Šajā mūsdienu pasaulē galvenais audio pastiprināšanas mērķis audio sistēmā ir precīzi reproducēt un pastiprināt dotos ieejas signālus. Un viens no lielākajiem izaicinājumiem ir iegūt lielu izejas jaudu ar pēc iespējas mazāk enerģijas zudumiem. D klases pastiprinātāju tehnoloģija arvien vairāk ietekmē dzīvo skaņu pasauli, piedāvājot lielu jaudu ar nulles jaudas izkliedi un mazāku svaru nekā jebkad agrāk. Mūsdienās pārnēsājamās mūzikas ierīces kļūst arvien populārākas, pieaugot pieprasījumam pēc ārējām skaņām portatīvajās mūzikas ierīcēs.
Audio pastiprināšana dažreiz tiek veikta ar cauruļu pastiprinātāju tehnoloģiju, taču tie ir apjomīgi un nav piemēroti pārnēsājamām elektroniskām skaņas sistēmām. Lielākajai daļai audio pastiprināšanas vajadzību inženieri izvēlas izmantot tranzistorus lineārā režīmā, lai izveidotu mērogotu izvadi, pamatojoties uz nelielu ievadi. Tas nav labākais audio pastiprinātāju dizains, jo lineārajā režīmā esošie tranzistori nepārtraukti vadīs, radīs siltumu un patērēs enerģiju. Šie siltuma zudumi ir galvenais iemesls, kāpēc lineārais režīms nav optimāls portatīvām audio lietojumprogrammām, kuras darbina ar akumulatoru. Tur ir daudzas klases audio pastiprinātāji A, B, AB, C, D, E un F. Tos klasificē divos dažādos darbības režīmos - lineārā un komutācijas.
D klases pastiprinātājs
Lineārā režīma jaudas pastiprinātāji - A, B, AB un A klase C klase ir visi lineārā režīma pastiprinātāji kuru izeja ir proporcionāla to ievadam. Lineārā režīma pastiprinātāji nav piesātināti, pilnībā ieslēdzami vai pilnībā izslēgti. Tā kā tranzistori vienmēr ir vadoši, rodas siltums, kas nepārtraukti patērē enerģiju. Tas ir iemesls, kāpēc lineārajiem pastiprinātājiem ir zemāka efektivitāte, salīdzinot ar pastiprinātāju pārslēgšanu. D, E un F klases komutācijas pastiprinātāji ir komutācijas pastiprinātāji. Viņiem ir augstāka efektivitāte, kurai teorētiski vajadzētu būt 100%. Tas ir tāpēc, ka siltuma izkliedēšanai nav enerģijas zuduma.
Kas ir D klases pastiprinātājs?
D klases pastiprinātājs ir komutācijas pastiprinātājs, un, kad tas ir “ON” stāvoklī, tas vadīs strāvu, bet slēdžiem būs gandrīz nulle sprieguma, tāpēc enerģijas patēriņa dēļ siltums netiek izvadīts. Kad tas ir “OFF” režīmā, barošanas spriegums šķērsos MOSFET , bet strāvas plūsmas neesamības dēļ slēdzis patērē bez jaudas. Pastiprinātājs patērēs enerģiju ieslēgšanas / izslēgšanas pārejas laikā tikai tad, ja netiek ņemtas vērā noplūdes strāvas. D klases pastiprinātājs, kas sastāv no šādiem posmiem:
- PMW modulators
- Komutācijas ķēde
- Izejas zemfrekvences filtrs
D klases pastiprinātāja blokshēma
PMW modulators
Mums ir nepieciešams shēmas veidošanas bloks, kas pazīstams kā salīdzinājums. Salīdzinātājam ir divas ieejas, proti, ieeja A un ieeja B. Ja ieejas A spriegums ir lielāks nekā ieejas B, salīdzinātāja izeja sasniegs maksimālo pozitīvo spriegumu (+ Vcc). Kad ieejas A spriegums ir mazāks nekā B ieejas, salīdzinātāja izeja sasniegs maksimālo negatīvo spriegumu (-Vcc). Zemāk redzamais attēls parāda kā darbojas salīdzinātājs D klases pastiprinātājā. Viena ieeja (lai tā būtu A ieejas spaile) tiek piegādāta ar pastiprināmo signālu. Otra ieeja (ievade B) tiek piegādāta ar precīzi ģenerētu trīsstūra viļņu. Kad signāls ir uzreiz augstāks par trīsstūra viļņu, izeja kļūst pozitīva. Kad signāls ir acumirklī zemāks par trīsstūra viļņu, izeja kļūst negatīva. Rezultāts ir impulsu ķēde, kur impulsa platums ir proporcionāls mirkļa signāla līmenim. Tas ir pazīstams kā “Pulsa platuma modulācija” jeb PWM .
PMW modulators
Komutācijas ķēde
Lai arī salīdzinātāja izeja ir ieejas audio signāla digitāls attēlojums, tam nav spēka vadīt slodzi (skaļruni). Šīs komutācijas ķēdes uzdevums ir nodrošināt pietiekamu jaudas pieaugumu, kas ir būtiski pastiprinātājam. Komutācijas ķēde parasti tiek veidota, izmantojot MOSFET. Ir ļoti svarīgi izstrādāt, lai komutācijas ķēdes radītu signālus, kas nepārklājas, citādi rodas problēma ar īssavienojuma piegādi tieši pret zemi vai, ja tiek izmantots sadalīts avots, kas saīsina piegādes. To sauc par šāvienu cauri, taču to var novērst, ieviešot vārtu signālus, kas nepārklājas, MOSFET. Laiks, kas nepārklājas, ir pazīstams kā beigu laiks. Veidojot šos signālus, mums jāsaglabā pēc iespējas īsāks miršanas laiks, lai saglabātu precīzu izejas signālu ar zemu izkropļojumu, bet tam jābūt pietiekami ilgam, lai saglabātu abu MOSFET vadīšanu vienlaikus. Ir jāsamazina arī laiks, kad MOSFET ir lineārajā režīmā, kas palīdzēs pārliecināties, ka MOSFET darbojas sinhroni, nevis abi vienlaikus.
Šajā lietojumā strāvas MOSFET ir jāizmanto, pateicoties projektēšanas jaudas pieaugumam. D klases pastiprinātāji tiek izmantoti to augstās efektivitātes dēļ, taču MOSFET ir iebūvēts ķermeņa diods, kas ir parazītisks un ļaus strāvai turpināt brīvgaitas darbību mirušā laikā. Lai samazinātu MOSFET radītos zaudējumus, paralēli MOSFET notecei un avotam var pievienot Schottky diode. Tas samazina tā zaudējumus, jo Šotka diode ir ātrāks nekā MOSFET ķermeņa diode, nodrošinot, ka ķermeņa diode nevadās mirušajā laikā. Lai samazinātu augstfrekvences radītos zaudējumus, praktiski un nepieciešams Schottky diode paralēli MOSFET. Šis Schottky nodrošina, ka spriegums pāri MOSFET pirms izslēgšanas. MOSFET un izejas posma kopējā darbība ir analoga sinhronā darbībai Buka pārveidotājs . Komutācijas ķēdes ieejas un izejas viļņu formas ir parādītas zemāk redzamajā attēlā.
Komutācijas ķēde
Izejas zemfrekvences filtrs
D klases pastiprinātāja pēdējais posms ir izejas filtrs, kas vājina un noņem komutācijas signāla frekvences harmonikas. To var izdarīt ar kopēju zemfrekvences filtru izkārtojumu, taču visizplatītākā ir induktora un kondensatora kombinācija. Vēlams otrais filtrēšanas filtrs, lai mums būtu -40dB / desmitgade. Griešanas frekvenču diapazons ir no 20 kHz līdz aptuveni 50 kHz, jo cilvēki nevar dzirdēt neko virs 20 kHz. Zemāk redzamajā attēlā parādīts otrās kārtas Butterworth filtrs. Galvenais iemesls, kāpēc mēs izvēlamies Butterworth filtru, ir tāds, ka tam nepieciešams vismazāk komponentu un tam ir vienāda reakcija ar asu izslēgtu frekvenci.
Izejas zemfrekvences filtrs
D klases pastiprinātāja pielietojums
Tas ir vairāk piemērots pārnēsājamām ierīcēm, jo tajā nav papildu siltuma izlietnes izkārtojuma. Tik viegli pārnēsājama. Augstas jaudas D klases pastiprinātājs ir kļuvis par standartu daudzās patērētāju elektroniskajās lietojumprogrammās, piemēram,
- Televizori un mājas kinozāles sistēmas.
- Liela apjoma plaša patēriņa elektronika
- Austiņu pastiprinātāji
- Mobilās tehnoloģijas
- Automobiļi
Tādējādi tas viss attiecas uz D klases pastiprinātāju darbību un lietojumprogrammām. Mēs ceram, ka esat labāk izpratis šo koncepciju. Turklāt visi jautājumi par šo koncepciju vai to ieviešanu elektrotehnikas un elektronikas projekti , lūdzu, sniedziet atsauksmes, komentējot komentāru sadaļā zemāk. Šeit ir jautājums jums, Kādi ir D klases pastiprinātāja pielietojumi?
