TDA7297297

TDA7297297 من STMicroelectronics هو مضخم طاقة صوتي مزدوج الجسر (ستيريو) من الفئة AB مصمم بشكل أساسي لتطبيقات التلفزيون والراديو المحمول. تم تصميمه في عبوة متعددة الفتحات ذات 15 سنون متعددة الواط من خلال ثقب، ويوفر ما يصل إلى 15 واط لكل قناة في أحمال 8 أوم عند تشغيله من مصدر إمداد 16.5 فولت، أو 15 واط لكل قناة في أحمال 4 أوم عند إمداد 14.4 فولت.

يتميز الجهاز بالحد الأدنى من متطلبات المكونات الخارجية. على عكس العديد من مضخمات الطاقة الصوتية، لا يتطلب TDA7297 مكثف SVR (رفض جهد الإمداد)، ولا مكثف تمهيد ولا خلية بوشرو (شبكة زوبل) لتحقيق الاستقرار. يتم تثبيت الكسب داخليًا عند 32 ديسيبل (كسب جهد 40 ضعفًا تقريبًا)، مما يلغي مقاومات ضبط الكسب الخارجية. وهذا يجعل من TDA7297 أحد أبسط الدوائر المتكاملة لمضخمات الصوت التي يمكن تنفيذها، وهي مثالية للإلكترونيات الاستهلاكية الحساسة من حيث التكلفة.

يضاعف تكوين خرج BTL (الحمل المربوط بالجسر) من تأرجح الجهد عبر السماعة مقارنةً بالخرج أحادي الطرف، مما يتيح طاقة خرج أعلى من جهد إمداد واحد دون الحاجة إلى مكثف اقتران أو مصدر إمداد مقسم. وتستخدم كل قناة مرحلتي إخراج في تكوين جسر H-سحب دفع وسحب، مع توصيل السماعة بين الإخراجين (OUT+ و OUT-).

توفر وظيفتا كتم الصوت ووضع الاستعداد تحكمًا متوافقًا مع المعالج الدقيق في حالة المضخم. تقلل وظيفة وضع الاستعداد من استهلاك الطاقة عن طريق إيقاف تشغيل مراحل الإخراج مع الحفاظ على دوائر التحيز حية للاسترداد السريع. تعمل وظيفة كتم الصوت على إسكات الخرج دون الدخول في وضع الاستعداد. يمكن التحكم في كلتا الوظيفتين بشكل مستقل أو ربطهما معًا للتشغيل/إيقاف التشغيل البسيط. وتوفر شبكة RC الموصى بها على دبابيس كتم الصوت/الاستعداد تشغيلًا خاليًا من البوب من خلال تأخير تحرير كتم الصوت حتى تستقر الدوائر الداخلية.

يشتمل TDA7297 على حماية شاملة: حماية شاملة: حماية من الدائرة القصيرة (بين المخرجات وإلى الأرض) مع ذروة تيار خرج محدودة داخليًا تبلغ 2 أمبير، وإيقاف تشغيل حراري يتم تنشيطه عندما تتجاوز درجة حرارة الوصلة 150 درجة مئوية تقريبًا. وتبلغ المقاومة الحرارية من الوصلة إلى العلبة (Rth j-case) عادةً 1.4C/ثانية (بحد أقصى 2C/ثانية)، مما يتطلب مبدد حراري مناسب لمعظم التطبيقات.

بالنسبة للأحمال ذات 8 أوم، يكون جهد الإمداد الموصى به من 12 فولت إلى 16.5 فولت، مع توفير 16.5 فولت أقصى طاقة إخراج. بالنسبة للأحمال ذات 4 أوم، يجب أن يقتصر جهد الإمداد على 14 فولت كحد أقصى لمنع التبديد المفرط للطاقة والتشويه. يبلغ التيار المتوقف 50 مللي أمبير نموذجياً، مما يجعل الجهاز فعالاً نسبياً بالنسبة لمضخم صوت من الفئة AB.

يفصل الجهاز تأريض الطاقة (PW-GND، الدبوس 8) عن تأريض الإشارة (S-GND، الدبوس 9)، مما يسمح بممارسات التأريض النجمي المناسبة لتقليل ضوضاء الحلقة الأرضية. تتم الإشارة إلى مدخلات الإشارة (IN1 وIN2) إلى S-GND، بينما تتم الإشارة إلى مراحل الخرج ودبابيس الإمداد إلى PW-GND.

يعمل مضخم الطاقة TDA7297 كمضخم طاقة صوتي ثنائي القناة من الفئة AB مربوط بجسر (BTL) مع كسب ثابت داخليًا.

مرحلة إخراج من الفئة AB: تستخدم كل قناة مرحلة إخراج دفع وسحب من الفئة AB، حيث يتم تحيز كل من ترانزستورات الإخراج NPN وPNP (أو القناة N والقناة P) للتوصيل قليلاً في وضع الخمول، مما يزيل التشوه المتقاطع الذي يميز تصميمات الفئة B النقية. ويضمن تيار التحيز الخامل الصغير (الذي يساهم في إجمالي التيار الخامل البالغ 50 مللي أمبير) الانتقال السلس بين نصفي الدفع والسحب لشكل موجة الخرج. وهذا يوفر التشوه المنخفض (THD عادةً 0.1% أو أقل عند مستويات طاقة معتدلة) المتوقع من تشغيل الفئة AB.

تكوين الحمل المربوط بجسر (BTL): تستخدم كل قناة اثنين من مضخمات الخرج في تكوين الجسر H. يتم تغذية إشارة الدخل إلى الدخل غير المقلوب لمضخم واحد (قيادة OUT+) وفي نفس الوقت إلى الدخل المقلوب للمضخم الثاني (قيادة OUT-). يتم توصيل مكبر الصوت بين OUT+ و OUT- بدون مرجع أرضي. يضاعف هذا التكوين BTL الجهد الفعال عبر مكبر الصوت مقارنةً بمخرج أحادي الطرف: Vspeaker = 2 × Vs أحادي الطرف. نظرًا لأن الطاقة تتناسب مع V-squared، فإن تكوين BTL يوفر أربعة أضعاف طاقة الخرج لمضخم الصوت أحادي الطرف من نفس جهد الإمداد (نظريًا؛ عمليًا، يقلل الحد من التيار وتباطؤ الإمداد من ذلك إلى 3 أضعاف تقريبًا).

كما أن تكوين BTL يلغي الحاجة إلى مكثف اقتران خرج كبير، حيث إن إزاحة التيار المستمر عبر السماعة تساوي صفرًا اسميًا (كلا الخرجين عند VCC/2). وتعد هذه ميزة كبيرة في تطبيقات التلفزيون والصوت المحمول حيث يكون الحجم والتكلفة مهمين.

كسب ثابت داخلياً: يتم ضبط كسب الجهد داخليًا عند 32 ديسيبل (40 ضعفًا تقريبًا) من خلال مقاومات التغذية الراجعة الداخلية. وهذا يبسّط الدائرة الخارجية ولكن يعني أنه لا يمكن ضبط الكسب. ويعني الكسب 32 ديسيبل أن إشارة دخل RMS بجهد 500 ميجا فولت RMS تنتج خرجًا بجهد 20 فولت RMS، وهو ما يتجاوز جهد الإمداد. عمليًا، يكون الحد الأقصى للإخراج محدودًا بجهد الإمداد ومقاومة الحمل. بالنسبة لمصدر إمداد 16.5 فولت في 8 أوم، يبلغ الحد الأقصى لطاقة الخرج حوالي 15 وات، وهو ما يقابل حوالي 11 فولت RMS عبر مكبر الصوت، وهو ما يتطلب حوالي 275 م.فولت RMS عند كسب 32 ديسيبل.

وظيفة كتم الصوت: عندما يتم سحب دبوس كتم الصوت (الدبوس 6) منخفضًا (أقل من 2 فولت تقريبًا)، يتم كتم صوت مراحل الخرج - يتم إيقاف تشغيل ترانزستورات الخرج، وتوفر المخرجات مقاومة عالية. عندما يكون كتم الصوت مرتفعًا (أعلى من 3.5 فولت تقريبًا)، يعمل المضخم بشكل طبيعي. توفر وظيفة كتم الصوت طريقة نظيفة لإسكات الخرج دون فصل مصدر الطاقة.

وظيفة الاستعداد: عندما يكون دبوس STANDBY (الدبوس 7) منخفضًا، يدخل المضخم بأكمله في حالة الاستعداد منخفضة الطاقة، مما يقلل من التيار المتوقف إلى بضعة مللي أمبير. عندما يكون دبوس STANDBY مرتفعًا، يكون المضخم في حالة الاستعداد يعمل بكامل طاقته. تقوم حالة الاستعداد بتعطيل دوائر التحيز ومراحل الخرج، ولكن تظل الدوائر المرجعية ودوائر الحماية الداخلية نشطة للاسترداد السريع.

التشغيل بدون فرقعة: لتحقيق التشغيل بدون فرقعة، عادةً ما يتم توصيل دبابيس كتم الصوت والاستعداد معًا وتشغيلها من خلال شبكة RC. أثناء بدء التشغيل، يتم شحن المكثف ببطء، مما يحافظ على المضخم في وضع الاستعداد + كتم الصوت حتى يستقر جهد الإمداد. بمجرد أن يتجاوز جهد المكثف عتبة الاستعداد، يتم تنشيط دوائر التحيز. وبمجرد تجاوزه عتبة كتم الصوت، يتم إلغاء كتم صوت المخرجات. يضمن هذا التسلسل (يتم إطلاق وضع الاستعداد قبل كتم الصوت) أن يكون المضخم متحيزًا بالكامل قبل تمكين الإخراج، مما يمنع وصول عابرات التشغيل (فرقعات) إلى السماعة.

دوائر الحماية: تحد حماية الدائرة القصيرة من ذروة تيار الخرج إلى 2 أمبير تقريباً. إذا تجاوز تيار الإخراج هذا الحد (على سبيل المثال، بسبب سلك مكبر صوت قصير)، تقلل مرحلة الإخراج من محرك الأقراص للحفاظ على التيار عند الحد الأقصى أو أقل منه. تراقب الحماية الحرارية درجة حرارة الوصلة وتقوم بإيقاف تشغيل مراحل الإخراج إذا تجاوزت درجة الحرارة 150 درجة مئوية تقريباً، مما يمنع حدوث تلف دائم. يتعافى المضخم تلقائياً عندما تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من الحد الأدنى.