Усилитель класса D | Микросхема
Как ни странно, но усилители D класса были разработаны ещё в 1958 году. Хотя, если упоминание про нанотехнологии относить к 1959 году, то нисколько не странно (прим. AndReas). И вообще середина прошлого столетия была богата научными разработками, которыми мы лишь сейчас начинаем использовать, а нового, на мой взгляд, практически ничего не предлагается. В полной мере сказанное относится и к усилителям класса D, которые завоевали особую популярность именно в начале 21 века.
Преимущества усилителей D класса
Вообще каждому классу усилителей звуковой частоты присущи свои достоинства и недостатки (подробнее о классах усилителей), определяющие диапазоны их применения. Для D класса неоспоримыми плюсами являются низкая мощность рассеяния и тепловыделение, малые размеры (на фото размер готового устройства на 400 ватт сопоставим с размером батарейки) и стоимость, продолжительное время работы в автономных устройствах (при автономном питании линейный выходной каскад опустошит батарею гораздо быстрее, чем усилитель класса D).
Ключи выходного каскада такого усилителя коммутируют выход с отрицательной и положительной шиной питания, создавая тем самым серии положительных и отрицательных импульсов. Теоретический КПД усилителей класса D равен 100%. То есть, все питание подается на нагрузку. Но, конечно же, на практике MOSFET (МОП-транзисторы) не являются идеальными переключателями и обладают сопротивлением. Соответственно, на них тратится часть энергии. Но все же КПД усилителей звуковой частоты D класса выше 90%. По сравнению с коэффициентом полезного действия максимум 78% для УНЧ B класса, являющимся самым производительным из линейных, показатель >90% это весомый аргумент экономичности класса D.
Цифровой или все-таки импульсный?!
Часто подобные усилители называют цифровыми. Этот термин прочно за ними закрепился, однако название цифровой усилитель некорректно. Работа УНЧ класса D основана на широтно-импульсной модуляции (PWM). Следовательно правильнее их называть импульсными усилителями.
Почему же их называют цифровыми? Все очень просто. Принцип работы усилителя схож с принципом работы цифровой логики. Как вы знаете, в цифровой технике и электронике применяется двоичная система счисления. А иначе можно сказать «есть» и «нет» или «истина» и «ложь» или «1» и «0» или 5 вольт и 0 вольт. Примерно также работает и усилитель класса D, что связано с применением в выходном каскаде МОП-транзисторов. В последние годы все более упоминаемым является класс T. В коммерческих целях он выделен в отдельную линейку усилителей. Но, по сути, он является дальнейшей реализацией класса D.
Кратко о принципе работы усилителя
Существует полумостовая топология включения и мостовая. Ниже на рисунках приведена их реализация на практике.
Как можно увидеть по полумостовой схеме включения, в каждый момент времени должен быть открыт только один транзистор. Если откроются оба, то произойдет короткое замыкание, сила тока резко увеличится, что приведет к выходу из строя выходные МОП-транзисторы.
В момент открытия один из транзисторов усиливает положительную составляющую напряжения, другой – отрицательную относительно нулевого проводника. Но существует период времени, названный «мертвым», когда оба ключа закрыты. Так вот это время должно быть в пределах 5…100 нс. В конечном счете, оно влияет на все характеристики готового усилителя: и качественные, и мощностные.
Если вы хотите получить качественный звук, то «мертвое время» должно быть наименьшим. Но при этом увеличивается вероятность короткого замыкания (как говорилось выше). Поскольку МОП-транзисторы могут не успеть переключиться. Поэтому при выборе радиодеталей для усилителей класса D нужно выбирать высокоскоростные компоненты.
Ключевые рекомендации
При выборе мощных полевых транзисторов нужно отдавать предпочтение МОПам с низким сопротивлением канала и низким уровнем заряда затвора. Наиболее удачным решением для этого служат транзисторы серии IRFI4024x-117P в изолированных 5-выводных корпусах TO-220 FullPak компании International Rectifier.
Во многом идеальная форма тока нагрузки зависит от ШИМ-компаратора. Вот лишь некоторые ШИМ-контроллеры:
Одной из последних разработок компараторов такого класса стал ШИМ-контроллер IRS20955S. Применение IRS20955S исключает из схемы до 27 внешних компонентов. Встроенный генератор «мертвого времени» устанавливает точное значение данного параметра для обеспечения максимального уровня качественных параметров усилителя D класса, а именно, низкий коэффициент гармонических искажений и шум, а также высокая устойчивость к помехам. Задержка на переключение МОП-транзисторов может устанавливаться в 15, 25, 35, 45 нс. IRS20955S работает на частотах до 800 кГц и может применяться не только в полумостовых схемах с двухполярным питанием, но и в мостовых схемах с однополярным. Совместно с транзисторами серии IRFI4024x-117P можно вдвое уменьшить общий размер печатной платы для усилителя мощности до 500 ватт.
При проектировании печатной платы для усилителей мощности класса D нужно обязательно придерживаться схемотехнических способов конструирования высокочастотных устройств.
Располагать дорожки на печатной плате нужно только в одном направлении, а не в хаотичном порядке. Это поможет избежать появления ВЧ составляющей. Минусовые дорожки нуждаются в устранении наводок с силовых линий путем установки керамических конденсаторов емкостью 1 нФ и 10 нФ.
Практическая часть: схема усилителя класса D
В заключение теоретической части нашего обзора хотелось бы отметить, что все классы усилителей имеют достоинства и недостатки. Где-то оправдано применение одних и совершенно нерационально применение других. Некоторые радиолюбители при конструировании усилителей мощности звуковой частоты отдают предпочтение одному-двум классам и совершенно не приемлют остальные. Другие же, являясь универсалами, пробуют свои силы в большинстве классов усилителей, выбирая лучшие конструкции. Мы же советуем обратить внимание на D-класс. Их сборка не так и сложна, как может показаться.
Если вас, уважаемые радиолюбители, заинтересовала затронутая тема, можете высказываться, делиться идеями, и мы в дальнейшем ещё не раз вернемся к рассмотрению подобных самых популярных схем усилителей.
Из ранее опубликованного можем посоветовать усилители D класса на 300, 900 и 1200 Вт от Алексея Королькова. А сейчас хотим представить простую полумостовую схему усилителя D класса с выходной мощностью 120 ватт.
КПД усилителя составляет 96% при нагрузке на динамик импедансом 4 Ом. В качестве ШИМ-контроллера применяется IRS20955S. На выходе стоят мощные МОП-транзисторы IRFI4212-117P, разработанные специально для D класса. Точнее, это сборка из двух MOSFET, соединенных по полумостовой схеме. КНИ при полной мощности составляет 1%; при 60 Вт – 0,05%. Диапазон воспроизводимых частот от 20 Гц до 35 кГц. Питается усилитель от двуполярного источника напряжением +/-40 вольт. Все номиналы радиодеталей указаны на схеме.
Метки: УНЧ
Радиолюбителей интересуют электрические схемы:
УНЧ 900 Вт — Класс D
Ламповый усилитель
Классы усилителей | ПРОAV
Класс электронного усилителя обозначает режим его работы, а также определяют в общем виде, схемотехнический принцип на основании которого построен усилитель.
В данный момент, среди усилителей звуковой частоты наиболее распространены классы TD, B, D, H.
Усилители класса B
Усилители класса B являются двухтактными: одно плечо усилителя (npn-транзистор) воспроизводит положительную полуволну, другое плечо (pnp-транзистор) — отрицательную. На выходе обе полуволны складываются, формируя минимально искажённую усиленную копию входного сигнала. Ток покоя выходных транзисторов в режиме B составляет 10…100мА на каждый транзисторный каскад.
Предельный КПД идеального каскада в режиме B на синусоидальном сигнале равен 78,5%, реального транзисторного каскада — ~72%. Эти показатели достигаются только тогда, когда выходная мощность P равна максимально возможной мощности для данного сопротивления нагрузки Pмакс(Rн). С уменьшением выходной мощности КПД падает, а абсолютные потери энергии в усилителе возрастают. При выходной мощности, равной 1/3 Pмакс(Rн), потери реального транзисторного каскада достигают абсолютного максимума в 46% от Pмакс(Rн), а КПД каскада уменьшается до 40 %.
С дальнейшим уменьшением выходной мощности абсолютные потери энергии уменьшаются, но КПД продолжает снижаться.
Максимальная выходная мощность на данной нагрузке определяется напряжением питания выходного каскада усилителя.
Общая схема усилителей класса B
Усилители класса D
В усилителях класса D форма тока выходных транзисторов имеет вид прямоугольных импульсов, транзистор либо заперт, либо открыт полностью. Сопротивление открытого канала силовых МДП-транзисторов близко к “0” (единицы миллиОм), поэтому, можно считать (в первом приближении), что в режиме D транзистор работает без потерь мощности. КПД реальных усилителей мощности класса D составляет 90…95%. Причем КПД мало зависит от выходной мощности (при мощности близкой к 1 Вт усилитель класса D проигрывает в потреблении усилителю класса B).
Простейшая и наиболее распространённая схема усилителя класса D – схема с синхронной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Аналоговая ШИМ не позволяет добиться низких значений нелинейных искажений.
Общая схема усилителей класса D
Усилители класса H
Усилители класса H – усилители (класса B) с плавно изменяющимся напряжением источника питания. При малых уровнях выходного сигнала усилитель подключен к «обычным» шинам с низким напряжением питания. При росте выходного напряжения напряжение на шинах питания увеличивается, поддерживая минимально необходимое падение напряжения на активном транзисторе. В простейшем варианте класса H используется конденсатор вольтодобавки, заряжаемый от основной шины источника питания. В более сложных схемах применяется встроенный преобразователь напряжения, накачивающий конденсаторы вольтдобавки до требуемых значений.
Усилители мощности звуковой частоты класса TD
Класс TD является торговой маркой шведской компании Lab.gruppen. “Следящий класс D” – подвид класса D и класса H: усилитель класса B, питаемый напряжением ЗЧ (звуковой частоты), вырабатываемый усилителем класса D.
Усилители класса TD – усилитель класса B (“чистый” усилитель) источником питания для которого является усилитель класса D (“грязный” усилитель).
При этом такой гибридный усилитель имеет характеристики класса B (нелинейные искажения) и КПД ~65% во всем диапазоне мощностей.
Важнейший показатель качества усилителя – линейность выходного сигнала (минимальные нелинейные искажения).
В усилителях класса TD питание управляется звуковым сигналом и почти полностью соответствует его форме, позволяя достичь высоких значений КПД
Полупроводниковые и системные решения — Infineon Technologies
Новинка: МОП-транзистор CoolSiC™ 2000 В
EasyPACK™ 3B поддерживает работу при полном токе при 1500 В постоянного тока с достаточным запасом по перенапряжению — идеально подходит для фотогальванической зарядки и зарядки электромобилей.
Скачать техническое описание
electronica 2022
Посетите нас на выставке electronica в этом году — живите в Мюнхене или в цифровом формате!
Учить больше
Присоединяйтесь к нам на TRUSTECH 2022
Погрузитесь в самое сердце безопасности на выставке TRUSTECH этого года с семейством универсальных решений Infineon SECORA™.
Узнать больше
Масштабируемая автомобильная приборная панель
Маломощная линейная обработка графики, функциональная безопасность, встроенный аппаратный модуль безопасности (HSM) и возможность обновления программного обеспечения по беспроводной сети (OTA).
Учить больше
Умные дома и здания будущего
Интеллектуальные полупроводниковые решения делают здания и дома настраиваемыми, обеспечивая больше комфорта жителям и работникам и экономя энергию
Взглянем
Машинное зрение для Индустрии 4.
0
Веб-семинар: USB SuperSpeed (от 5 до 20 Гбит/с) для высокоскоростной обработки изображений и видео. Ускорьте промышленную автоматизацию производства с помощью решений Infineon EZ-USB™.
Сохраните свое место
Новости
28 ноября 2022 г. | Business & Financial Press
Немецкая федеральная типография, Fraunhofer и Infineon впервые демонстрируют защиту электронного паспорта в эпоху квантовых компьютеров
22 ноября 2022 г. | Business & Financial Press
Infineon возглавляет рейтинг лидеров разнообразия Financial Times 2022
Новости рынка
01 декабря 2022 г.
| Новости рынка
Формирователь изображения i-ToF на основе новой пиксельной технологии Infineon повышает производительность системы 3D-камеры при оптимизированной стоимости
Посетите Infineon в Твиттере
Схема простого усилителя класса D
Фарва Навази
3120 просмотровВведение
Как мы все знаем, усилители представляют собой схемы, преобразующие слабые сигналы в сигналы высокой амплитуды. Однако усилители бывают двух видов: предусилители и усилители мощности. Кроме того, усилители мощности подразделяются на различные типы. К ним относятся класс A, класс B, класс AB, класс C и т. д. Но эта статья посвящена созданию аудиоусилителя класса B. Итак, в этом уроке мы рассмотрим «Простую схему усилителя класса D».
Прежде чем приступить к созданию схемы, сначала нам нужно узнать об усилителях класса D 9.0005
Краткий обзор усилителя класса D
Схема усилителя класса D с нелинейным переключающим усилителем. Это означает, что усилитель имеет угол проводимости 0 градусов из-за его способности переключения. Эта схема усилителя может быть более эффективной, чем линейные усилители. И он имеет КПД f 90-95%%.
Аппаратные компоненты
Следующие компоненты необходимы для изготовления схемы усилителя класса D
| S.No | Components | Value | Qty |
|---|---|---|---|
| 1 | IC | BD5460 | 1 |
| 2 | Connector | 2-Pin | 1 |
| 3 | Speaker | 8 Ohm | 2 |
| 4 | Switch | 1 | |
| 5 | 0.
Похожие записи
|