СмартПульс - держите руку на пульсе высоких технологий! То, что доктор прописал!
Характеристики, тесты, обзоры смартфонов, планшетов, электронных книг, плееров и другой мобильной техники. Разборка, ремонт, решение проблем.

 


   Главная - DIY (Радиолюбителям) -  TPA3255 (усилитель класса D)




Новости

Статьи

Обзоры:

DIY электроника (Сделай сам!)

SSD и HDD

 Смартфоны, планшеты и ноутбуки

Аудио

Электронные книги

Фото- и видеокамеры

Мини-компьютеры

Внешние аккумуляторы

Электротранспорт


Обзоры РУНЕТа

 TPA3255 (усилитель класса D)

 Тест, обзор, осциллограммы


Усилитель мощности звуковой частоты на микросхеме TPA3255 класса D (суммарная мощность каналов 600 Вт) с конфигурацией 2.1 (тест и обзор)
 

Обзор посвящен одноплатному усилителю мощности звуковой частоты (УМЗЧ, УНЧ) класса D с конфигурацией 2.1 суммарной мощностью 600 Вт (300 Вт + 2*150 Вт).

В обзоре будут приведены технические характеристики микросхемы усилителя D-класса TPA3255, кратко разобрана схемотехника тестируемого одноплатного усилителя, показаны осциллограммы работы усилителя, а также сделаны полезные выводы и критические замечания.

усилитель низкой частоты (УНЧ) на TPA3255 и схема его подключения

(усилитель низкой частоты на TPA3255 и схема его подключения; изображение с официального сайта AliExpress)

Усилитель (микросхема) TPA3255 - основные технические характеристики (относятся к микросхеме, а не ко всей тестируемой плате):

Возможные конфигурации подключения Stereo, Mono, 2.1 and 4xSE
Максимальная выходная мощность при 10%THD+N

– 315-W Stereo into 4 Ω in BTL Configuration

– 185-W Stereo into 8 Ω in BTL Configuration

– 600-W Mono into 2 Ω in PBTL Configuration

Максимальная выходная мощность при 1%THD+N

– 260-W Stereo into 4 Ω in BTL Configuration

– 150-W Stereo into 8 Ω in BTL Configuration

– 480-W Mono into 2 Ω in PBTL Configuration

Допустимое напряжение питания 18 - 53.5 В
Коэффициент нелинейных искажений < 0.006% (PO = 1 W, режим BTL)
Шум, приведённый ко входу 85 мкВ (макс.)
Усиление 21.5 дБ (тип.)
Частота ШИМ 430 - 470 КГц
Номинальное сопротивление нагрузки 2 - 8 Ом (зависит от режима)

Примечания.

    1. Обозначения режимов работы усилителя:
    BTL (Bridge-Tied Load) - мостовая схема включения нагрузки между выходами двух одиночных каналов (SE), данная микросхема может в таком режиме обеспечить стереовыход;
    PBTL - параллельно-мостовая схема включения нагрузки (каналы запараллеливаются попарно и между ними включается нагрузка), данная микросхема в этом случае работает как моно-усилитель;
     SE - (Single Ended) - обычные одиночные выходы; данная микросхема может в таком режиме работать как 4-канальный усилитель.
     Благодаря комбинации режимов BTL и SE возможна также организация работы в трёхканальном режиме 2.1; именно в таком режиме работает микросхема в тестируемом одноплатном усилителе.

2. Все мощности в таблице обозначены как RMS (Rated Maximum Sinusoidal), т.е. максимальная (предельная) синусоидальная мощность - мощность, при которой усилитель или колонка может работать в течение одного часа без физического повреждения. Обычно именно она указывается как номинальная "приличными" производителями (а не пиковая - PMPO).

Полностью все характеристики и типовые схемы включения TPA3255 указаны в техническом описании (datasheet) TPA3255 (PDF, 1.6 Mb).

Надо отметить, что указанные в таблице характеристики относятся именно к микросхеме TPA3255 (часто также именуемой TPA3255D2), а не ко всему тестируемому одноплатному усилителю в целом.

Цена одноплатного усилителя на Алиэкспресс на момент составления обзора - около 2880 российских рублей ($37) с бесплатной доставкой в РФ (проверить цену на Алиэкспресс).

Теперь - углубимся в практику и обратимся к внешнему виду тестируемого усилителя.
 

Внешний вид и конструкция одноплатного усилителя 2.1 на микросхеме TPA3255 класса D

Усилитель пришел в "суперминимальной комплектации": только сама плата усилителя, и больше - ничего, даже без ручек для регуляторов громкости и тембра. Так что если у желающих приобрести этот усилитель нет в хозяйстве подходящих ручек, то лучше заранее озаботиться их приобретением.

Упакована плата была, помимо традиционной "пупырки", в прозрачную термоусадочную пленку; которая, вероятно, и стала причиной нештатного изгиба блока входных разъёмов и переменника регулировки громкости:

Плата усилителя класса D на чипе TPA3255 в упаковке
(кликнуть для увеличения, откроется в новом окне)

Хотя и не исключено, что не слишком бережное обращение в процессе доставки тоже внесло свою лепту. :)

Тем не менее, оказалось возможным всё выпрямить руками без повреждений.

Никакой документации в комплекте не было, да она и не нужна: на плате всё расписано, что куда подключать; и, в качестве своего рода документации, на Алиэкспресс есть картинка с назначением органов управления и разъёмов (приведена в начале обзора).

Посмотрим на плату усилителя в двух наклонно-диагональных ракурсах:

Тест и обзор УНЧ на микросхеме TPA3255 класса D (суммарная мощность каналов 600 Вт) с конфигурацией 2.1

Тест и обзор УНЧ на микросхеме TPA3255 класса D (суммарная мощность каналов 600 Вт) с конфигурацией 2.1

Вблизи заднего края платы имеются два отверстия для крепления платы к чему-либо, например, к днищу корпуса.

С передней стороны таких отверстий нет. Вероятно, производитель рассчитывает, что эта часть платы будет прикрепляться к передней панели корпуса (или фальшпанели) с помощью гаек, накрученных на переменные резисторы.

Вид спереди:

Тест и обзор УНЧ на микросхеме TPA3255D2 класса D (суммарная мощность каналов 600 Вт) с конфигурацией 2.1

Здесь сложно отметить что-либо особенное. Разве что "высокую" пайку светодиода (индикатора включения), благодаря чему его ножки можно аккуратно подогнуть и, тем самым, направить свет вперёд.

Вид сзади:

Тест и обзор УНЧ на микросхеме TPA3255D2 класса D (суммарная мощность каналов 600 Вт) с конфигурацией 2.1

Слева на плате - блок входных разъёмов - "тюльпанов".

Этот блок держится на плате за счёт пайки контактов и слабеньких собственных пластиковых защелок. Он обязательно нуждается в дополнительном креплении, например, к передней панели корпуса; иначе он при соединении с внешним кабелем снова погнётся, как это случилось в пути.

Справа - разъём питания. Вероятно, его типоразмер - 5.5*2.5 мм. Но ответная часть разъёма такого типоразмера вставлялась как-то трудновато, хотя и вошла.

Теперь посмотрим вертикально сверху:

УМЗЧ на микросхеме TPA3255D2 класса D с конфигурацией 2.1

Здесь обратим внимание на правильную разводку проводников "земли": справа внизу, где идут проводники от входных разъёмов, "земля" не соединяется кратчайшим путём с разъёмом питания, а идёт отдельно к регулятору громкости.

Эта часть схемы разделена физически от силовой части платы промежутком между металлизацией чуть больше 1 мм.

Дроссели выходных фильтров держатся на плате только на пайке проводников, намотанных на них. Пальцами можно эти дроссели легко покачать из стороны в сторону. Вывод: работа в условиях вибрации противопоказана (либо надо подумать о дополнительном креплении дросселей).

Обратная сторона платы:

Обратная сторона платы усилителя 2.1 на микросхеме TPA3255

Обратная сторона платы почти полностью покрыта слоем металлизации, соединённым с "землёй" - это очень полезно для защиты от помех. На этой стороне тоже присутствует правильное геометрическое разделение "земли" для слаботочной и силовой частей усилителя.

Также видны головки двух винтов, которыми прикручен радиатор к микросхеме TPA3255D2.

В следующей главе разберём, что к чему и зачем на этой плате усилителя.
 

Схемотехника 2.1 - канального усилителя D-класса на микросхеме TDA3255

Для анализа схемотехники открутим с платы радиатор и посмотрим на плату с элементами в "голом" виде:

Схемотехника 2.1 - канального усилителя D-класса на микросхеме TDA3255

 

Радиатор был прикручен к микросхеме TPA3255 с применением термопасты (её следы видны на фото), что является в данном случае просто необходимым с учётом высокой мощности микросхемы.

Хотя усилители класса D имеют очень высокий КПД (90% и выше), при такой суммарной мощности каналов (600 Вт) рассеиваемая тепловая мощность всё равно будет очень серьёзной.

Также очень важно, чтобы радиатор был установлен на микросхеме без перекосов - любой, даже самый маленький перекос, значительно ухудшит отвод тепла. Площадь металлической пластины на микросхеме, с помощью которой осуществляется тепловой контакт с радиатором, очень мала: никакого "лишнего" запаса нет, она должна вся использоваться по делу.

Теперь - пробежимся по основным элементам платы.

1 - Плёночные конденсаторы, исключающие прохождение постоянной составляющей с входных разъёмов на усилитель. Они имеют достаточную ёмкость (1 мкФ), но зачем-то завышенное напряжение (250 В), но хуже от этого не будет.

2, 3, 4, 5 - Двухканальные (сдвоенные) малошумящие операционные усилители N5532. Здесь они используются и как собственно усилители, и как элементы фильтров (разделение НЧ и ВЧ), а также входят в состав регуляторов тембра.

6 - Понижающий DC-DC преобразователь XL7005A. Формирует вместе с сопутствующей обвязкой напряжение +12 В, используемое для питания операционных усилителей.

7 - "Главная" микросхема усилителя - TPA3255 (даташит и характеристики).

8, 9, 10, 11 - Дроссели выходных LC-фильтров. Рядом расположены работающие совместно с ними плёночные конденсаторы.

12, 13, 14, 15 - Электролитические конденсаторы, исключающие попадание постоянной составляющей с TPA3255 на выход. Эти конденсаторы работают только в цепях каналов SE (по 2 шт. на канал); канал BTL (мостовой) работает без электролитических конденсаторов (они ему не нужны).

16 - Блокировочный конденсатор по питанию (1000 мкФ 80 В). Дополнительно на плате с той же целью используются и ещё несколько конденсаторов: "лежачий" электролит голубого цвета 68 мкФ 63 В и четыре керамических конденсатора SMD на 1 мкФ каждый (слева от "главной" микросхемы).

17 - ROUT - выход правого канала.

18 - LOUT - выход левого канала.

19 - BOUT - выход канала басов.

Назначение разъёмов и регуляторов указано на первой картинке в обзоре.

В целом построение схемы усилителя соответствует описанию (datasheet) TPA3255 с тем только отличием, что одна половина микросхемы работает в двухканальном SE режиме (стереоканалы); а вторая половина - в BTL режиме (басовый, т.е. низкочастотный канал).

В целом качество схемотехники, разводки платы и монтажа можно признать хорошим.
 

Испытания усилителя мощности звуковой частоты D-класса на микросхеме TDA3255

При измерениях использовались лабораторный блок питания LW-K3010D (обзор), генератор FY6800 (обзор), цифровой осциллограф Hantek DSO5102P (обзор).

Номинально блок питания может отдавать напряжение 30 В при токе до 10 А, но по факту напряжение может может составлять до 32 В.

Тестирование производилось при напряжении 32 В. Конечно, хотелось бы протестировать и при максимально-допустимом напряжении (48 В), но пока что достаточно мощного блока питания с таким напряжением в наличии нет (возможно, появится, и тогда обзор будет дополнен).

Сначала было замерено потребление усилителя без подачи сигнала с установленным в "ноль" регулятором громкости. Ток потребления холостого хода составил 62 мА.

Далее - серия последовательных экспериментов с подачей сигналов различного вида на линейный вход платы.

Где это особо не оговаривается, сопротивление нагрузки составляло 4 Ом.

Испытания для низкочастотного (BTL) канала проводились на частоте 100 Гц, для стереоканалов (SE) - на разных частотах (в зависимости от типа измерения).

Начинаем с самого простого: синус на частоте 1 кГц, канал SE (т.е. один из стереоканалов).

Максимальная амплитуда без отсечки (клиппинга) составила 14.4 В:

Осциллограмма (усилитель мощности звуковой частоты D-класса на микросхеме TPA3255) 1 кГц

Мощность на выходе составила почти точно 25 Вт на канал. Разогрев радиатора на микросхеме был уже ощутимым.

На осциллограмме заметна "размазанность" линии сигнала, вызванная следами частичного прохождения частоты ШИМ-а сквозь выходной фильтр. То, что это - не шумы, а зазубрины от ШИМ-а, лучше заметно на сигнале с частотой 20 кГц и более низкой амплитудой:

Осциллограмма (УНЧ D-класса на микросхеме TPA3255) синус 20 кГц

В усилителях класса D с обычной (не мостовой схемой) вообще проникновение ШИМ-а на выход - более сильное, чем в усилителях D-класса с мостовой схемой.

Это связано с тем, что в мостовых схемах сигналы ШИМ с разных плеч в значительной мере взаимоуравновешиваются; в то время, как в "простых" схемах ШИМ подавляется только фильтром.

Как совместно выглядит ШИМ и полезный сигнал после фильтра, можно посмотреть на следующей осциллограмме, частота 20 кГц:

Осциллограмма (УНЧ D-класса на микросхеме TPA3255) 20 кГц, ШИМ и выход после фильтра
 

Ещё несколько осциллограмм, позволяющих оценить качество сигнала на выходе.

Треугольный сигнал, 2 кГц (вход на осциллографе - открытый для пропуска постоянной составляющей и, тем самым, для уменьшения искажения сигнала на "длинных" отрезках):

Осциллограмма (УМЗЧ D-класса на микросхеме TPA3255), треугольник, 20 кГц
 

Прямоугольный сигнал, положение регулятора тембра высоких частот подобрано под максимально-плоскую форму вершины, частота 5 кГц:

Осциллограмма (УНЧ D-класса на микросхеме TPA3255), прямоугольник, 5 кГц
 

Теперь - более детально передний и задний фронты прямоугольного сигнала, сначала - передний фронт:

Осциллограмма (УНЧ D-класса на микросхеме TPA3255), прямоугольник, 5 кГц, передний фронт
 

Теперь - задний фронт:

Осциллограмма (УНЧ D-класса на микросхеме TPA3255), прямоугольник, 5 кГц, задний фронт

Фронты нельзя назвать крутыми, но для обычных аудио-сигналов вполне достаточны.

Теперь - переводим регулятор громкости из положения плоской вершины прямоугольных импульсов в положение максимального подъёма "верхов". В таком положении усилитель в каналах SE должен подчёркивать фронты, что должно сопровождаться всплесками вблизи них:

Всплески получились значительными, что подтверждает эффективность регулировки высоких частот в сторону увеличения.

Теперь пора вспомнить о том, что у усилителя есть ещё и низкочастотный канал.

Его особенность состоит в том, что он построен по другой схеме - мостовой (BTL).

А уже из этого следует, что он будет значительно более мощным, поскольку плечи моста работают в противофазе и могут раскачать выход на вдвое большее напряжение, чем "обычный" канал.

Из-за того, что в низкочастотном канале платы установлен неотключаемый фильтр нижних частот (практически "зарезающий" сигнал на стандартной частоте 1 кГц, измерения проводились на частоте 100 Гц, нагрузка - та же (4 Ом).

Осциллограмма на выходе канала BTL при уровне сигнала, близком к отсечке (клиппингу):

Осциллограмма (УНЧ D-класса на микросхеме TPA3255D2), синус, 100 Гц

Итого, амплитуда составила 25.6 В, а мощность на нагрузке - 81.9 Вт.

При этом ток, потребляемый платой от источника питания составил 3.24 А, а потребляемая мощность составила (3.24*32)=103.7 Вт.

Итого, получаем довольно-таки безрадостную величину КПД в 79%. :(

Спрашивается, куда делись остальные потребляемые Ватты?

Они рассеялись на самой микросхеме усилителя и в выходных фильтрах.

Нагрев радиатора микросхемы был очень сильным; во избежание неприятностей пришлось даже включить его внешнее принудительное охлаждение с помощью вентилятора.

Теоретически микросхема имеет собственную защиту от перегрева, но практически на всякий случай было решено не проверять, насколько успешно она работает.

Второй источник потерь - фильтры. Здесь потери значительно меньше, но они есть. Разогрев хотя и не требовал дополнительного охлаждения, но ощущался (они были слегка тёплыми на ощупь).

Главная причина потерь на фильтрах - довольно большая длина провода, намотанного на ферритовых кольцах; и его не слишком большая толщина. При этом в канале BTL работают два фильтра, т.е. потери есть в двух кольцах (в каналах SE работает только по одному кольцу в канале).

При дальнейшем повышении уровня сигнала возникает клиппинг, который из-за работы фильтров приобретает "косую" форму:

Осциллограмма (Усилитель мощности звука D-класса на микросхеме TPA3255D2), синус, 100 Гц
 

В то же время при прослушивании реального сигнала (музыки), у которого средняя величина сигнала значительно ниже пиков, столь сильный нагрев не наблюдался. Тем не менее, это не отменяет заботы о хорошей вентиляции радиатора микросхемы при установке платы в корпусе.

Затем была проверена работа на нагрузке 8 Ом.

Вблизи уровня клиппинга осциллограмма имела вполне благопристойный вид и показывала хороший размах сигнала на выходе:

Амплитуда составила 31.6 В, мощность на нагрузке - 62.4 Вт.

Потребляемый ток от источника питания составил 2.07 А, , а потребляемая мощность составила (2.07*32)=66.2 Вт.

Итого, КПД составил 94% - очень и очень неплохо! Правда, с учетом ограниченной точности приборов (особенно - осциллографа), реальный КПД может на несколько процентов отличаться.

Главное же - в том, что, благодаря серьёзному повышению КПД при работе с нагрузкой 8 Ом, значительно снизился нагрев радиатора на микросхеме TPA3255. При работе с нагрузкой 8 Ом микросхеме уже не требуется принудительное охлаждение.

Дополнение: проверка работы усилителя в режиме BTL при напряжении питания 48 Вольт

После прибытия из братского Китая блока питания на 48 Вольт усилитель был проверен при этом напряжении с нагрузками 8 Ом и 6 Ом (с нагрузкой 4 Ом не работа не проверялась, дабы не вывести усилитель из строя из-за перегрузки по току или из-за перегрева).

Работа на нагрузке 8 Ом, напряжение питания 48 В, синус 100 Гц:

Осциллограмма TPA3255 - Работа на нагрузке 8 Ом, напряжение питания 48 В, синус 100 Гц

Амплитуда составила 45.2 В, мощность на нагрузке - 113.5 Вт.

Из-за потерь в кабеле и на амперметре напряжение на самой плате составило 47.4 В, а потребляемая мощность составила (2.72*47.4)=128.9 Вт.

КПД составил 88%. Нельзя назвать эту величину плохой, но на микросхеме рассевались почти точно 15 Вт, в результате чего её радиатор разогревался быстро и сильно. Работа в течение длительного времени без принудительной вентиляции невозможна.

Теперь - ещё более жесткий эксперимент, с нагрузкой 6 Ом при тех же остальных условиях (питание 48 В, сигнал - синус 100 Гц):

Осциллограмма TPA3255 - Работа на нагрузке 6 Ом, напряжение питания 48 В, синус 100 Гц

Амплитуда составила 43.2 В, мощность на нагрузке - 155.5 Вт.

Из-за потерь в кабеле и на амперметре напряжение на самой плате составило 47.1 В, а потребляемая мощность составила (3.77*47.1)=177.6 Вт.

КПД составил 88%. Нагрев - аналогично предыдущему эксперименту, очень сильный.

При напряжении питания 48 В нагрев даже на "холостом ходу" был ощутимым. Рассеиваемая платой мощность составляла около 3 Вт, радиатор микросхемы TPA3255 разогревался до 46.5 градусов (по данным контактных измерений).

Далее - о других свойствах усилителя.

 

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и коэффициент усиления 2.1 - канального усилителя D-класса на микросхеме TPA3255

С АЧХ усилителя пришлось прилично "повозиться".

Дело в том, что в усилителях системы 2.1 по-существу работают совершенно разные каналы: широкополосные стереоканалы и низкочастотный канал для воспроизведения басов. И всё это ещё завязано на регулировку тембра, тоже раздельную для стереоканалов и низкочастотного канала.

Причём в данном одноплатном усилителе регулировки тембра по высоким и низким частотам абсолютно независимы: регулировка по низким частотам работает только в канале басов и никак не влияет на стереоканалы, а регулировка по высоким частотам - наоборот.

И это ещё не всё: как увидим далее, для широкополосного канала есть ещё и зависимость АЧХ от величины нагрузки!

АЧХ всех каналов снималась с помощью подачи на вход усилителя сигнала с линейно-нарастающей частотой; а затем фиксировалась осциллограмма, снятая по максимумам сигнала. Она и представляет собой АЧХ усилителя.

Начнём со сложного - стереоканалов (на примере одного из них).

АЧХ стереоканалов

Положение регулировки тембра по высоким частотам - максимум; диапазон частот 10 Гц - 20 кГц, сопротивление нагрузки - 4 Ом:

АЧХ стереоканалов одноплатного усилителя D-класса на TPA3255

Один период повторения сигнала с линейно-нарастающей частотой отмечен красной рамкой, он и представляет собой АЧХ в диапазоне 10 Гц - 20 кГц.

Масштаб графика по горизонтали - 1.8 кГц/деление.

Здесь видно, что АЧХ нарастает примерно до частоты 5 кГц, затем идёт почти плоский участок примерно до 10 кГц, затем начинается небольшой спад.

Спад обусловлен последовательным соединением индуктивности фильтра и нагрузки, что приводит к падению сигнала на нагрузке с ростом частоты.

Измерять АЧХ при увеличении сопротивления нагрузки до 8 Ом было лениво, но, теоретически, в области высоких частот (>10 кГц) кривая должна подняться и либо стать плоской, либо даже получить небольшой подъёмчик.

Теперь - аналогичное измерение, но регулировка тембра по высоким частотам - в минимальном положении:

АЧХ стереоканалов одноплатного усилителя D-класса на TPA3255

В минимальном положении регулятора высоких частот они уже не усиливаются, а подавляются. По жизни такая возможность редко когда может потребоваться, но случаи бывают разные ( © Поручик Ржевский).

Теперь - АЧХ при максимальном положении регулировки тембра по высоким частотам без нагрузки в диапазоне 10 Гц - 40 кГц:

АЧХ стереоканалов одноплатного усилителя D-класса на TPA3255

Цена деления по горизонтали на этой осциллограмме - 3.6 кГц на деление.

Без нагрузки уже не наблюдается спада АЧХ после 10 кГц; а наоборот - ближе к 40 кГц наблюдается быстрый рост сигнала на выходе. Это связано с тем, что сигнал приближается к собственной резонансной частоте выходного LC-фильтра. При наличии нагрузки она подавляет резонанс, а без нагрузки он присутствует во всей красе (ничего хорошего в этом нет).

АЧХ низкочастотного канала (басов)

Здесь всё получается проще: резонанс находится далеко от рабочих частот, и влиянием нагрузки на АЧХ можно пренебречь (но на всякий случай была подключена нагрузка 4 Ом).

Положение регулировки тембра по низким частотам - максимум; диапазон частот 10 Гц - 400 Гц:

Цена деления по горизонтали - 36 Гц.

Максимум АЧХ наблюдается вблизи частоты 30 Гц, т.е. происходит мощный подъём наиболее низких частот.

Следующая картинка снята при минимальном положении регулировки тембра по низким частотам, полоса частот - та же (10 - 400 Гц):

Максимум АЧХ стал значительно менее выраженным, но полностью не исчез.

В итоге по отношению к низкочастотному каналу тоже констатируем широкий диапазон регулировки тембра, но, в отличие от высоких частот, здесь он - "однонаправленный", т.е. работает только на подъём характеристики, но зато величина подъёма может быть меняться в широких пределах.

Коэффициент усиления в этом устройстве, естественно, будет сильно зависеть от положения регуляторов тембра. Кроме того, в каждом из каналов будет свой коэффициент усиления.

Замеры проводились при максимальном положении регулировки громкости.

Начнём, как обычно, со стереоканалов (SE), нагрузка - 4 Ом:

Коэффициент усиления Регулировка тембра ВЧ - max Регулировка тембра ВЧ - min
Частота 400 Гц 13.6 10.8
Частота 10 кГц 63.5 2.3

 

Теперь - низкочастотный канал (BTL), нагрузка - 4 Ом:

Коэффициент усиления Регулировка тембра НЧ - max Регулировка тембра НЧ - min
Частота 40 Гц 144.0 30.0
Частота 400 Гц 7.5 7.5

И, наконец, пора приступить к описанию личных впечатлений от прослушивания.

Шум у усилителя - присутствует, но очень слаб. При нулевом сигнале из динамиков был слышен небольшой шум, но только в том случае, если ухо вплотную приблизить к колонкам.

Если оценивать общую картину совместной работы всех каналов, то позитивная картина по частотной характеристике складывалась, только если если в качестве стереоколонок использовались колонки с более-менее приличным воспроизведением нижних частот (хотя бы от 100 Гц), т.е. это не должны быть банальные малообъёмные "пищалки".

В ином случае (с дешевыми "пищалками") ощущался явный провал на границе низких и средних частот (примерно от 100 до 400 Гц). Звук производил впечатление комбинации "бух-бух" (от басовой колонки) и "дзинь-дзинь" (от "пищалок"), середина была очень нечёткая. Пожалуй, граница разделения каналов здесь слишком смещена вниз, и слишком мало пересекаются полосы каналов.

Общий итог: усилитель пригоден для использования строго в системах 2.1 с не самыми плохими колонками стереоканала; иначе хорошей звуковой картины не будет.

 

Окончательный диагноз одноплатного усилителя мощности звуковой частоты D-класса на микросхеме TPA3255

Выводы по итогам испытаний можно поделить на две части: первую часть посвятить главной микросхеме усилителя - TPA3255, а вторую часть - одноплатному усилителю в целом.

Выводы по работе микросхемы TPA3255.

Микросхема оказалась очень интересной, со своими особенностями, которые надо учитывать.

Благодаря применённой в этом одноплатном усилителе конфигурации 2.1 оказалось возможным проверить работу этой микросхемы как в мостовом (BTL) режиме, так и в "обычном" (SE).

"Обычный" режим (SE) требует наличия на выходе разделительных конденсаторов для предотвращения попадания в нагрузку постоянной составляющей с выхода микросхемы со сгоранием всего, что может сгореть (и что не может - тоже).

Эти конденсаторы присутствуют в протестированном  одноплатном усилителе, как и положено. Они - необходимы, но для АЧХ их роль - вредоносная. Они "обрезают" нижние частоты и снижают мощность, передаваемую в нагрузку на нижних частотах.

В связи с этим "обычные" каналы (SE) подходят для тех применений, где не требуется хорошая передача низших частот. Как раз к такой области применения относятся стереоканалы в звуковых системах 2.1; в которых для басов создаётся отдельный канал.

Мостовой режим (BTL) уже не требует наличия разделительных конденсаторов, а амплитуда на выходе получается вдвое выше, чем в режиме SE. Это - очень мощный режим.

Каналы усиления в мостовом режиме могут использоваться в любых целях: и как широкополосные, и как, например, низкочастотные в системах 2.1.

Что касается работы микросхемы в мостовом режиме с различной величиной нагрузки, то можно сказать, что нагрузка 4 Ома для микросхемы всё-таки тяжеловата. Хотя микросхема и вполне работоспособна, но потери на нагрев - велики, а КПД значительно ниже возможного для усилителей класса D.

В то же время для нагрузок 6-8 Ом подобного рода проблем не ожидается. Проверка на нагрузке 8 Ом показала высокое значение КПД и приемлемый нагрев микросхемы (при питании 32 В). При напряжении питания 48 В работа с любой нагрузкой (4-6-8 Ом) требует принудительного охлаждения радиатора на микросхеме TPA3255.

Дополнительно надо отметить конструктивную особенность микросхемы - малую площадь теплоотвода. Радиатор должен быть закреплён с надёжным тепловым контактом по всей поверхности теплоотвода микросхемы (без перекосов), и обязательно - с применением термопасты.

Главный же вопрос - действительно ли из микросхемы TPA3255 можно "выжать" 600 Вт мощности на нагрузке, имеет, к сожалению, скорее отрицательный ответ, чем положительный.

Максимальная мощность требует подключения нагрузки 4 Ом в мостовом режиме, а такой режим (с нагрузкой 4 Ом) здесь оказался не слишком эффективным энергетически.

 Но примерно 300 Вт при наличии принудительной вентиляции "выжать" с нагрузкой 6 Ом возможно (что тоже очень не мало).

 

Выводы по работе всего одноплатного усилителя в целом.

Качество разводки платы и применённых элементов - высокое.

Из некоторых сомнений касательно схемотехники следовало бы отметить, пожалуй, слишком низкую частоту разделения стереоканалов и низкочастотного (басового) канала.

Эта проблема решается подключением на стереоканалы более-менее приличных колонок, способных воспроизводить звук хотя бы от 100 Гц.

Использовать же этот одноплатный усилитель только как обычный стереоусилитель без подключения басового канала нет никакого смысла. В этом случае будут сильно "зарезаны" нижние частоты, и эту ситуацию нельзя поправить с помощью регулятора тембра низких частот: он действует только на басовый канал и не действует на стереоканалы.

Купить этот одноплатный усилитель можно на Алиэкспресс ($37 / около 2880 российских рублей).

Если же требуется именно обычный стереоусилитель, то лучше приобрести плату на основе TPA3255, сконфигурированную на два мостовых (BTL) канала, например, вот эту на Алиэкспресс (цена - $38 / около 2950 российских рублей). Внимание! Плата - не протестирована!

Вступайте в группу SmartPuls.Ru  Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

   Искренне Ваш,
   Доктор
  
10 сентября 2020 г. с дополнениями от 01 октября 2020 г.

 

                Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам                      

 

 

При копировании (перепечатке) материалов активная ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!

  
     
  Доктора! (Администрация сайта - контакты и информация)
  Группа SmartPuls.Ru  Контакте - анонсы обзоров, актуальные события и мысли о них