Усилитель на Tripath TA2020: история, схема и особенности звучания

Легендарными в среде инженеров считаются усилители класса D, попытки создать которые начались ещё в 50-х. Сама идея УМЗЧ с импульсным управлением, выходными лампами приписывается 2-м авторам, нашему соотечественнику (1951 год) и Алеку Ривзу из Соединенного Королевства (1951 год). Однако, говорить о том, что инновационные концепции смелых инженеров мгновенно стали широко востребованными на рынке, не приходится. Успех пришел лишь спустя десятилетия, когда технологии позволили решить проблемы ранних прототипов.

Внезапно начавшаяся эра транзисторов для попыток создания годного УМЗЧ класса D не привела к ожидаемым результатам. «Принцип неисчерпаемых возможностей КПД», заложенный советским инженером Агеевым и его британским коллегой, долгое время оказывался неприступным даже для специалистов таких компаний как SONY, PHILIPS, , . Вплоть до 80-х ничего прилично звучащего и коммерчески успешного в классе D создать не удавалось. Ситуация поменялась к середине 80-х, когда на рынке радиодеталей появились МДП-транзисторы, ставшие ключом к массовому внедрению технологии.

Известно, что в режиме D импульс приобретает почти прямоугольную форму, так как транзистор либо заперт, либо открыт. А сопротивление открытого канала современных силовых МПД-транзисторов совсем небольшое (от единиц до десятков миллиОм). Благодаря этому, построенный на основании этих элементов усилитель класса D способен работать практически без потерь мощности. КПД таких усилителей класса D составляет около 90 — 95 %.

Несмотря на ограниченную популярность, усилители D-класса того времени тоже нельзя назвать сверхмассовым продуктом. Для потребителя концепция класса D успела утратить привлекательность к концу 80-х, главным образом в связи с неудачами их несовершенных предшественников, которые выдавали «грязный» звук.

Как повествует Википедия, основными проблемами усилителей класса D были и, в какой-то степени, остаются:

• Нелинейность генератора сигнала треугольной формы.
• Нелинейность катушек индуктивности выходного фильтра.
• Нелинейность из-за «мёртвого времени» между включениями верхнего и нижнего плеча усилителя.

…но не позволяет добиться высокого качества воспроизведения звука, даже если охватить её обратной связью. Нелинейные искажения класса D имеют несколько причин: нелинейность генератора сигнала треугольной формы, нелинейность катушек индуктивности выходного фильтра, нелинейность из-за мёртвого времени между включениями верхнего и нижнего плеча усилителя…

Пожалуй, самым заметным представителем класса D стал один из первых цифровых усилителей, дотягивающих до показателей HI-FI — , серийное производство которого было запущено в 1999 году. Дело в том, что, в связи с неизбежной необходимостью в устранении искажений, принцип аналоговой модуляции оказался малопривлекательным. Инженеры Tripath пошли по пути цифровизации, что позволило существенно снизить уровень шума.

В ранних проектах усилителей класса D низкочастотные помехи свободно проходили с питающих шин на выход, что вынуждало использовать нелинейную модуляцию и дельта-сигма модуляцию для их устранения. Последнее приводило к неизбежному росту частоты переключения и снижению КПД. Логичным выходом стало применение цифровых схем, уменьшавших частоту переключения.

Некоторые инженеры ставят под сомнение заявленные характеристики Tripath TA2020 и их соответствие стандартам HI-FI. Предлагаю читателям самим оценить показатели качества на примере 20-ти ваттного усилителя для авто, созданного на базе TA2020:

• RMS: 2 х 20 Вт/4 Ом, 2×12 Вт/8 Ом
• Соотношение сигнал-шум (SNR): 98 дБ
• Динамический диапазон: 98 дБ
• IMD: 0,1%/1 Вт/4 Ом
• THD: 0,03%/9 Вт/4 Ом
• Энергоэффективность: 88%/12 Вт/8 Ом
• Чувствительность входа: 200 мВ

Эти параметры позволяют сравнить чип с современными решениями, например, с более мощным TA2024, который также использовался в Hi-Fi проектах. Однако TA2020 стал настоящим хитом благодаря соотношению цены и качества.

И всё это счастье при цене от $20 до 60. Микросхема, на основе которой создан усилитель, была внесена в список «25 микросхем, которые потрясли мир» по версии журнала IEEE Spectrum.

Компания Tripath, выпустившая инновационный усилитель, с целью привлечения внимания к продукту придумала даже новый класс, объявив свое устройство усилителем класса T (хотя принцип работы девайса соответствовал классу D). Это маркетинговое решение позволило выделить продукт на фоне конкурентов, но технически архитектура оставалась классической для D-класса.

Такую плату можно приобрести в Китае по цене $25-31. Это сделало технологию доступной для широкого круга радиолюбителей, желающих собрать качественный Hi-Fi усилитель своими руками.

Несмотря на маркетинговые усилия, «креативы» с классификацией, Tripath не выдержали конкуренции с более мощными игроками и исчезли с рынка в 2007-м году. Бесславный и тихий конец этой компании никак не умаляет заслуг разработчиков, которые создали, вероятно, единственный действительно легендарный усилитель класса D. Их наработки легли в основу современных решений, таких как усилители, применяемые в проектах класса Hi-Fi.

Автор: Sound_cULT

2017

По материалам: habr.com