Cara membina kelas kecekapan tinggi

Kandungan audio telah berkembang jauh sejak beberapa dekad yang lalu, dari amp tiub klasik hingga pemain media moden, kemajuan teknologi telah mengubah cara penggunaan media digital. Di antara semua inovasi ini, pemain media mudah alih telah menjadi salah satu pilihan pertama di kalangan pengguna, kerana kualiti bunyi mereka yang kuat dan jangka hayat bateri yang panjang. Jadi bagaimana ia berfungsi, dan bagaimana kedengarannya bagus. Sebagai peminat elektronik, soalan ini selalu terlintas di fikiran saya. Walaupun terdapat kemajuan dalam teknologi pembesar suara, peningkatan dalam metodologi penguat memainkan peranan besar dan jawapan yang jelas untuk soalan ini adalah penguat Kelas D.Oleh itu, dalam projek ini, kita akan mengambil kesempatan untuk membincangkan penguat Kelas D dan mengetahui kebaikan dan keburukannya. Akhirnya, kami akan membina prototaip perkakasan penguat dan menguji kinerjanya. Kedengarannya menarik! Oleh itu mari kita masuk ke dalamnya.

Sekiranya anda berminat dengan litar penguat audio, anda boleh melihat artikel kami mengenai topik di mana kami telah membina litar menggunakan op-amp, MOSFET, dan IC seperti TDA2030, TDA2040, dan TDA2050.

Asas Penguat Kelas D

Apakah penguat audio Kelas-D? Jawapan paling mudah adalah, ini adalah penguat beralih. Tetapi untuk memahami cara kerjanya, kita perlu belajar bagaimana ia berfungsi dan bagaimana isyarat beralih dihasilkan, untuk itu, anda dapat mengikuti gambarajah blok yang diberikan di bawah.

Jadi mengapa penguat beralih? Jawapan yang jelas untuk soalan ini ialah Kecekapan. Berbanding dengan penguat Kelas A, Kelas B, dan Kelas AB, penguat audio Kelas D dapat mencapai kecekapan hingga 90-95%. Di mana kecekapan maksimum penguat Kelas AB adalah 60-65%, kerana mereka bekerja di kawasan aktif dan menunjukkan kehilangan daya yang rendah, jika anda mengalikan voltan pemungut-pemancar dengan arus, anda dapat mengetahuinya. Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai topik ini, lihat artikel kami mengenai kelas penguat kuasa di mana kami membincangkan semua faktor kehilangan yang berkaitan.

Sekarang, kembali ke gambarajah blok ringkas penguat audio Kelas D kami, seperti yang anda lihat di terminal bukan pembalik, kami mempunyai input audio kami, dan di terminal pembalik, kami mempunyai isyarat segitiga frekuensi tinggi kami. Pada ketika ini, apabila voltan isyarat audio input lebih besar daripada voltan gelombang segitiga, output pembanding naik tinggi, dan apabila isyarat rendah, outputnya rendah. Dengan penyediaan ini, kami baru saja memodulasi isyarat audio input dengan isyarat pembawa frekuensi tinggi, yang kemudian menyambung ke IC pemacu pintu MOSFET, dan seperti namanya, pemacu digunakan untuk memacu pintu dua MOSFET untuk kedua sisi sisi dan rendah sekali. Pada output, kita mendapat gelombang persegi frekuensi tinggi yang kuat pada output, yang kita lalui tahap penapis lulus rendah untuk mendapatkan isyarat audio akhir kita.

Komponen Diperlukan untuk membina Litar Penguat Audio Kelas-D

Sekarang, kita telah memahami asas-asas yang audio penguat Kelas-D dan kita boleh bergerak untuk mencari komponen untuk membina DIY Kelas D amplifie r. Oleh kerana ini adalah projek ujian sederhana, keperluan komponennya sangat umum dan anda dapat menjumpai kebanyakan dari kedai hobi tempatan. Senarai komponen dengan gambar diberikan di bawah.

Bahagian-Senarai untuk membina Penguat Daya Kelas D:

IR2110 IC - 1
Lm358 OP-Amp - 1
Pemasa NE555 IC - 1
LM7812 IC - 1
LM7805 IC - 1
Kapasitor 102 pF - 1
Kapasitor 103 pF - 1
Kapasitor 104 pF - 2
Kapasitor 105 pF - 1
Kapasitor 224 pF - 1
Kapasitor 22uF - 1
Kapasitor 470uF - 1
Kapasitor 220uF - 1
Kapasitor 100uF - 2
Perintang 2.2K - 1
Perintang 10 K - 2
Perintang 10R - 2
Jack Audio 3.5 mm - 1
Terminal Skru 5.08 mm - 2
Diod UF4007 - 3
IRF640 MOSFET - 2
POT Trim 10K - 1
Induktor 26uH - 1
Jack fon kepala 3.5 mm - 1

Penguat Audio Kelas D- Diagram Skematik

Gambarajah skematik untuk rangkaian penguat Kelas-D kami ditunjukkan di bawah:

Membina Litar di PerfBoard

Seperti yang anda lihat dari gambar utama, kami telah membuat litar di atas sekeping papan pahat. Kerana, pertama litar sangat mudah, dan kedua jika ada yang tidak kena, kita dapat mengubahnya dengan cepat dan mudah. Kami membuat sebahagian besar sambungan dengan bantuan wayar tembaga, tetapi dalam beberapa peringkat akhir, kami harus menggunakan beberapa wayar penyambung untuk menyelesaikan binaan. Litar perfboard yang lengkap ditunjukkan di bawah.

Kerja Penguat Audio Kelas-D

Di bahagian ini, kita akan melalui setiap blok utama litar dan menerangkan setiap blok. Penguat audio Kelas-D berasaskan Op-amp ini terdiri daripada komponen yang sangat generik yang boleh anda temukan di kedai hobi tempatan anda.

Pengatur Voltan Input:

Kita mulakan dengan mengatur voltan masukan dengan LM7805, pengatur voltan 5V, dan LM7812, pengatur voltan 12 Volt. Ini penting kerana kita akan menghidupkan litar dengan penyesuai DC 13.5V, dan untuk menyalakan NE555 dan IR2110 IC, bekalan kuasa 5V dan 12V diperlukan.

Penjana Gelombang Segitiga dengan 555 Multivibrator Astable:

Seperti yang anda lihat dari gambar di atas, kami telah menggunakan pemasa 555 dengan perintang 2.2K untuk menghasilkan isyarat segitiga 260KHz, jika anda ingin mengetahui lebih lanjut mengenai Astiv Multivibrator, anda boleh menyemak catatan kami sebelumnya di 555 Timer Based Astable Multivibrator Litar, di mana kami telah menerangkan semua pengiraan yang diperlukan.

Litar Modulasi:

Seperti yang anda lihat dari gambar di atas, kami telah menggunakan LM358 Op-Amp sederhana untuk memodulasi isyarat audio input. Bercakap mengenai isyarat audio yang masuk, kami telah menggunakan dua perintang input 10K untuk mendapatkan isyarat audio dan kerana kami menggunakan satu bekalan, kami telah memasang potensiometer untuk mengimbangi isyarat sifar yang terdapat dalam audio input. Keluaran pembanding ini akan tinggi apabila nilai isyarat audio input lebih besar daripada gelombang segitiga input, dan pada outputnya, kita akan mendapat gelombang persegi yang dimodulasi, yang kemudian kita makan ke IC pemacu gerbang MOSFET.

IC Pemandu Gerbang IR2110 MOSFET:

Semasa kami bekerja dengan frekuensi yang agak tinggi, kami telah menggunakan IC pemacu gerbang MOSFET untuk menggerakkan MOSFET dengan betul. Semua litar yang diperlukan diletakkan seperti yang disarankan oleh lembar data IR2110 IC. Untuk operasi yang betul, IC ini memerlukan isyarat terbalik dari isyarat input, itulah sebabnya kami telah menggunakan BF200, transistor frekuensi tinggi untuk menghasilkan gelombang persegi terbalik dari isyarat input.

Tahap Output MOSFET:

Seperti yang anda lihat dari gambar di atas, kita mempunyai tahap output MOSFET, yang juga merupakan pemacu output utama, kerana kita berhadapan dengan frekuensi tinggi dan induktor, selalu ada transien yang terlibat, itulah sebabnya kita telah menggunakan beberapa UF4007 sebagai flyback diod yang menghalang MOSFET daripada rosak.

Penapis Lulus Rendah LC:

Keluaran dari tahap pemacu MOSFET adalah gelombang persegi frekuensi tinggi, isyarat ini sama sekali tidak sesuai untuk menggerakkan beban seperti pembesar suara. Untuk mencegahnya, kami telah menggunakan induktor 26uH dengan kapasitor tidak terpolarisasi 1uF untuk membuat penapis lulus rendah yang dilambangkan sebagai C11. Ini adalah bagaimana litar sederhana berfungsi.

Menguji Litar Penguat Kelas-D

Seperti yang anda lihat dari gambar di atas, saya telah menggunakan penyesuai kuasa 12V untuk menghidupkan litar. Oleh kerana saya menggunakan bahasa Cina yang berpatutan, ia mengeluarkan sedikit lebih banyak daripada 12V, tepatnya 13.5V, yang sangat sesuai untuk pengatur voltan LM7812 kami. Sebagai beban, saya menggunakan pembesar suara 4 Ohm, 5Watt. Untuk input audio, saya menggunakan komputer riba saya dengan bicu audio 3.5mm yang panjang.

Apabila litar dihidupkan, tidak ada suara bersenandung seperti yang anda dapat dari jenis penguat lain, tetapi seperti yang anda lihat pada video, litar ini tidak sempurna dan mempunyai masalah kliping pada tahap input yang lebih tinggi, jadi ini litar mempunyai banyak ruang untuk penambahbaikan. Oleh kerana saya mengemudi beban rendah, MOSFET sama sekali tidak menjadi panas, dan oleh itu untuk ujian ini, ia tidak memerlukan pendingin.

Penambahbaikan Lebih Lanjut

Ini Kelas D penguat kuasa litar adalah prototaip mudah dan mempunyai banyak ruang untuk penambahbaikan, masalah utama saya dengan litar ini adalah teknik persampelan, yang perlu diperbaiki. Untuk mengurangkan pemotongan penguat, nilai induktansi dan kapasitansi yang betul perlu dikira untuk mendapatkan tahap saringan lulus rendah yang sempurna. Seperti biasa, litar boleh dibuat pada PCB untuk prestasi yang lebih baik. Litar perlindungan dapat ditambahkan yang akan melindungi litar dari keadaan kepanasan atau litar pintas.

Saya harap anda menyukai artikel ini dan mengetahui sesuatu yang baru. Sekiranya anda mempunyai keraguan, anda boleh bertanya dalam komen di bawah atau boleh menggunakan forum kami untuk perbincangan terperinci.