Pam8403 bluetooth схема подключения при настройке

Двухканальный усилитель мощности звуковой частоты класса D на микросхеме PAM8403 с регулятором громкости — тест и обзор

Этот обзор откроет на данном портале серию материалов для радиолюбителей и всех тех, у кого руки растут из правильного места. :)

Итак, сегодня у нас в обзоре — плата усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ) класса D с регулировкой громкости. Получена она, естественно, из Китая; а ещё точнее — с небезызвестного Алиэкпресс (ссылка). Цена — ок. $0.7 (меньше доллара!).

Иногда для краткости в Интернете применяется краткое название таких устройств «усилитель звука», что физически не совсем верно, но всем читателям понятно. :)

В обзоре будут приведены технические характеристики стерео-усилителя D- класса PAM8403 , кратко приведена общая теория усилителей D- класса, показаны осциллограммы работы усилителя и сделаны полезные выводы.

Все осциллограммы сфотографированы с экрана аналогового осциллографа с электронно-лучевой трубкой (он не имеет фиксированной частоты кадров и позволяет лучше отследить динамику процессов, чем цифровой осциллограф).

Усилитель PAM8403 — технические характеристики:

Максимальная выходная мощность н а канал ( RMS ) * 2 x 3 Вт
Номинальное напряжение питания 2.5 — 5.5 В
Максимально-допустимое напряжение питания 6.6 В
Коэффициент нелинейных искажений** 1 5% (VDD=5.0V, Po=0.5W, RL=8 Ω)
(VDD=5.0V, Po= 3.2 W, RL= 4 Ω)
Отношение сигнал/шум >= 80 дБ (VDD=5V, Vorms=1V,Gv=20dB)
Усиление 24 дБ
Частота ШИМ 260 КГц
Номинальное сопротивление нагрузки >= 4 Ом

Примечание:
* RMS (Rated Maximum Sinusoidal) — 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 типовая схема включения PAM8403 указаны в техническом описании ( datasheet) PAM8403 (PDF, 190 Kb). Кстати, в микросхемах усилителей серии PAM выходная мощность закодирована последними двумя цифрами в наименовании; в данном случае 03, т.е. 3 Ватта.

Из технических особенностей микросхемы надо отметить, что она предназначена для использования в схемах без выходного фильтра. Хотя на самом деле фильтр там всё равно «незримо присутствует» в виде собственной индуктивности подключаемых динамиков.

Рекомендуемое производителем напряжение питания — 5 Вольт. Оно как нельзя лучше совпадает с напряжением большинства зарядных устройств для «мобилок», планшетов и электронных книг.

Цена на момент составления обзора — около 45 российских рублей ($0.6) с бесплатной доставкой, т.е почти ничего не стоит. :)

Теория усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) D-класса (на примере PAM8403 )

Идея создания усилителей D-класса родилась очень давно, но до массовой практической реализации элементная база и технологии производства микросхем «доросли» только в нашем веке.

Её смысл состоит том, что самый энергетически выгодный режим работы транзисторов — ключевой (транзистор либо включен, либо выключен). Именно так работают современные блоки питания, например, в компьютерах.

КПД такого режима может составлять до 90%, что позволяет упростить систему охлаждения усилителя и даже совсем отказаться от неё.

Аналоговый сигнал в усилителях D- класса формируется при этом при помощи ШИМ (широтно-импульсной модуляции), постоянная составляющая которой и представляет собой полезный сигнал, отправляемый на динамики.

Рекомендуем:  Как узнать температуру нагрева ноутбука

Практически все усилители D- класса работают по мостовой схеме включения нагрузки, так как при этом одновременно и упрощается схема формирования выходного сигнала, и увеличивается мощность, отдаваемая в нагрузку.

Посмотрим, как это происходит в тестируемом усилителе PAM8403 .

При отсутствии сигнала оба плеча выходного каскада (положительное и отрицательное) выдают в нагрузку синхронные прямоугольные импульсы (фото с экрана двухлучевого осциллографа):

Здесь заметим, что, при отсутствии сигнала, благодаря синхронности импульсов, разница потенциалов между зажимами нагрузки равна нулю, и, соответственно, ток через нагрузку не течёт.

При подаче сигнала синхронность положительных и отрицательных полуволн нарушается: одни начинают удлиняться, а другие — укорачиваться:

В результате между зажимами на нагрузке возникает разность потенциалов, отличная от нуля, и через нагрузку идёт ток.

Теперь от теории немного отвлечемся к практике: эти осциллограммы (снятые с тестируемого усилителя)показали, что реальная частота ШИМ-а в нашем усилителе составляет не 260, а 500 КГц. Возможно, это связано с тем, что на тест попала модификация микросхемы с наименованием PAM8403A.

Теперь — ещё больше углубимся в практику и обратимся к внешнему виду тестируемого усилителя.

Внешний вид и конструкция усилителя D-класса на микросхеме PAM8403

Усилитель пришел на почту в пакете и просто был брошен в почтовый ящик без всяких извещений:

Внутри оказалась плата усилителя, шайба и гайка для его закрепления на стенке того устройства, в котором усилитель должен работать:

Никакой документации в комплекте не было, да она и не нужна: на плате всё расписано, что куда подключать.

Ручки для регулятора громкости в комплекте нет. О ней надо позаботиться отдельно (или снять с какого либо неиспользуемого устройства).

Как уже упоминалось, на плате оказалась микросхема не PAM8403 , а PAM8403A . Впрочем, вряд ли между ними есть какие-то серьёзные отличия, кроме частоты ШИМ-а (больше — лучше).

Схема платы усилителя с высокой точностью соответствует рекомендуемой типовой схеме включения в о писании ( datasheet ) микросхемы PAM8403 ( см. ссылку выше). Самое главное — не забыт электролитический конденсатор по питанию на 470 мкФ.

Из отличий надо отметить самую крупную деталь на плате — регулятор громкости, совмещённый с выключателем питания. Регулятор «тупо и в лоб» установлен во входной цепи усилителя и подключен прямо к контактам входов правого и левого каналов. В принципе, для таких недорогих изделий иного не дано.

Номинал регулятора громкости — 50 кОм.

Выключение усилителя выключателем на самой плате — не лучший вариант, поскольку блок питания останется подключенным к сети и будет продолжать работать «вхолостую». Лучше выключать устройство, выключая (вытаскивая из розетки) сам блок питания.

Обратная сторона платы почти полностью занята слоем металлизации, соединённым с «землёй» питания, что очень грамотно и мило со стороны производителя:

В заключение осмотра надо сказать, что установка и пайка деталей на плате выполнена аккуратно, а контакты для внешних соединений удобны для пайки.

Испытания усилителя мощности звуковой частоты D-класса на микросхеме PAM8403

Перво-наперво было замерено потребление усилителя без подачи сигнала с установленным в «ноль» регулятором громкости.

Ток потребления холостого хода составил 21.2 мА без подключения нагрузки и 21.6 мА при подключении нагрузки на оба канала. В качестве нагрузки использовались древнесоветские динамики 4ГД-8Е с номинальным сопротивлением 4 Ом.

То, что при подключении нагрузки потребляемый ток изменился незначительно, свидетельствует о хорошем балансе нуля на выходе усилителя.

Рекомендуем:  Выключилась клавиатура на ноутбуке как включить леново

Далее — серия последовательных экспериментов с подачей синусоидального сигнала и постепенным увеличением мощности.

Выходной сигнал снимался с одного из плеч усилителя и для восстановления истинной формы сигнала пропускался через RC- фильтр (иначе бы осциллограф показал только прямоугольные импульсы, как на приведённых выше осциллограммах).

При уровнях сигнала на выходе примерно до 70% по напряжению (50% по мощности) от максимума на выходе наблюдаем практически идеальный синус:

При дальнейшем увеличении уровня сигнала «гламур» начинает портиться: верх начинает «заостряться», а низ — «затупляться». Но, на самом деле, в этом ничего страшного ещё нет: на противоположном плече есть такие же искажения, но с противоположным знаком, благодаря чему эти искажения частично взаимокомпенсируются:

При дальнейшем нарастании сигнала искажения становятся «угловатыми», что рождает большие нелинейные искажения с широким спектром гармоник:

Но и это еще не предел. При дальнейшем увеличении уровня сигнала искажения становятся всё краше и краше:

И, наконец, заканчивается всё картинкой с классическими искажениями типа «отсечка», что уже вполне законно и ожидаемо:

Теперь — коротко о других свойствах усилителя.

Нагрев усилителя даже на максимальной мощности — приемлемый. Измерить температуру такой миниатюрной микросхемы — сложно; но, судя по тому, что мой палец эту температуру «терпел», она была не выше 60 градусов. Теплоотвод не требуется.

Шум у усилителя — присутствует. При нулевом сигнале и регуляторе громкости в минимальном положении из динамиков был слышен небольшой шум. В этом — ещё одно отличие этого усилителя от высококлассных систем, в которых при нулевой громкости в колонках наблюдается просто «гробовая тишина».

Тем не менее, шум не настолько велик, чтобы мешать прослушиванию музыки. При включении реального сигнала шум полностью скрывался сигналом и заметен не был.

Коэффициент усиления, заявленный производителем (24 дБ = 16 раз), подтвердился.

Окончательный диагноз усилителя мощности звуковой частоты D-класса на микросхеме PAM8403

Протестированный усилитель не в полной мере оправдал ожидания, но это не значит, что он ни на что не годен.

Перечислим конкретно его достоинства и недостатки.

— малое потребление в состоянии покоя;

— высокий КПД, умеренный нагрев, возможность работы без теплоотвода;

— возможность работы с низковольтными источниками питания, включая односекционные литий-ионные аккумуляторы;

— возможность питания от широко распространённых зарядных устройств для мобильных телефонов;

— наличие регулятора громкости;

— грамотная разводка платы, наличие электролита по питанию;

— удобство пайки и монтажа в какой-либо конструкции;

— очень малые габариты всей платы в сборе;

— очень низкая цена.

— высокий уровень искажений при приближении к максимальной выходной мощности (малые искажения только до половины от максимальной мощности);

— заметность шумов в паузах сигнала.

— радиолюбительские конструкции с небольшой мощностью выходного звукового сигнала (в том числе — с автономным питанием);

— ремонт маломощных активных колонок (следим за соблюдением величины напряжения питания!);

— переделка пассивных колонок в активные.

— обращать внимание на качество используемого источника питания. При возможности, желательно выбрать источник питания с минимальными пульсациями под нагрузкой, так как в большинстве усилителей класса D они автоматически переходят в интермодуляционные помехи — не самые «страшные», но всё равно ухудшающие качество звука;

Рекомендуем:  Кабели для подключения акустической системы

— использовать блок питания с максимально-допустимым током не менее 2 А, т.к. он должен быть рассчитан на максимальное мгновенное потребление по двум каналам одновременно.

Другие рекомендации перечислены в техническом описании ( datasheet ) микросхемы PAM8403 (рекомендуется к ознакомлению).

Интересный факт. Первоначально микросхема PAM8403 была разработана в 2008 году и выпускалась компанией Power Analog Microelectronics, Inc . В настоящее время эта компания приобретена компанией Diodes Incorporated , которая и продолжает выпускать эту микросхему. Информацию о микросхеме усилителя мощности PAM8403 можно найти на официальном сайте компании Diodes Incorporated .

Обзоры других усилителей класса D — здесь.

Обзоры усилителей класса AB — здесь.

Весь раздел «Сделай сам! ( DIY) » — здесь.

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

Искренне Ваш,
Доктор
22 сентября 2019 г.
Последнее обновление страницы — 15.03.2021.

Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам

Источник

Модуль усилителя мощности звука PAM8403

Модуль звукового усилителя на базе микросхемы PAM8403 представляет собой интересную альтернативу таким системам, как TDA2030, когда нам нужно получить всего несколько ватт мощности.

Преимущества модуля — небольшая цена (стоимость PAM8403 около 1 доллара), относительно небольшой размер и отсутствие необходимости в радиаторе. Это возможно потому, что обсуждаемый модуль представляет собой цифровой стерео усилитель класса D с высоким КПД, достигающим 90%. В случае TDA2030 (класс AB) КПД достигает всего 60%.

На фото показаны оба модуля, которые у меня есть в наличии. Тот, что слева (размеры 30×30 мм), имеет более богатое оснащение: потенциометр регулировки громкости, припаянные контакты, в том числе контакты отключения звука (mute) и отключения модуля (shutdown), а также разъемы для подключения динамиков.

Меньший модуль (размером 21×18 мм) имеет только базовую систему ввода / вывода, необходимую для работы. Если мы хотим снизить энергопотребление, лучше выбрать модуль слева.

Лично меня удивило огромное колесо регулировки громкости, тем более что это аналоговый элемент, а я сторонник цифрового управления:). В свою очередь, по габаритам выигрывает схема справа.

Электрическая схема подключения (из datasheet)

Пример практического использования усилителя PAM8403, включенного в определенную схему, можно найти в статье, посвященной модулю FM-радио TEA5767.

Особенности PAM8403

  • Стереоусилитель max 3 Вт (динамик 4 Ом, питания 5 В)
  • Напряжение питания от 2,5 до 5,5В
  • Защиты: тепловая защита и защита от короткого замыкания
  • Возможность отключения звука (mute) (потребление тока 3,5 мА)
  • Возможность выключения модуля (shutdown) (энергопотребление ниже 1мкА)
  • Требуется небольшое количество внешних компонентов
  • Низкая цена модуля
  • В зависимости от версии модуля дополнительные выводы (отключение звука, выключение модуля) или потенциометр для регулировки громкости

Примечание

Создавая макет FM-радио при более высоком уровне управления усилителем у меня появились искажения в динамике (6 Ом, 7 Вт). Я не решил проблему полностью. С одной стороны я ограничил уровень входного сигнала, а с другой — добавил конденсатор большей емкости по питанию.

Из принципиальной схемы видно, что есть конденсатор емкостью 470 мкФ. Глядя на имеющийся у меня модуль, мне сложно поверить, что использовался конденсатор именно такой емкости.

Минусы выходов динамиков (-OUT_L и -OUT_R) это не то же самое, что минус питания микросхемы и поэтому их нельзя соединять вместе. Это означает, что к выходу не удастся подключить наушники, потому что они имеют общую массу.

Источник

Adblock
detector