Wzmacniacz mocy TPA3116

Wzmacniacz TPA3116

Przeprowadziliśmy pomiary podstawowych parametrów modułu wzmacniacza audio opartego o układ TPA3116. Moduł posiada dwa dwa kanały wejściowe i dwa kanały wejściowe, każdy o mocy 100 W. Wzmocnienie jest regulowane potencjometrem wlutowanym na płytce PCB. Układ wymaga zasilania napięciem stałym w zakresie od 12 do 24 V. Złącza sygnału wejściowego są typu Jack lub JST raster 2,54 mm. Złącza wyjściowe są typu terminal block ARK. Wymiary płytki PCB wynoszą 105 x 65 x 23 mm.

Moduł wzmacniacza mocy do kupienia w sklepie internetowym gotronik.pl pod numerem katalogowym BTE-260:
http://www.gotronik.pl/tpa3116-wzmacniacz-mocy-audio-2x100w-12v24v-p-4330.html

Przyjrzyjmy się parametrom podawanym przez producenta modułu:

• chip TPA3116
• zakres napięcia zasilania: 12 do 24 V DC
• moc wyjściowa: do 100W na kanał
• pobór prądu (bez obciążenia): ok. 80 mA
• złącze zasilania: terminal block ARK
• złącze wejść sygnału AUDIO: gniazdo JACK lub JST 2,54mm
• wyjście na głośnik: terminal block ARK
• orientacyjne wymiary: 105 x 65 x 23 mm

Opis wejść oraz wyjść modułu wzmacniacza:

Opis wejść i wyjść

Pomiary parametrów wzmacniacza TPA3116:

Wykonaliśmy pomiary podstawowych parametrów modułu wzmacniacza. Pierwszym z nich był pomiar prądu spoczynkowego (gdy do wejścia i wyjścia nic nie jest podłączone) przy dwóch różnych wartościach napięcia zasilania. Kolejnym pomiarem było określenie maksymalnego wzmocnienia napięciowego wzmacniacza. Sprawdziliśmy też czy napięcie zasilania ma wpływ na wzmocnienie napięciowe. Na końcu zbadaliśmy pasmo przenoszenia wzmacniacza.

Układ pomiarowy:

Układ pomiarowy

Na wejściu wzmacniacza do złącza JST podłączamy generator funkcyjny DDS,  przebieg sinusoidalny o częstotliwości f = 1 kHz i amplitudzie wyjściowej 450 mVpp (ang. peak-peak – „pik-pik” wartość między-szczytowa napięcia). Do zasilania układu wykorzystujemy zasilacz laboratoryjny RPS-3005DB, na którym ustawiam wartość napięcia 18,00 V. Wyjście jednego kanału wzmacniacza podłączamy do kanału CH1 oscyloskopu cyfrowego DSO5102BM. Natomiast do kanału CH2 oscyloskopu podłączamy sygnał wzorcowy pobierany z drugiego generatora.

Pomiar prądu spoczynkowego:

• dla U zasilania = 12 V – 0,053 A
• dla U zasilania = 24 V – 0,078 A

Pomiar zakresu wzmocnienia napięciowego:

Zmieniając położenie potencjometru sprawdzamy zakres regulacji współczynnika wzmocnienia. Poniżej zamieszczamy gifa zawierającego oscylogramy.

Regulacja wzmocnienia

Zakres współczynnika wzmocnienia napięciowego Ku zmierzono przy napięciu zasilania równym 18 V oraz przy stałej amplitudzie sygnału wejściowego równej Uwe = 0,450 V. Maksymalne napięcia wyjściowe wynosiło Uwy = 27,2 V, więc Ku = 60,4.

Badanie wpływu napięcia zasilającego moduł wzmacniacza na współczynnik wzmocnienia Ku.

Układ pomiarowy pozostaje niezmienny. Ustawiamy maksymalne wzmocnienie. Zmieniamy wartość napięcia zasilania na zasilaczu laboratoryjnym RPS-3005DB. Przeprowadzony test dowiódł, że wartości napięcia zasilania nie wpływa na amplitudę sygnału wyjściowego. Ma za to istotny wpływ na zniekształcenia sygnału wyjściowego. Aby pozbyć się zniekształceń, przy maksymalnym wzmocnieniu wybierajmy wyższe napięcie zasilania (np 18 V).

Dlatego aby uniknąć takiej sytuacji proponujemy aby napięcie zasilania wynosiło 24V. Poza tym, napięcie zasilania nie wpływa ani na amplitudę ani kształt sygnału.

Pomiar pasma przenoszenia:

Ostatnim pomiarem było wyznaczenie pasma przenoszenia, czyli częstotliwości dolnej i górnej sygnału którą wzmacniacz jest w stanie wzmocnić. Układ pomiarowy pozostał bez zmian, wzmocnienie zdecydowaliśmy zmniejszyć się do połowy zakresu potencjometru ponieważ dla wyższych częstotliwości występowały zniekształcenia sygnału.

Wyznaczyliśmy szerokość pasma przenoszenia.

• dla U = 18 V  częstotliwość dolna wynosi 1 Hz, częstotliwość górna wynosi 50 kHz.

Przy pomiarze pasma przenoszenia ustaliliśmy inne kryteria niż spadek trzydecybelowy -3dB. Okazało się że układ wzmacnia sygnał już od 1 Hz, a przy częstotliwościach powyżej 50 kHz sygnał na wyjściu zanika. Powyżej 30 kHz amplituda wyjściowa zaczyna gwałtownie rosnąć. Zatem użyteczne pasmo przenoszenia zawiera się między 1 Hz a 30 kHz. Jest to dwukrotnie więcej niż człowiek jest w stanie usłyszeć.

Na generatorze DDS ustawiamy funkcję przemiatania częstotliwości (sweep) o czasie trwania 10 sekund i zakresie częstotliwości 10Hz – 100kHz. Oscylogram przedstawiliśmy poniżej:

Funkcja przemiatania częstotliwości

Trzy przejścia przemiatania