Миниатюрный стереофонический УМЗЧ класса D на микросхеме PAM8403В последние 10-15 лет широкое распространение получили носимые малогабаритные устройства, как теперь их принято называть, гаджеты. В большинстве таких устройств используются экономичные УМЗЧ с низковольтным питанием, работающие в режиме класса D. Такие УМЗЧ можно также встретить в ноутбуках и нетбуках, портативных DVD-плейерах, акустических колонках и т.д. Используемые в этих устройствах микросхемы УМЗЧ постоянно совершенствуются, а сами усилители занимают все меньший объем при сохранении и даже улучшении основных параметров. Об одной микросхеме для УМЗЧ класса D от компании РАМ рассказано в настоящей статье, а также приведено описание схемы, конструкции и основных принципов работы усилителя на этой микросхеме.
Для УМЗЧ малогабаритной аппаратуры необходимо найти решения нескольких взаимоисключающих проблем. Такой УМЗЧ должен иметь малые габариты и, как правило, низкое напряжение питания (3…6 В) при высоком КПД и малом выходном сопротивлении.
Классический УМЗЧ класса D (рис. 1) состоит из широтно-импульсного модулятора (ШИМ), выходного каскада (мощных ключей) и фильтра низких частот (ФНЧ). ШИМ преобразует аналоговый звуковой сигнал в импульсы более высокой частоты, длительность которых зависит от мгновенного значения напряжения аналогового сигнала в момент преобразования. Полученный ШИМ сигнал имеет НЧ составляющую, которая по форме на выходе повторяет звуковой сигнал на входе, но на выходе выходного каскада схемы будет иметь значительно большую амплитуду и мощность. НЧ составляющая поступает на нагрузку (динамическую головку) ВА через ФНЧ и разделительный конденсатор СР. ФНЧ отсекает высокочастотную импульсную составляющую ШИМ сигнала, а СР — постоянную составляющую.
Рис. 1. Блок-схема УМЗЧ класса D
Для использования в малогабаритной аппаратуре наиболее подходят УМЗЧ класса D с так называемым мостовым выходом. Это позволяет вдвое увеличить размах сигнала на нагрузке и избавиться от разделительного конденсатора на выходе. Необходимо отметить, что стандартные УМЗЧ класса D (даже мостовые) не избавлены еще от одного недостатка — наличия дорогого и габаритного дросселя в ФНЧ.
Поэтому в малогабаритной аппаратуре в последние годы используют мостовые УМЗЧ класса D без ФНЧ на выходе. Описания таких УМЗЧ на микросхемах производства Monolithic Power Systems (MPS), Texas Instruments (TI) и других производителей приведены в [1-3]. В таких УМЗЧ на прямом и инверсном выходах НЧ сигналы звука будут противофазны, а высокочастотные импульсные сигналы синфазны. При этом разностный сигнал звука на нагрузке будет двойной амплитуды, а разность высокочастотного импульсного сигнала на выходах будет близка к нулю.
Рис. 2. Эпюры сигналов на выходе УМЗЧ класса D с двумя ШИМ при отсутствии входного сигнала
Собственно в таком монофоническом УМЗЧ имеются два широтно-импульсных модулятора, попарно-параллельно управляющих выходными ключами. Прямоугольные сигналы в режиме покоя на выходе схемы будут синфазны или будут иметь небольшой фазовый сдвиг (рис. 2). В результате на динамическую головку в режиме покоя, в худшем случае, поступают противофазные симметричные импульсы малой длительности. Для их сглаживания обычно достаточно индуктивности динамической головки и, иногда, устанавливается конденсатор небольшой емкости, который включается параллельно нагрузке.
Рис. 3. Эпюры сигналов на выходе УМЗЧ класса D с двумя ШИМ при наличии входного сигнала
В режиме усиления входного НЧ сигнала звука ШИМ работают в противофазе, т.е., если длительность импульсов на выходе одного ШИМ увеличивается, то на выходе другого уменьшается и наоборот (рис. 3). Это приводит к несимметрии импульсов прикладываемых к нагрузке, а значит к появлению тока в динамической головке.
Подобные микросхемы выпускаются также компанией Power Analog Microelectronics, Inc. (PAM). Одна из самых популярных микросхем для стереофонических мостовых УМЗЧ класса D без ФНЧ от РАМ — это PAM8403, которая при напряжении питания 5 В используется в 3-ваттных стереофонических УМЗЧ.
Одним из несомненных достоинств PAM8403 является то, что для этой ИМС требуется минимум внешних компонентов.
Подробную информацию об ИМС на английском языке можно найти в [4].
Существует аналог PAM8403 — это микросхема MD8403 китайского производства.
Полное содержание статьи доступно только в печатном варианте. Вы можете приобрести свежие номера Р&С или оформить подписку в редакции | 
