Усилители низкой частоты в режиме работы классов D и Т

мере роста уровня входного сигнала частота переключения снижается, при этом КПД усилителя возрастает. При максимальном входном сигнале переключение происходит приблизительно на частоте 200кГц. Зависимость КПД от уровня выходной мощности (для TA2022) показано на рис.:

Зависимость КПД от выходной мощности (для TA2022)

Режим BBM (Break-Before-Make). В полумостовой схеме в момент переключения MOSFET возникает сквозной ток на землю. Для устранения искажений сигнала транзисторы на время переключения блокируют. Такой режим часто называют Break-Before-Make или BBM. Длительность паузы 145, 105, 65 и 25 нс (для TA0102A) программируется через два логических входа. При малых значениях BBM уровень искажений снижается, однако при этом возрастает мощность рассеивания. Оптимальная величина задержки определяется параметрами компонентов, топологией печатной платы, температурой и выходной мощностью усилителя.

Выходной фильтр. Одно из преимуществ усилителей класса T по сравнению с другими цифровыми усилителями - возможность использовать выходные фильтры с более высокими частотами среза. При этом могут быть значительно снижены искажения, вносимые фильтром в полосе звуковых частот (до 20кГц), что особенно важно для нагрузок 4 и 8 Ом. Рекомендуется использовать LC фильтр второго порядка с частотой среза 80кГц, индуктивностью 18 мкГн и емкостью 0,22 мкФ для нагрузки 8 Ом (для TA0102A).

Шум коммутации. Появление шумов коммутации в TA0102A обусловлено только внешними компонентами, поскольку внутренние шумы практически полностью подавлены в усилителе.

Интермодуляционные искажения. Качество звука на выходе усилителя обычно оценивают величиной нелинейных искажений THD+N (Total Harmonic Distortion plus Noise). Как правило, этот параметр нормируют на частоте 1кГц. На практике часто случается так, что усилитель с высоким уровнем THD субъективно звучит лучше, чем устройство с малыми нелинейными искажениями. Это связано с тем, что восприятие звука человеком зависит от того, какие гармонические составляющие вносят основной вклад в THD+N, как взаимодействуют между собой сигналы различных частот, особенно в верхней части диапазона. Для обеспечения высокого качества звучания и точности воспроизведения важно обеспечить не только малые нелинейные искажения в диапазоне частот от 20 Гц до 20кГц, но и низкие, не более 0,1%, интермодуляционные искажение на более высоких частотах. На рисунках внизу показаны графики интермодуляционных искажений на выходе усилителей классов D и T, соответственно.

Точность воспроизведения сигнала в усилителях класса D

Точность воспроизведения сигнала в усилителях класса T

Компания Tripath Technology выпускает целую серию усилителей класса T различной выходной мощности, основные данные которых приведены в таблице:

Усилители класса T компании Tripath Technology

Усилители TA0102A. В рассматриваемых типах усилителей используется комплементарная схема модуляции (complementary modulation pattern) выходных MOSFET транзисторов. Частота модуляции от 200кГц до 1,5 МГц. Процессор встраивает  мертвое  время (режим Break-Before-Make) между включением одного и выключением другого транзистора, что позволяет устранить сквозной ток на землю при переключении MOSFET. Контрольные биты в режиме BBM позволяют запрограммировать длительность  мертвого  времени. Информация о состоянии выхода поступает в цепь обратной связи. Резистор в цепи затвора выходного транзистора ограничивает скорость нарастания напряжения и предохраняет транзистор от перегрузки по напряжению.

В TA0102A имеются встроенные схемы защиты от избыточного и недостаточного напряжения питания. При отклонении значения напряжения за допустимые пределы выходной каскад отключается и автоматически включается при восстановлении питания. При коротком замыкании срабатывает схема защиты, которая отключает как усилитель, так и выходные транзисторы. Для измерения выходного тока последовательно с каждым из выходных транзисторов включен низкоомный резистор, таким образом имеется возможность устанавливать порог срабатывания защиты.

Усилители TA1101B и TA2020. В рамках ознакомления для данных усилителей достаточно представить следующие характеристики: частота модуляции переменная от 100кГц до 1 МГц, адаптивный/предикативный (adaptive/predictive) алгоритм модуляции.

Усилители TA0103A и TA0104A. В отличие от вышерассмотренных, частота модуляции предлагаемых устройств меняется от 200кГц до 1,5 МГц.

Усилители TA2022 и TA3020. Закончить краткий обзор новых цифровых усилителей хочется двухканальными цифровыми усилителями с выходной