Kā izveidot augstas efektivitātes klasi

Pēdējo gadu desmitu laikā audio saturs ir gājis ļoti tālu, sākot no klasiskā lampu pastiprinātāja līdz mūsdienu multivides atskaņotājiem, tehnoloģiskie sasniegumi ir mainījuši digitālo mediju patēriņa veidu. Starp visiem šiem jauninājumiem pārnēsājamie multivides atskaņotāji ir kļuvuši par vienu no pirmajām izvēles iespējām patērētāju vidū to dinamiskās skaņas kvalitātes un ilgā akumulatora darbības laika dēļ. Tātad, kā tas darbojas, un kā tas izklausās tik labi. Kā elektronikas entuziasts šis jautājums man vienmēr ienāk prātā. Neskatoties uz skaļruņu tehnoloģiju attīstību, pastiprinātāja metodikas uzlabojumiem bija liela nozīme, un acīmredzama atbilde uz šo jautājumu ir D klases pastiprinātājs.Tāpēc šajā projektā mēs izmantosim iespēju apspriest D klases pastiprinātāju un uzzināt tā plusus un mīnusus. Visbeidzot, mēs izveidosim pastiprinātāja aparatūras prototipu un pārbaudīsim tā veiktspēju. Izklausās interesanti labi! Tāpēc pieņemsim to tieši iedziļināties.

Ja jūs interesē audio pastiprinātāju shēmas, varat apskatīt mūsu rakstus par tēmu, kur mēs esam izveidojuši shēmas, izmantojot op-ampēri, MOSFET un IC, piemēram, TDA2030, TDA2040 un TDA2050.

D klases pastiprinātāja pamati

Kas ir D klases audio pastiprinātājs? Vienkāršākā atbilde būs tā, ka tas ir komutācijas pastiprinātājs. Bet, lai saprastu tā darbību, mums jāapgūst, kā tas darbojas un kā tiek izveidots komutācijas signāls. Lai to izdarītu, varat sekot tālāk sniegtajai blokshēmai.

Tad kāpēc komutācijas pastiprinātājs? Acīmredzama atbilde uz šo jautājumu ir efektivitāte. Salīdzinot ar A, B un AB klases pastiprinātājiem, D klases audio pastiprinātājs var sasniegt efektivitāti līdz 90-95%. Ja AB klases pastiprinātāja maksimālā efektivitāte ir 60–65%, jo tie darbojas aktīvajā reģionā un tiem ir mazs enerģijas zudums, ja reizināt kolektora-izstarotāja spriegumu ar strāvu, to var uzzināt. Lai uzzinātu vairāk par šo tēmu, skatiet mūsu rakstu par jaudas pastiprinātāju klasēm, kur mēs apspriedām visus saistītos zaudējumu faktorus.

Tagad atgriezīsimies pie mūsu vienkāršotās D klases audio pastiprinātāja blokshēmas, kā jūs varat redzēt neinvertējošajā terminālī, mums ir mūsu audio ieeja, un invertēšanas terminālī mums ir mūsu augstfrekvences trīsstūra signāls. Šajā brīdī, kad ieejas audio signāla spriegums ir lielāks par trīsstūra viļņa spriegumu, salīdzinātāja izeja ir augsta, un, kad signāls ir zems, izeja ir zema. Izmantojot šo iestatījumu, mēs vienkārši modulējām ieejas audio signālu ar augstas frekvences nesēja signālu, kas pēc tam tiek savienots ar MOSFET vārtu piedziņas IC, un, kā norāda nosaukums, draiveris tiek izmantots divu MOSFET vārtu vadīšanai gan augstajam, gan augstajam frekvencei. sānu un zemu pusi vienreiz. Pie izejas mēs iegūstam jaudīgu augstas frekvences kvadrātveida vilni pie izejas, kuru mēs izlaižam caur zemas caurlaidības filtra pakāpi, lai iegūtu mūsu galīgo audio signālu.

Sastāvdaļas, kas nepieciešamas, lai izveidotu D klases audio pastiprinātāja shēmu

Tagad mēs esam sapratuši D klases audio pastiprinātāja pamatus, un mēs varam pāriet, lai atrastu komponentus, lai izveidotu DIY D klases pastiprinātāju r. Tā kā tas ir vienkāršs testa projekts, sastāvdaļu prasības ir ļoti vispārīgas, un lielāko daļu no tām varat atrast vietējā hobiju veikalā. Zemāk ir norādīts komponentu saraksts ar attēlu.

D-klases jaudas pastiprinātāja uzbūve:

1. IR2110 IC - 1
2. Lm358 OP-Amp - 1
3. NE555 taimera IC - 1
4. LM7812 IC - 1
5. LM7805 IC - 1
6. 102 pF kondensators - 1
7. 103 pF kondensators - 1
8. 104 pF kondensators - 2
9. 105 pF kondensators - 1
10. 224 pF kondensators - 1
11. 22uF kondensators - 1
12. 470uF kondensators - 1
13. 220uF kondensators - 1
14. 100uF kondensators - 2
15. 2.2K rezistors - 1
16. 10 K rezistors - 2
17. 10R rezistors - 2
18. 3,5 mm audio ligzda - 1
19. 5,08 mm skrūvju terminālis - 2
20. UF4007 diode - 3
21. IRF640 MOSFET - 2
22. 10K apgriešanas POT - 1
23. 26uH induktors - 1
24. 3,5 mm austiņu ligzda - 1

D klases audio pastiprinātājs - shematiska shēma

Mūsu D klases pastiprinātāja shēmas shematiskā shēma ir parādīta zemāk:

Circuit veidošana uz PerfBoard

Kā redzat no galvenā attēla, mēs esam izveidojuši ķēdi uz perfboard. Jo, pirmkārt, ķēde ir ļoti vienkārša, un, otrkārt, ja kaut kas noiet greizi, mēs to varam ātri un viegli pārveidot. Lielāko daļu savienojumu mēs izveidojām ar vara stieples palīdzību, taču dažos pēdējos posmos būvniecības pabeigšanai mums bija jāizmanto daži savienojuma vadi. Pabeigtā perfboard ķēde ir parādīta zemāk.

D klases audio pastiprinātāja darbība

Šajā sadaļā mēs izskatīsim katru galveno ķēdes bloku un izskaidrosim katru bloku. Šis Op-amp bāzes D klases audio pastiprinātājs sastāv no ļoti vispārīgiem komponentiem, kurus jūs varat atrast savā vietējā hobiju veikalā.

Ieejas sprieguma regulatori:

Mēs sākam ar ieejas sprieguma regulēšanu ar LM7805, 5 V sprieguma regulatoru un LM7812, 12 voltu sprieguma regulatoru. Tas ir svarīgi, jo ķēdi darbināsim ar 13,5 V līdzstrāvas adapteri, kā arī NE555 un IR2110 IC barošanai ir nepieciešama 5V un 12V barošana.

Trīsstūra viļņu ģenerators ar 555 Astable Multivibrator:

Kā redzat no iepriekš minētā attēla, 260KHz trīsstūra signāla ģenerēšanai mēs izmantojām 555 taimeri ar 2.2K rezistoru. Ja vēlaties uzzināt vairāk par Astable Multivibrator, varat apskatīt mūsu iepriekšējo ziņu par 555 Timer Based Astable Multivibrator Circuit, kur mēs esam aprakstījuši visus nepieciešamos aprēķinus.

Modulācijas ķēde:

Kā redzat no iepriekš minētā attēla, mēs izmantojām vienkāršu LM358 Op-Amp, lai modulētu ieejas audio signālu. Runājot par ienākošajiem audio signāliem, mēs esam izmantojuši divus 10K ieejas rezistorus, lai iegūtu audio signālu, un, tā kā mēs izmantojam vienu padevi, mēs esam pievienojuši potenciometru, lai kompensētu nulles signālu, kas atrodas ieejas audio. Šī salīdzinātāja izeja būs augsta, ja ieejas audio signāla vērtība būs lielāka par ieejas trīsstūra viļņu, un izejā mēs iegūsim modulētu kvadrātveida vilni, kuru pēc tam mēs ievadīsim MOSFET vārtu draivera IC.

IR2110 MOSFET Gate Driver IC:

Tā kā mēs strādājam ar vidēji augstām frekvencēm, mēs esam izmantojuši MOSFET vārtu draivera IC, lai pareizi vadītu MOSFET. Visas nepieciešamās shēmas ievieto, kā ieteikts IR2110 IC datu lapā. Pareizai darbībai šim IC ir nepieciešams apgriezts ieejas signāla signāls, tāpēc mēs izmantojām augstfrekvences tranzistoru BF200, lai ģenerētu ieejas signāla apgriezto kvadrātveida vilni.

MOSFET izvades posms:

Kā redzat no iepriekš minētā attēla, mums ir MOSFET izejas pakāpe, kas ir arī galvenais izejas draiveris, jo mums ir darīšana ar augstfrekvences un induktoriem, vienmēr ir iesaistīti pārejas gadījumi, tāpēc mēs izmantojām dažus UF4007 kā flyback diodes, kas novērš MOSFET sabojāšanos.

LC zemas caurlaidības filtrs:

MOSFET vadītāja posma izeja ir augstas frekvences kvadrātveida vilnis, šis signāls ir absolūti nepiemērots tādu slodžu vadīšanai kā skaļrunis. Lai to novērstu, mēs izmantojām 26uH ​​induktoru ar 1uF nepolarizētu kondensatoru, lai izveidotu zemas caurlaidības filtru, kas apzīmēts kā C11. Tā darbojas vienkāršā ķēde.

D klases pastiprinātāja ķēdes pārbaude

Kā redzat no iepriekš minētā attēla, ķēdes darbināšanai esmu izmantojis 12 V strāvas adapteri. Tā kā es izmantoju pieejamu ķīniešu valodu, tas izstaro nedaudz vairāk nekā 12 V, precīzāk sakot, tas ir 13,5 V, kas ir lieliski piemērots mūsu borta LM7812 sprieguma regulatoram. Kā slodzi es izmantoju 4 omu, 5 vatu skaļruni. Audio ievadei es izmantoju savu klēpjdatoru ar garu 3,5 mm audio ligzdu.

Kad ķēde ir ieslēgta, nav manāmas skaņas, kā jūs varētu saņemt no cita veida pastiprinātājiem, taču, kā redzat videoklipā, šī shēma nav ideāla, un tai ir sagriešanas problēma augstākos ieejas līmeņos, tāpēc tas ķēdē ir daudz iespēju uzlabot. Tā kā es braucu ar vidēji zemām slodzēm, MOSFET vispār nekarst, un tādējādi šiem testiem tam nav nepieciešama siltuma izlietne.

Turpmākie uzlabojumi

Šī D klases jaudas pastiprinātāja shēma ir vienkāršs prototips, un tajā ir daudz iespēju uzlabot. Mana galvenā šīs ķēdes problēma bija paraugu ņemšanas tehnika, kas jāuzlabo. Lai samazinātu pastiprinātāja cirpšanu, ir jāaprēķina pareizas induktivitātes un kapacitātes vērtības, lai iegūtu perfektu zemas caurlaidības filtra pakāpi. Kā vienmēr, labāku veiktspēju shēmu var izveidot uz PCB. Var pievienot aizsardzības ķēdi, kas pasargās ķēdi no pārkaršanas vai īssavienojuma apstākļiem.

Es ceru, ka jums patika šis raksts un uzzinājāt no tā kaut ko jaunu. Ja jums ir kādas šaubas, varat jautāt zemāk esošajos komentāros vai arī izmantot mūsu forumus detalizētai diskusijai.