Како изградити класу високе ефикасности

Аудио садржај је током последњих деценија превалио дугачак пут, од класичног цевног појачала до савремених медијских плејера, технолошки напредак променио је начин на који се дигитални медији троше. Међу свим овим иновацијама, преносни медијски плејери постали су један од првих избора међу потрошачима, због свог живахног квалитета звука и дугог трајања батерије. Па како то функционише и како то звучи тако добро. Као љубитељу електронике, ово питање ми увек падне на памет. Упркос напретку у технологији звучника, побољшања у методологији појачала су одиграла велику улогу и очигледан одговор на ово питање је појачало класе Д.Дакле, у овом пројекту ћемо искористити прилику да разговарамо о појачивачу класе Д и да знамо његове предности и недостатке. Коначно, направићемо хардверски прототип појачала и тестирати његове перформансе. Звучи занимљиво, тачно! Па кренимо одмах у то.

Ако сте заинтересовани за кола појачавача звука, можете погледати наше чланке на тему где смо изградили склопове користећи оп-појачала, МОСФЕТ-ове и ИЦ као што су ТДА2030, ТДА2040 и ТДА2050.

Основи појачала класе Д.

Шта је то појачало класе Д? Најједноставнији одговор биће, то је комутационо појачало. Али да бисмо разумели његово функционисање, морамо да научимо како он функционише и како се производи комутациони сигнал, за то можете следити блок дијаграм дат у наставку.

Па зашто комутационо појачало? Очигледан одговор на ово питање је ефикасност. У поређењу са појачалима класе А, класе Б и класе, појачало класе Д може постићи ефикасност до 90-95%. Тамо где је максимална ефикасност појачала класе АБ 60-65%, јер раде на активном подручју и показују мале губитке снаге, ако помножите напон колектор-емитер са струјом, то можете сазнати. Да бисте сазнали више о тој теми, погледајте наш чланак о класама појачала снаге у коме смо разговарали о свим повезаним факторима губитка.

Сада се вратимо на наш поједностављени блок дијаграм аудио појачала класе Д., као што можете видети на неинвертујућем терминалу, имамо аудио улаз, а на инвертирајућем терминалу имамо високофреквентни троугласти сигнал. У овом тренутку, када је напон улазног аудио сигнала већи од напона троугластог таласа, излаз упоређивача постаје висок, а када је сигнал низак, излаз је низак. Овим подешавањем управо смо модулирали улазни аудио сигнал високофреквентним носећим сигналом, који се затим повезује на ИЦ МОСФЕТ гејт погона, а као што и само име говори, драјвер се користи за погон гејта два МОСФЕТ-а за оба висока бочна и ниска страна једном. На излазу добијамо снажни високофреквентни квадратни талас на излазу који пролазимо кроз фазу нископропусног филтера да бисмо добили наш коначни аудио сигнал.

Компоненте потребне за изградњу кола појачавача класе Д

Сада смо схватили основе класе-Д аудио појачало и идемо да нађу компоненте за изградњу Уради сам класе Д амплифие р. Како је ово једноставан тест пројекат, захтев за компонентама је врло генерички и већину их можете пронаћи у локалној хоби продавници. Списак компонената са сликом дат је у наставку.

Листа делова за израду појачала снаге класе Д:

1. ИР2110 ИЦ - 1
2. Лм358 ОП-појачало - 1
3. НЕ555 ИЦ тајмер - 1
4. ЛМ7812 ИЦ - 1
5. ЛМ7805 ИЦ - 1
6. Кондензатор 102 пФ - 1
7. Кондензатор 103 пФ - 1
8. Кондензатор 104 пФ - 2
9. Кондензатор 105 пФ - 1
10. Кондензатор од 224 пФ - 1
11. Кондензатор 22уФ - 1
12. Кондензатор 470уФ - 1
13. Кондензатор 220уФ - 1
14. Кондензатор 100уФ - 2
15. 2.2К отпорник - 1
16. Отпорник 10 К - 2
17. 10Р отпорник - 2
18. 3,5 мм аудио прикључак - 1
19. Вијчани прикључак 5,08 мм - 2
20. УФ4007 Диода - 3
21. МОСФЕТ-ови ИРФ640 - 2
22. 10К Трим ПОТ - 1
23. Индуктор 26уХ - 1
24. 3,5 мм прикључак за слушалице - 1

Појачало класе Д - шематски дијаграм

Шематски дијаграм за наш појачавач класе Д приказан је испод:

Изградња круга на ПерфБоард-у

Као што видите на главној слици, склоп смо направили на парчету перфора. Јер, прво је коло врло једноставно, а друго, ако нешто пође по злу, можемо га брзо и лако модификовати. Већину веза направили смо помоћу бакарне жице, али у неким завршним фазама морали смо да користимо неке спојне жице да бисмо довршили израду. Завршено коло за перфбоард приказано је доле.

Рад аудио-појачала класе Д

У овом одељку ћемо проћи кроз сваки главни блок кола и објаснити сваки блок. Ово појачало Цласс-Д засновано на оп-амп - у састоји се од врло генеричких компоненти које можете пронаћи у вашој локалној хоби продавници.

Регулатори улазног напона:

Почињемо са регулацијом улазног напона помоћу ЛМ7805, регулатора напона од 5 В и ЛМ7812, регулатора напона од 12 волти. Ово је важно јер ћемо струјно коло напајати помоћу 13,5В једносмерног адаптера, а за напајање НЕ555 и ИР2110 ИЦ потребна су напајања од 5В и 12В.

Трокутасти таласни генератор са 555 подесивим мултивибратором:

Као што можете видети са горње слике, користили смо 555 тајмер са отпорником од 2,2 К за генерисање троугластог сигнала од 260 кХз. Ако желите да сазнате више о Астабле Мултивибратор, можете погледати наш претходни пост о 555 Тимер Астабле Мултивибратор Круг, где смо описали све потребне прорачуне.

Модулациони круг:

Као што видите из горње слике, користили смо једноставно оптичко појачало ЛМ358 за модулацију улазног аудио сигнала. Говорећи о долазним аудио сигналима, користили смо два улазна отпорника од 10К да бисмо добили аудио сигнал, а како користимо једно напајање, прикључили смо потенциометар за надокнађивање нултог сигнала присутног у улазном звуку. Излаз овог упоређивача биће висок када је вредност улазног аудио сигнала већа од улазног троугластог таласа, а на излазу ћемо добити модулисани квадратни талас који затим доводимо у управљачки модул ИЦ МОСФЕТ улаза.

ИЦ управљачки модул ИР2110 МОСФЕТ:

Како радимо са умерено високим фреквенцијама, користили смо ИЦ управљачки програм МОСФЕТ-а да бисмо правилно управљали МОСФЕТ-ом. Сва потребна кола су постављена како је препоручено у техничком листу ИР2110 ИЦ. За правилан рад овом ИЦ-у је потребан инвертовани сигнал улазног сигнала, због чега смо користили БФ200, високофреквентни транзистор за генерисање инвертираног квадратног таласа улазног сигнала.

Излазна фаза МОСФЕТ-а:

Као што можете видети са горње слике, имамо излазни ступањ МОСФЕТ-а, који је уједно и главни излазни покретач, јер имамо посла са високофреквентним и пригушницама, ту су увек укључени прелазни фактори, због чега смо користили неки УФ4007 као повратни сигнал диоде које спречавају оштећење МОСФЕТ-ова.

ЛЦ нископропусни филтер:

Излаз из МОСФЕТ фазе драјвера је квадратни талас високе фреквенције, овај сигнал је апсолутно неприкладан за вожњу терета попут звучника. Да бисмо то спречили, користили смо индуктор од 26уХ са неполаризованим кондензатором од 1уФ да бисмо направили нископропусни филтер који је означен као Ц11. Тако функционише једноставно коло.

Тестирање круга појачала класе Д

Као што видите са горње слике, за напајање кола користио сам адаптер од 12В. Како користим приступачни кинески, он даје мало више од 12В, тачније је 13,5В, што је савршено за наш уграђени регулатор напона ЛМ7812. Као оптерећење користим звучник снаге 4 Охма и 5В. За аудио улаз користим свој лаптоп са дугим аудио прикључком од 3,5 мм.

Када је струјно коло укључено, нема приметног зујања као што га можете добити од других врста појачала, али као што видите на видео снимку, ово коло није савршено и има проблем са одсецањем на вишим улазним нивоима, па ово коло има много простора за побољшања. Како сам возио умерено мала оптерећења, МОСФЕТ-ови се уопште нису загрејали, па стога за ове тестове није потребан хладњак.

Даља побољшања

Ово коло појачала снаге класе Д је једноставан прототип и има пуно простора за побољшања. Мој главни проблем са овим кругом била је техника узорковања, коју треба побољшати. Да би се смањило одсецање појачавача, потребно је израчунати одговарајуће вредности индуктивности и капацитивности да би се добио савршени ступањ нископропусног филтра. Као и увек, склоп се може направити на ПЦБ-у ради бољих перформанси. Може се додати заштитни круг који ће заштитити коло од прегревања или услова кратког споја.

Надам се да вам се свидео овај чланак и да сте из њега научили нешто ново. Ако сумњате, можете питати у коментарима испод или можете користити наше форуме за детаљну дискусију.