Kuinka rakentaa korkea hyötysuhde-luokka

Äänisisältö on kulkenut pitkän matkan viime vuosikymmenien aikana, klassisesta putkivahvistimesta nykypäivän mediasoittimiin, teknologinen kehitys on muuttanut tapaa, jolla digitaalista mediaa kulutetaan. Kaikkien näiden innovaatioiden joukossa kannettavista mediasoittimista on tullut yksi ensimmäisistä vaihtoehdoista kuluttajien keskuudessa vilkkaan äänenlaadun ja pitkän akun käyttöiän vuoksi. Joten miten se toimii ja miten se kuulostaa hyvältä. Sähköisenä harrastajana tämä kysymys tulee aina mieleeni. Huolimatta kaiutintekniikan kehityksestä, vahvistinmetodologian parannuksilla oli suuri rooli ja ilmeinen vastaus tähän kysymykseen on luokan D vahvistin.Joten tässä projektissa käytämme tilaisuutta keskustellaksemme luokan D vahvistimesta ja tiedämme sen edut ja haitat. Lopuksi rakennamme vahvistimen laitteistoprototyypin ja testaamme sen suorituskykyä. Kuulostaa mielenkiintoiselta! Joten päästään suoraan siihen.

Jos olet kiinnostunut äänenvahvistinpiireistä, voit tutustua artikkeleihimme aiheesta, jossa olemme rakentaneet piirejä op-vahvistimilla, MOSFETeillä ja IC: llä, kuten TDA2030, TDA2040 ja TDA2050.

D-luokan vahvistimen perusteet

Mikä on D-luokan äänivahvistin? Yksinkertaisin vastaus on, se on kytkentävahvistin. Mutta sen toiminnan ymmärtämiseksi meidän on opittava, kuinka se toimii ja miten kytkentäsignaali tuotetaan, voit seurata alla olevaa lohkokaaviota.

Joten miksi kytkentävahvistin? Ilmeinen vastaus tähän kysymykseen on tehokkuus. Luokan A, luokan B ja luokan AB vahvistimiin verrattuna luokan D audiovahvistimen hyötysuhde voi olla jopa 90-95%. Jos luokan AB vahvistimen suurin hyötysuhde on 60-65%, koska ne työskentelevät aktiivisella alueella ja niillä on pieni tehohäviö, jos kerrot kollektori-emitterijännitteen virralla, voit selvittää sen. Jos haluat lisätietoja aiheesta, tutustu artikkeliimme tehovahvistimien luokista, joissa keskustelimme kaikista niihin liittyvistä menetystekijöistä.

Palaa nyt yksinkertaistettuun lohkokaavioon luokan D äänivahvistimesta, kuten näet ei-invertoivassa liittimessä, meillä on äänitulomme ja käänteisessä liittimessä korkeataajuinen kolmion muotoinen signaali. Tässä vaiheessa, kun sisääntulevan audiosignaalin jännite on suurempi kuin kolmion aallon jännite, komparaattorin lähtö menee korkealle ja kun signaali on matala, lähtö on matala. Tällä asetuksella me vain moduloimme sisääntulosignaalin korkean taajuuden kantoaaltosignaalilla, joka sitten yhdistetään MOSFET-portti-aseman IC: hen, ja kuten nimestä käy ilmi, ohjainta käytetään kahden MOSFET-portin ohjaamiseen molemmille korkealle sivu ja matala sivu kerran. Lähdössä saamme lähtöön voimakkaan korkean taajuuden neliöaallon, jonka ohitamme alipäästösuodatinvaiheen saadaksemme lopullisen äänisignaalin.

Komponentit, joita tarvitaan luokan D äänivahvistinpiirin rakentamiseen

Nyt olemme ymmärtäneet D-luokan äänivahvistimen perustiedot ja voimme etsiä komponentteja DIY-luokan D-vahvistimen rakentamiseksi. Koska tämä on yksinkertainen testiprojekti, komponenttivaatimus on hyvin yleinen ja löydät suurimman osan niistä paikallisesta harrastekaupasta. Alla on luettelo komponenteista, joissa on kuva.

Osaluettelo luokan D tehovahvistimen rakentamiseksi:

1. IR2110 IC - 1
2. Lm358 OP-vahvistin - 1
3. NE555-ajastinpiiri - 1
4. LM7812 IC - 1
5. LM7805 IC - 1
6. 102 pF-kondensaattori - 1
7. 103 pF-kondensaattori - 1
8. 104 pF-kondensaattori - 2
9. 105 pF kondensaattori - 1
10. 224 pF kondensaattori - 1
11. 22uF-kondensaattori - 1
12. 470uF-kondensaattori - 1
13. 220uF-kondensaattori - 1
14. 100uF kondensaattori - 2
15. 2.2K vastus - 1
16. 10 K vastus - 2
17. 10R-vastus - 2
18. 3,5 mm: n ääniliitäntä - 1
19. 5,08 mm ruuviliitin - 2
20. UF4007-diodi - 3
21. IRF640 MOSFETit - 2
22. 10K Trim POT - 1
23. 26uH kela - 1
24. 3,5 mm kuulokeliitäntä - 1

Luokan D äänenvahvistin - kaaviokuva

Kaaviokuva D-luokan vahvistinpiiristämme on esitetty alla:

Piirin rakentaminen PerfBoardille

Kuten pääkuvasta näet, olemme tehneet piirin perfboard-palalle. Koska ensin piiri on hyvin yksinkertainen, ja toiseksi, jos jokin menee pieleen, voimme muokata sitä nopeasti ja helposti. Teimme suurimman osan liitännöistä kuparilangan avulla, mutta joissakin loppuvaiheissa jouduimme käyttämään joitain kytkentäjohtoja rakentamisen loppuunsaattamiseksi. Valmistunut perfboard-piiri on esitetty alla.

D-luokan äänivahvistimen toiminta

Tässä osassa käydään läpi piirin kaikki suuret lohkot ja selitetään kaikki lohkot. Tämä Op-amp-pohjainen D - luokan äänivahvistin koostuu hyvin yleisistä komponenteista, jotka löydät ne paikallisesta harrastekaupastasi.

Tulojännitteen säätimet:

Aloitamme säätämällä tulojännitettä LM7805: n, 5 V: n jännitesäätimellä ja LM7812: lla, 12 voltin jännitesäätimellä. Tämä on tärkeää, koska aiomme virtapiirin virtalähteeksi 13,5 V DC-sovittimen, ja NE555- ja IR2110-IC-virtalähteisiin tarvitaan 5 V: n ja 12 V: n virtalähde.

Kolmikulmainen aaltogeneraattori ja 555 Astable Multivibrator:

Kuten yllä olevasta kuvasta näet, olemme käyttäneet 555 ajastinta, jossa on 2,2 K vastus, 260KHz: n kolmion signaalin luomiseen, jos haluat tietää enemmän Astable Multivibratorista, voit tutustua edelliseen viestiimme 555 Timer Based Astable Multivibrator -sovelluksesta Piiri, jossa olemme kuvanneet kaikki tarvittavat laskelmat.

Modulaatiopiiri:

Kuten yllä olevasta kuvasta näet, olemme käyttäneet yksinkertaista LM358 Op-Amp: ta moduloimaan tulosignaalia. Puhuttaessa tulevista äänisignaaleista, olemme käyttäneet kahta 10K-tulovastusta äänisignaalin saamiseksi ja koska käytämme yhtä syöttöä, olemme liittäneet potentiometrin kompensoimaan sisääntulossa olevan äänen nollasignaalin. Tämän vertailijan lähtö on korkea, kun sisääntulevan audiosignaalin arvo on suurempi kuin sisääntuleva kolmion aalto, ja lähdössä saamme moduloidun neliöaallon, jonka syötämme sitten MOSFET-porttiohjaimen IC: lle.

IR2110 MOSFET Gate -ohjaimen IC:

Koska työskentelemme joidenkin kohtalaisen korkeiden taajuuksien kanssa, olemme käyttäneet MOSFET-porttiohjaimen IC: tä ajaa MOSFET oikein. Kaikki tarvittavat piirit sijoitetaan IR2110 IC -taulukon suositusten mukaisesti. Oikealle toiminnalle tämä IC vaatii tulosignaalin käänteisen signaalin, minkä vuoksi olemme käyttäneet BF200: ta, suurtaajuista transistoria, tuottamaan tulosignaalin käänteinen neliöaalto.

MOSFET-lähtövaihe:

Kuten yllä olevasta kuvasta näet, meillä on MOSFET-lähtövaihe, joka on myös tärkein lähtöohjain, koska kyseessä on korkeataajuinen ja induktorit, transientteja on aina mukana, minkä vuoksi olemme käyttäneet joitain UF4007-lentoja diodit, jotka estävät MOSFET-laitteiden vaurioitumisen.

LC-alipäästösuodatin:

MOSFET-ajurilähdön lähtö on korkeataajuinen neliöaalto, tämä signaali on ehdottomasti sopimaton kuormien kuljettamiseen kuten kaiutin. Sen estämiseksi olemme käyttäneet 26uH-induktoria 1uF: n polarisoimattomalla kondensaattorilla alipäästösuodattimen valmistamiseksi, jota merkitään nimellä C11. Näin yksinkertainen piiri toimii.

D-luokan vahvistinpiirin testaus

Kuten yllä olevasta kuvasta näet, olen käyttänyt 12 V: n virtasovitinta piirin virtalähteeseen. Koska käytän edullista kiinalaista, se antaa hieman enemmän kuin 12 V, tarkalleen 13,5 V, mikä sopii täydellisesti laivamme LM7812-jännitesäätimeen. Kuormituksena käytän 4 ohmin 5 watin kaiutinta. Äänituloksi käytän kannettavaa tietokonetta, jossa on pitkä 3,5 mm: n ääniliitin.

Kun piiri on kytketty päälle, ei ole havaittavaa huminaa, kuten saatat saada muuntyyppisistä vahvistimista, mutta kuten videosta näet, tämä piiri ei ole täydellinen ja sillä on leikkausongelma korkeammilla tulotasoilla, joten tämä piirillä on paljon parantamisen varaa. Kun ajoin kohtalaisen pienillä kuormilla, MOSFET-laitteet eivät kuumeneet ollenkaan, joten näissä testeissä se ei vaadi jäähdytyselementtiä.

Lisäparannuksia

Tämä luokan D tehovahvistinpiiri on yksinkertainen prototyyppi ja siinä on paljon parantamisen varaa. Suurin ongelmani tässä piirissä oli näytteenottotekniikka, jota on parannettava. Vahvistimen leikkauksen vähentämiseksi on laskettava oikeat induktanssi- ja kapasitanssiarvot, jotta saadaan täydellinen alipäästösuodatinvaihe. Kuten aina, piiri voidaan tehdä piirilevylle suorituskyvyn parantamiseksi. Voidaan lisätä suojapiiri, joka suojaa piiriä ylikuumenemiselta tai oikosulkuolosuhteilta.

Toivottavasti pidit tästä artikkelista ja opit siitä jotain uutta. Jos sinulla on epäilyksiä, voit kysyä alla olevista kommenteista tai käyttää foorumeitamme yksityiskohtaiseen keskusteluun.