Kako izraditi klasu visoke učinkovitosti

Audio sadržaj je proteklih desetljeća daleko napredovao, od klasičnog pojačivača do modernih medijskih playera, tehnološki je napredak promijenio način na koji se digitalni mediji troše. Među svim tim inovacijama, prijenosni media playeri postali su jedan od prvih izbora među potrošačima, zbog svoje živopisne kvalitete zvuka i dugog trajanja baterije. Pa kako to funkcionira i kako zvuči tako dobro. Kao ljubitelju elektronike, ovo mi pitanje uvijek padne na pamet. Unatoč napretku u tehnologiji zvučnika, poboljšanja u metodologiji pojačala igrala su veliku ulogu i očiti odgovor na ovo pitanje je pojačalo klase D.Dakle, u ovom ćemo projektu iskoristiti priliku da razgovaramo o pojačalu klase D i znati njegove prednosti i nedostatke. Konačno, izradit ćemo hardverski prototip pojačala i testirati njegove performanse. Zvuči zanimljivo, zar ne! Pa krenimo odmah u to.

Ako ste zainteresirani za krugove audio pojačala, možete pogledati naše članke na temu gdje smo izgradili sklopove koristeći op-pojačala, MOSFET-ove i IC poput TDA2030, TDA2040 i TDA2050.

Osnove pojačala klase D

Što je pojačalo klase D? Najjednostavniji odgovor bit će, to je komutacijsko pojačalo. No, da bismo razumjeli njegov rad, moramo naučiti kako on funkcionira i kako se proizvodi komutacijski signal, za to možete slijediti donji blok dijagram.

Pa zašto komutacijsko pojačalo? Očiti odgovor na ovo pitanje je učinkovitost. U usporedbi s pojačalima klase A, klase B i klase, audio pojačalo klase D može postići učinkovitost do 90-95%. Tamo gdje je maksimalna učinkovitost pojačala klase AB 60-65%, jer rade na aktivnom području i pokazuju male gubitke snage, ako pomnožite napon kolektor-emiter sa strujom, to možete saznati. Da biste saznali više o toj temi, pogledajte naš članak o razredima pojačala snage u kojem smo razgovarali o svim povezanim faktorima gubitka.

Vratimo se našem pojednostavljenom blok dijagramu audio pojačala klase D, kao što možete vidjeti na neinvertirajućem terminalu, imamo svoj audio ulaz, a na invertirajućem terminalu imamo svoj visokofrekventni trokutasti signal. U ovom trenutku, kada je napon ulaznog audio signala veći od napona trokutastog vala, izlaz komparatora postaje visok, a kada je signal nizak, izlaz je nizak. Ovim smo podešavanjem upravo modulirali ulazni audio signal visokofrekventnim signalom nosača, koji se zatim povezuje s IC-om pogona MOSFET-a, a kao što i samo ime govori, upravljački program koristi se za pogon vrata dva MOSFET-a za oba visoka bočna i niska strana jednom. Na izlazu dobivamo snažni visokofrekventni kvadratni val na izlazu koji prolazimo kroz fazu niskopropusnog filtra da bismo dobili konačni audio signal.

Komponente potrebne za izgradnju kruga pojačala klase D

Sada smo shvatili osnove za Class-D pojačala zvuka i možemo premjestiti pronaći komponente za izgradnju DIY klase D pojačati r. Budući da je ovo jednostavan testni projekt, zahtjev za komponentom vrlo je generički i većinu ih možete pronaći u lokalnoj hobi trgovini. Popis komponenata sa slikom dat je u nastavku.

Popis dijelova za izradu pojačala snage klase D:

1. IR2110 IC - 1
2. Lm358 OP-pojačalo - 1
3. NE555 IC timer - 1
4. LM7812 IC - 1
5. LM7805 IC - 1
6. Kondenzator 102 pF - 1
7. Kondenzator 103 pF - 1
8. Kondenzator 104 pF - 2
9. Kondenzator 105 pF - 1
10. Kondenzator od 224 pF - 1
11. Kondenzator 22uF - 1
12. Kondenzator 470uF - 1
13. Kondenzator 220uF - 1
14. Kondenzator 100uF - 2
15. Otpornik 2,2K - 1
16. Otpornik 10 K - 2
17. Otpornik 10R - 2
18. 3,5-milimetarski audio priključak - 1
19. Vijčana stezaljka 5,08 mm - 2
20. UF4007 Dioda - 3
21. IRF640 MOSFET-ovi - 2
22. 10K trim lonac - 1
23. Induktor od 26uH ​​- 1
24. 3,5 mm priključak za slušalice - 1

Pojačalo klase D - shematski dijagram

Shematski dijagram našeg kruga pojačala klase D prikazan je u nastavku:

Izgradnja kruga na PerfBoardu

Kao što vidite na glavnoj slici, sklop smo napravili na komadu perfboard ploče. Jer, prvo je sklop vrlo jednostavan, a drugo ako nešto pođe po zlu, možemo ga brzo i jednostavno izmijeniti. Većinu veza uspostavili smo uz pomoć bakrene žice, ali u nekim završnim fazama morali smo koristiti neke spojne žice da bismo dovršili izradu. Završen krug perfboard-a prikazan je u nastavku.

Rad audio pojačala klase D

U ovom ćemo odjeljku proći kroz svaki glavni blok kruga i objasniti svaki blok. Ovo pojačalo Class-D zasnovano na op-amp -u sastoji se od vrlo generičkih komponenata koje možete pronaći u vašoj lokalnoj hobi trgovini.

Regulatori ulaznog napona:

Počinjemo s regulacijom ulaznog napona pomoću LM7805, regulatora napona od 5 V i LM7812, regulatora napona od 12 volti. To je važno jer ćemo strujni krug napajati 13,5V istosmjernim adapterom, a za napajanje NE555 i IR2110 IC potrebno je napajanje od 5V i 12V.

Trokutasti generator valova s ​​555 podesivim multivibratorom:

Kao što možete vidjeti iz gornje slike, koristili smo 555 tajmer s otpornikom od 2,2 K za generiranje trokutnog signala od 260 kHz. Ako želite znati više o Astable Multivibrator, možete pogledati naš prethodni post o 555 Timer Astable Multivibrator Krug, gdje smo opisali sve potrebne izračune.

Modulacijski krug:

Kao što vidite iz gornje slike, za modulaciju ulaznog audio signala koristili smo jednostavno optičko pojačalo LM358. Govoreći o dolaznim audio signalima, za dobivanje audio signala koristili smo dva ulazna otpornika od 10K, a kako koristimo jedan izvor napajanja, priključili smo potenciometar za nadoknađivanje nultog signala prisutnog u ulaznom zvuku. Izlaz ovog usporednika bit će velik kada je vrijednost ulaznog audio signala veća od ulaznog trokutastog vala, a na izlazu ćemo dobiti modulirani kvadratni val koji zatim unesemo u IC upravljačkog programa MOSFET vrata.

IC upravljački program IR2110 MOSFET:

Kako radimo s nekim umjereno visokim frekvencijama, za pravilno upravljanje MOSFET-om koristili smo IC upravljačkog programa MOSFET-a. Svi potrebni sklopovi postavljeni su kako je preporučeno u tablici podataka IR2110 IC. Za ispravan rad, ovaj IC zahtijeva obrnuti signal ulaznog signala, zbog čega smo koristili BF200, visokofrekventni tranzistor za generiranje invertiranog kvadratnog vala ulaznog signala.

Izlazna faza MOSFET-a:

Kao što možete vidjeti sa gornje slike, imamo izlazni stupanj MOSFET-a, koji je ujedno i glavni izlazni pokretač, jer imamo posla s visokofrekventnim i prigušnicama, tu su uvijek uključeni prijelazni pojavi, zbog čega smo koristili neki UF4007 kao povratni signal diode koje sprečavaju oštećenje MOSFET-ova.

LC niskopropusni filtar:

Izlaz iz pogonskog stupnja MOSFET-a je visokofrekventni kvadratni val, ovaj je signal apsolutno neprikladan za pogon tereta poput zvučnika. Kako bismo to spriječili, koristili smo induktor od 26uH ​​s nepolariziranim kondenzatorom od 1uF za izradu niskopropusnog filtra koji je označen kao C11. Ovako funkcionira jednostavni krug.

Ispitivanje kruga pojačala klase D

Kao što možete vidjeti sa gornje slike, za napajanje kruga koristio sam adapter od 12 V. Kako koristim pristupačni kineski, on odaje malo više od 12V, točnije 13,5V, što je savršeno za naš ugrađeni regulator napona LM7812. Kao opterećenje koristim zvučnik snage 4 Ohma i 5 W. Za audio ulaz koristim prijenosno računalo s dugačkom 3,5 mm audio utičnicom.

Kad je sklop uključen, nema primjetnog zujanja kao što ga možete čuti od drugih vrsta pojačala, ali kao što vidite na videu, ovaj sklop nije savršen i ima problem s odsijecanjem na višim ulaznim razinama, pa ovo sklop ima puno prostora za poboljšanja. Kako sam vozio umjereno niska opterećenja, MOSFET-ovi se uopće nisu zagrijavali, pa stoga za ova ispitivanja nije potreban hladnjak.

Daljnja poboljšanja

Ovaj krug pojačala snage klase D jednostavan je prototip i ima puno prostora za poboljšanja. Moj glavni problem s ovim krugom bila je tehnika uzorkovanja, koju treba poboljšati. Da bi se smanjilo rezanje pojačala, potrebno je izračunati odgovarajuće vrijednosti induktiviteta i kapacitivnosti da bi se dobio savršeni stupanj niskopropusnog filtra. Kao i uvijek, sklop se može napraviti na PCB-u radi boljih performansi. Može se dodati zaštitni krug koji će zaštititi krug od pregrijavanja ili kratkog spoja.

Nadam se da vam se svidio ovaj članak i da ste iz njega naučili nešto novo. Ako sumnjate, možete pitati u komentarima ispod ili možete koristiti naše forume za detaljnu raspravu.