Как показывает практика применения микросхем усилителей мощности ЗЧ (звуковой частоты), выполненных на одном кристалле, главным фактором при выборе элементной базы для звуковоспроизводящей части разрабатываемого устройства являются простота настройки и малое количество элементов обвязки. Однако в большинстве случаев качество воспроизведения звукового сигнала никак не попадает под класс HI-FI в связи с высоким процентом нелинейных искажений.

Этот факт связан не только со схемотехническими решениями подобных микросхем, но и с тем, что температуры элементов входного и выходного каскадов напрямую зависят друг от друга.

Коэффициент нелинейных искажений у этих микросхем даже при номинальной выходной мощности достигает 10%, что отчетливо прослушивается при воспроизведении. Выходная мощность подобных микросхем не превышает 100...150 Вт при нагрузке на сопротивление динамической головки 4...8 Ом. Однако существуют и более качественные элементы для построения выходных каскадов усилителей ЗЧ, например, серия микросборок STK. Они выполнены на бескорпусных элементах, расположенных на металлической подложке с использованием диэлектрических прокладок. Цена таких микросборок, как правило, в несколько раз выше, чем у подобных однокристальных микросхем, а габаритные размеры корпуса значительно больше, чем у однокристальных микросхем. Это влечет неудобства при проектировании теплоотвода, а также значительно увеличивает размеры конечного устройства.

Компания National Semiconductor представила микросхему LM4702, позволяющую создавать усилители мощности ЗЧ с номинальной выходной мощностью до 300 Вт с низкими гармоническими искажениями (0,005% с учетом шума) и малым уровнем шума (эквивалентное напряжение шума 3 мкВ) см. рисунок 1.

 

Рис. 1. Готовый модуль стереофонического усилителя мощности, выполненного на LM4702

LM4702 - это высокоточный стереоусилитель звуковой частоты, с встроенным высоковольтным драйвером внешних транзисторов и широкой полосой пропускания. Особенностью данной микросхемы является высокий уровень питающего напряжения до ±85 В, что позволяет получить высокую выходную мощность при использовании внешних транзисторов.

Стандартная рекомендованная производителем схема включения LM4702 приведена на рисунке 2.

 

Рис. 2. Принципиальная, рекомендованная производителем, схема включения LM4702

• Выходная мощность с внешними транзисторами до 300 Вт;
• Широкий диапазон питающих напряжений ±20...85 В;
• Эквивалентное напряжение шума 3 мкВ;
• Рабочий диапазон температур -20°С до 85°С;
• Коэффициент гармонических искажений 0,001%;
• Собственный ток потребления до 30 мА;
• Защита от перегрева (150 с);
• Встроенная функция отключения;
• Функция «приглушения» (Mute) для перевода в статический режим;
• Полоса пропускания (при -3Дб) от 20 Гц до 25000 Гц;
• Корпусное исполнение TO-220-15.

Как показывает практика западных коллег-инженеров, проводивших экспериментальные тестирования данной микросхемы, номинальная выходная мощность при использовании MOSFET-транзисторов достигала 500 Вт (при нагрузке на стандартную динамическую головку сопротивлением 8 Ом). Пример реализации такого включения LM4702 представлен на рисунке 3.

 

Рис. 3. Принципиальная схема включения LM4702 с использованием в выходном каскаде MOSFET полевых транзисторов

Для оптимизации работы усилителя ЗЧ, построенного на микросхеме LM4702 с источником звукового сигнала, компания National Semiconductor рекомендует использовать новый операционный усилитель LM4562. Данная пара образует новое высококачественное аудиосемейство.

LM4562 устанавливает новый уровень качества благодаря беспрецедентно низкому уровню искажений и шума, высокой скорости, широкому диапазону рабочих напряжений и высокой нагрузочной способности. Операционный усилитель LM4562 обеспечивает низкую входную плотность шума 2,7 нВ/ЦГц при частоте 217 Гц, точку перегиба 1/f шума 60 Гц и работу на нагрузку 600 Ом. Для обеспечения работы на наиболее распространенную высокую нагрузку без ущерба для шумовых характеристик, LM4562 имеет скорость нарастания 20 В/мкс и 56 МГц рабочую полосу усиления. Частота единичного усиления LM4562 остается стабильной в широком диапазоне питающего напряжения от ±2,5 В до 17 В, а его выход может обеспечить ток до 45 мА. В данном диапазоне питающих напряжений входные цепи LM4562 обеспечивают подавление синфазного сигнала и влияния источника питания (PSRR) более чем на 108 дБ и типовой ток смещения входа 10 нА. Операционный усилитель выдает полный звуковой динамический диапазон, усиливаемый далее выходным каскадом. При работе на нагрузку 2 кОм, выходной каскад обеспечивает размах сигнала на 1 В меньше границ питающего напряжения, а при нагрузке 600 Ом - на 1,5 В. Сдвоенный операционный усилитель LM4562 выпускается в 8-выводных корпусах типа SOIC и DIP.

Усилители, построенные на LM4702, могут использоваться не только как элемент профессионального звуковоспроизводящего оборудования высокого класса, но и для построения трансляционных усилителей в общественных местах (учебных заведениях, вокзалах, аэропортах и т.д).