Простая беспроводная Bluetooth стерео аудио система для использования на открытом воздухе. Часть 2

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июнь 2015

Marko Kannisto, Maxim Integrated

Часть 1

Теперь рассмотрим некоторые вопросы, связанные с тепловыделением схемы. При напряжении питания 12 В, сопротивлении нагрузке 4 Ом и выходной мощности 20 Вт с.к.з. КПД усилителя составляет примерно 85%. Мы можем рассчитать, сколько мощности рассеивает микросхема в таком режиме, с помощью следующей формулы:

где

P_DIS – мощность рассеивания,
P_OUT – выходная мощность (среднеквадратичное значение).

MAX98400A выпускается в 36-выводном корпусе TQFN, конструктивно плохо приспособленном для установки на него теплоотвода. Альтернативным способом отвода тепла от усилителя может стать припайка вскрытого теплоотводящего основания корпуса к области металлизации печатной платы с большим количеством переходных отверстий. Последним бастионом тепловой защиты MAX98400A будет служить встроенная защита от перегрева.

Это гарантирует, что когда Bluetooth аудио система используется при очень высокой температуре воздуха, а аудио усилитель отдает максимальную выходную мощность, ничто не будет повреждено или сломано.

Сборка системы

Для окончательной сборки системы был выбран стандартный промышленный водозащищенный корпус размером 120 × 160 мм. На Рисунке 7 показана собранная и полностью функциональная система со всеми необходимыми блоками.

Рисунок 7.	Система, собранная в корпусе.

А теперь немного музыки

В этой статье было рассказано, как сделать недорогую беспроводную Bluetooth стерео аудио систему для использования на открытом воздухе. Теперь настало время закрепить систему на жесткой поверхности, скажем, на стене дома, присоединить динамики и подключить сетевое напряжение (Рисунок 8). Установите Bluetooth соединение и наслаждайтесь музыкой!

Рисунок 8.	Корпус системы, установленный на внешней стене дома.

Приложение 1

Предметы рассмотрения

Аудио усилитель

При использовании аудио усилителей класса D всегда встают проблемы электромагнитных помех. Если кабели, идущие к акустическим колонкам вашей системы имеют большую длину (свыше 1 м), будет неплохо для снижения уровня электромагнитных излучений воспользоваться ферритовыми шайбами, надетыми на провода динамиков.

Рисунок 9.	Осциллограммы выходных импульсов усилителя класса D компании Maxim с включенным и выключенным активным подавлением излучений. Выбросы на передних и задних фронтах на правой осциллограмме являются источниками паразитных излучений.

Соблюдение требований стандарта EN55022B, ограничивающего допустимый уровень излучаемых помех, дополнительно упрощают сами стерео усилители компании Maxim с технологией активного подавления излучений, к каковым относится и MAX98400A. Технология оптимизирует форму управляющих напряжений на затворах выходных МОП транзисторов, кардинально уменьшая выбросы на передних и задних фронтах импульсов, тем самым, значительно снижая уровень излучений без ухудшения аудио параметров (Рисунок 9).

Стерео Bluetooth наушники

Скомпоновать систему из источника питания, стерео Bluetooth наушников, аудио усилителя, выключателей и светодиодов можно множеством различных способов. Но при любом варианте внимательно следите за тем, чтобы провода не пересекались с антенной Bluetooth, поскольку это может уменьшить дальность связи Bluetooth.

Кроме того, не устанавливайте систему слишком близко к другим передатчикам беспроводной связи, например, возле WLAN маршрутизаторов, так как их сигналы могут создавать помехи для приемника наушников.

Источник питания

Коэффициент подавления пульсаций питания в усилителе, который мы использовали в проекте, равен 67 дБ, что считается очень хорошим показателем. Тем не менее, обязательно позаботьтесь о том, чтобы качество стабилизации выходного напряжения выбранным вами источником питания было достаточно высоким. На практике это требование означает, что при покупке источника не следует выбирать устройство с минимальной ценой.

Индикаторные светодиоды

Возможно, самой трудной частью сборки системы будет припайка проводов к контактным площадкам светодиодных индикаторов, расположенных на печатной плате Nokia BH-214 PCB. Если вы хоть немного сомневаетесь в своей способности припаять эти провода, замените корпус другим, имеющим прозрачную верхнюю крышку. В этом случае стерео Bluetooth гарнитуру нужно будет установить так, чтобы ее светодиоды были видны сквозь переднюю крышку. Тогда индикаторные светодиоды не придется демонтировать с печатной платы.

И хотя все равно будет нужно припаять к печатной плате гарнитуры провода, идущие к выключателю и контактам аккумулятора, сделать это намного проще, чем в случае со светодиодными индикаторами.

Светодиод включения питания необязателен. Но если вы решите его установить, потребуется последовательный ограничивающий резистор, сопротивление которого можно рассчитать по формуле

где

R_LED – сопротивление ограничивающего резистора,
V_SUPPLY – напряжение источника питания,
V_LED – прямое падение напряжения на светодиоде,
I_LED – прямой ток светодиода.

При питании светодиодов выходным напряжением LDO стабилизатора 3.6 В и прямом напряжении 1.8 В для того, например, чтобы установить ток светодиода 8 мА, сопротивление последовательного резистора должно быть равно

Приложение 2

Компромиссы между усилителями классов D и AB

По изложенным выше причинам в описываемой схеме используется аудио усилитель класса D. Однако, не исключено, что вместо него вы захотите сделать схему на усилителе класса AB. КПД системы намного упадет. Работающий в таких же условиях усилитель класса AB имеет КПД примерно на 50% меньший, чем устройство класса D, из-за чего на усилителе будет рассеваться мощность до 10 Вт. Это потребует использования довольно большого теплоотвода для температурной защиты микросхемы.

Если задуматься, как много мощности понапрасну рассеивал бы в этом приложении усилитель класса AB, станет проще понять, почему вводит в заблуждение термин «среднеквадратичная выходная мощность». Представим себе, что два усилителя, класса D и класса AB, отдают одинаковую мощность 20 Вт с.к.з. В нашем примере MAX98400A будет рассеивать мощность 3.5 Вт, а усилитель класса AB – 10 Вт. Таким образом, даже когда среднеквадратичная выходная мощность кажется одинаковой, усилитель класса AB не может отдавать в динамики столько же мощности, поскольку много энергии уходит в тепло. И, в коечном счете, следствием уменьшения мощности становится более слабый звук.

Приложение 3

Элементы системы

Перечень используемых элементов системы представлен в Таблице 2.

Материалы по теме

1. Datasheet Maxim Integrated MAX98400A.
2. Datasheet Maxim Integrated MAX16910.