Снижение стоимости и доступность АЦП высокой разрядности и сигнальных процессоров способствовали появлению высококачественных усилителей мощности D-класса, основанных на широтно-импульсной модуляции. Работа выходных транзисторных каскадов в ключевом режиме таких усилителей позволяет в несколько, а порой и в десятки раз увеличить КПД, тем самым, снижая тепловыделение усилителя, его габариты и стоимость. Среди всех звуковых усилителей устройства класса D являются самыми экономичными, благодаря использованию цифровой обработки сигнала. Она исключает возможность появления искажений и шумов в предварительных трактах усилителя, упрощает и облегчает всевозможные линейные и нелинейные преобразования сигнала без использования механических регулировочных элементов, расширяет функциональность. Предлагаемый читателям цифровой процессор звука совместно с четырьмя оконечными усилителями мощности звуковой частоты дает возможность собрать 4-канальный Hi-Fi-аудиоусилитель D-класса с максимальной выходной мощностью до 315 Вт в каждом канале. Схемотехника усилителя основана на базе микросхем Texas Instruments TAS5504 (цифровой звуковой ШИМ-процессор) и TAS5261 (мостовой цифровой усилитель). Цифровой процессор звука Мощность усилителя определяется напряжением питания выходных каскадов. Количество каналов усилителя – до четырех, а КПД достигает 96%. Функциональность устройства делает его доступным для использования в различных областях – от построения высококлассного стационарного усилителя для цифрового домашнего кинотеатра и заканчивая усилителем мощности для автомобильных аудиоприложений. Цифровой процессор звука предназначен для предварительного аналого-цифрового преобразования звукового сигнала, последующей его цифровой обработки и модуляции в ШИМ-сигнал. Цифровая обработка позволяет избежать появления дополнительного шума, фона, искажений и щелчков при переключениях режимов работы. Кнопочное управление совместно с цифровым индикатором реализуют удобство и комфортность использования основных режимов работы процессора: регулировка громкости, режим «MUTE», управление защитой. Функция запоминания установленного пользователем уровня громкости усилителя позволяет избежать повторной его настройки при возникновении перебоев в питании процессора. Режим контроля и управления защитой от перегрузок, подключенных оконечных модулей, предопределяет высокую надежность и отказоустойчивость усилителя. Общий вид цифрового процессора звука представлен на рис. 1. 
Рис. 1. Внешний вид цифрового процессора звука Подаваемый на вход процессора сигнал со звукового источника попадает на 24-разрядные двухканальные АЦП U2, U3, где оцифровывается с частотой дискретизации 96 кГц. Сформированные пакеты данных по последовательной шине передаются в цифровой ШИМ-процессор U4, выполняющий функции регулировки громкости и ШИМ-преобразования оцифрованного сигнала для последующего его усиления в оконечных усилителях-демодуляторах, выполненных на основе интегральной микросхемы TAS5261 с металлическим теплоотводом. Мостовая схема включения нагрузки в сочетании с однополярным питанием оконечных каскадов упрощают источник питания усилителя, позволяя питать схему напряжением от +5 до +50 В. Ядром цифрового процессора звука является универсальный микроконтроллер Texas Instruments TAS5504, осуществляющий цифровое преобразование аналогового звукового сигнала, его предварительную обработку и коррекцию. Для управления режимами работы усилителя и их индикации использован микроконтроллер фирмы Atmel Atmega8 (IC1). К нему непосредственно подключены кнопки управления усилителем, дисплей с динамической индикацией и ШИМ-процессор. Основные элементы управления Дисплей – четырех разрядный цифровой дисплей отображает общий для всех каналов уровень громкости в децибелах. Уровень 0 дБ соответствует номинальной выходной мощности усилителя при номинальном входном напряжении 1 В. DOWN – кнопка уменьшения уровня громкости. При удержании кнопки уменьшение громкости ускоряется. UP – кнопка увеличения уровня громкости. При удержании кнопки увеличение громкости ускоряется. MUTE – кнопка временного приглушения звука. При повторном нажатии процессор переходит в нормальный режим. ON/OFF – кнопка выключения/включения усилителя. В выключенном состоянии процессор переходит в режим пониженного энергопотребления, сигналы на выходах отключаются, индикация на дисплее отключается. Светодиод, зажигающийся в выключенном состоянии процессора (усилителя). Регулировка громкости осуществляется с помощью кнопок «UP» и «DOWN», соответствующим образом изменяется ее значение на дисплее в диапазоне: -100…+17 дБ. Цифровой оконечный усилитель D-класса 315 Вт Оконечные усилители представляют собой ШИМ-усилители-демодуляторы с мостовой схемой включения нагрузки (акустической системы). Широкий диапазон питающего напряжения оконечных каскадов определяет максимальную выходную мощность. Общий вид выходного усилителя представлен на рис. 2, а принципиальная схема – на рис. 3. 
Рис. 3. Принципиальная электрическая схема одноканального оконечного усилителя D-класса 315 Вт BM2071 Функционально усилитель мощности разделен на сигнальный процессор и отдельные модули усилителей-демодуляторов. В зависимости от потребностей пользователя к процессору можно подключить от одного до четырех оконечных усилителей, тем самым, определив число каналов усиления. Технические характеристики оконечного усилителя BM2071 315 (Rнаг = 4 Ом, КНИ <10%) 125 (Rнаг = 8 Ом, КНИ <0,09%) 220 (Rнаг = 6 Ом, КНИ <10%) |
