Усилитель мощности PA-01 на TPA3251

[maxssau]

Хочу рассказать о еще одном законченном долгострое - усилитель PA-01 на TPA3251.

Скрытый текст

[свернуть]

При построение данной конструкции было решено создать максимально качественный усилитель класса Д на ИМС. Отслушивая разные вариант ТПА,ТДА, изучив даташиты, руководства к эволюшн плате, аппноуты решил не гнаться за большой мощностью и ограничиться приемлимыми искажениями при номинальной мощности усилителя. Питающее напряжение выбрано 24В, что даёт примерно 30Вт на выходе усилителя. Это позволяет сделать однополярную схему входной части (LPF) и даёт очень широкий выбор источников питания, как в промышленном исполнении так и в стандартном. Рекомендуемая мощность источника питания - 240Вт. Схема включения TPA3251 - BTL. Т.к. выходная мощность 30Вт и питания 24 В радиатор на ИМС усилителя выбран средних размеров и при длительной работы умеренно нагревается (рука терпит).

Полученные характеристики:

Снято на нагрузке 4.7 Ом, лабораторный источник питания 24В 10 А с несущей частотой шим 37 кГц, измерительная станция Audio Precision System One, клон фильтра AUX0025.

Номинальная мощность - 30Вт при балансном включении и входном сигнале 2Vrms
THD+N на частоте 1 кГц - 0.0017%
Интермодуляционные искажения CCIF (19.5к IM freq 1000 Гц) - 0.0003%, SMPTE (60+7000 Гц) - 0.004%
SNR -112 дБ(А)

В LPF фильтре используется фулл. дифф. ОУ OPA1632. Возможно подключение как балансное, так и небалансное. Максимальное напряжение на входе 2Vrms. Регулятора громости нет, поэтому требуется внешний. Схема включения TPA3251 с PFFB. При наладке макета выяснилось неудовлетворительное качество звука на выходе без PFFB, считаю это необходимостью. В качестве конденсаторов используются Wima FKP2.

На выходе TPA3251 применены катушки WE 7443631000, конденсаторы Epcos B32521. Выбор этих компонентов обусловлени желанием получить максимально возможное качество несмотря на цену и занимаемую площадь на ПП.

Для фильтрации питания перед банками конденсаторов установлен LC фильтр, что бы защитить усилитель и источник питания от генерируемых друг от друга помех. На плате 2 разъема питания под каждый канал, для опциональной возможности подключения 2х независимых источников питания.

Защита от постоянки используется встроенная от TPA3251 и активная только в BTL включении. Т.к. сейчас АМ вещание не активно, была выбрана максимальная несущая частота 600 кГц.

Как обычно на всех моих платах присутствуют посадочные места под некоторые эксперименты, на финальной версии они просто не устанавливаются.

Немного картинок с измерениями, все они повторяют те, что я показывал на макете

В принципе все измерения повторяют даташитные значения и могу сказать что чудо не произошло, получить более лучший результат чем у TI на 3251 врятли получится.

Измерения в полосе 80 кГц сделаю, если будет не лень тащить 2 аккумулятора на 3 этаж

Скрытый текст

[свернуть]

Прикладываю схему, даташит и несколько полезных документов, которые помогу ответить на оставшиеся вопросы.

sch.pdf
slaa701a.pdf
tpa3251.pdf
slaa788a.pdf
slvuag8a.pdf
slac729.zip

Про качество звучания скажут друзья и коллеги, кому поедут пара экземпляров на прослушку и тестирование, если оно потребуется.
Месяц прослушивания макета оставил только положительные впечатления от полученного результатта.

Хочется выразить Виталию (DrModd) и Антону (AntonioBanditoz) низкий поклон за помощь и консультации в создании данного усилителя.

[DrModd]

Поздравляю с завершением!

[maxssau]

Спасибо!

[locki]

О!! Поздравляю. И как в сравнении с АВ? Очень долго можешь слушать без проблем?

[maxssau]

Спасибо! Бас гораздо приятнее, на ВЧ я не сказал бы что слышно великую разницу. Т.к. у меня рабочий день не нормирован, то слушаю иногда по 8-9 часов и никакого утомления от музыки нет, а вот от работы утомление есть

[locki]

А сколько общего времени прослушивания набежало? Больше двух недель уже?

[maxssau]

В начале сентября начал слушать макет, но очень много разъездов + переболел короной, 3 недели дома лежал. В целом не более месяца

[locki]

Ну, за месяц уже точно все тонкости и различия должен был услышать. Значит вышел хорошо. Резисторы тонкопленочные или обычные? Сибилянтов нет?

[Mexap]

maxssau, а как БСО играет? Скрипки?

[maxssau]

Сибилянтов нет?

Что то похожее есть, если делать без PFFB

а как БСО играет? Скрипки?

БСО почти не слушаю, поэтому мне сложно ответить на этот вопрос без лукавства.

Живая скрипка играет несомненно лучше. Через наушники скрипка звучит более живо.

[Mexap]

Что то похожее есть, если делать без PFFB



БСО почти не слушаю, поэтому мне сложно ответить на этот вопрос без лукавства.

Живая скрипка играет несомненно лучше. Через наушники скрипка звучит более живо.

Понимаю Вас, а я слушал БСО, на всех, что мне попадались - это просто ужас. Пилорама. Это и нкор и разные тпа и трипат. Особенно если на источнике ДС.

[maxssau]

Особенно если на источнике ДС.

если в соседней ветке сойдутся во мнении о хорошей схеме деглитчера, можно будет сделать ЦАП на паре AD1862 для сравнения, делать без деглитчера нет особого желания, т.к. проще поискать какую нибудь алхимию DDE3

[vitamin]

maxssau , покажите, пожалуйста, фото меандра на частотах один и десять кГц при нагрузке 4 и 8 Ом.

[maxssau]

прямо сейчас могу только 2 картинки показать, остальное не раньше субботы, как вернусь из командировки. Нагрузка 4.7 Ом

[locki]

А у меня (ща глянул) осталось недоделанным 4шт - 33кОм резистора, 4шт - 0,68мкф на выходе и микруха резета -))) Надо все ж прикупить и добить его, блин.
Хоть на работу вместо НАП-140 поставить или на кухню, если лучше будет, чем ожидаю..-)

[maxssau]

микруха резета

со дня на день это станет на вес золота, я их периодически закупаюсь, раньше в любом магазе было, а сейчас на 5В уже под заказ

0,68мкф на выходе

Имхо лучше 1 мкф, в одном из приложенных ПДФ есть графики и таблицы по подбору этой ёмкости и номинала индуктивности. Частота среза будет чуть ниже и соответственно уменьшатся пульсации. А еще там есть секрет, в виде зависимости АЧХ на 20кГц от нагрузки и выбранных номиналов фильтра. Поэтому выбор фильра по сути привязан к сопротивлению АС.

Когда собирал клона аукса 0025 выяснил зависимость искажений этого фильтра от типа конденсаторов и того как сделаны катушки. А это по сути ответ на вопрос, почему по разному звучат конденсаторы и катушки в фильрах АС. Сейчас я пока не готов раскрыть информацию по этому поводу, т.к. нужно собрать больше подтвержденной опытами информации. К слову могу сказать нужен усилитель с минимальным Кг на ВЧ (20 кГц) и толковый АЦП с делителем, т.к. искажения начинают вылезать на напряжениях от 10Vrms. На данный момент я всё это могу сделать на Ар. Но нужно время.

Олег, могу тебе отправить ПП как мелкоподарок на НГ

Из недешевого там только комплект катушек, и заказные SMD катушки и кондеры в фильтры (питания в том числе).

[vitamin]

прямо сейчас могу только 2 картинки показать, остальное не раньше субботы, как вернусь из командировки. Нагрузка 4.7 Ом

Gut!

[KSM74]

А еще там есть секрет, в виде зависимости АЧХ на 20кГц от нагрузки и выбранных номиналов фильтра. Поэтому выбор фильра по сути привязан к сопротивлению АС.

Есть ещё подарок от TI - https://www.ti.com/lit/zip/slac729

[maxssau]

Есть ещё подарок от TI - https://www.ti.com/lit/zip/slac729

довольно наглядно, добавил в шапку

В первое сообщение не лезет, добавлю здесь: таблица подбора катушек на выход



Сделал еще немного измерений. На ВЧ ограничился в 7кГц, т.к. измерял на мониторном выходе Audio Precision с фильтрами 20кГц и клоном аукс 0025, что бы видно было динамику роста 2/3 гармошки. Надеюсь с трактованием данных картинок ни у кого проблем не возникнет.

Прошу обратить внимание, что 50 Гц и забор от него лезет из Ар, по факту даже если они и есть, то существенно ниже.

1W

[свернуть]

5W

[свернуть]

10W

[свернуть]

IMD CCIF 19.500 кГц (IMD частота 1 кГц), зависимость от входного напряжения


THD+N 100 Гц, зависимость от входного напряжения


THD+N 1000 Гц, зависимость от входного напряжения


THD+N 7000 Гц, зависимость от входного напряжения

[vitamin]

maxssau, великолепный результат!
Сейчас на форуме ASR идет обсуждение нового усилителя Topping PA5. Он также на чипе ТРА3255 и его параметры такие же как у вас.
Еще раз поздравляю с замечательной разработкой.