения на выводах AM0, AM1, AM2, MUTE, SDZ, MODSEL | 10 | вольт за микросекунду |
| Эксплуатационная температура окружающей среды, Ta | минус 40..+85 | Град.С |
| Температура перехода, Tj | минус 40..+150 | |
| Температура хранения, Tstg | минус 40..+125 | |
При достижении данных параметров микросхема может быть повреждена. Периодическая работа в таких условиях снижает надежность усилителя.
| Рекомендуемые параметры характеристики | ||||
|---|---|---|---|---|
| Параметр | Значение | Размерность | Выводы | |
| Напряжение питания, Vcc | 4,5..26 | вольт | PVcc, AVcc | |
| Входное напряжение высокого уровня, Vih | не менее 2 | вольт | AM0, AM1, AM2, MUTE, SDZ, MODSEL | |
| Входное напряжение низкого уровня, Vil | не более 0,8 | вольт | ||
| Выходное напряжение низкого уровня уровня, Vol | не более 0,8 | вольт | FAULTZ (Rpull-up=100 kOm, Pvcc= 26 V) | |
| Входной ток высокого уровня, Iih | не более 50 | микроампер | AM0, AM1, AM2, MUTE, SDZ, MODSEL (Vi=2 V, Vcc=18 V) | |
| Минимальный импеданс нагрузки | не менее 3,2 (Rl(BTL) | ом | Выходной фильтр:
L=10 uH, C=680 nF |
|
| не менее 1,6 (Rl(PBTL) | ом | Выходной фильтр:
L=10 uH, C=1 uF |
||
| Индуктивность выходного фильтра, Lo | не менее 1 | микрогенри | ||
Электрические параметры измерены при условиях:
- напряжение питания – 12..24 вольт;
- сопротивление нагрузки – 4 Ом;
- Токр=25 град.С.
Если условия отличались или дополнялись, об этом в каждом случае указывается отдельно.
| DC характеристики | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Параметр | Значение | Размерность | Условия тестирования | |||
| Выходное напряжение смещения, |Vos| | не более 15 | милливольт | Vi= 0 V,
Gain = 36 dB |
|||
| Ток потребления в состоянии покоя, Icc | не более 35 | миллиампер | Pvcc=12 V | SDZ=2 V, нагрузка или фильтр отсутствуют | ||
| не более 50 | миллиампер | Pvcc=24 V | ||||
| Ток потребления в состоянии покоя в режиме выключения (shutdown), Icc (sd) | менее 50 | микроампер | Pvcc=12 V | SDZ=0,8 V, нагрузка или фильтр отсутствуют | ||
| не более 400 | микроампер | Pvcc=24 V | ||||
| Сопротивление канала в открытом состоянии (измерено на выводах), rds (on) | 120 (типовое значение) | миллиом | Pvcc=21 V,
Iout=500 mA, Tj=+25 град.С |
|||
| Усиление (BTL), G | 19..21 | децибел | R1=5,6 кΩ, R2 отсутствует | |||
| 25..27 | децибел | R1=20 кΩ, R2 = 100 кΩ | ||||
| 31..33 | децибел | R1=39 кΩ, R2 = 100 кΩ | ||||
| 35..37 | децибел | R1=47 кΩ, R2 = 75 кΩ | ||||
| Усиление (SLV), G | 19..21 | децибел | R1=51 кΩ, 51 = 51 кΩ | |||
| 25..27 | децибел | R1=75 кΩ, R2 = 47 кΩ | ||||
| 31..33 | децибел | R1=100 кΩ, R2 = 39 кΩ | ||||
| 35..37 | децибел | R1=100 кΩ, R2 = 16 кΩ | ||||
| Время включения, t on | 10 (тип.) | миллисекунд | SDZ=2 V | |||
| Время выключения, t off | 2 (тип.) | микросекунд | SDZ=0,8 V | |||
| Напряжение управления затвором, GVDD | 6,4..7,4 | вольт | IGVDD<200 uA | |||
| Максимальное выходное напряжение при управлении PLIMIT, Vo | 6,75..8,75 | вольт | V(PLIMIT)= 2V,
Vi=1 Vrms |
|||
| AC характеристики | ||||||
| Подавление пульсаций напряжения питания, KSVR | -70 | децибел | пульсации на частоте 1 кГц,
амплитудой 200 мВ, усиление 20 дБ, входы AC подключены к нулевому проводу. |
|||
| Общая сумма нелинейных искажений и шума, THD+N | 0,1 | процентов | Vcc=21 V, f= 1 kHz, Po=25 W (половина от максимальной) | |||
| Продолжительно рассеиваемая мощность, Po | 25 | ватт | PVcc=14,4 V | THD+N= 10%,
f= 1 kHz |
||
| 50 | ватт | PVcc=21 V | ||||
| Выходной уровень шума | 65 | микровольт | Стандартная частотная коррекция А,
полоса 20 Гц..22 кГц, усиление 20 дБ |
|||
| -80 | дБВ | |||||
| Взаимное проникновение сигналов из канала в канал, CT | -100 | децибел | Vo=1Vrms,
усиление 20dB, f=1kHz |
|||
| Соотношение сигнал-шум, SNR | 102 | децибел | Стандартная частотная коррекция А,
усиление 20 дБ, f=1kHz, THD+N<1%, |
|||
| Частота генератора, f osc | 400 (тип.) | килогерц | AM2=0, AM1=0, AM0=0 | |||
| 500 (тип.) | килогерц | AM2=0, AM1=0, AM0=1 | ||||
| 600 (тип.) | килогерц | AM2=0, AM1=1, AM0=0 | ||||
| 1000 (тип.) | килогерц | AM2=0, AM1=1, AM0=1 | ||||
| 2000 (тип.) | килогерц | AM2=1, AM1=1, AM0=0 | ||||
| Уровень срабатывания тепловой защиты | 150 | град.С | ||||
| Уровень срабатывания токовой защиты | 7,5 | ампер | ||||
Полную мощность усилитель отдает только при установке на радиатор.
Корпус и расположение выводов
Микросхема выпускается в двух вариантах корпуса DAP с 32 выводами. Модификации отличаются только расположением теплоотводящей площадки – сверху или снизу. Расположение выводов дано на рисунке, их функциональное назначение – в таблице.
| № | Обозначение | Функциональное назначение |
|---|---|---|
| 1 | MODSEL | Выбор режима (LOW – BD, HIGH – SPW) |
| 2 | SDZ | Отключение усилителя (LOW – выходы в состоянии высокого сопротивления, HIGH – рабочий режим) |
| 3 | FAULTZ | Выход сигнализации защит ((LOW – сработала внутренняя защита, HIGH – нормальная работа) |
| 4 | RINP | Положительный вход правого канала, смещен до уровня 3 вольт |
| 5 | RINN | Отрицательный вход правого канала, смещен до уровня 3 вольт |
| 6 | PLIMIT | Установка ограничения мощности (через резистор на шину GND, если без резистора – ограничение отсутствует) |
| 7 | GVDD | Выход питания внутреннего источника |
| 8 | GAIN/SLAVE | Выбор уровня усиления и режима ведущий-ведомый |
| 9 | GND | Общий |
| 10 | LINP | Положительный вход левого канала, смещен до уровня 3 вольт, соединяется с GND в режиме PBTL |
| 11 | LINN | Отрицательный вход левого канала, смещен до уровня 3 вольт, соединяется с GND в режиме PBTL |
| 12 | MUTE | Приглушение, активируется уровнем HIGH |
| 13 | AM2 | Вывод установки частоты генератора |
| 14 | AM1 | Вывод установки частоты генератора |
| 15 | AM0 | Вывод установки частоты генератора |
| 16 | SYNC | Вход/выход синхронизации |
| 17 | AVCC | Напряжение питания аналоговой части |
| 18 | PVCC | Напряжение питания |
| 19 | PVCC | Напряжение питания |
| 20 | BSNL | Конденсатор положительной обратной связи (Bootstrap) отрицательного выхода левого канала |
| 21 | OUTNL | Отрицательный выход левого канала |
| 22 | GND | Общий |
| 23 | OUTPL | Положительный выход левого канала |
| 24 | BSPL | Конденсатор положительной обратной связи (Bootstrap) положительного выхода левого канала |
| 25 | GND | Общий |
| 26 | BSNR | Конденсатор положительной обратной связи (Bootstrap) отрицательного выхода правого канала |
| 27 | OUTNR | Отрицательный выход правого канала |
| 28 | GND | Общий |
| 29 | OUTPR | Положительный выход правого канала |
| 30 | BSPR | Конденсатор положительной обратной связи (Bootstrap) положительного выхода правого канала |
| 31 | PVCC | Напряжение питания |
| 32 | PVCC | Напряжение питания |
| 33 | PAD | Теплоотводящая пластина |
Вывод 33 PAD можно подключить к общей шине или оставить неподключенным.
Применение и практические схемы включения
Производитель определяет область применения микросхемы, как:
- акустические панели;
- автозвук;
- телевизоры;
- бытовые аудиоустройства.
Предпочтительная схема подключения к источнику звука приведена в datasheet. Помимо источников аудиосигнала и питающего напряжения, она содержит аудиоконтроллер, формирующий сигналы управления, а также выходные LC-фильтры, улучшающие качество выходного сигнала.
Хотя усилители класса D на сегодняшний день по качеству звучания не удовлетворяют требованиям Hi-End, однако принцип, заложенный в них, предполагает возможность развития и улучшения. Возможно, за такими устройствами — будущее аудиотехники.
