Paano bumuo ng isang mataas na klase sa kahusayan

Malayo na ang narating ng nilalamang audio sa nagdaang mga dekada, mula sa isang klasikong tube amp hanggang sa mga modernong manlalaro ng media, binago ng mga pagsulong sa teknolohikal ang paraan ng pag-ubos ng digital media. Kabilang sa lahat ng mga makabagong ito, ang portable media player ay naging isa sa mga unang pagpipilian sa mga mamimili, dahil sa kanilang buhay na kalidad ng tunog at mahabang buhay ng baterya. Kaya paano ito gumagana, at kung paano ito maganda. Bilang isang elektronikong mahilig, palaging nasa isip ko ang katanungang ito. Sa kabila ng mga pagsulong sa teknolohiya ng nagsasalita, ang mga pagpapabuti sa pamamaraan ng amplifier ay may malaking papel at ang halatang sagot sa katanungang ito ay isang Class D amplifier.Kaya sa proyektong ito, kukuha kami ng pagkakataong talakayin ang isang Class D amplifier at malaman ang mga kalamangan at kahinaan nito. Panghuli, gagawa kami ng isang prototype ng hardware ng amplifier at sinusubukan ang pagganap nito. Tunog kagiliw-giliw na tama! Kaya't pasukin natin ito.

Kung interesado ka sa mga circuit ng audio amplifier, maaari mong suriin ang aming mga artikulo sa paksang pinagtayo namin ng mga circuit gamit ang mga op-amp, MOSFET, at IC tulad ng TDA2030, TDA2040, at TDA2050.

Ang Mga Pangunahing Kaalaman ng Class D Amplifier

Ano ang isang Class-D audio amplifier? Ang pinakasimpleng sagot ay, ito ay isang switching amplifier. Ngunit upang maunawaan ang paggana nito, kailangan naming malaman kung paano ito gumagana at kung paano ang signal ng paglipat ay ginawa, para doon, maaari mong sundin ang diagram ng block na ibinigay sa ibaba.

Kaya't bakit isang switching amplifier? Ang halatang sagot sa katanungang ito ay Kahusayan. Kung ihahambing sa mga amplifier ng Class A, Class B, at Class AB, ang Class amplifier ng Class D ay maaaring umabot sa isang kahusayan hanggang sa 90-95%. Kung saan ang maximum na kahusayan ng isang Class AB amplifier ay 60-65%, dahil gumagana ang mga ito sa aktibong rehiyon at nagpapakita ng mababang pagkawala ng kuryente, kung pinarami mo ang boltahe ng emitor ng kolektor gamit ang kasalukuyang, maaari mong malaman iyon. Upang matuto nang higit pa tungkol sa paksa, suriin ang aming artikulo sa mga klase ng mga power amplifier kung saan tinalakay ang lahat ng nauugnay na mga kadahilanan sa pagkawala.

Ngayon, bumalik sa aming pinasimple na diagram ng block ng Class D audio amp, tulad ng nakikita mo sa non-inverting terminal, mayroon kaming audio input, at sa inverting terminal, mayroon kaming aming high-frequency triangular signal. Sa puntong ito, kapag ang boltahe ng input audio signal ay mas malaki kaysa sa boltahe ng tatsulok na alon, ang output ng kumpara ay mataas, at kapag ang signal ay mababa, ang output ay mababa. Sa pag-setup na ito, binago lamang namin ang input audio signal na may isang dalas ng signal ng dalas ng dalas, na pagkatapos ay kumokonekta sa isang MOSFET gate drive IC, at tulad ng ipinahihiwatig ng pangalan, ang driver ay ginagamit upang himukin ang gate ng dalawang MOSFET para sa parehong mataas gilid at mababang bahagi nang isang beses. Sa output, nakakakuha kami ng isang malakas na high-frequency square square sa output, na dumaan kami sa isang mababang yugto ng filter na pumasa upang makuha ang aming pangwakas na signal ng audio.

Kinakailangan ang mga Bahagi upang buuin ang Class-D Audio Amplifier Circuit

Ngayon, naiintindihan namin ang mga pangunahing kaalaman ng isang Class-D audio amplifier at maaari kaming lumipat upang mahanap ang mga bahagi upang makabuo ng isang DIY Class D amplifie r. Dahil ito ay isang simpleng proyekto sa pagsubok, ang kinakailangan ng sangkap ay napaka generic at mahahanap mo ang karamihan sa kanila mula sa isang lokal na tindahan ng libangan. Ang isang listahan ng mga bahagi na may larawan ay ibinibigay sa ibaba.

Mga Bahagi-Listahan upang bumuo ng isang Class D Power Amplifier:

IR2110 IC - 1
Lm358 OP-Amp - 1
NE555 Timer IC - 1
LM7812 IC - 1
LM7805 IC - 1
102 pF Capacitor - 1
103 pF Capacitor - 1
104 pF Capacitor - 2
105 pF Capacitor - 1
224 pF Capacitor - 1
22uF Capacitor - 1
470uF Capacitor - 1
220uF Capacitor - 1
100uF Capacitor - 2
2.2K Resistor - 1
10 K Resistor - 2
10R Resistor - 2
3.5 mm Audio Jack - 1
5.08 mm Screw Terminal - 2
UF4007 Diode - 3
IRF640 MOSFETs - 2
10K Trim POT - 1
26uH Inductor - 1
3.5 mm Headphone Jack - 1

Class D Audio Amplifier- Diagram ng Skematika

Ang diagram ng eskematiko para sa aming Class-D amplifier circuit ay ipinapakita sa ibaba:

Pagbuo ng Circuit sa PerfBoard

Tulad ng nakikita mo mula sa pangunahing imahe, gumawa kami ng circuit sa isang piraso ng perfboard. Sapagkat, una ang circuit ay napaka-simple, at pangalawa kung may mali, mababago natin ito nang mabilis at madali. Ginawa namin ang karamihan sa mga koneksyon sa tulong ng wire ng tanso, ngunit sa ilang huling yugto, kailangan naming gumamit ng ilang mga wire ng hookup upang makumpleto ang pagbuo. Ang nakumpletong circuit ng perfboard ay ipinapakita sa ibaba.

Paggawa ng Class-D Audio Amplifier

Sa seksyong ito, dadaan kami sa bawat pangunahing bloke ng circuit at ipaliwanag ang bawat bloke. Ang Op-amp na batay sa Class-D audio amplifier na ito ay binubuo ng napaka-pangkaraniwang mga bahagi na maaari mong makita ang mga ito sa iyong lokal na tindahan ng libangan.

Ang Mga Regulator ng Boltahe ng Input:

Nagsisimula kami sa pamamagitan ng pagsasaayos ng input boltahe sa isang LM7805, 5V boltahe regulator, at isang LM7812, isang 12 Volt boltahe regulator. Ito ay mahalaga sapagkat papalakasin namin ang circuit gamit ang isang 13.5V DC adapter, at upang mapagana ang NE555 at IR2110 IC, kailangan ng 5V at 12V power supply.

Triangular Wave Generator na may 555 Astable Multivibrator:

Tulad ng nakikita mo mula sa imahe sa itaas, gumamit kami ng isang 555 timer na may isang 2.2K risistor upang makabuo ng isang 260KHz tatsulok na signal, kung nais mong malaman ang higit pa tungkol sa Astable Multivibrator, maaari mong suriin ang aming nakaraang post sa 555 Timer Base Astable Multivibrator Circuit, kung saan namin inilarawan ang lahat ng kinakailangang mga kalkulasyon.

Ang Modulate Circuit:

Tulad ng nakikita mo mula sa imahe sa itaas, gumamit kami ng isang simpleng LM358 Op-Amp upang gawing modulate ang input audio signal. Pinag-uusapan ang tungkol sa mga papasok na audio signal, gumamit kami ng dalawang 10K input resistors upang makuha ang signal ng audio at habang gumagamit kami ng isang solong supply, nag-attach kami ng potensyomiter upang mabawi ang zero signal na naroroon sa input audio. Ang output ng kumpare na ito ay magiging mataas kapag ang halaga ng input audio signal ay mas malaki kaysa sa input na tatsulok na alon, at sa output, makakakuha kami ng isang na-modulate na square wave, na pagkatapos ay magpapakain kami sa isang driver ng MOSFET gate na IC.

Ang IR2110 MOSFET Gate Driver IC:

Habang nagtatrabaho kami sa ilang katamtamang mataas na mga frequency, gumamit kami ng isang driver ng gate ng MOSFET na IC upang himukin nang maayos ang MOSFET. Ang lahat ng kinakailangang circuitry ay inilalagay tulad ng inirekumenda ng datasheet ng IR2110 IC. Para sa wastong pagpapatakbo, ang IC na ito ay nangangailangan ng isang Inverted signal ng input signal, kaya't gumamit kami ng isang BF200, isang high-frequency transistor upang mabuo ang inverted square wave ng input signal.

Ang MOSFET Output Stage:

Tulad ng nakikita mo mula sa imahe sa itaas, mayroon kaming yugto ng output ng MOSFET, na kung saan ay din ang pangunahing driver ng output, habang nakikipag-usap kami sa mataas na dalas at mga inductor, palaging may kasangkot na mga transient, na kung bakit nagamit namin ang ilang UF4007 bilang flyback diode na pumipigil sa MOSFETs na masira.

Ang Filter ng Low-Pass na LC:

Ang output mula sa yugto ng pagmamaneho ng MOSFET ay isang dalas ng dalas ng dalas ng dalas, ang signal na ito ay ganap na hindi naaangkop para sa paglo-load ng pagmamaneho tulad ng isang loudspeaker. Upang maiwasan ito, gumamit kami ng isang 26uH inductor na may 1uF non-polarized capacitor upang makagawa ng isang mababang pass filter na tinukoy bilang C11. Ito ay kung paano gumana ang simpleng circuit.

Pagsubok sa Class-D Amplifier Circuit

Tulad ng nakikita mo mula sa imahe sa itaas, gumamit ako ng isang 12V power adapter upang mapagana ang circuit. Habang gumagamit ako ng isang abot-kayang Intsik, nagbibigay ito ng kaunti pa kaysa sa 12V, 13.5V ito upang maging tumpak, na perpekto para sa aming onboard LM7812 boltahe na regulator. Bilang isang pag-load, gumagamit ako ng isang 4 Ohms, 5Watt speaker. Para sa audio input, ginagamit ko ang aking laptop na may mahabang 3.5mm audio jack.

Kapag ang circuit ay pinapagana, walang kapansin-pansin na tunog ng tunog ng tunog tulad ng makukuha mo mula sa iba pang mga uri ng amplifier, ngunit tulad ng nakikita mo sa video, ang circuit na ito ay hindi perpekto at mayroon itong isyu sa pag-clipping sa mas mataas na antas ng pag-input, kaya't ito ang circuit ay may maraming silid para sa mga pagpapabuti. Habang nagmamaneho ako ng katamtamang mababang pag-load, ang MOSFETs ay hindi naging mainit sa lahat, at sa gayon para sa mga pagsubok na ito, hindi ito nangangailangan ng anumang heat sink.

Karagdagang Mga Pagpapahusay

Ang Class D power amplifier circuit na ito ay isang simpleng prototype at maraming silid para sa mga pagpapabuti, Ang aking pangunahing problema sa circuit na ito ay ang diskarteng sampling, na kailangang mapabuti. Upang mabawasan ang pag-clipping ng amplifier, kailangang kalkulahin ang wastong inductance at capacitance na halaga upang makakuha ng isang perpektong yugto ng filter na low pass. Tulad ng dati, ang circuit ay maaaring gawin sa isang PCB para sa mas mahusay na pagganap. Maaaring idagdag ang isang circuit ng proteksyon na mapoprotektahan ang circuit mula sa sobrang init o mga kundisyon ng maikling circuit.

Inaasahan kong nagustuhan mo ang artikulong ito at may natutunan na bago dito. Kung mayroon kang anumang pag-aalinlangan, maaari kang magtanong sa mga komento sa ibaba o maaaring magamit ang aming mga forum para sa detalyadong talakayan.