В статье рассмотрены характеристики микросхемы TPA3116D2 (из datasheet), входящей в состав популярной серии современных цифровых (импульсных) усилителей звуковой частоты TPA31xxD2 класса D от компании Texas Instrument. Эти малогабаритные изделия предназначены для усиления как моно (PBTL), так и стереозвука (BTL). Имеют продвинутую модуляцию способствующую подавлению искажений и помех. Поддерживают включение нескольких подобных устройств в цепочку вроде ведущих-ведомый (master-slave) для создания различных схем на его основе.
Как известно, УНЧ класса D стали производится массово относительно недавно. Они радуют малыми габаритами, очень низким током потребления и высокой эффективностью усиления (до 90%) по сравнению с аналоговыми собратьями A и AB. Вместе с тем, достаточно требовательны к качеству блоков питания, но при правильном подборе обвязывающих компонентов обеспечивают очень хорошее качество звучания, особенно на низких частотах. Неудивительно, что их применение с каждым годом становится все чаще.
Основные характеристики
Согласно datasheet, tpa3116d2 рассчитан на работу с внешними динамическими головками на 100 Вт с нагрузкой 2 Ом в монорежиме. Также способна обеспечить выходную мощность на два канала (2×50 Вт) на 4 Ом – мостовая схема. Стоит учитывать, что данные значения можно получить только при подаче на плату напряжения от блока питания на 24 В с током на 6 А. На двух микросхемах можно собрать современный стерео усилитель на 100 Вт класса D. При этом на каждый канал будет использоваться по одному устройству. Такие изделия сильно греются при работе, поэтому для них в обязательном порядке применяется радиатор.
Максимальные параметры
Рассматриваемое устройство характеризуется низким уровнем нелинейных искажений (<0,1%) и высоким значением отношения сигнал/шум (102 дБ) на выходе. Оснащено встроенной защитой от короткого замыкания, перегрева, превышения предельного значения постоянного тока, повышенного и пониженного напряжения.
Предельные значения основных эксплуатационных характеристик tpa3116d2:
- выходная мощность (PO):
- 2×50 Вт (стерео); 1×100 Вт (моно);
- максимальное питание (VCC) до +30 В;
- напряжение на аудиовходах (VI) от -0.3 до 6.3 В;
- коэффициент нелинейных искажений (THD) < 0.1%;
- частота ШИМ — до 1,2 МГц;
- температура: рабочая (ТА) от -40 до +85 oC; кристалла (ТJ) от -40 до +150 oC; хранения (Тstg) от -40 до+120 oC.
Несмотря на то, что рассматриваемое изделие имеет механизмы защиты не рекомендуется превышать указанные параметры.
Мини-усилитель класса D на TPA3116 с Bluetooth 5, USB и Aux за копейки!
Категорически приветствую!
Сегодня я немного расскажу про китайский мини-усилитель класса D на довольно удачной микросхеме TPA3116. Делать обзоры на музыкальные устройства – дело неблагодарное, но я попробую. Классу усилителей D практически сразу навесили обидный ярлык «цифровой усилитель», по сути же правильнее называть его импульсным. В основе работы лежит принцип Широтно-Импульсной Модуляции сигнала (ШИМ). Главный плюс усилителей класса D – энергоэффективность (90% и более) и большой прирост КПД. Например, для получения на выходе усилителя класса AB мощности 100-150Вт, усилитель должен иметь радиатор, занимающий одну-две стенки корпуса, усилитель же класса D обойдется алюминиевым радиатором размером с коробок спичек. Размер платы также уменьшается в несколько раз, а также, как следствие – меньшая себестоимость устройства.
Однако, у усилителей класса D имеются и слабые места, не позволившие им полностью завладеть сегментом HIFI. Наличие высокочастотного генератора в микросхеме может вызывать электромагнитные помехи, которые негативно влияют на звучание устройства. Высокий КПД усилителей класса D также стал причиной зависимости качества звучания от качества блока питания. Если в импульсном блоке питания не будет достаточного количества фильтров, часть шумов обязательно проникнет в колонки и испортит всё позитивное впечатление от звучания.
мини-Усилитель с bluetooth 5.0 AUX и USB на TPA3116 $17,99 С КУПОНОМ «BGFCTPA»
альтернативные модели усилителей на TPA3116
блок питания excellway 9-24В
Предназначение микросхем TPA3116:
- Саундбары
- Телевизоры
- Бытовое аудио
Характеристики:
- Bluetooth 5.0
- Функция OTG
- Hi-Fi звук
- система подавления шумов
- bluetooth: 5.0, расстояние до 12м
- Входы: 3.5mm AUX, bluetooth, USB,
- RCA, TF карта памяти
- Выходы: Banana Speaker Jacks
- Чип усилителя: TPA3116
- Мощность: 100Вт, 50Втx2 Max (24V/4Ω)
- Сопротивление колонок: 4Ω-16Ω
- Частотный диапазон: 20Hz-20KHz(±1dB)
- SNR: ≥98dB
- Питание: DC9V-24V
- Размеры: 110x90x50mm
- Вес: 160гр
Комплектность:
- Усилитель
- Инструкция
Такова теория. Что же можно ожидать от небольшой китайской коробочки за $15-20?
Многие могут сказать, что это не класс D, это класс «Г». Современные усилители класса D выдают звучание не хуже класса АВ, но в данном же случае мы имеем «ну такую себе» микросхему выдающую, если и не аудиофильский, то хотя бы HiFi звук. Или, как сказал один скептик «Для китайской коробочки за $20 шатать колонки от музыкального центра в гараже, студенческой общаге, на даче или в мастерской – будет самое то, дешево и сердито. Для прослушивания музыки на нормальной акустике в подготовленном помещении – вот уж увольте.»
Итак, тест я проводил на колонках музыкальной системы Sony RX99 (это одна из топовых моделей от Sony конца 90-х и начала 2000-х годов). Возможно, это не совсем корректно, сравнивать устройства из разных ценовых сегментов, но всё познаётся в сравнении, а звук от RX99 я знаю очень хорошо.
Для чистоты эксперимента, верхние дополнительные surround-колонки были отключены, композиции воспроизводились через плеер Poweramp (эквалайзеры в плеере и у Sony RX99 выставлены в ноль).
Flac воспроизводить не стал, разница в звуке слышна и для обычных композиций Mp3 (у кого «есть уши», конечно).
При включении усилитель выдает щелчок на колонки.
Первое, чем удивил усилитель – отсутствие посторонних помех в колонках при использовании двух блоков питания. Первый – на 12В 3А (обычный китайский «ширпотреб», который когда-то покупал для светодиодной ленты). Второй – уже специально приобретенный с переключателем вольтажа от 9 до 24В и 3А (кстати, очень удобный девайс).
Оба блока запитали усилитель и 100-ваттные колонки от Сони. Единственное – рекомендую для такого усилителя брать блоки питания с силой тока в 5-6 А (будет меньше искажений на выходе на большой громкости).
Колонки можно комфортно слушать на громкости 10-15 делений – этого достаточно для звучания в обычной комнате около 15-20 квадратов (максимальное значение громкости — 30).
При увеличении громкости более 20-ти, слышны искажения звука и колонки начинают просто, что называется «орать». При 12-ти вольтовом блоке питания звук более грязный на большой громкости, по сравнению с 24 вольтами.
Сравнение звучания пользователи могут послушать сами в моем видеообзоре внизу этой статьи.
По моим ощущениям, низкие частоты подрезаны, а также присутствует завал высоких частот.
До звучания Sony RX99 явно не дотягивает, по мягкости и панораме звука — бас более плоский, «картонный» что ли, при увеличении громкости становится более «деревянным» и грубо лупит по ушам (мягкости не ждите).
Высокие частоты также завалены, мало того, что их меньше в принципе по сравнению со звуком от Sony, так еще и ощущается некая резкость и грязноватость в звучании.
В то же время детализация в звучании присутствует, «каши» нет, все четко прописано, хорошо звучат духовые и вообще классические инструменты.
Чем-то мне звучание напомнило звучание бумбоксов – громко, звонко, четко, но как по мне, бас подрезан и высоких маловато.
Темброблок бы в этой коробочке явно не помешал бы, можно было бы немного «подтянуть» недостающие частоты.
В целом, коробочка своей цены стоит, сверх компактная, легкая, ее легко можно взять куда угодно и подключить любые колонки.
Но, естественно, это не вполне аудиофильское устройство, а, скорее, портативный вариант для полевых условий.
Флэшки читает в формате FAT32 (NTFS не видит), и, естественно, как и у большинства китайских устройств, читающих USB, недостаток остаётся прежним – отсутствие режима перемешивания композиций при воспроизведении.
Bluetooth коннектится без проблем.
Внутренности, кому интересно, под спойлером:
Нажмите, чтобы развернуть
Видеообзор
Выводы
Усилители класса D являются хорошей альтернативой бюджетных HI-FI. При малом бюджете мы получаем приемлемые параметры, как говорится «хороший и недорогой». Если энергопотребление не вызывает нареканий, то звучание по-прежнему остается вопросом обсуждаемым. Класс D в чистом виде дает максимально качественный, но нейтральный, как бы «неокрашенный» звук. Такое звучание придется по вкусу далеко не всем, а конкретно вряд ли порадует пользователей, привыкшим к прослушиванию ламповой ретро-техники. Не исключено, что аудиофилы и люди «с ушами» заявят, что таким вещам место только в мусорке. В целом же, если производитель не сэкономил на ключевых элементах микросхемы, усилитель максимально приближён к совершенству. Всё остальное — дело вкуса.
Конкретно данный усилитель выдает стандартный бытовой звук, не лишенный детализации инструментов, который даже можно назвать неплохим и вполне можно слушать те же mp3 или аудиофайлы с телефона. Несомненным плюсом является его универсальность (подключить к нему можно всё, что угодно), компактность и портативность. Если же вы человек с «ушами» и слышите разницу между mp3 и Flac звучанием, то, естественно, Вам понадобится устройство «посерьёзнее». Ибо всё познаётся в сравнении.
Ну что ж, на этом всё, друзья, спасибо за внимание и всем удачных покупок в интернете!
Готовые модули
Усилитель на базе tpa3116d2 является очень популярным решением во многих схемах повышения мощности аудиосигнала. На разных форумах ведутся непримиримые споры о его качестве звучания и сравнение с другими подобными микросхемами. В интернет-магазинах можно найти большое количество разнообразных, относительно недорогих и уже готовых к использованию модулей на его основе. Особенно интересны изделия с встроенным темброблоком на борту.
Обзор готовых плат
Небольшой обзор на tpa3116 d2 можно посмотреть в видеоролике. В нём протестированы возможности по максимальной мощности и частотные характеристики. Чтобы начать прослушивать музыку достаточно подключить плату к блоку питания, источник звука и внешние динамики. Найти в продаже модуль стереоусилителя 2×50вт на tpa3116d2 не составит особого труда. Цена таких плат начинается с 700 рублей, в зависимости от назначения и дополнительного функционала. Перед применением желательно проверить наличие термопласты между радиатором и усилителем.
Модуль в авто
Для применения tpa3116d2 в автомобиле потребуется доработка. Так как бортовой сеть машины рассчитана на 12-14 В, то максимальная выходная мощность усиления не превысит 15-20 Вт и вряд ли устроит автолюбителя. При попытке повысить это значение путём увеличения громкости — появляются шумы и искажения, что естественно не приемлемо для прослушивания музыки. Для решение данной проблемы как минимум потребуется дополнительный преобразователь напряжения с 12 до 24 В, который иногда в разы дороже самой микросхемы. Вариант усилителя с уже установленным на плате повышающим инвертором представлен в следующем видеоролике.
Усилитель tpa3116d2 заслужил положительные отзывы по своей работе, так как является недорогим и практичным устройством прекрасно выполняющий свои задачи. Скачать даташит можно по ссылке. Если у вас остались вопросы или предложения пишите их в комментариях.
Цоколевка
TPA3116D2 изготавливается в корпусе HTSSOP. Количество выводов – 32. Расположение выводов представлено на рисунке ниже.
Перечислим назначение выводов:
- MODSEL – логический вход выбора режима (LOW = режим BD, HIGH = 1 режим SPW);
- SDZ – логический вход отключения для аудиоусилителя (LOW = выходы Hi-Z, HIGH = выходы включены);
- FAULTZ – сигнализирует о неисправностях, включая перегрев, обнаружение постоянного тока. (высокий уровень, нормальная работа, низкий уровень, состояние неисправности);
- RINP – положительный аудиовход правого канала. (смещение 3 В);
- RINN – отрицательный аудиовход правого канала (смещение 3 В);
- PLIMIT — регулятор максимального уровня мощности;
- GVDD – используется, совместно с предыдущим выводом PLIMIT, для регулирования мощности усилителя;
- GAIN / SLV – используется для выбора режима усиления Master или Slave;
- GND Земля;
- LINP – положительный аудиовход левого канала (смещение 3 В);
- LINN – отрицательный аудиовход левого канала (смещение 3 В);
- MUTE – вывод применяется для отключения звука;
- АМ2 – регулировка частоты;
- АМ1 – регулировка частоты;
- АМ1 – регулировка частоты;
- SYNC – используется для синхронизации нескольких устройств класса D;
- AVCC – аналоговый источник питания;
- PVCC – источник питания;
- PVCC – источник питания;
- BSNL — используется для отрицательного выхода левого канала, к нему подключается конденсатор 220 нФ;
- OUTNL – отрицательный выход левого канала;
- GND Земля;
- OUTPL – положительный выход левого канала;
- BSPL — используется для положительного выхода левого канала, к нему подключается конденсатор 220 нФ;
- GND Земля;
- BSNR — используется для отрицательного выхода правого канала, к нему подключается конденсатор 220 нФ;
- OUTNR – отрицательный выход правого канала;
- GND Земля;
- OUTPR – положительный выход правого канала;
- BSPR — используется для отрицательного выхода правого канала, к нему подключается конденсатор 220 нФ;
- PVCC – источник питания;
- PVCC – источник питания.
Технические характеристики
Характеристики интегральной микросхемы TPA3116D2, так же как и для транзисторов, делятся на две категории: максимально допустимые и электрические. Рассмотрим предельно допустимые характеристики. Все данные получены путем тестирования при температуре окружающей среды +25ОС, если для конкретного значения не указаны другие условия.
Кроме этого в технической документации приведены рекомендуемые условия эксплуатации. Также электрические характеристики отдельно для постоянного и переменного тока. Имеются сведения и о термических характеристиках. Приведём все таблицы в том порядке, в котором они только что были перечислены.
