Tässä modernissa maailmassa audiojärjestelmän äänivahvistuksen päätavoitteena on toistaa ja vahvistaa tarkasti annetut tulosignaalit. Ja yksi suurimmista haasteista on saada korkea lähtöteho mahdollisimman pienellä tehohäviöllä. D-luokan vahvistintekniikalla on kasvava vaikutus live-äänimaailmaan tarjoamalla suurta tehoa ilman tehohäviötä ja vähemmän painoa kuin koskaan ennen. Nykyään kannettavat musiikkilaitteet ovat yhä suositumpia, kun kannettavien musiikkilaitteiden ulkoisten äänien kysyntä kasvaa.
Äänenvahvistus tehdään joskus putkivahvistintekniikalla, mutta ne ovat kooltaan suuria eivätkä sovellu kannettaviin elektronisiin äänijärjestelmiin. Suurimpaan osaan äänenvahvistustarpeita insinöörit päättävät käyttää transistoreita lineaarisessa tilassa luodakseen skaalatun lähdön pieneen tuloon perustuen. Tämä ei ole paras valinta vahvistimille, koska lineaarikäytössä olevat transistorit johtavat, tuottavat lämpöä ja kuluttavat virtaa jatkuvasti. Tämä lämpöhäviö on tärkein syy siihen, miksi lineaarinen tila ei ole optimaalinen akkukäyttöisillä kannettavilla äänisovelluksilla. Siellä on monia luokan vahvistimia A, B, AB, C, D, E ja F. Ne luokitellaan kahteen eri toimintatilaan, lineaariseen ja kytkentäiseen.
D-luokan vahvistin
Lineaarisen tilan vahvistimet - luokka A, B, AB ja luokka C ovat kaikki lineaarimoodivahvistimia joiden lähtö on verrannollinen niiden tuloon. Lineaarimoodivahvistimet eivät kyllästy, kytkeytyvät kokonaan päälle tai sammuvat kokonaan. Koska transistorit ovat aina johtavia, syntyy lämpöä ja kuluttaa jatkuvasti virtaa. Tästä syystä lineaarivahvistimien tehokkuus on pienempi kuin kytkentävahvistimiin. Kytkentävahvistimet - luokka D, E ja F ovat kytkentävahvistimia. Niillä on korkeampi hyötysuhde, jonka pitäisi teoriassa olla 100%. Tämä johtuu siitä, että energian häviö lämmöntuotannossa ei ole.
Mikä on luokan D vahvistin?
Luokan D vahvistin on kytkentävahvistin, ja kun se on 'ON' -tilassa, se johtaa virtaa, mutta kytkinten yli on lähes nolla jännitettä, joten lämpöä ei hävitä virrankulutuksen takia. Kun se on “OFF” -tilassa, syöttöjännite menee yli MOSFETit , mutta koska virtaa ei ole, kytkin ei kuluta virtaa. Vahvistin kuluttaa virtaa päälle / pois-siirtymien aikana vain, jos vuotovirtoja ei oteta huomioon. D-luokan vahvistin, joka koostuu seuraavista vaiheista:
- PMW-modulaattori
- Kytkentäpiiri
- Lähtö alipäästösuodatin
D-luokan vahvistimen lohkokaavio
PMW-modulaattori
Tarvitsemme piirin rakennuspalikan, joka tunnetaan vertailijana. Vertailijalla on kaksi tuloa, nimittäin tulo A ja tulo B. Kun tulon A jännite on suurempi kuin tulon B, vertailijan lähtö menee suurimmalle positiiviselle jännitteelleen (+ Vcc). Kun tulo A on pienempi jännitteellä kuin tulo B, vertailijan lähtö menee suurimmalle negatiiviselle jännitteelleen (-Vcc). Alla olevassa kuvassa näkyy kuinka vertailija toimii D-luokan vahvistimessa. Yksi tulo (olkoon se tuloliitäntä A) toimitetaan vahvistettavan signaalin mukana. Toinen tulo (tulo B) toimitetaan tarkasti muodostetulla kolmioaallolla. Kun signaali on hetkellisesti korkeampi kuin kolmioaalto, lähtö lähtee positiiviseksi. Kun signaali on hetkellisesti matalampi kuin kolmioaalto, lähtö menee negatiiviseksi. Tuloksena on pulssiketju, jossa pulssin leveys on verrannollinen hetkelliseen signaalitasoon. Tämä tunnetaan nimellä ”Pulssinleveyden modulointi” tai PWM .
PMW-modulaattori
Kytkentäpiiri
Vaikka vertailijan lähtö on digitaalinen tulosignaalin esitys, sillä ei ole voimaa kuorman (kaiuttimen) ohjaamiseen. Tämän kytkentäpiirin tehtävänä on tuottaa riittävä tehovahvistus, mikä on välttämätöntä vahvistimelle. Kytkentäpiiri on yleensä suunniteltu käyttämällä MOSFET-laitteita. On erittäin tärkeää suunnitella, että kytkentäpiirit tuottavat signaaleja, jotka eivät mene päällekkäin, tai muuten kohtaat ongelman oikosuluttaa virtalähde suoraan maahan tai jos käytät jaettua virtalähdettä oikosulussa. Tätä kutsutaan läpisyötöksi, mutta se voidaan estää tuomalla ei-päällekkäiset porttisignaalit MOSFET-laitteisiin. Aikaa, joka ei ole päällekkäinen, kutsutaan kuolleeksi ajaksi. Suunnitellessamme näitä signaaleja meidän on pidettävä kuollut aika mahdollisimman lyhyt, jotta ylläpidetään tarkka vääristymälähtösignaali, mutta sen on oltava riittävän pitkä pitääkseen molemmat MOSFET-yksiköt johtamasta samanaikaisesti. Aikaa, jonka MOSFETit ovat lineaarisessa tilassa, on myös lyhennettävä, mikä auttaa varmistamaan, että MOSFETit toimivat synkronisesti sen sijaan, että molemmat johtavat samanaikaisesti.
Tätä sovellusta varten on käytettävä teho-MOSFET-laitteita suunnittelun tehovahvistuksen vuoksi. D-luokan vahvistimia käytetään korkeaan hyötysuhteeseensa, mutta MOSFET-laitteissa on sisäänrakennettu kehon diodi, joka on loinen ja joka sallii virran vapaan pyörimisen kuolleena aikana. Schottky-diodi voidaan lisätä rinnakkain MOSFETin tyhjennyksen ja lähteen kanssa MOSFETin kautta tapahtuvien häviöiden vähentämiseksi. Tämä vähentää sen tappioita Schottky-diodi on nopeampi kuin MOSFETin kehodiodi varmistaen, että kehodiodi ei johda kuolleena aikana. Korkean taajuuden aiheuttamien häviöiden vähentämiseksi Schottky-diodi MOSFETin rinnalla on käytännöllinen ja välttämätön. Tämä Schottky varmistaa, että MOSFET-laitteiden jännite ennen sammuttamista. MOSFETien ja lähtötason yleinen toiminta on analoginen synkronin toiminnan kanssa Buck-muunnin . Kytkentäpiirin tulo- ja lähtöaaltomuodot on esitetty alla olevassa kuvassa.
Kytkentäpiiri
Lähtö alipäästösuodatin
Luokan D vahvistimen viimeinen vaihe on ulostulosuodatin, joka vaimentaa ja poistaa kytkentäsignaalin taajuuden yliaaltoja. Tämä voidaan tehdä yhteisellä alipäästösuodatinjärjestelyllä, mutta yleisin on induktorin ja kondensaattorin yhdistelmä. Toista tilaussuodatinta halutaan, jotta meillä olisi -40dB / Decade roll-off. Katkaisutaajuuksien alue on välillä 20 kHz - noin 50 kHz, koska ihmiset eivät voi kuulla mitään yli 20 kHz. Alla olevassa kuvassa näkyy toisen asteen Butterworth-suodatin. Tärkein syy Butterworth-suodattimen valitsemiseen on, että se vaatii vähiten komponentteja ja sillä on tasainen vaste terävällä katkaisutaajuudella.
Lähtö alipäästösuodatin
Luokan D vahvistimen sovellukset
Se soveltuu paremmin kannettaville laitteille, koska se ei sisällä ylimääräisiä jäähdytyselementtijärjestelyjä. Niin helppo kuljettaa. Suuritehoisesta D-luokan vahvistimesta on tullut vakio monissa kulutuselektroniikkasovelluksissa, kuten
- Televisiot ja kotiteatterijärjestelmät.
- Suuritehoinen kulutuselektroniikka
- Kuulokevahvistimet
- Mobiilitekniikka
- Autoteollisuus
Näin ollen kyse on luokan D vahvistimien toiminnasta ja sovelluksista. Toivomme, että olet saanut paremman käsityksen tästä käsitteestä. Lisäksi kaikki tähän konseptiin liittyvät kysymykset tai niiden toteuttaminen sähkö- ja elektroniikkaprojektit , anna palautteesi kommentoimalla alla olevassa kommenttiosassa. Tässä on kysymys sinulle, Mitkä ovat luokan D vahvistimen sovellukset?
