Усилитель класса «D» TPA3116D 50W+50W с электронным темброблоком TA7630

Привет читателям Датагора! Понадобилось мне сделать мощный, но миниатюрный усилитель. Заодно захотелось самому пощупать и послушать, что такое усилители класса «D».
Началось всё с того, что в комнате дочери я повесил новые большие колонки. Старенький музыкальный центр их не смог как следует раскачать.

↑ Дочкино техзадание

Я думаю, вы уже поняли, что хозяйка этой акустики 16-летняя девушка. Любимый стиль музыки у неё — русский рок и нерусский металл, а эти стили тихо не слушают.

Ещё были высказаны претензии о том, что когда телефон подключен проводом к усилителю, то в нем неудобно сидеть «Вконтактике».

Ещё надо было сохранить возможность слушать большую фонотеку из компакт-дисков.

И желательно, чтобы всё регулировать можно было, не вставая с диванчика.

А ещё чтобы это все занимало как можно меньше места на тумбочке, и т. д., и т. п.

А то, чего требует дочка,
Должно быть исполнено. Точка.
С. Маршак, «Мистер Твистер»

Вобщем, получив кучу пожеланий в качестве техзадания, я пошел думать, как все эти хотелки реализовать с возможно меньшими материальными и физическими затратами.

↑ Источник

Возможность беспроводного подключения телефона, а так же воспроизведение с флешки в форматах .mp3, .ape, .flac легко и дешево реализуется в простой мультимедиа-панельке от наших китайских друзей.

↑ D-усилитель. Большое в малом

Теперь дело встало за усилителем. Почитал отзывы, посмотрел параметры разных микросхем и остановил свой выбор на микросхеме TPA3116D от «Техаских Инструментов».

Есть, конечно, чипы более качественные и более мощные, есть и более дешевые. Знакомство с D-классом усилителей я решил начать с «золотой середины» TPA3116D.

↑ Импульсный БП и корпус

Панель и модуль усилителя заказаны. Самое время подумать про корпус и блок питания.

Покопавшись в тумбочке (она у меня размером с хороший гараж) я обнаружил блок питания от компьютерного кассового терминала.


Известный производитель FSP обещал неплохие параметры: 24 Вольта при токе нагрузки до 7.5 А и всё это в небольшом корпусе. И никаких вентиляторов, создающих лишний шум и норовящих заполнить внутренности пылью.

Блок был освобожден от пластиковых крышек, чтобы улучшить охлаждение, заодно были проверены на предмет «усталости» электролитические конденсаторы.

В качестве донора на корпус послужил старый, еще аналоговый видеорегистратор. У него был довольно прочный, полностью металлический, корпус. На задней панели уже были необходимые отверстия под разъемы, а на передней панели не было ничего лишнего, что упрощало переделку.

К сожалению фото корпуса до переделки не было сделано, поэтому тут уже вид сзади когда разъемы СР50 для подключения видеокамер заменены на акустические.

↑ Борьба с китайскими поделками

Почта, спасибо, доставила мои заказы. Пришло время пробовать. Первым делом проверил мультимедиа панельку. Она довольно неплохо воспроизводит записанные на флешку файлы в формате мр3, ловит радио, работает как Bluetooth приемник для телефона.

↑ Громкость в узду!

Но выяснилась одна довольно неприятная вещь. У этой панели есть встроенный регулятор громкости, который работает и от кнопок на самой панели и с пульта ДУ. Казалось бы все хорошо, но было одно большое «НО». При включении питания панель устанавливала громкость на максимум. Думаю, не нужно объяснять, что получится, если усилитель будет случайно включен часов этак в 12 ночи, а в панельке окажется забытый флеш-накопитель. Рявкнет так, что запомнится надолго.
Значит надо делать ещё один мастер-регулятор громкости.

↑ TA7630 — электронный регулятор громкости и тембра

Ну, а где регулировка громкости, там и до регулировки тембра недалеко. У панели есть несколько предустановленных режимов тембра, но работают они только в режиме воспроизведения мр3. Когда панель работает радиоприемником или передает звук с линейного входа тембр изменить нельзя, а иногда хочется.

Ждать ещё месяц очередного заказа из Китая, мне не хотелось. И тут я в местном магазинчике увидел в продаже готовую плату для темброблока на микросхеме TA7630, и саму микросхему. К плате прилагался листок бумаги со схемой, скан которого я тут приведу.


Сборка темброблока заняла час с двумя перекурами и сверлением отверстий для крепежа переменных резисторов. Правильно собранная схема в наладке не нуждается и работает сразу. Никаких сюрпризов или неожиданностей. Регулируется и тембр и громкость и баланс. Все переменные резисторы должны быть с линейной характеристикой (B-type), но они и есть самые распространённые. Логарифмическая характеристика регулировки громкости осуществляется самой микросхемой.

↑ Модуль усилителя

↑ Наносим термопасту

Пришла очередь проверять собственно усилитель. Внешне плата сделана аккуратно. Дизайн ее практически в точности повторяет пример, приведенный в документации производителя. Первым делом, ещё до подключения питания, откручиваю радиатор. Как и предполагалось, отсутствуют даже следы термопасты. Её просто не удосужились положить при сборке платы.

Не страшно, исправляю положение: «Алсил», КПТ-8 и пр. Тем, кто решится купить плату, рекомендую обязательно делать ревизию.

↑ Уменьшаем усиление — побеждаем возбуждение

Подключаю плату к источнику звука, цепляю к ней колонки и источник питания. Разъемы на плате позволяют сделать это быстро без применения паяльника. Включаю.
И тут появляется вторая перемежающаяся неприятность. В колонках раздается какие-то шорохи, временами негромкий треск и  ВЧ-свист на грани слышимости. То есть, то нет. Хорошо слышно в паузах фонограммы.
Осциллограф говорит мне, что мои уши меня не обманывают.

Первое подозрение было на не новый блок питания. Возможно он даёт нестабильность и все эти помехи проходят на выход усилителя. Вместо импульсного БП подключаю на питание пару 12 В аккумуляторов. Тут уже грешить на питание нельзя.
Шумы несколько уменьшились, чуть-чуть изменился их характер, но они остались.

Если входы усилителя закоротить перемычкой на землю, то шумы исчезают.

Иду читать документацию от производителя микросхемы и обращаю внимание на пункт 6.5 на странице 6.

В таблице указаны номиналы резисторов R1 и R2, от величины которых зависит коэффициент усиления схемы.
Найдя эти резисторы на плате, я выяснил, что тут установлен максимально возможный коэффициент усиления 36 дБ или в 63 раза!
Из-за задранного Ку и происходило самовозбуждение усилителя.

Мне такое большое усиление не нужно. Источники сигнала выдают напряжение порядка 1 В. Максимальное напряжение на выходе ограничено напряжением питания и не может превысит 24 вольта. Поэтому Ку в 20-24 раза будет самое то, что нужно. В дБ это будет 26. Ставлю R1 = 20 k, R2 = 100 k.
Проверяю. Все шумы исчезли. В колонках в отсутсвии сигнала полная тишина. Звук на выходе чистый без помех.

↑ Доработка БП

Правда самые низкие частоты воспроизводятся как-то не четко, размазываясь в кашу. Тут уже дело в блоке питания.


На выходе блока питания стоит всего 2 конденсатора по 680 мкФ. На плате усилителя есть ещё 4шт. по 470 мкф. Итого чуть больше 3000 мкф на два канала по 50 Вт. Маловато будет! Довёл общую емкость на выходе блока питания до 20000 мкф.
С низкими частотами проблема тоже решилась. Ну, вроде всё. Можно окончательно собирать все в корпус.

↑ Китайский сюрприз на десерт

Но этот усилитель не был бы «китайским чудом» если бы не преподнес мне последний сюрприз.

Усилитель в открытом корпусе без проблем работал пару дней у меня на работе, с утра и до вечера. Никаких нареканий на надежность работы и качество звука не было.

Я закрыл верхнюю крышку и уже собирался нести его домой, но решил ещё раз включить и проверить. Включил, панелька светится, показывает что воспроизводит звук, а в колонках тишина. Я открыл крышку, всё снова перепроверил, подтянул все винты на клемниках, потыкал тестером на предмет наличия КЗ — всё в порядке.
Включил усилитель — он запел. Я закрываю крышку — звук пропадает. Открываю — появляется.

В ходе этих шаманских плясок выяснилось, что, как только между шасси и верхней крышкой остается зазор меньше сантиметра, звук исчезает.

Я надел ферритовые бусинки на все провода питания и выходные провода. Заэкранировал все входные цепи. Это не помогло.

Даже закрыл экранирующей сеткой плату усилителя и отдельным проводом заземлил радиатор микросхемы. Всё бесполезно!
Как только щель между верхней и нижней крышками становится меньше сантиметра звук пропадает. Ещё целый день я потратил на борьбу с этим эффектом.

↑ Управление усилителем по «MUTE»

Виновником оказался сигнал «Mute». Он выведен на разъем питания усилителя. Оказывается, его надо через резистор 10 кОм соединить с плюсовым выводом источника питания! Как только я его подтянул к плюсу питания, «эффект магической крышки» исчез.


Ну, вот теперь точно всё готово. Усилитель закрыт, переехал с работы домой и громким звуком радует не только мою дочь, но и соседей.

↑ Файлы

Официальный даташит tpa3116d2.pdf

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации