Kaip sukurti aukštą efektyvumo klasę

Garso turinys per pastaruosius dešimtmečius nuėjo ilgą kelią, pradedant klasikiniu tūbų stiprintuvu ir baigiant šių dienų medijos leistuvais, technologinė pažanga pakeitė skaitmeninės laikmenos vartojimo būdą. Tarp visų šių naujovių nešiojamieji daugialypės terpės grotuvai tapo vienu iš pirmųjų vartotojų pasirinkimų dėl ryškios garso kokybės ir ilgo baterijos veikimo laiko. Taigi, kaip tai veikia ir kaip gerai skamba. Kaip elektronikos entuziastui, šis klausimas man visada kyla. Nepaisant pažangos garsiakalbių srityje, stiprintuvo metodikos tobulinimas vaidino didelį vaidmenį ir akivaizdus atsakymas į šį klausimą yra D klasės stiprintuvas.Taigi šiame projekte mes pasinaudosime proga aptarti D klasės stiprintuvą ir sužinoti jo privalumus bei trūkumus. Galiausiai sukursime aparatinės įrangos stiprintuvo prototipą ir išbandysime jo veikimą. Skamba įdomiai teisingai! Taigi leiskimės tiesiai į tai.

Jei jus domina garso stiprintuvo grandinės, galite peržiūrėti mūsų straipsnius ta tema, kur mes sukūrėme grandines, naudojančias op amperus, MOSFET ir IC, tokias kaip TDA2030, TDA2040 ir TDA2050.

D klasės stiprintuvo pagrindai

Kas yra D klasės garso stiprintuvas? Paprasčiausias atsakymas bus: perjungimo stiprintuvas. Tačiau norėdami suprasti jo veikimą, turime sužinoti, kaip jis veikia ir kaip gaunamas perjungimo signalas, tam galite sekti toliau pateiktą blokinę schemą.

Taigi kodėl perjungimo stiprintuvas? Akivaizdus atsakymas į šį klausimą yra efektyvumas. Palyginti su A, B ir AB klasės stiprintuvais, D klasės garso stiprintuvo efektyvumas gali siekti iki 90-95%. Kai maksimalus AB klasės stiprintuvo efektyvumas yra 60–65%, nes jie dirba aktyviame regione ir turi mažą galios nuostolį, jei padauginsite kolektoriaus-spinduolio įtampą su srove, galite tai sužinoti. Norėdami sužinoti daugiau apie temą, perskaitykite mūsų straipsnį apie galios stiprintuvų klases, kur aptarėme visus susijusius nuostolių faktorius.

Dabar grįžkime prie mūsų supaprastintos D klasės garso stiprintuvo blokinės schemos, kaip matote ne invertuojančiame terminale, turime savo garso įvestį, o invertuojančiame - aukšto dažnio trikampį signalą. Šiuo metu, kai įvesties garso signalo įtampa yra didesnė už trikampės bangos įtampą, lyginamojo įrenginio išvestis tampa aukšta, o kai signalas yra mažas, išėjimas yra mažas. Atlikę šią sąranką, mes tiesiog moduliavome įvesties garso signalą aukšto dažnio nešlio signalu, kuris tada prisijungia prie MOSFET vartų pavaros IC, ir, kaip rodo pavadinimas, tvarkyklė naudojama dviejų MOSFET vartams tiek aukštajam, tiek aukštajam. pusė ir žemoji pusė vieną kartą. Išvestyje gauname galingą aukšto dažnio kvadratinę bangą išėjime, kurią mes praleidžiame per žemo dažnio filtro stadiją, kad gautume galutinį garso signalą.

Komponentai, reikalingi D klasės garso stiprintuvo grandinei sukurti

Dabar mes supratome D klasės garso stiprintuvo pagrindus ir galime ieškoti komponentų, kad sukurtumėte „ pasidaryk pats“ D klasės stiprintuvą r. Kadangi tai yra paprastas bandomasis projektas, komponentų reikalavimas yra labai bendras ir daugumą jų galite rasti vietinėje pomėgių parduotuvėje. Žemiau pateikiamas komponentų sąrašas su paveikslėliu.

Dalių sąrašas, skirtas D klasės galios stiprintuvui sukurti:

1. IR2110 IC - 1
2. Lm358 OP-Amp - 1
3. NE555 laikmačio IC - 1
4. LM7812 IC - 1
5. LM7805 IC - 1
6. 102 pF kondensatorius - 1
7. 103 pF kondensatorius - 1
8. 104 pF kondensatorius - 2
9. 105 pF kondensatorius - 1
10. 224 pF kondensatorius - 1
11. 22uF kondensatorius - 1
12. 470uF kondensatorius - 1
13. 220uF kondensatorius - 1
14. 100uF kondensatorius - 2
15. 2.2K rezistorius - 1
16. 10 K rezistorius - 2
17. 10R rezistorius - 2
18. 3,5 mm garso lizdas - 1
19. 5,08 mm varžto gnybtas - 2
20. UF4007 diodas - 3
21. IRF640 MOSFET - 2
22. 10K apdailos POT - 1
23. 26uH induktorius - 1
24. 3,5 mm ausinių lizdas - 1

D klasės garso stiprintuvas- scheminė schema

Žemiau parodyta mūsų D klasės stiprintuvo schemos schema:

Grandinės sukūrimas ant „PerfBoard“

Kaip matote iš pagrindinio vaizdo, mes padarėme grandinę ant perfboardo gabalo. Nes, pirma, grandinė yra labai paprasta, o antra, jei kažkas negerai, galime greitai ir lengvai ją modifikuoti. Daugumą jungčių atlikome varinės vielos pagalba, tačiau kai kuriuose paskutiniuose etapuose statybai užbaigti teko naudoti kai kuriuos sujungimo laidus. Užbaigta perfboard grandinė parodyta žemiau.

D klasės garso stiprintuvo darbas

Šiame skyriuje mes apžvelgsime kiekvieną pagrindinį grandinės bloką ir paaiškinsime kiekvieną bloką. Šį „Op-amp“ pagrindu veikiantį D klasės garso stiprintuvą sudaro labai bendri komponentai, kuriuos galite rasti savo vietos pomėgių parduotuvėje.

Įvesties įtampos reguliatoriai:

Mes pradedame nuo įėjimo įtampos reguliavimo LM7805, 5 V įtampos reguliatoriumi ir LM7812, 12 voltų įtampos reguliatoriumi. Tai svarbu, nes mes ketiname maitinti grandinę 13,5 V nuolatinės srovės adapteriu, o maitinti NE555 ir IR2110 IC reikia 5 ir 12 V maitinimo šaltinio.

Trikampis bangų generatorius su 555 stabiliu multivibratoriumi:

Kaip matote iš aukščiau esančio paveikslėlio, 260KHz trikampio signalo generavimui naudojome 555 laikmatį su 2,2K rezistoriumi. Jei norite sužinoti daugiau apie „Astable Multivibrator“, galite peržiūrėti mūsų ankstesnį įrašą apie „555 Timer Based Astable Multivibrator“ Grandinė, kurioje aprašėme visus reikalingus skaičiavimus.

Moduliavimo grandinė:

Kaip matote iš aukščiau esančio paveikslėlio, įvesties garso signalui moduliuoti naudojome paprastą „LM358 Op-Amp“. Kalbėdami apie gaunamus garso signalus, mes naudojome du 10K įvesties varžus, kad gautume garso signalą, o kadangi mes naudojame vieną tiekimą, mes prijungėme potenciometrą, kad kompensuotume nulio signalą, esantį įvesties garse. Šio lygintuvo išvestis bus didelė, kai įvesties garso signalo vertė bus didesnė už įvesties trikampę bangą, o išvestyje gausime moduliuojamą kvadratinę bangą, kurią mes tada perduosime į MOSFET vartų tvarkyklės IC.

IR2110 „MOSFET Gate“ tvarkyklės IC:

Kadangi mes dirbame su vidutiniškai aukštais dažniais, mes tinkamai panaudojome MOSFET vartų tvarkyklę IC. Visos reikalingos schemos dedamos taip, kaip rekomenduojama IR2110 IC duomenų lape. Norint tinkamai veikti, šiam IC reikia invertuoto įvesties signalo signalo, todėl mes panaudojome aukšto dažnio tranzistorių BF200, kad generuotume apverstą įvesties signalo kvadratinę bangą.

MOSFET išvesties etapas:

Kaip matote iš aukščiau esančio paveikslėlio, mes turime MOSFET išvesties pakopą, kuri taip pat yra pagrindinė išvesties tvarkyklė, nes mes dirbame su aukšto dažnio ir induktyvumo dalimis, visada yra susiję su pereinamaisiais laikotarpiais, todėl mes naudojome kai kuriuos UF4007 kaip grįžtamąjį ryšį diodai, neleidžiantys sugadinti MOSFET.

LC žemo dažnio filtras:

„MOSFET“ vairuotojo pakopos išvestis yra aukšto dažnio kvadratinė banga, šis signalas yra visiškai netinkamas važiuojant apkrovomis, pavyzdžiui, garsiakalbiu. Norėdami to išvengti, naudojome 26uH ​​induktorių su 1uF nepolarizuotu kondensatoriumi, kad padarytume žemo dažnio filtrą, kuris žymimas kaip C11. Taip veikia paprasta grandinė.

D klasės stiprintuvo grandinės testavimas

Kaip matote iš aukščiau esančio paveikslėlio, grandinei maitinti naudojau 12 V maitinimo adapterį. Kadangi naudoju kinišką kiną, jis duoda šiek tiek daugiau nei 12 V, tiksliau, 13,5 V, o tai puikiai tinka mūsų laive esančiam įtampos reguliatoriui LM7812. Kaip apkrovą naudoju 4 omų, 5 vatų garsiakalbį. Garso įvestiui naudoju nešiojamąjį kompiuterį su ilgu 3,5 mm garso lizdu.

Kai grandinė įjungta, nėra pastebimo dundančio garso, kurį galite gauti iš kitų tipų stiprintuvų, tačiau, kaip matote vaizdo įraše, ši grandinė nėra tobula ir iškirpimo problema kyla aukštesniais įėjimo lygiais, taigi grandinė turi daug galimybių tobulėti. Kadangi važiavau vidutiniškai mažomis apkrovomis, MOSFET visiškai neįkaista, todėl atliekant šiuos bandymus nereikia jokių šilumos šalintuvų.

Kiti patobulinimai

Ši D klasės galios stiprintuvo grandinė yra paprastas prototipas ir turi daug galimybių tobulinti. Mano pagrindinė šios grandinės problema buvo atrankos technika, kurią reikia patobulinti. Norint sumažinti stiprintuvo kirpimą, reikia apskaičiuoti tinkamą induktyvumo ir talpos vertes, kad būtų pasiektas tobulas žemo dažnio filtro etapas. Kaip visada, grandinė gali būti padaryta PCB, kad būtų geresnis našumas. Galima pridėti apsaugos grandinę, kuri apsaugos grandinę nuo perkaitimo ar trumpojo jungimo sąlygų.

Tikiuosi, kad šis straipsnis jums patiko ir iš jo sužinojote kažką naujo. Jei turite kokių nors abejonių, galite paklausti žemiau pateiktų komentarų arba pasinaudoti mūsų forumais išsamiai diskusijai.