Εξηγήθηκαν 4 αποτελεσματικά κυκλώματα ενισχυτή PWM

Εξηγήθηκαν 4 αποτελεσματικά κυκλώματα ενισχυτή PWM

Ενισχυτές ήχου που έχουν σχεδιαστεί για την ενίσχυση ενός αναλογικού ηχητικού σήματος μέσω διαμόρφωσης πλάτους παλμού ή επεξεργασίας PWM και με ρυθμιζόμενο κύκλο λειτουργίας είναι γνωστοί με πολλά ονόματα, όπως ψηφιακός ενισχυτής, ενισχυτής Class-D, ενισχυτής εναλλαγής και ενισχυτής PWM.



Επειδή μπορεί να αποδώσει σε υψηλές αποδόσεις, a Ενισχυτής Class-D έχει γίνει μια αγαπημένη ιδέα για εφαρμογές κινητών και δημόσιων διευθύνσεων όπου η παραμόρφωση είναι αμελητέα.

Γιατί οι ενισχυτές PWM είναι τόσο αποτελεσματικοί

Είναι επειδή μετατρέπουν το αναλογικό σήμα ήχου σε ισοδύναμο περιεχόμενο διαμορφωμένο PWM. Αυτό το διαμορφωμένο σήμα ήχου PWM ενισχύεται αποτελεσματικά από τις συσκευές εξόδου όπως MOSFET ή BJT και στη συνέχεια μετατρέπεται σε αναλογική έκδοση υψηλής ισχύος χρησιμοποιώντας ειδικούς επαγωγείς στα συνδεδεμένα μεγάφωνα.





Ξέρουμε ότι ημιαγωγός συσκευές όπως MOSFET και BJT «Δεν μου αρέσει» να λειτουργεί σε απροσδιόριστες περιοχές ενός σήματος εισόδου και τείνει να ζεσταθεί. Για παράδειγμα α MOSFET δεν θα ενεργοποιηθεί σωστά όταν τα σήματα πύλης είναι κάτω από 8V και τα BJT δεν θα ανταποκρίνονται σωστά σε κίνηση βάσης κάτω από 0,5 V, με αποτέλεσμα υψηλή ποσότητα απαγωγής θερμότητας μέσω της ψύκτρας σώματος.

Τα αναλογικά σήματα που είναι εκθετικά εκ φύσεως αναγκάζουν τις παραπάνω συσκευές να λειτουργούν με δυσάρεστες και δυσμενείς δυνατότητες αργής και αργής πτώσης, προκαλώντας υψηλή απαγωγή θερμότητας και μεγαλύτερες ανεπάρκειες.



PWM Η έννοια της ενίσχυσης σε αντίθεση, επιτρέπει σε αυτές τις συσκευές να λειτουργούν είτε ενεργοποιώντας τις πλήρως ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ή απενεργοποιώντας τις πλήρως, χωρίς ενδιάμεσες απροσδιόριστες δυνατότητες Λόγω αυτού, οι συσκευές δεν εκπέμπουν θερμότητα και η ενίσχυση ήχου αποδίδεται με υψηλή απόδοση και ελάχιστες απώλειες.

Πλεονεκτήματα του ψηφιακού ενισχυτή σε σύγκριση με τον γραμμικό ενισχυτή

  • Οι ψηφιακοί ή οι ενισχυτές PWM χρησιμοποιούν επεξεργασία PWM και συνεπώς οι συσκευές εξόδου ενισχύουν τα σήματα με ελάχιστη απαγωγή θερμότητας. Οι γραμμικοί ενισχυτές χρησιμοποιούν το σχεδιασμό του εκπομπού emitter και διαλύουν υψηλή ποσότητα θερμότητας κατά την ενίσχυση του ήχου.
  • Οι ψηφιακοί ενισχυτές μπορούν να λειτουργήσουν με μικρότερο αριθμό συσκευών εξόδου σε σύγκριση με τους γραμμικούς ενισχυτές.
  • Λόγω της ελάχιστης απαγωγής θερμότητας, δεν απαιτείται ψύκτρα ή μικρότερες ψύκτρες, σε σύγκριση με γραμμικούς ενισχυτές που εξαρτώνται από μεγάλους ψύκτρες.
  • Οι ψηφιακοί ενισχυτές PWM είναι φθηνότεροι, ελαφρύτεροι και πολύ αποδοτικοί σε σύγκριση με τους γραμμικούς ενισχυτές.
  • Οι ψηφιακοί ενισχυτές μπορούν να λειτουργούν με μικρότερες εισόδους τροφοδοσίας από τους γραμμικούς ενισχυτές.

Σε αυτήν την ανάρτηση, ο πρώτος ενισχυτής ισχύος PWM παρακάτω λειτουργεί με μπαταρία 6 V και παράγει ισχύ εξόδου έως 5W. Δεδομένης της κατάφωρης χωρητικότητας εξόδου, ο ενισχυτής PWM βρίσκεται συχνά σε μεγάφωνα.

Ένα κοινό πρόβλημα με τους φορητούς ενισχυτές AF είναι ότι λόγω της ιδιότητάς τους χαμηλής απόδοσης είναι δύσκολο να παραχθεί υψηλή ισχύ από χαμηλή τάση τροφοδοσίας.

Ωστόσο, ο ενισχυτής PWM στη συζήτησή μας έχει σχεδόν 100% αποδοτικότητα σε επίπεδο παραμόρφωσης που είναι αποδεκτό με μεγάφωνα και σχετικά P.A. συσκευές. Μερικοί παράγοντες που συμβάλλουν στο σχεδιασμό εξηγούνται παρακάτω:

Διαμόρφωση πλάτους παλμού

Η αρχή της διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PWM) παρουσιάζεται στο παρακάτω σχήμα 1.

Η ιδέα είναι απλή: ο κύκλος λειτουργίας ενός ορθογώνιου σήματος υψηλότερης συχνότητας ελέγχεται από ένα σήμα εισόδου. Ο χρόνος ενεργοποίησης του παλμού σχετίζεται με το στιγμιαίο πλάτος του σήματος εισόδου.

Η ποσότητα του on-time και off-time εκτός από τη συχνότητα είναι σταθερή. Επομένως, όταν λείπει ένα σήμα εισόδου, παράγεται ένα συμμετρικό σήμα τετραγωνικού κύματος.

Για να επιτευχθεί σχετικά καλή ποιότητα ήχου, η συχνότητα του ορθογώνιου σήματος πρέπει να είναι διπλή από την υψηλότερη συχνότητα στο σήμα εισόδου.

Το προκύπτον σήμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία ενός μεγαφώνου. Το σχήμα 4 δείχνει μια σαφή μετατροπή στο ίχνος παλμογράφου.

Ένα ανώτερο ίχνος με ημιτονοειδές σήμα εξόδου και χαμηλότερο ίχνος με το σήμα ελέγχου PWM

Το άνω ίχνος δείχνει το σήμα εξόδου μετά το φιλτράρισμα και μετράται στο μεγάφωνο. Το πλάτος των υπόλοιπων Σήμα PWM που επικαλύπτει το ημιτονοειδές κύμα είναι μικρό.

Ηλεκτρονικοί διακόπτες ως ενισχυτές

Το σχήμα 2 περιγράφει την τυπική λειτουργία του ενισχυτή PWM με τη βοήθεια του διαγράμματος μπλοκ.

Ένα μπλοκ διάγραμμα ενισχυτή κατηγορίας D

Ας υποθέσουμε ότι όταν η είσοδος είναι βραχυκυκλωμένη, αλλάξτε Sπρος τηνπυκνωτής ισχύος C7με ένα τρέχον Iδύο. Αυτό συμβαίνει έως ότου επιτευχθεί μια κατάλληλη τάση μεταγωγής άνω ορίου.

Στη συνέχεια, συνδέει το R7στο έδαφος. Μετά από αυτό, Γ7αποφορτίζεται στην κάτω τάση μεταγωγής τάσης του Sπρος την. Ως αποτέλεσμα, Γ7και R7παράγει ένα τετραγωνικό κύμα με συχνότητα 50 kHz.

Όταν ένα σήμα AF πραγματοποιείται στην είσοδο του ενισχυτή, το πρόσθετο ρεύμα I1μειώνει ή αυξάνει το χρόνο φόρτισης ή αυξάνει και μειώνει το χρόνο εκφόρτισης.

Έτσι, το σήμα εισόδου τροποποιεί τον συντελεστή λειτουργίας του σήματος τετραγωνικού κύματος που φαίνεται στην έξοδο του μεγαφώνου.

Υπάρχουν δύο νόμοι που είναι απαραίτητοι για τη βασική λειτουργία του ενισχυτή PWM.

  1. Ο πρώτος είναι ο διακόπτης Sσιελέγχεται σε αντι-φάση με Sπρος τηνενώ κρατάτε τον άλλο ακροδέκτη μεγαφώνου ως εναλλακτική τάση από εκείνο του σήματος PWM.

Αυτή η εγκατάσταση παράγει ένα αποτέλεσμα του σταδίου εξόδου ισχύος τύπου γέφυρας μεταγωγής. Στη συνέχεια, σε κάθε πολικότητα, το μεγάφωνο πιέζεται με την πλήρη τάση τροφοδοσίας έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη κατανάλωση ρεύματος.

2. Δεύτερον, εξετάζουμε τους επαγωγείς L1και εγώδύο. Ο σκοπός των επαγωγέων είναι να ενσωματώσει το ορθογώνιο σήμα και να τα μετατρέψει σε ημιτονοειδή όπως φαίνεται στο ίχνος πεδίου νωρίτερα. Επιπλέον, λειτουργούν και αρμονικές καταστολής του ορθογώνιου σήματος των 50 kHz.

Υψηλή έξοδος ήχου από μια μέτρια σχεδίαση

Τα σχήματα ενός ενισχυτή τάξης-Δ 4 W που χρησιμοποιείται για σκοπούς δημόσιας διεύθυνσης.

Από το σχήμα στο παραπάνω σχήμα, μπορείτε εύκολα να αναγνωρίσετε τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται στο διάγραμμα μπλοκ.

Μια χούφτα μέρη όπως η αντίσταση R1, οι πυκνωτές ζεύξης C1και Γ4, έλεγχος έντασης P1και έναν ενισχυτή που βασίζεται γύρω από το opamp Α1κάνει την εργασία πόλωσης για ένα μικρόφωνο πυκνωτή (ή ηλεκτροστατικό).

Αυτή η όλη λειτουργία δημιουργεί το τμήμα εισόδου του ενισχυτή PWM. Όπως συζητήθηκε προηγουμένως, οι διακόπτες Sπρος τηνκαι Sσικατασκευάζονται από ηλεκτρονικούς διακόπτες ES1δάχτυλα των ποδιών4και ζεύγη τρανζίστορ Τ13και Τδύο4.

Οι ενδείξεις τμήματος για τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα που κατασκευάζουν τη γεννήτρια PWM σχετίζονται με αυτές που περιγράφονται στο διάγραμμα μπλοκ.

Πιθανώς ο ενισχυτής PWM είναι ασυνήθιστα αποδοτικός, επειδή τα τρανζίστορ εξόδου δεν θερμαίνονται ακόμη και όταν εξαναγκάζονται σε κατάσταση all-drive. Εν ολίγοις, υπάρχει σχεδόν μηδενική απόρριψη στο στάδιο εξόδου ισχύος.

Ο πιο ζωτικός παράγοντας που πρέπει να λάβετε υπόψη προτού επιλέξετε επαγωγείς L1και εγώδύοείναι ότι πρέπει να είναι σε θέση να διοχετεύσουν το 3 A χωρίς να κορεστούν.

Η πραγματική αντιπαροχή έρχεται μόνο δεύτερη. Για παράδειγμα, οι επαγωγείς που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το έργο ελήφθησαν από ένα φως dimmer.

Ο σκοπός των διόδων Δ3στο Δ6είναι να περιέχει το πίσω EMF που παράγεται από τους επαγωγείς σε μια λογικά ασφαλή τιμή.

Επιπλέον, η μη αναστρέψιμη είσοδος του opamp Α1σχηματίζεται από τον D1, Γ3, Δδύοκαι R3. Αυτή η τάση εισόδου, φιλτραρισμένη αποτελεσματικά, είναι ίση με τη μισή τάση τροφοδοσίας.

Όταν χρησιμοποιείτε έναν παραδοσιακό ενισχυτή opamp, το κέρδος τάσης αντιστοιχεί σε ένα βρόχο αρνητικής ανάδρασης. Ρ4και R5θα ρυθμίσει το κέρδος σε 83 για να διασφαλίσει επαρκή ευαισθησία μικροφώνου.

Σε περίπτωση που χρησιμοποιείτε πηγές σήματος υψηλής αντίστασης, R4μπορεί να ενισχυθεί ανάλογα με τις ανάγκες.

μεγάλο1και εγώδύοπροκαλεί τη μετατόπιση φάσης και λόγω αυτού, η ανάδραση είναι δυνατή με τη βοήθεια του σήματος τετραγωνικού κύματος στον συλλέκτη του Τ1σε σύγκριση με το ημιτονοειδές σήμα ηχείων.

Συνδυάζεται με C5το opamp παρέχει τη σημαντική ενσωμάτωση του σήματος ανατροφοδότησης PWM.

Το σύστημα ανατροφοδότησης μειώνει την παραμόρφωση του ενισχυτή, αλλά όχι τόσο εκτεταμένα, ώστε να μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για άλλη εφαρμογή εκτός από τη δημόσια διεύθυνση.

Κανονικά, θα χρειαζόταν σημαντικά αυξημένη ποσότητα τάσης τροφοδοσίας και περίπλοκος σχεδιασμός κυκλώματος για ενισχυτή Class-D με χαμηλή παραμόρφωση.

Η εφαρμογή αυτής της ρύθμισης θα εμπόδιζε τη συνολική απόδοση του κυκλώματος. Δώστε προσοχή όταν επιλέγετε ηλεκτρονικούς διακόπτες στον ενισχυτή καθώς οι τύποι HCMOS είναι κατάλληλοι.

Ένας τυπικός τύπος CMOS 4066 είναι εξαιρετικά αργός και ακατάλληλος για την ενεργοποίηση ενός «βραχυκυκλώματος» σε όλη την T13και Τδύο4. Όχι μόνο αυτό, αλλά υπάρχει επίσης αυξημένος κίνδυνος υπερβολικής εργασίας ή ακόμη και μόνιμης βλάβης του ενισχυτή.

Ενισχυτής PWM για εφαρμογή Megaphone

Οι λάτρεις των ηλεκτρονικών προτιμούν να χρησιμοποιούν τον ενισχυτή κατηγορίας-D για την τροφοδοσία ενός ηχείου τύπου κέρατος, επειδή μπορεί να παράγει τον πιο δυνατό ήχο για ένα επιλεγμένο επίπεδο ισχύος.

Χρησιμοποιώντας μια μπαταρία 6 V και ένα μεγάφωνο θαλάμου πίεσης, το μοντέλο του ενισχυτή κατασκευάστηκε εύκολα.

Η υπάρχουσα ισχύ εξόδου 4 W ήταν μετρήσιμη σε μεγάφωνο με αξιοπρεπή εμβέλεια ήχου.

Τέσσερις ξηρές μπαταρίες 1,5 V ή αλκαλικά μονοκύτταρα συνδέθηκαν εν σειρά για την παροχή τάσης για το μεγάφωνο. Σε περίπτωση που θέλετε να χρησιμοποιείτε αυτήν τη ρύθμιση συχνά, επιλέξτε μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία NiCd ή gel (Dryfit).

Δεδομένου ότι η μέγιστη τρέχουσα κατανάλωση του μεγαφώνου είναι 0,7 Α, ένα τυπικό αλκαλικό είναι κατάλληλο για υποστήριξη της λειτουργίας για 24 ώρες με πλήρη ισχύ εξόδου.

Εάν σκοπεύετε για μη συνεχή χρήση, η επιλογή ενός συνόλου ξηρών κυττάρων θα είναι κάτι παραπάνω από αρκετό.

Λάβετε υπόψη ότι οποιαδήποτε πηγή ενέργειας χρησιμοποιείτε, δεν πρέπει ποτέ να υπερβαίνει τα 7 V.

Ο λόγος είναι οι διακόπτες HCMOS στο IC1δεν θα λειτουργούσε σωστά σε αυτό το επίπεδο τάσης ή περισσότερο.

Ευτυχώς, για τον ενισχυτή, το μέγιστο όριο τάσης τροφοδοσίας είναι μεγαλύτερο από 11 V.

Ο σχεδιασμός PCB για τον παραπάνω εξηγημένο ενισχυτή PWM class-D δίνεται παρακάτω:

Ένας άλλος καλός ενισχυτής PWM

Ένας καλά σχεδιασμένος ενισχυτής PWM θα περιλαμβάνει μια συμμετρική ορθογώνια γεννήτρια κυμάτων.

Ο κύκλος λειτουργίας αυτού του ορθογώνιου κύματος διαμορφώνεται από το ηχητικό σήμα.

Αντί να λειτουργούν γραμμικά, τα τρανζίστορ εξόδου λειτουργούν ως διακόπτες, οπότε είτε είναι πλήρως ενεργοποιημένα είτε απενεργοποιημένα. Σε αδρανή κατάσταση, ο κύκλος λειτουργίας της κυματομορφής είναι 50%.

Αυτό σημαίνει ότι κάθε τρανζίστορ εξόδου είναι πλήρως κορεσμένο ή επίσης γνωστό ως αγώγιμο, για την ίδια διάρκεια. Ως αποτέλεσμα, η μέση τάση εξόδου είναι μηδέν.

Αυτό σημαίνει ότι εάν ένας από τους διακόπτες παραμείνει κλειστός λίγο περισσότερο από τον άλλο, η μέση τάση εξόδου θα είναι είτε αρνητική είτε θετική ανάλογα με την πολικότητα του σήματος εισόδου.

Επομένως, μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι η μέση τάση εξόδου σχετίζεται με το σήμα εισόδου. Αυτό συμβαίνει επειδή τα τρανζίστορ εξόδου λειτουργούν εξ ολοκλήρου ως διακόπτες, επομένως υπάρχει εξαιρετικά χαμηλή απώλεια ισχύος στο στάδιο εξόδου.

Ο σχεδιασμός

Το Σχήμα 1 απεικονίζει ολόκληρο το σχηματικό του ενισχυτή PWM κατηγορίας-D. Μπορούμε να δούμε ότι ο ενισχυτής PWM δεν χρειάζεται να είναι πολύ περίπλοκος.

Με μόλις 12 V, ο αυτο-ταλαντωμένος ενισχυτής PWM θα αποδώσει 3 W σε 4 ohms.

Το σήμα ήχου εισόδου εφαρμόζεται σε ένα op-amp IC1 που λειτουργεί ως συγκριτικό. Αυτή η εγκατάσταση οδηγεί μια χούφτα ενεργοποιητών Schmitt που συνδέονται παράλληλα με το κύκλωμα.

Είναι εκεί για δύο λόγους. Πρώτον, πρέπει να υπάρχει μια «τετράγωνη» κυματομορφή και δεύτερον, απαιτείται το κατάλληλο ρεύμα κίνησης βάσης για το στάδιο εξόδου. Σε αυτό το στάδιο, υπάρχουν δύο απλά αλλά γρήγορα τρανζίστορ (BD137 / 138) εγκατεστημένα.

Ολόκληρος ο ενισχυτής ταλαντεύεται και παράγει ένα τετραγωνικό κύμα. Ο λόγος είναι ότι μία είσοδος από το συγκριτή (IC1) συνδέεται στην έξοδο μέσω ενός δικτύου RC.

Επιπλέον, και οι δύο είσοδοι του IC1 προκαλούνται από το πρώτο μισό της τάσης τροφοδοσίας χρησιμοποιώντας ένα διαχωριστικό τάσης R3 / R4.

Κάθε φορά που η έξοδος του IC1 είναι χαμηλή και οι εκπομποί T1 / T2 είναι υψηλοί, η φόρτιση του πυκνωτή C3 πραγματοποιείται μέσω της αντίστασης R7. Ταυτόχρονα, θα υπάρξει αύξηση της τάσης στην είσοδο που δεν αναστρέφει.

Μόλις αυτή η κλιμακούμενη τάση διασχίσει το επίπεδο της αναστροφής, το IC1 αλλάζει από χαμηλό σε υψηλό.

Κατά συνέπεια, οι εκπομποί T1 / T2 μετατρέπονται από υψηλό σε χαμηλό. Αυτή η συνθήκη επιτρέπει στο C3 να εκφορτώνεται μέσω του R7 και η τάση στην είσοδο συν μειώνεται κάτω από την τάση στην αρνητική είσοδο.

Η έξοδος του IC1 επανέρχεται επίσης σε χαμηλή κατάσταση. Στο τέλος, παράγεται τετράγωνο κύμα με συχνότητα που αποφασίζεται από τα R7 και C3. Οι παρεχόμενες τιμές δημιουργούν ταλάντωση στα 700 kHz.

Χρησιμοποιώντας ένα ταλαντωτής μπορούμε να διαμορφώσουμε τη συχνότητα. Το επίπεδο IC1 της αντιστροφής εισόδου που χρησιμοποιείται συνήθως ως αναφορά δεν παραμένει σταθερό αλλά αποφασίζεται από το ηχητικό σήμα.

Επιπλέον, το πλάτος καθορίζει το ακριβές σημείο όπου η έξοδος του συγκριτή αρχίζει να αλλάζει. Κατά συνέπεια, το «πάχος» των τετραγωνικών κυμάτων ρυθμίζεται τακτικά από το ηχητικό σήμα.

Για να διασφαλιστεί ότι ο ενισχυτής δεν λειτουργεί ως πομπός 700 kHz, πρέπει να πραγματοποιείται φιλτράρισμα στην έξοδο του. Ένα δίκτυο LC / RC που περιλαμβάνει L1 / C6 και C7 / R6 κάνει καλή δουλειά ως φίλτρο .

Τεχνικές προδιαγραφές

  • Εξοπλισμένος με φορτίο 8 ohms και τάση τροφοδοσίας 12 V, ο ενισχυτής παρήγαγε 1,6 W.
  • Όταν χρησιμοποιείται 4 ohms, η ισχύς αυξήθηκε σε 3 W. Για τόσο μικρή διασκεδασμένη θερμότητα, δεν απαιτείται ψύξη των τρανζίστορ εξόδου.
  • Έχει αποδειχθεί ότι η αρμονική παραμόρφωση είναι ασυνήθιστα χαμηλή για ένα απλό κύκλωμα όπως αυτό.
  • Το συνολικό επίπεδο αρμονικής παραμόρφωσης ήταν χαμηλότερο από 0,32% από το μετρούμενο εύρος από 20 Hz έως 20.000 Hz.

Στο παρακάτω σχήμα, μπορείτε να δείτε το PCB και τη διάταξη των μερών για τον ενισχυτή. Ο χρόνος και το κόστος κατασκευής αυτού του κυκλώματος είναι πολύ χαμηλό, οπότε παρουσιάζει μια εξαιρετική ευκαιρία για όσους θέλουν να βελτιώσουν την κατανόηση του PWM.

Το PCB και η διάταξη εξαρτημάτων του ενισχυτή PWM.

Λίστα ανταλλακτικών

Αντιστάσεις:
R1 - 22k
R2, R7 - 1Μ
R3, R4 - 2.2k
R6 - 420 k
R6 - 8,2 Ωμ
P1 = 100k λογαριθμικό ποτενσιόμετρο
Κατακτητής;
C1, C2 - 100 nF
C3 - 100 pF
C4, C5 - 100μF / 16 V
C6 = 68 nF
C7 - 470nF
C8 - 1000p / 10 V
C9 - 2n2
Ημιαγωγοί:
IC1 - CA3130
IC2- 00106
T1 = BD137
T2 - BD138

Διάφορα:
L1 = 39μH επαγωγέας

Απλό κύκλωμα ενισχυτή Class-D Transistor 3

Η εξαιρετική απόδοση του ενισχυτή PWM είναι τέτοια ώστε μια έξοδος 3 W μπορεί να παραχθεί με ένα BC107 που χρησιμοποιείται ως τρανζίστορ εξόδου. Ακόμα καλύτερα, δεν απαιτεί ψύκτρα.

Ο ενισχυτής περιλαμβάνει έναν ταλαντωτή πλάτους παλμού ελεγχόμενης τάσης που λειτουργεί στα περίπου 6 kHz και επιβάλλει ένα στάδιο εξόδου κατηγορίας-D.

Υπάρχουν μόνο δύο σενάρια - πλήρη ή εντελώς απενεργοποιημένη. Λόγω αυτού, ο διασκορπισμός είναι απίστευτα μικρός και κατά συνέπεια αποδίδει υψηλή απόδοση. Η κυματομορφή εξόδου δεν μοιάζει με την είσοδο.

Ωστόσο, το ακέραιο των κυματομορφών εξόδου και εισόδου είναι ανάλογο μεταξύ τους σε σχέση με το χρόνο.

Ο πίνακας των τιμών των συστατικών που παρουσιάζεται δείχνει ότι μπορεί να κατασκευαστεί οποιοσδήποτε ενισχυτής με έξοδο μεταξύ 3 W και 100 W. Δεδομένου ότι μπορούν να επιτευχθούν ισχυρότερες δυνάμεις έως 1 kW.

Το μειονέκτημα είναι ότι δημιουργεί περίπου το 30% της παραμόρφωσης. Ως αποτέλεσμα, ο ενισχυτής μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για ενίσχυση ήχου. Είναι κατάλληλο για συστήματα δημόσιων διευθύνσεων λόγω του ότι η ομιλία είναι απίστευτα κατανοητή.

Ψηφιακό Op-Amp

Η ακόλουθη ιδέα δείχνει πώς να χρησιμοποιήσετε ένα βασικό σετ επαναφοράς flip flop IC 4013 θα μπορούσε να εφαρμοστεί για τη μετατροπή αναλογικού σήματος ήχου σε αντίστοιχο σήμα PWM, το οποίο μπορεί να τροφοδοτηθεί περαιτέρω σε στάδιο MOSFET για την επιθυμητή ενίσχυση PWM.

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το ήμισυ του πακέτου 4013 ως ενισχυτής που παρέχει ψηφιακή έξοδο με κύκλο λειτουργίας ανάλογο με την επιθυμητή τάση εξόδου. Όποτε χρειάζεστε μια αναλογική έξοδο, ένα απλό φίλτρο θα έκανε τη δουλειά.

Πρέπει να ακολουθήσετε τους παλμούς του ρολογιού όπως ορίζεται και αυτοί πρέπει να είναι σημαντικά υψηλότεροι σε συχνότητα από το επιθυμητό εύρος ζώνης. Το κέρδος είναι R1 / R2 ενώ ο χρόνος R1R2C / (R1 + R2) πρέπει να είναι μεγαλύτερος από την περίοδο παλμών του ρολογιού.

Εφαρμογές

Υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους μπορεί να χρησιμοποιηθεί το κύκλωμα. Μερικοι ειναι:

  1. Αποκτήστε παλμούς από το σημείο μηδενικής διέλευσης του δικτύου και ενισχύστε ένα triac με την έξοδο. Ως αποτέλεσμα, έχετε πλέον σχεσιακό έλεγχο ισχύος χωρίς RFI.
  2. Χρησιμοποιώντας ένα γρήγορο ρολόι, αλλάξτε τα τρανζίστορ του προγράμματος οδήγησης με την έξοδο. Το αποτέλεσμα είναι ένας πολύ αποδοτικός ενισχυτής ήχου PWM.

Ενισχυτής PWM 30 watt

Ένα διάγραμμα κυκλώματος για ενισχυτή ήχου Class -D 30W μπορεί να δει στο ακόλουθο αρχείο pdf.

Κλάση D 30 watt Κατεβάστε

Ο λειτουργικός ενισχυτής IC1 ενισχύει το σήμα ήχου εισόδου μέσω ποτενσιόμετρου ελεγχόμενης έντασης VR1. Ένα σήμα PWM (διαμόρφωση πλάτους παλμού) δημιουργείται συγκρίνοντας το ηχητικό σήμα με 100kHz τρίγωνο wale. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω του συγκριτή 1C6. Το Resistor RI3 χρησιμοποιείται για την παροχή θετικής ανατροφοδότησης και το C6 εισάγεται στην πραγματικότητα για την ενίσχυση του χρόνου λειτουργίας του συγκριτή.

Η έξοδος του συγκριτή αλλάζει μεταξύ ακραίων τάσεων ± 7,5V. Η αντίσταση pull-up R12 προσφέρει + 7.5V ενώ το -7.5V παρέχεται από το εσωτερικό τρανζίστορ ανοιχτού εκπομπού IC6 στον πείρο 1. Κατά τη διάρκεια του χρόνου αυτού του σήματος κινείται σε θετικό επίπεδο, το τρανζίστορ TR1 λειτουργεί σαν ένα τρέχον τερματικό νεροχύτη. Αυτός ο νεροχύτης προκαλεί αύξηση της πτώσης τάσης στην αντίσταση R16, η οποία γίνεται αρκετά για να ενεργοποιήσετε το MOSFET TR3.

Όταν το σήμα αλλάζει στο αρνητικό άκρο. Το TR2 μετατρέπεται σε μια τρέχουσα πηγή που οδηγεί σε πτώση τάσης στο R17. Αυτή η πτώση αρκεί για να ενεργοποιήσετε το TR4. Βασικά, τα MOSFET TR3 και TR4 ενεργοποιούνται εναλλάξ δημιουργώντας ένα σήμα PWM που αλλάζει μεταξύ +/- 15V.

Σε αυτό το σημείο καθίσταται απαραίτητο να επαναφέρετε ή να μετατρέψετε αυτό το ενισχυμένο σήμα PWM στην καλή αναπαραγωγή ήχου που μπορεί να είναι ένα ενισχυμένο ισοδύναμο του σήματος ήχου εισόδου.

Αυτό επιτυγχάνεται με τη δημιουργία ενός μέσου όρου του κύκλου λειτουργίας PWM μέσω ενός φίλτρου χαμηλής διέλευσης Butterworh 3ης τάξης με συχνότητα αποκοπής (25kHz) σημαντικά κάτω από τη συχνότητα βάσης τριγώνου.

Αυτή η ενέργεια οδηγεί σε τεράστια εξασθένηση στα 100kHz. Η ληφθείσα τελική έξοδος μετατρέπεται σε έξοδο ήχου η οποία είναι μια ενισχυμένη αναπαραγωγή του σήματος ήχου εισόδου.

Η γεννήτρια τριγώνων κυμάτων μέσω της διαμόρφωσης κυκλώματος 1C2 και 1C5, όπου το IC2 λειτουργεί σαν γεννήτρια τετραγωνικών κυμάτων με θετική ανάδραση που παρέχεται μέσω των R7 και R11. Οι δίοδοι DI έως D5 λειτουργούν σαν αμφίδρομος σφιγκτήρας. Αυτό διορθώνει την τάση σε περίπου +/- 6V.

Ένας τέλειος ολοκληρωτής δημιουργείται μέσω των προκαθορισμένων VR2, πυκνωτών C5 και IC5 που μετατρέπει ένα τετράγωνο κύμα σε ένα τρίγωνο κύμα. Το Preset VR2 παρέχει τη δυνατότητα ρύθμισης συχνότητας.

Η έξοδος 1C5 στο (pin 6) παρέχει ανατροφοδότηση στο 1C2 και η αντίσταση R14 και η προκαθορισμένη λειτουργία VR3 ως εύκαμπτος εξασθενητής επιτρέποντας στο επίπεδο του τριγώνου κύματος να τροποποιηθεί όπως απαιτείται.

Μετά την ολοκλήρωση του πλήρους κυκλώματος, τα VR2 και VR3 πρέπει να ρυθμιστούν ώστε να επιτρέπουν την έξοδο ήχου υψηλής ποιότητας. Ένα σετ συνηθισμένων ενισχυτών 741 op για 1C4 και IC3 μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως buffer gain για να τροφοδοτήσει την ισχύ +/- 7.5V.

Οι πυκνωτές C3, C4, C11 και C12 χρησιμοποιούνται για διήθηση, ενώ οι υπόλοιποι πυκνωτές χρησιμοποιούνται για την αποσύνδεση της παροχής.

Το κύκλωμα μπορεί να τροφοδοτείται από eb με διπλή τροφοδοσία DC +/- 15V, η οποία θα μπορεί να οδηγήσει ένα μεγάφωνο 30W 8 ohm μέσω της φάσης LC χρησιμοποιώντας τον πυκνωτή C13 και τον επαγωγέα L2. Σημειώστε ότι μπορεί να είναι απαραίτητοι μέτριοι ψεκαστήρες για τα MOSFET TR3 και TR4.




Προηγούμενο: Ρυθμιζόμενο κύκλωμα ελεγκτή ταχύτητας μηχανής τρυπανιών Επόμενο: Κύκλωμα ανιχνευτή κίνησης χρησιμοποιώντας το Doppler Effect