Усилвател за слушалки с TPA6120A2

Настоящата статия е посветена на проект за слушалков усилвател с високо качество (HiFi) на базата на интегрална схема TPA6120A от BurrBrown (притежание на Texas Instruments понастоящем). Тази интегрална схема представлява два операционни усилвателя с висока мощност в един корпус. Изведени са по отделно входовете за захранване на двата усилвателя, като всички изводи са симетрично подредени от двете страни на корпуса, за да се улесни проектирането на платка с голяма гъстота. ТРА6120 впечатлява със своите параметри, които доказват посоченото в документацията приложение за професионални цели. Основните параметри са както следва:

• 80 mW при 600 Ома товар от ±12-V захранващ източник и 0.00014% THD + N
• Архитектура с токова обратна връзка
• Динамичен диапазон надвишаващ 120 dB
• SNR от 120 dB
• Изходен напреженов шум от 5 µVrms при Gain = 2 V/V
• Диапазон на захранващото напрежение: ±5 V до ±15 V
• 1300 V/µs скорост на нарастване
• Диференциални входове
• Независими захранвания за ниско прослушване
• Защита от късо съединение и прегряване

Избраната от мен схема можете да видите на чертежа по-долу.

Първо ще отбележа, че към схемата не е включен захранващ трансформатор и токоизправител. За целта ще бъдат използвани тороидален трансформатор и грец схема с шотки диоди. Както можете да забележите схемата е напълно симетрична от началото до края. Печатната платка също не изменя на това правило, но всичко по реда си. Захранващото напрежение преминава през четири филтрови кондензатора за всеки канал – електролитните C1, C2 и C3, C4 и неполярните C5, C6 и C7, C8. Говорейки за HiFi схема няма как да работим с какви да е компоненти. Електролитните кондензатори са серия FC на Panasonic, а неполярните са полипропиленови отново произведени от Panasonic (и по-конкретно в Япония). Доставката на екзотичните 100nF-ови кондензатори и висококачествените електролити отне близо месец, но както знаем хубавите неща стават бавно. Продължаваме със самия усилвател. Схемата на свързване е неинвертираща с усилване 2V/V. Това разбира се доведе до проблем със сериозна постоянно-токова съставна на изхода, която почти унищожи чифт слушалки. Проблемът беше решен с помощта на резисторите R9 и R10, като постоянната съставна беше понижена до приемлива стойност, не носеща опасност за слушалките или осезаема промяна в звученето. Свързани са два входни и два изходни резистора, които имат за цел предпазване от самовъзбуждане в следствие на паразитни капацитети, изходен капацитет на входния източник и капацитет изграден в кабела на слушалките. Стойностите им са препоръчани в документацията на усилвателя. Всички резистори с изключение на тези в обратните връзки (R3-R6) са с толеранс от 1% (водят се професионални). Резисторите в обратната връзка са избрани с толеранс от 0,1% (водят се прецизни) за гарантиране на максимална симетричност на схемата. Всички резистори са тип MELF (Metal Electrode Leadless Face) и са подбрани от асортимента на Vishay. Сигналните конектори, както и изходния също са подбрани с добро качество, за да не отстъпват на останалата част от схемата.

Печатната платка, която се вижда на снимките най-долу е специално проектирана за този проект. Спазени са всички изисквания, споменати в документацията на ТРА6120, като минимални разстояния между елементите и минимални дължини на печатните проводници към входовете и от изходите на интегралната схема. Платката е изградена максимално симетрично, за да отговаря на схемата и да няма както схематични така и физически различия в пътя на сигнала. Спазено е и специфичното изискване платката да не бъде обляна с маса около входните пътища и от двете страни, за да не се създават паразитни капацитети. Специално предвидени опроводени отвори спомагат за максималното охлаждане на интегралната схема, снабдена с ThermalPad от долната си страна.

Дългото чакане на компоненти, многото време отделено за проектиране на платката и нейната оптимизация с цел симетричност и минимизация на сигналния път дадоха своя резултат. Мисля, че изработеният усилвател може да се нарече аудиофилен, а дори да не е такъв, той е далеч над нивото на всичко, вградено в масовите аудио системи. Естествено подобен усилвател изисква качествен източник и качествени слушалки, за да се получи добро впечатление от звученето.

На вашето внимание представям няколко снимки на сглобения усилвател. Първите три снимки са на платката със споменатите по-горе компоненти, а вторите три са с полиестерни неполярни кондензатори от Vishay и резистори в обратната връзка с толеранс 1%. Това значително понижава крайната цена, като качеството продължава да бъде високо. На третата снимка вместо 10кОм-ови резистори Vishay паралелно на входа се виждат най-обикновени 1%-ови резистори 0806. Това е така, защото снимката е правена докато чаках доставката на резисторите от Vishay.