- Bazele amplificatorului de clasă D.
- Componente necesare pentru a construi un circuit amplificator audio clasa D
- Amplificator audio clasa D - Diagramă schematică
- Construirea circuitului pe PerfBoard
- Funcționarea amplificatorului audio Class-D
- Testarea circuitului amplificatorului Clasa-D
- Îmbunătățiri suplimentare
Conținutul audio a parcurs un drum lung în ultimele decenii, de la un amplificator clasic cu tuburi până la playere media moderne, progresele tehnologice au schimbat modul în care sunt consumate suporturile digitale. Printre toate aceste inovații, playere media portabile au devenit una dintre primele alegeri în rândul consumatorilor, datorită calității lor vibrante a sunetului și a duratei de viață a bateriei. Deci, cum funcționează și cum sună atât de bine. Ca un entuziast electronic, îmi vine întotdeauna în minte această întrebare. În ciuda progreselor în tehnologia difuzoarelor, îmbunătățirile metodologiei amplificatorului au jucat un rol important și răspunsul evident la această întrebare este un amplificator de clasă D.Deci, în acest proiect, vom profita de ocazie pentru a discuta despre un amplificator de clasă D și pentru a cunoaște avantajele și dezavantajele acestuia. În cele din urmă, vom construi un prototip hardware al amplificatorului și vom testa performanța acestuia. Sună interesant, nu-i așa! Deci, să intrăm direct în el.
Dacă sunteți interesat de circuitele amplificatorului audio, puteți consulta articolele noastre despre subiectul în care am construit circuite utilizând op-amperi, MOSFET-uri și IC, cum ar fi TDA2030, TDA2040 și TDA2050.
Bazele amplificatorului de clasă D.
Ce este un amplificator audio de clasa D? Cel mai simplu răspuns va fi, este un amplificator de comutare. Dar, pentru a înțelege funcționarea acestuia, trebuie să aflăm cum funcționează și cum este produs semnalul de comutare, pentru aceasta, puteți urmări schema bloc prezentată mai jos.
Deci, de ce un amplificator de comutare? Răspunsul evident la această întrebare este Eficiența. Comparativ cu amplificatoarele Clasa A, Clasa B și Clasa AB, amplificatorul audio Clasa D poate atinge o eficiență de până la 90-95%. În cazul în care eficiența maximă a unui amplificator de clasă AB este de 60-65%, deoarece funcționează pe regiunea activă și prezintă pierderi reduse de putere, dacă înmulțiți tensiunea colector-emițător cu curentul, puteți afla acest lucru. Pentru a afla mai multe despre acest subiect, consultați articolul nostru despre clasele de amplificatoare de putere în care am discutat toți factorii de pierdere asociați.
Acum, înapoi la diagrama simplificată a blocului amplificatorului audio clasa D., după cum puteți vedea la terminalul care nu inversează, avem intrarea noastră audio, iar la terminalul inversor, avem semnalul nostru triunghiular de înaltă frecvență. În acest moment, când tensiunea semnalului audio de intrare este mai mare decât tensiunea undei triunghiulare, ieșirea comparatorului crește, iar când semnalul este scăzut, ieșirea este scăzută. Cu această configurare, tocmai am modulat semnalul audio de intrare cu un semnal purtător de înaltă frecvență, care apoi se conectează la un IC MOSFET de unitate de poartă și, după cum sugerează și numele, driverul este utilizat pentru a conduce poarta a două MOSFET-uri atât pentru cele mari lateral și lateral jos o dată. La ieșire, obținem o undă pătrată puternică de înaltă frecvență la ieșire, pe care o trecem printr-o etapă de filtrare a trecerii joase pentru a obține semnalul nostru audio final.
Componente necesare pentru a construi un circuit amplificator audio clasa D
Acum, ne - am înțeles elementele de bază ale unui amplificator audio de clasă D și putem muta pentru a găsi componentele pentru a construi un DIY clasa D amplificatoare r. Deoarece acesta este un proiect simplu de testare, cerința privind componentele este foarte generică și le puteți găsi pe cele mai multe dintr-un magazin local de hobby-uri. O listă a componentelor cu o imagine este prezentată mai jos.
Lista de piese pentru a construi un amplificator de putere de clasa D:
- IR2110 IC - 1
- Lm358 OP-Amp - 1
- NE555 Timer IC - 1
- LM7812 IC - 1
- LM7805 IC - 1
- Condensator 102 pF - 1
- 103 pF Condensator - 1
- 104 pF Condensator - 2
- Condensator 105 pF - 1
- Condensator 224 pF - 1
- Condensator 22uF - 1
- Condensator 470uF - 1
- Condensator 220uF - 1
- Condensator 100uF - 2
- Rezistor 2.2K - 1
- Rezistor de 10 K - 2
- Rezistor 10R - 2
- Jack audio de 3,5 mm - 1
- Borna cu șurub de 5,08 mm - 2
- UF4007 Diodă - 3
- MOSFET-uri IRF640 - 2
- POT Trim 10K - 1
- Inductor 26uH - 1
- Mufă pentru căști de 3,5 mm - 1
Amplificator audio clasa D - Diagramă schematică
Diagrama schematică pentru circuitul nostru amplificator de clasă D este prezentată mai jos:
Construirea circuitului pe PerfBoard
După cum puteți vedea din imaginea principală, am realizat circuitul pe o bucată de perfboard. Deoarece, mai întâi circuitul este foarte simplu și, în al doilea rând, dacă ceva nu merge bine, îl putem modifica rapid și ușor. Majoritatea conexiunilor le-am făcut cu ajutorul sârmei de cupru, dar în unele etape finale, a trebuit să folosim câteva fire de conectare pentru a finaliza construcția. Circuitul perfboard completat este prezentat mai jos.
Funcționarea amplificatorului audio Class-D
În această secțiune, vom parcurge fiecare bloc major al circuitului și vom explica fiecare bloc. Acest amplificator audio clasa-D bazat pe amplificator Op este format din componente foarte generice pe care le puteți găsi în magazinul dvs. local de hobby-uri.
Regulatoarele de tensiune de intrare:
Începem prin reglarea tensiunii de intrare cu un regulator de tensiune LM7805, 5V și un LM7812, un regulator de tensiune de 12 volți. Acest lucru este important, deoarece vom alimenta circuitul cu un adaptor DC de 13,5V și vom alimenta NE555 și IR2110 IC, este necesară o sursă de alimentare de 5V și 12V.
Generator de unde triunghiulare cu 555 Astable Multivibrator:
După cum puteți vedea din imaginea de mai sus, am folosit un temporizator 555 cu un rezistor de 2,2 K pentru a genera un semnal triunghiular de 260 KHz, dacă doriți să aflați mai multe despre Multivibrator Astable, puteți consulta postarea noastră anterioară pe 555 Timer Based Astable Multivibrator Circuit, unde am descris toate calculele necesare.
Circuitul de modulare:
După cum puteți vedea din imaginea de mai sus, am folosit un simplu LM358 Op-Amp pentru a modula semnalul audio de intrare. Apropo de semnalele audio primite, am folosit două rezistențe de intrare de 10K pentru a obține semnalul audio și, deoarece folosim o singură sursă, am atașat un potențiometru pentru a compensa semnalul zero prezent în semnalul audio de intrare. Ieșirea acestui comparator va fi mare atunci când valoarea semnalului audio de intrare este mai mare decât unda triunghiulară de intrare, iar la ieșire vom obține o undă pătrată modulată, pe care o alimentăm apoi către un driver de poartă MOSFET IC.
IC-ul driverului de poartă MOSFET IR2110:
Deoarece lucrăm cu niște frecvențe moderate, am folosit un driver de poartă MOSFET IC pentru a conduce corect MOSFET-ul. Toate circuitele necesare sunt plasate conform recomandărilor din foaia tehnică a IR2110 IC. Pentru o funcționare corectă, acest CI necesită un semnal inversat al semnalului de intrare, motiv pentru care am folosit un BF200, un tranzistor de înaltă frecvență pentru a genera unda pătrată inversată a semnalului de intrare.
Etapa de ieșire MOSFET:
După cum puteți vedea din imaginea de mai sus, avem etapa de ieșire MOSFET, care este, de asemenea, principalul driver de ieșire, deoarece avem de-a face cu frecvență înaltă și inductori, sunt întotdeauna tranzitori implicați, motiv pentru care am folosit unele UF4007 ca flyback diode care împiedică deteriorarea MOSFET-urilor.
Filtrul LC Low-Pass:
Ieșirea din etapa driverului MOSFET este o undă pătrată de înaltă frecvență, acest semnal este absolut inadecvat pentru a conduce sarcini precum un difuzor. Pentru a preveni acest lucru, am folosit un inductor de 26uH cu un condensator nepolarizat de 1uF pentru a realiza un filtru de trecere jos care este notat ca C11. Așa funcționează circuitul simplu.
Testarea circuitului amplificatorului Clasa-D
După cum puteți vedea din imaginea de mai sus, am folosit un adaptor de alimentare de 12V pentru a alimenta circuitul. Întrucât folosesc unul chinezesc la prețuri accesibile, eliberează puțin mai mult decât 12V, este exact 13,5V, ceea ce este perfect pentru regulatorul nostru de tensiune LM7812 de la bord. Ca încărcare, folosesc un difuzor de 4 ohmi și 5 wați. Pentru intrarea audio, folosesc laptopul cu o mufă audio lungă de 3,5 mm.
Când circuitul este pornit, nu există un sunet de zumzet notabil, așa cum ați putea obține de la alte tipuri de amplificatoare, dar, după cum puteți vedea în videoclip, acest circuit nu este perfect și are o problemă de decupare la niveluri de intrare mai mari, deci circuitul are mult loc pentru îmbunătățiri. În timp ce conduceam sarcini moderat reduse, MOSFET-urile nu s-au încălzit deloc și, astfel, pentru aceste teste, nu necesită niciun radiator.
Îmbunătățiri suplimentare
Acest circuit de amplificare a puterii de clasa D este un prototip simplu și are mult spațiu pentru îmbunătățiri, principala mea problemă cu acest circuit a fost tehnica de eșantionare, care trebuie îmbunătățită. Pentru a reduce decuparea amplificatorului, valorile adecvate ale inductanței și capacității trebuie calculate pentru a obține o etapă perfectă a filtrului low pass. Ca întotdeauna, circuitul poate fi realizat pe un PCB pentru performanțe mai bune. Se poate adăuga un circuit de protecție care va proteja circuitul de supraîncălzire sau condiții de scurtcircuit.
Sper că ți-a plăcut acest articol și ai învățat ceva nou din el. Dacă aveți vreo îndoială, puteți întreba în comentariile de mai jos sau puteți folosi forumurile noastre pentru discuții detaliate.