Двухканальный усилитель мощности звуковых частот класса D

Многие радиолюбители конструируют линейные усилители мощности звуковых частот (УМЗЧ) с выходными каскадами, работающими в режимах AB, реже A или B. Однако подобные устройства, как правило, имеют большие габариты и низкий КПД.
Более качественными и экономичными являются УМ класса D, основанные на широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Цифровая обработка сигналов исключает возможность появления искажений и шумов в предварительных трактах обработки сигнала, упрощает и облегчает всевозможные линейные преобразования без использования механических регулировочных элементов, а также расширяет функциональность усилителя.
Предлагаемый усилитель BM2073 (см. рис. 1) отличается большим количеством подключаемых каналов усиления и наличием цифрового входа.

Рис. 1. Общий вид устройства

Усилитель поставляется в виде одноплатного стереомодуля с интегрированным модулятором сигналов TAS5086 и двухканальным оконечным усилителем TAS5162 мощностью до 2×210 Вт (на нагрузке 6 Ом). Дополнительно к нему можно подключить до четырех оконечных усилителей BM2071 мощностью 310 Вт.
Подключение цифрового источника звука, например персонального компьютера или DVD-проигрывателя, осуществляется через интерфейс S/PDIF («тюльпан»).
Усилитель содержит сигнальный процессор (U12), микроконтроллер (U15), преобразователи напряжения (U5, U6 и U14), АЦП (U2, U3 и U4), тактовый генератор (U1), входной усилитель сигнала S/PDIF (U8), декодер
S/PDIF (U7), мультиплексор сигналов I²S (U9), выходной стерео ШИМ-усилитель (U13); пассивный ФНЧ (L3—L6, C86, C87), а также согласующие логические схемы (U10 и U11) для подключения дополнительных усилителей ЗЧ BM2071. Принципиальную электрическую схему устройства можно найти в [3].
Для питания усилителя необходим источник питания с выходным напряжением 14,5…50 В. Чем выше напряжение питания, тем больше будет выходная мощность (см. рис. 2). Отметим, что при сопротивлении нагрузки 4 Ом максимальное напряжение питания не должно превышать 38,5 В во избежание перегрузки выходных каскадов усилителя.

Рис. 2. Зависимость выходной мощности PO от дейст­вующего значения напряжения питания PVDD

Аналоговый звуковой сигнал амплитудой не более 1,5 В преобразуется в АЦП (U2, U3 и U4) в цифровой формат I²S и подается на мультиплексор (U9).
Сигнальный процессор TAS5086 (U12), управляемый микроконтроллером U15, преобразует шестиканальный входной сигнал из формата I²S в выходные ШИМ-сигналы с частотой 384 кГц и индексом модуляции 96,1%. Процессор позволяет производить регулировку общей громкости в пределах –100…24 дБ, реализовать режим MUTE и мультиплексировать входные сигналы в зависимости от выбранного источника.
Цифровой вход усилителя предназначен для приема только стереосигнала, поэтому в TAS5084 каналы 1 и 2 в режиме работы S/PDIF дублируются на выходы каналов 3 и 5, 4 и 6, соответственно.
В режиме «аналоговый вход» все шесть каналов после АЦП независимо друг от друга проходят обработку в сигнальном процессоре и далее в формате ШИМ-сигналов передаются на оконечные усилители.
На плате устройства размещен только один двухканальный оконечный усилитель TAS5162 мощностью до 2×210 Вт, усиливающий сигналы каналов 1 и 2. Дополнительные каналы реализуются подключением звуковых усилителей BM2071.
Управление режимом работы усилителя и соответствующая индикация расположенными на плате светодиодами VD3 и VD4 осуществляется с помощью микроконтроллера U15. В режиме «вход S/PDIF» VD3 светит красным цветом. При выключении усилителя внешней кнопкой выключения On/Off загорается светодиод VD4.
По умолчанию при первой подаче напряжения питания усилитель автоматически переходит в режим «аналоговый вход». При этом уровень усиления выставляется номинальным — 0 дБ. Для полноценной работы усилителя предусмотрено подключение внешних схем управления и индикации.
В схеме также предусмотрена защита от перегрузок и перегрева.

Конструктивно усилитель выполнен на двусторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита.
К устройству можно подключить следующие кнопки управления: кнопку выключения (On/Off), кнопку приглушения звука (MUTE), регулировку громкости (Volume+ и Volume-), кнопку выбора источника сигнала (Digital/Analog).
Подключив к основной плате четыре дополнительных блока BM2071, можно реализовать шестиканальный УМЗЧ для домашнего кинотеатра. Для его питания мы рекомендуем использовать импульсные источники питания PW4873B ( 48 В, 7,3 А).
Узнать более подробную информацию об усилителе звука BМ2073 и о магазинах, где его можно приобрести, можно на сайте компании
(www.masterkit.ru), а получить техническую консультацию — по электронной почте: infomk@masterkit.ru
или тел.: (495) 234-77-66.

1. Четырехканальный цифровой звуковой процессор с УМЗЧ класса D мощностью до 4х315 Вт//Радиохобби, №5(59)/октябрь 2007.
2. Современный HI-FI-аудиоусилитель на базе блоков МАСТЕР КИТ//Новости электроники, №20(46)/ 2007.
3. BM2073 — 2-канальный усилитель звуковых частот (2×210 Вт)//
www.masterkit.ru/main/set.php?num=1275.
4. BM2072 — Цифровой усилитель D-класса мощностью 315 Вт c цифровым процессором звука (базовый одноканальный комплект//www.masterkit.ru/main/set.php?num=1144.