Yüksek verimlilik sınıfı nasıl oluşturulur

Ses içeriği, klasik bir lambalı amfiden günümüz medya oynatıcılarına kadar geçen on yıllar içinde uzun bir yol kat etti, teknolojik gelişmeler dijital medyanın tüketilme şeklini değiştirdi. Tüm bu yenilikler arasında taşınabilir medya oynatıcılar, canlı ses kalitesi ve uzun pil ömrü nedeniyle tüketiciler arasında ilk tercihlerden biri haline geldi. Peki nasıl çalışıyor ve kulağa bu kadar güzel geliyor. Bir elektronik meraklısı olarak bu soru her zaman aklıma geliyor. Hoparlör teknolojisindeki ilerlemelere rağmen, amplifikatör metodolojisindeki gelişmeler büyük bir rol oynadı ve bu sorunun bariz cevabı D Sınıfı bir amplifikatördür.Bu yüzden bu projede, D Sınıfı bir amplifikatörü tartışma ve bunun artılarını ve eksilerini öğrenme fırsatını değerlendireceğiz. Son olarak, amplifikatörün bir donanım prototipini oluşturup performansını test edeceğiz. Kulağa ilginç geliyor doğru! Öyleyse doğrudan konuya girelim.

Ses amplifikatör devreleriyle ilgileniyorsanız, op-amp'ler, MOSFET'ler ve TDA2030, TDA2040 ve TDA2050 gibi IC kullanarak devreler inşa ettiğimiz konuyla ilgili makalelerimize göz atabilirsiniz.

D Sınıfı Amplifikatörün Temelleri

D Sınıfı ses amplifikatörü nedir? En basit cevap, bu bir anahtarlama amplifikatörü olacaktır. Ancak çalışmasını anlamak için nasıl çalıştığını ve anahtarlama sinyalinin nasıl üretildiğini öğrenmemiz gerekiyor, bunun için aşağıda verilen blok diyagramı takip edebilirsiniz.

Öyleyse neden bir anahtarlama amplifikatörü? Bu sorunun açık cevabı Verimliliktir. Sınıf A, Sınıf B ve Sınıf AB amplifikatörlerle karşılaştırıldığında, Sınıf D ses amplifikatörü% 90-95'e varan bir verime ulaşabilir. Bir AB Sınıfı amplifikatörün maksimum verimliliğinin% 60-65 olduğu yerde, aktif bölgede çalıştıkları ve düşük güç kaybı sergiledikleri için, kollektör-verici voltajını akımla çarparsanız, bunu öğrenebilirsiniz. Konu hakkında daha fazla bilgi edinmek için, ilgili tüm kayıp faktörlerini tartıştığımız güç amplifikatörü sınıfları hakkındaki makalemize bakın.

Şimdi, D Sınıfı ses amplifikatörünün basitleştirilmiş blok şemasına geri dönün, ters çevirmeyen terminalde görebileceğiniz gibi, ses girişimiz var ve ters çevirme terminalinde yüksek frekanslı üçgen sinyalimiz var. Bu noktada, giriş ses sinyalinin voltajı üçgen dalganın voltajından daha büyük olduğunda, karşılaştırıcının çıkışı yüksek olur ve sinyal düşük olduğunda çıkış düşük olur. Bu kurulumla, giriş ses sinyalini, daha sonra bir MOSFET geçit sürücü IC'sine bağlanan yüksek frekanslı bir taşıyıcı sinyal ile modüle ettik ve adından da anlaşılacağı gibi, sürücü, her iki MOSFET'in kapısını her iki yan ve alt taraf bir kez. Çıkışta, son ses sinyalimizi almak için düşük geçişli bir filtre aşamasından geçtiğimiz çıkışta güçlü bir yüksek frekanslı kare dalga elde ederiz.

D Sınıfı Ses Amplifikatör Devresi oluşturmak için Gerekli Bileşenler

Şimdi, D Sınıfı bir ses amplifikatörünün temellerini anladık ve bir DIY Sınıf D amplifikatör oluşturmak için bileşenleri bulmaya geçebiliriz. Bu basit bir test projesi olduğundan, bileşen gereksinimi çok geneldir ve bunların çoğunu yerel bir hobi mağazasında bulabilirsiniz. Resimli bileşenlerin bir listesi aşağıda verilmiştir.

D Sınıfı Güç Amplifikatörü oluşturmak için Parça Listesi:

1. IR2110 IC - 1
2. Lm358 OP-Amp - 1
3. NE555 Zamanlayıcı IC - 1
4. LM7812 IC - 1
5. LM7805 IC - 1
6. 102 pF Kapasitör - 1
7. 103 pF Kapasitör - 1
8. 104 pF Kapasitör - 2
9. 105 pF Kapasitör - 1
10. 224 pF Kapasitör - 1
11. 22 uF Kapasitör - 1
12. 470 uF Kapasitör - 1
13. 220 uF Kapasitör - 1
14. 100 uF Kapasitör - 2
15. 2.2K Direnç - 1
16. 10 K Direnç - 2
17. 10R Direnç - 2
18. 3,5 mm Ses Jakı - 1
19. 5,08 mm Vidalı Klemens - 2
20. UF4007 Diyot - 3
21. IRF640 MOSFET'ler - 2
22. 10K Trim POT - 1
23. 26uH İndüktör - 1
24. 3,5 mm Kulaklık Jakı - 1

D Sınıfı Ses Amplifikatörü - Şematik Diyagram

D Sınıfı amplifikatör devremizin şematik diyagramı aşağıda gösterilmiştir:

PerfBoard'da Devre Oluşturma

Ana görüntüden de görebileceğiniz gibi, devreyi bir tahta parçası üzerinde yaptık. Çünkü önce devre çok basittir ve ikincisi bir şeyler ters giderse onu hızlı ve kolay bir şekilde değiştirebiliriz. Bağlantıların çoğunu bakır tel yardımıyla yaptık, ancak bazı son aşamalarda, yapıyı tamamlamak için bazı bağlantı telleri kullanmak zorunda kaldık. Tamamlanan perfboard devresi aşağıda gösterilmiştir.

D Sınıfı Ses Amplifikatörünün Çalışması

Bu bölümde, devrenin her büyük bloğunu inceleyip her bloğu açıklayacağız. Bu Op-amp tabanlı D Sınıfı ses amplifikatörü, yerel hobi mağazanızda bulabileceğiniz çok genel bileşenlerden oluşur.

Giriş Voltaj Düzenleyicileri:

Giriş voltajını bir LM7805, 5V voltaj regülatörü ve bir 12 Volt voltaj regülatörü olan bir LM7812 ile düzenleyerek başlıyoruz. Bu önemlidir çünkü devreye 13.5V DC adaptör ile güç vereceğiz ve NE555 ve IR2110 IC'ye güç sağlamak için 5V ve 12V güç kaynağına ihtiyaç var.

555 Astable Multivibratörlü Üçgen Dalga Üreteci:

Yukarıdaki görüntüden de görebileceğiniz gibi, 260KHz üçgen sinyal oluşturmak için 2.2K dirençli 555 zamanlayıcı kullandık, Astable Multivibrator hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, 555 Timer Based Astable Multivibrator hakkındaki önceki gönderimize göz atabilirsiniz. Devre, gerekli tüm hesaplamaları açıkladığımız yer.

Modülasyon Devresi:

Yukarıdaki görüntüden de görebileceğiniz gibi, giriş ses sinyalini modüle etmek için basit bir LM358 Op-Amp kullandık. Gelen ses sinyallerinden bahsetmişken, ses sinyalini almak için iki adet 10K giriş direnci kullandık ve tek bir kaynak kullandığımız için, giriş sesinde bulunan sıfır sinyalini dengelemek için bir potansiyometre ekledik. Bu karşılaştırıcının çıkışı, giriş ses sinyalinin değeri giriş üçgen dalgasından daha büyük olduğunda yüksek olacaktır ve çıkışta, daha sonra bir MOSFET geçit sürücüsü IC'ye beslediğimiz modüle edilmiş bir kare dalga alacağız.

IR2110 MOSFET Kapı Sürücüsü IC:

Bazı orta derecede yüksek frekanslarla çalıştığımız için, MOSFET'i düzgün bir şekilde sürmek için bir MOSFET geçit sürücüsü IC kullandık. Tüm gerekli devre, IR2110 IC veri sayfası tarafından önerilen şekilde yerleştirilir. Düzgün çalışması için, bu IC, giriş sinyalinin Ters çevrilmiş bir sinyalini gerektirir, bu nedenle, giriş sinyalinin ters kare dalgasını oluşturmak için yüksek frekanslı bir transistör olan bir BF200 kullandık.

MOSFET Çıktı Aşaması:

Yukarıdaki görüntüden de görebileceğiniz gibi, aynı zamanda ana çıkış sürücüsü olan MOSFET çıkış aşamasına sahibiz, çünkü yüksek frekans ve indüktörlerle uğraşırken, her zaman geçici olaylar vardır, bu yüzden bazı UF4007'yi geri dönüş olarak kullandık. MOSFET'lerin hasar görmesini önleyen diyotlar.

LC Düşük Geçiş Filtresi:

MOSFET sürücü aşamasından gelen çıktı, yüksek frekanslı bir kare dalgadır, bu sinyal, bir hoparlör gibi yükleri sürmek için kesinlikle uygun değildir. Bunu önlemek için, C11 olarak adlandırılan düşük geçişli bir filtre yapmak için 1uF polarize olmayan kapasitörlü 26uH ​​indüktör kullandık. Basit devre bu şekilde çalışır.

D Sınıfı Amplifikatör Devresinin Test Edilmesi

Yukarıdaki görüntüden de görebileceğiniz gibi, devreye güç sağlamak için 12V güç adaptörü kullandım. Ben uygun fiyatlı bir Çince kullandığım için 12V'den biraz daha fazlasını veriyor, tam olarak 13.5V, bu da yerleşik LM7812 voltaj regülatörümüz için mükemmel. Yük olarak 4 Ohm, 5Watt hoparlör kullanıyorum. Ses girişi için, dizüstü bilgisayarımı uzun 3,5 mm ses jakı ile kullanıyorum.

Devre açıldığında, diğer amplifikatör türlerinden alabileceğiniz gibi fark edilir bir uğultu sesi yoktur, ancak videoda görebileceğiniz gibi, bu devre mükemmel değildir ve daha yüksek giriş seviyelerinde bir kırpma sorunu vardır, bu nedenle bu devrenin iyileştirmeler için çok yeri vardır. Orta derecede düşük yükler kullandığım için, MOSFET'ler hiç ısınmadı ve bu nedenle bu testler için herhangi bir soğutucu gerektirmiyor.

Diğer Geliştirmeler

Bu D Sınıfı güç amplifikatörü devresi basit bir prototiptir ve iyileştirme için çok yer vardır, Bu devre ile ilgili temel sorunum, iyileştirilmesi gereken örnekleme tekniğiydi. Amplifikatörün kırpılmasını azaltmak için, mükemmel bir düşük geçişli filtre aşaması elde etmek için uygun endüktans ve kapasitans değerlerinin hesaplanması gerekir. Her zaman olduğu gibi, daha iyi performans için devre bir PCB üzerinde yapılabilir. Devreyi aşırı ısınmadan veya kısa devre koşullarından koruyacak bir koruma devresi eklenebilir.

Umarım bu makaleyi beğenmiş ve ondan yeni bir şeyler öğrenmişsindir. Herhangi bir şüpheniz varsa, aşağıdaki yorumlarda sorabilir veya detaylı tartışma için forumlarımızı kullanabilirsiniz.