อธิบายวงจรแอมพลิฟายเออร์ PWM ที่มีประสิทธิภาพ 4 แบบ

เครื่องขยายเสียงที่ออกแบบมาเพื่อขยายสัญญาณเสียงแบบอะนาล็อกผ่านการมอดูเลตความกว้างพัลส์หรือการประมวลผล PWM และด้วยวงจรการทำงานที่ปรับได้นั้นเป็นที่รู้จักกันในหลายชื่อเช่นเครื่องขยายเสียงดิจิตอลเครื่องขยายเสียง Class-D เครื่องขยายเสียงแบบสวิตช์และเครื่องขยายเสียง PWM

เนื่องจากสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงก เครื่องขยายเสียง Class-D ได้กลายเป็นแนวคิดที่ชื่นชอบสำหรับแอปพลิเคชันโทรศัพท์มือถือและที่อยู่สาธารณะซึ่งการบิดเบือนเป็นเรื่องเล็กน้อย

ทำไม PWM Amplifiers จึงมีประสิทธิภาพ

เป็นเพราะพวกเขาแปลงสัญญาณเสียงอะนาล็อกเป็นเนื้อหาที่มอดูเลต PWM ที่เทียบเท่ากัน สัญญาณเสียง PWM แบบมอดูเลตนี้ได้รับการขยายอย่างมีประสิทธิภาพโดยอุปกรณ์เอาท์พุตเช่น MOSFETs หรือ BJT จากนั้นแปลงกลับเป็นเวอร์ชันอะนาล็อกกำลังสูงโดยใช้ตัวเหนี่ยวนำพิเศษผ่านลำโพงที่เชื่อมต่อ

เรารู้ว่า สารกึ่งตัวนำ อุปกรณ์เช่น MOSFET และ BJT 'ไม่ชอบ' ที่จะทำงานในพื้นที่ที่ไม่ได้กำหนดของสัญญาณอินพุตและมีแนวโน้มที่จะร้อน ตัวอย่างเช่นก มอสเฟต จะไม่เปิดอย่างถูกต้องเมื่อสัญญาณเกตต่ำกว่า 8V และ BJT จะไม่ตอบสนองอย่างถูกต้องที่ไดรฟ์ฐานต่ำกว่า 0.5 V ส่งผลให้มีการกระจายความร้อนจำนวนมากผ่านฮีทซิงค์ในร่างกาย

สัญญาณอะนาล็อกที่ถูกเอกซ์โพเนนเชียลโดยธรรมชาติบังคับให้อุปกรณ์ข้างต้นทำงานโดยมีโอกาสเพิ่มขึ้นช้าและไม่เอื้ออำนวยและไม่เอื้ออำนวยทำให้เกิดการกระจายความร้อนสูงและไม่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

PWM ในทางตรงกันข้ามแนวคิดการขยายสัญญาณอนุญาตให้อุปกรณ์เหล่านี้ทำงานได้โดยการสลับเปิดหรือปิดอย่างเต็มที่โดยไม่มีศักยภาพที่ไม่ได้กำหนดไว้ระดับกลาง ด้วยเหตุนี้อุปกรณ์จึงไม่แผ่ความร้อนใด ๆ และการขยายเสียงจึงมีประสิทธิภาพสูงและสูญเสียน้อยที่สุด

ข้อดีของ Digital Amplifier เมื่อเทียบกับ Linear Amplifier

• แอมพลิฟายเออร์ดิจิตอลหรือ PWM ใช้การประมวลผล PWM ดังนั้นอุปกรณ์เอาต์พุตจึงขยายสัญญาณโดยมีการกระจายความร้อนต่ำสุด แอมพลิฟายเออร์เชิงเส้นใช้การออกแบบตัวติดตามตัวปล่อยและกระจายความร้อนจำนวนมากระหว่างการขยายเสียง
• แอมพลิฟายเออร์ดิจิตอลสามารถทำงานกับอุปกรณ์กำลังขับจำนวนน้อยกว่าเมื่อเทียบกับแอมพลิฟายเออร์เชิงเส้น
• เนื่องจากการกระจายความร้อนน้อยที่สุดจึงไม่จำเป็นต้องใช้ฮีทซิงค์หรือฮีทซิงค์ที่เล็กกว่าเมื่อเทียบกับแอมป์เชิงเส้นซึ่งขึ้นอยู่กับฮีทซิงค์ขนาดใหญ่
• แอมพลิฟายเออร์ดิจิตอล PWM มีราคาถูกกว่าเบากว่าและมีประสิทธิภาพสูงเมื่อเทียบกับแอมพลิฟายเออร์เชิงเส้น
• แอมป์ดิจิตอลสามารถทำงานกับอินพุตแหล่งจ่ายไฟขนาดเล็กกว่าแอมป์เชิงเส้น

ในโพสต์นี้เพาเวอร์แอมป์ PWM ตัวแรกด้านล่างนี้ทำงานโดยแบตเตอรี่ 6 V และสร้างกำลังขับสูงสุด 5W ด้วยความสามารถในการส่งออกที่ชัดเจนจึงมักพบแอมพลิฟายเออร์ PWM เป็นเมกะโทน

ปัญหาทั่วไปเกี่ยวกับแอมพลิฟายเออร์ AF แบบเคลื่อนที่คือเนื่องจากคุณสมบัติประสิทธิภาพต่ำทำให้ผลิตพลังงานสูงจากแรงดันไฟฟ้าต่ำได้ยาก

อย่างไรก็ตามแอมพลิฟายเออร์ PWM ในการสนทนาของเรามีประสิทธิภาพเกือบ 100% ในระดับความผิดเพี้ยนซึ่งยอมรับได้กับโทรโข่งและ P.A. อุปกรณ์ มีการอธิบายปัจจัยบางประการที่นำไปสู่การออกแบบด้านล่าง:

การมอดูเลตความกว้างพัลส์

หลักการของ Pulse Width Modulation (PWM) แสดงอยู่ในรูปด้านล่างรูปที่ 1

แนวคิดง่ายๆคือวงจรการทำงานของสัญญาณสี่เหลี่ยมที่มีความถี่สูงกว่าจะถูกควบคุมโดยสัญญาณอินพุต เวลาเปิดเครื่องของพัลส์สัมพันธ์กับแอมพลิจูดทันทีของสัญญาณอินพุต

จำนวนเวลาตรงเวลาและนอกเวลานอกเหนือจากความถี่จะคงที่ ดังนั้นเมื่อสัญญาณขาดหายไปสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมสมมาตรจะถูกสร้างขึ้น

เพื่อให้ได้คุณภาพเสียงที่ค่อนข้างดีความถี่ของสัญญาณสี่เหลี่ยมจะต้องมากกว่าความถี่สูงสุดในสัญญาณอินพุตถึงสองเท่า

สัญญาณที่ได้อาจถูกใช้เพื่อจ่ายไฟให้กับลำโพง รูปที่ 4 แสดงการแปลงที่ชัดเจนในการติดตามออสซิลโลสโคป

การติดตามด้านบนจะแสดงสัญญาณเอาต์พุตหลังการกรองและวัดผ่านลำโพง ความกว้างของส่วนที่เหลือ สัญญาณ PWM ที่ซ้อนทับกันคลื่นไซน์มีขนาดเล็ก

สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์เป็นเครื่องขยายเสียง

รูปที่ 2 อธิบายการทำงานมาตรฐานของเครื่องขยายเสียง PWM ด้วยความช่วยเหลือของแผนภาพบล็อก

สมมติว่าเมื่ออินพุตลัดวงจรให้เปลี่ยน S_ถึงอำนาจตัวเก็บประจุ C₇ด้วย I ปัจจุบัน_สอง. สิ่งนี้จะเกิดขึ้นจนกว่าจะได้แรงดันไฟฟ้าสวิตชิ่งขีด จำกัด บนที่เหมาะสม

จากนั้นเชื่อมต่อ R₇ลงสู่พื้น หลังจากนั้นค₇ถูกปล่อยไปที่แรงดันไฟฟ้าสลับขีด จำกัด ล่างของ S_ถึง. เป็นผลให้ C₇และ R₇สร้างคลื่นสี่เหลี่ยมที่มีความถี่ 50 kHz

เมื่อสัญญาณ AF มีผลกับอินพุตของเครื่องขยายเสียงกระแสไฟฟ้าเพิ่มเติม I₁ค่อนข้างลดหรือเพิ่มเวลาในการชาร์จหรือเพิ่มและลดเวลาในการคายประจุ

ดังนั้นสัญญาณอินพุตจะปรับเปลี่ยนปัจจัยการทำงานของสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมซึ่งเห็นได้ที่เอาต์พุตของลำโพง

มีกฎหมายสองข้อที่จำเป็นสำหรับการทำงานพื้นฐานของเครื่องขยายเสียง PWM

1. อย่างแรกคือสวิตช์ S_ขถูกควบคุมในแอนตี้เฟสด้วย S_ถึงในขณะที่ถือขั้วของลำโพงอีกตัวเป็นแรงดันไฟฟ้าทดแทนของสัญญาณ PWM

การตั้งค่านี้ให้ผลลัพธ์ของขั้นตอนการส่งออกพลังงานประเภทบริดจ์แบบสวิตชิ่ง หลังจากนั้นที่ขั้วแต่ละขั้วลำโพงจะถูกบังคับด้วยแรงดันไฟฟ้าเต็มที่เพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้าสูงสุด

2. ประการที่สองเราดูตัวเหนี่ยวนำ L₁และ L_สอง. จุดประสงค์ของตัวเหนี่ยวนำคือการรวมสัญญาณสี่เหลี่ยมและแปลงเป็นไซน์ตามที่แสดงในการติดตามขอบเขตก่อนหน้านี้ นอกจากนี้ยังทำงานและตัวยับยั้งฮาร์มอนิกของสัญญาณสี่เหลี่ยม 50 kHz

เอาต์พุตเสียงสูงจากการออกแบบที่เรียบง่าย

จากแผนผังในรูปด้านบนคุณสามารถระบุส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในแผนภาพบล็อกได้อย่างง่ายดาย

ชิ้นส่วนจำนวนหนึ่งเช่นตัวต้านทาน R1 ตัวเก็บประจุแบบมีเพศสัมพันธ์ C₁และ C₄, ปุ่มควบคุมระดับเสียง P₁และเครื่องขยายเสียงที่ใช้ opamp A₁ให้น้ำหนักสำหรับไมโครโฟนตัวเก็บประจุ (หรือไฟฟ้าสถิต)

การดำเนินการทั้งหมดนี้สร้างส่วนอินพุตของเครื่องขยายเสียง PWM ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ให้สลับ S_ถึงและ S_ขถูกสร้างขึ้นโดยสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ ES₁เป็น ES₄และคู่ทรานซิสเตอร์ T₁- ท₃และ T_สอง- ท₄.

ข้อบ่งชี้ชิ้นส่วนสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า PWM เกี่ยวข้องกับที่อธิบายไว้ในแผนภาพบล็อก

อาจเป็นไปได้ว่าแอมพลิฟายเออร์ PWM มีประสิทธิภาพผิดปกติเนื่องจากทรานซิสเตอร์เอาท์พุตไม่ร้อนขึ้นแม้ว่าจะถูกบังคับด้วยสภาวะออลไดรฟ์ก็ตาม ในระยะสั้นแทบไม่มีการกระจายตัวในขั้นตอนการจ่ายไฟ

ปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่คุณต้องพิจารณาก่อนเลือกตัวเหนี่ยวนำ L₁และ L_สองคือพวกเขาต้องสามารถช่อง 3 A ได้โดยไม่อิ่มตัว

การพิจารณาการเหนี่ยวนำที่แท้จริงเกิดขึ้นเพียงวินาทีเดียว ตัวอย่างเช่นตัวเหนี่ยวนำที่ใช้ในโครงการนี้ได้มาจากเครื่องหรี่แสง

วัตถุประสงค์ของไดโอด D₃ถึง D₆คือการบรรจุ EMF ด้านหลังที่ผลิตโดยตัวเหนี่ยวนำให้มีค่าที่ปลอดภัยพอสมควร

ยิ่งไปกว่านั้นอินพุตที่ไม่กลับด้านของ opamp A₁ถูกสร้างขึ้นโดย D₁, ค₃, ง_สองและ R₃. แรงดันไฟฟ้าอินพุตนี้กรองได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่ากับครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้า

เมื่อใช้แอมพลิฟายเออร์ opamp แบบเดิมแรงดันไฟฟ้าจะถูกกำหนดโดยลูปป้อนกลับเชิงลบ ร₄และ R₅จะตั้งค่าอัตราขยายเป็น 83 เพื่อให้แน่ใจว่ามีความไวของไมโครโฟนเพียงพอ

ในกรณีที่คุณใช้แหล่งสัญญาณอิมพีแดนซ์สูง R₄สามารถขยายได้ตามต้องการ

ล₁และ L_สองทำให้เกิดการกะระยะและด้วยเหตุนี้ข้อเสนอแนะจึงเป็นไปได้ด้วยความช่วยเหลือของสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมที่ตัวรวบรวม T₁เมื่อเทียบกับสัญญาณลำโพงรูปไซน์

รวมกับ C₅opamp นำเสนอการรวมสัญญาณตอบรับ PWM ที่สำคัญ

ระบบตอบรับช่วยลดความผิดเพี้ยนของแอมพลิฟายเออร์ แต่ไม่ครอบคลุมมากจนคุณอาจใช้สำหรับแอปพลิเคชันอื่น ๆ นอกเหนือจากที่อยู่สาธารณะ

โดยปกติจะต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างมากและการออกแบบวงจรที่ซับซ้อนสำหรับเครื่องขยายเสียง Class-D ที่มีความผิดเพี้ยนต่ำ

การใช้การตั้งค่านี้จะขัดขวางประสิทธิภาพโดยรวมของวงจร ให้ความสนใจเมื่อเลือกสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ในเครื่องขยายเสียงเนื่องจากประเภท HCMOS เป็นประเภทที่เหมาะสม

CMOS Type 4066 ทั่วไปมีความเกียจคร้านอย่างมากและไม่เหมาะสมที่จะกระตุ้นให้เกิด 'การลัดวงจร' ใน T₁- ท₃และ T_สอง- ท₄. ไม่เพียงแค่นั้น แต่ยังมีความเสี่ยงที่จะทำงานหนักเกินไปหรือแม้กระทั่งทำให้เครื่องขยายเสียงเสียหายอย่างถาวร

PWM Amplifier สำหรับแอปพลิเคชั่นโทรโข่ง

ผู้ที่ชื่นชอบเครื่องใช้ไฟฟ้าชอบใช้แอมพลิฟายเออร์คลาส D ในการเปิดเครื่องลำโพงแบบฮอร์นเนื่องจากสามารถให้เสียงที่ดังที่สุดสำหรับระดับกำลังที่เลือก

ด้วยการใช้ชุดแบตเตอรี่ 6 V และลำโพงห้องอัดแรงดันทำให้โมเดลเครื่องขยายเสียงถูกสร้างขึ้นอย่างง่ายดาย

กำลังขับ 4 W ที่มีอยู่สามารถวัดได้ในโทรโข่งที่มีช่วงเสียงที่เหมาะสม

แบตเตอรี่แห้ง 1.5 V สี่ก้อนหรือโมโนเซลล์อัลคาไลน์ถูกเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าสำหรับโทรโข่ง ในกรณีที่คุณต้องการใช้การตั้งค่านี้บ่อยๆให้เลือกใช้แบตเตอรี่ NiCd แบบชาร์จได้หรือแบบเจล (Dryfit)

เนื่องจากการใช้กระแสไฟสูงสุดของโทรโข่งคือ 0.7 A อัลคาไลน์มาตรฐานจึงเหมาะที่จะรองรับการทำงานเป็นเวลา 24 ชั่วโมงที่กำลังขับเต็ม

หากคุณวางแผนที่จะใช้งานแบบไม่ต่อเนื่องการเลือกชุดเซลล์แห้งก็เพียงพอแล้ว

โปรดทราบว่าแหล่งพลังงานใดก็ตามที่คุณใช้จะต้องไม่เกิน 7 V.

เหตุผลก็คือสวิตช์ HCMOS ใน IC₁จะทำงานไม่ถูกต้องที่ระดับแรงดันไฟฟ้านั้นหรือมากกว่านั้น

โชคดีที่สำหรับแอมพลิฟายเออร์เกณฑ์สูงสุดสำหรับแรงดันไฟฟ้ามากกว่า 11 โวลต์

การออกแบบ PCB สำหรับแอมพลิฟายเออร์ PWM class-D ที่อธิบายไว้ข้างต้นแสดงไว้ด้านล่าง:

เครื่องขยายเสียง PWM ที่ดีอีกตัว

แอมพลิฟายเออร์ PWM ที่ออกแบบมาอย่างดีจะประกอบด้วยเครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยมสมมาตร

วงจรการทำงานของคลื่นสี่เหลี่ยมนี้ถูกปรับโดยสัญญาณเสียง

แทนที่จะใช้งานแบบเชิงเส้นทรานซิสเตอร์เอาต์พุตจะทำงานเป็นสวิตช์ดังนั้นจึงเปิดหรือปิดอย่างสมบูรณ์ ในสภาวะที่อยู่เฉยๆรอบการทำงานของรูปคลื่นคือ 50%

นั่นหมายความว่าทรานซิสเตอร์เอาท์พุตทุกตัวจะอิ่มตัวเต็มที่หรือเรียกอีกอย่างว่าตัวนำในช่วงเวลาเดียวกัน เป็นผลให้แรงดันเอาต์พุตเฉลี่ยเป็นศูนย์

ซึ่งหมายความว่าหากสวิตช์ตัวใดตัวหนึ่งปิดอยู่นานกว่าอีกสวิตช์หนึ่งเล็กน้อยแรงดันไฟฟ้าขาออกเฉลี่ยจะเป็นลบหรือบวกขึ้นอยู่กับขั้วของสัญญาณอินพุต

ดังนั้นเราสามารถสังเกตได้ว่าแรงดันเอาต์พุตเฉลี่ยมีความสัมพันธ์กับสัญญาณอินพุต เนื่องจากทรานซิสเตอร์เอาต์พุตทำงานเป็นสวิตช์ทั้งหมดดังนั้นจึงมีการสูญเสียพลังงานต่ำอย่างมากในขั้นตอนการส่งออก

การออกแบบ

รูปที่ 1 แสดงแผนผังทั้งหมดของแอมพลิฟายเออร์ class-D PWM เราจะเห็นว่าเครื่องขยายเสียง PWM ไม่จำเป็นต้องซับซ้อนเกินไป

สัญญาณเสียงอินพุตถูกนำไปใช้กับ op-amp IC1 ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเปรียบเทียบ การตั้งค่านี้นำไปสู่ทริกเกอร์ Schmitt จำนวนหนึ่งซึ่งเชื่อมต่อแบบขนานกับวงจร

พวกเขาอยู่ที่นั่นด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรกต้องมีรูปคลื่น 'สี่เหลี่ยมจัตุรัส' และประการที่สองต้องใช้กระแสไดรฟ์พื้นฐานที่เพียงพอสำหรับระยะเอาต์พุต ในขั้นตอนนี้มีการติดตั้งทรานซิสเตอร์แบบธรรมดา แต่เร็วสองตัว (BD137 / 138)

เครื่องขยายเสียงทั้งหมดจะสั่นและสร้างคลื่นสี่เหลี่ยม เหตุผลคืออินพุตหนึ่งจากตัวเปรียบเทียบ (IC1) ถูกต่อเข้ากับเอาต์พุตผ่านเครือข่าย RC

นอกจากนี้อินพุตทั้งสองของ IC1 ยังมีความเอนเอียงกับครึ่งแรกของแรงดันไฟฟ้าโดยใช้ตัวแบ่งแรงดัน R3 / R4

ทุกครั้งที่เอาท์พุทของ IC1 ต่ำและอิมิตเตอร์ของ T1 / T2 สูงการชาร์จตัวเก็บประจุ C3 จะเกิดขึ้นผ่านตัวต้านทาน R7 ในเวลาเดียวกันจะมีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นที่อินพุตที่ไม่กลับด้าน

เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นนี้ข้ามระดับของการใส่กลับด้านแล้ว IC1 จะเปลี่ยนจากต่ำไปสูง

ส่งผลให้ตัวปล่อยของ T1 / T2 เปลี่ยนจากสูงไปต่ำ เงื่อนไขนี้ทำให้ C3 ปล่อยผ่าน R7 และแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตบวกลดลงต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตลบ

เอาต์พุตของ IC1 จะเปลี่ยนกลับเป็นสถานะต่ำเช่นกัน ในท้ายที่สุดเอาต์พุตคลื่นสี่เหลี่ยมจะถูกสร้างขึ้นที่ความถี่ที่กำหนดโดย R7 และ C3 ค่าที่ระบุจะสร้างการสั่นที่ 700 kHz

การใช้ไฟล์ ออสซิลเลเตอร์ เราสามารถปรับความถี่ได้ ระดับอินพุทของ IC1 ซึ่งโดยปกติจะใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงจะไม่คงที่ แต่จะถูกกำหนดโดยสัญญาณเสียง

นอกจากนี้แอมพลิจูดยังกำหนดจุดที่แน่นอนที่เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบเริ่มเปลี่ยนแปลง ดังนั้น 'ความหนา' ของคลื่นสี่เหลี่ยมจะถูกปรับโดยสัญญาณเสียงเป็นประจำ

เพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องขยายเสียงไม่ทำงานเป็นเครื่องส่ง 700 kHz ต้องใช้การกรองที่เอาต์พุต เครือข่าย LC / RC ที่ประกอบด้วย L1 / C6 และ C7 / R6 ทำงานได้ดีในฐานะไฟล์ กรอง .

ข้อกำหนดทางเทคนิค

• พร้อมกับโหลด 8 โอห์มและแรงดันไฟฟ้า 12 V เครื่องขยายเสียงสร้าง 1.6 W.
• เมื่อใช้ 4 โอห์มกำลังจะเพิ่มขึ้นเป็น 3 W. สำหรับความร้อนที่กระจายเพียงเล็กน้อยไม่จำเป็นต้องทำให้ทรานซิสเตอร์เอาต์พุตเย็นลง
• ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าความเพี้ยนของฮาร์มอนิกต่ำผิดปกติสำหรับวงจรธรรมดาเช่นนี้
• ระดับความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกรวมต่ำกว่า 0.32% จากช่วงที่วัดได้ 20 Hz ถึง 20,000 Hz

ในรูปด้านล่างคุณจะเห็น PCB และโครงร่างของชิ้นส่วนสำหรับเครื่องขยายเสียง เวลาและต้นทุนในการสร้างวงจรนี้ต่ำมากดังนั้นจึงเป็นโอกาสที่ดีสำหรับทุกคนที่ต้องการทำความเข้าใจ PWM ให้ดีขึ้น

ส่วนรายการ

ตัวต้านทาน:
R1 - 22k
R2, R7 - 1 ม
R3, R4 - 2.2 พัน
R6 - 420 k
R6 - 8.2 โอห์ม
P1 = 100k โพเทนชิออมิเตอร์ลอการิทึม
คอนซิเตอร์;
C1, C2 - 100 nF
C3 - 100 pF
C4, C5 - 100μF / 16 V
C6 = 68 nF
C7 - 470nF
C8 - 1,000p / 10 โวลต์
C9 - 2n2
อุปกรณ์กึ่งตัวนำ:
IC1 - CA3130
IC2- 00106
T1 = BD137
T2 - BD138

เบ็ดเตล็ด:
L1 = 39μHตัวเหนี่ยวนำ

วงจรแอมพลิฟายเออร์ Class-D ทรานซิสเตอร์ 3 อย่างง่าย

ประสิทธิภาพที่โดดเด่นของแอมพลิฟายเออร์ PWM คือเอาต์พุต 3 W สามารถผลิตได้ด้วย BC107 ที่ใช้เป็นทรานซิสเตอร์เอาต์พุต ยิ่งไปกว่านั้นคือไม่ต้องใช้ฮีทซิงค์

แอมพลิฟายเออร์ประกอบด้วยออสซิลเลเตอร์ความกว้างพัลส์ที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าซึ่งทำงานที่ประมาณ 6 kHz และบังคับใช้สเตจเอาต์พุตคลาส D

มีเพียงสองสถานการณ์คือเปิดหรือปิดทั้งหมด ด้วยเหตุนี้การกระจายจึงมีขนาดเล็กอย่างไม่น่าเชื่อและส่งผลให้ประสิทธิภาพสูง รูปคลื่นเอาต์พุตไม่เหมือนอินพุต

อย่างไรก็ตามอินทิกรัลของเอาท์พุตและรูปคลื่นอินพุตเป็นสัดส่วนซึ่งกันและกันเมื่อเทียบกับเวลา

ตารางค่าส่วนประกอบที่นำเสนอแสดงให้เห็นว่าเครื่องขยายเสียงใด ๆ ที่มีเอาต์พุตระหว่าง 3 W ถึง 100 W สามารถประดิษฐ์ได้ ด้วยเหตุนี้จึงสามารถบรรลุพลังที่แข็งแกร่งขึ้นได้ถึง 1 กิโลวัตต์

ข้อเสียคือสร้างความผิดเพี้ยนประมาณ 30% ด้วยเหตุนี้จึงสามารถใช้เครื่องขยายเสียงเพื่อขยายเสียงเท่านั้น เหมาะสำหรับระบบเสียงประกาศสาธารณะเนื่องจากเสียงพูดเข้าใจได้อย่างไม่น่าเชื่อ

ดิจิตอลออป - แอมป์

แนวคิดต่อไปนี้แสดงวิธีการใช้ชุดพื้นฐานสำหรับการรีเซ็ตฟลิปฟล็อป IC 4013 ที่สามารถใช้สำหรับการแปลงสัญญาณเสียงอะนาล็อกเป็นสัญญาณ PWM ที่สอดคล้องกันซึ่งสามารถป้อนไปยังขั้นตอน MOSFET สำหรับการขยาย PWM ที่ต้องการได้

คุณอาจใช้ครึ่งหนึ่งของแพคเกจ 4013 เป็นเครื่องขยายเสียงที่มีเอาต์พุตดิจิตอลพร้อมรอบการทำงานที่เป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ต้องการ เมื่อใดก็ตามที่คุณต้องการเอาต์พุตแบบอะนาล็อกตัวกรองแบบธรรมดาจะทำงานได้

คุณต้องทำตามพัลส์นาฬิกาตามที่ระบุและสิ่งเหล่านี้จะต้องมีความถี่สูงกว่าแบนด์วิดท์ที่ต้องการอย่างมาก อัตราขยายคือ R1 / R2 ในขณะที่เวลา R1R2C / (R1 + R2) ต้องยาวกว่าช่วงเวลาพัลส์ของนาฬิกา

การใช้งาน

วงจรไฟฟ้าสามารถใช้ได้หลายวิธี บางสิ่งเป็น:

1. รับพัลส์จากจุดตัดศูนย์ของสายไฟและบังคับใช้ triac กับเอาต์พุต ด้วยเหตุนี้คุณจึงมีการควบคุมพลังงานเชิงสัมพันธ์โดยไม่มี RFI
2. ใช้นาฬิกาเร็วสลับทรานซิสเตอร์ไดรเวอร์ด้วยเอาต์พุต ผลลัพธ์ที่ได้คือเครื่องขยายเสียง PWM ที่มีประสิทธิภาพสูง

เครื่องขยายเสียง PWM 30 วัตต์

แผนภาพวงจรสำหรับเครื่องขยายเสียง Class -D 30W สามารถดูได้ในไฟล์ pdf ต่อไปนี้

แอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานได้ IC1 ขยายสัญญาณเสียงอินพุตผ่านโพเทนชิออมิเตอร์ที่ควบคุมระดับเสียงตัวแปร VR1 สัญญาณ PWM (การมอดูเลตความกว้างพัลส์) ถูกสร้างขึ้นโดยการเปรียบเทียบสัญญาณเสียงกับเวลสามเหลี่ยม 100kHz สิ่งนี้ทำได้โดยใช้ตัวเปรียบเทียบ 1C6 ตัวต้านทาน RI3 ใช้เพื่อให้การตอบรับเชิงบวกและ C6 ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มเวลาในการทำงานของตัวเปรียบเทียบ

เอาท์พุทเปรียบเทียบสลับระหว่างแรงดันไฟฟ้าสุดขั้ว± 7.5V ตัวต้านทานแบบดึงขึ้น R12 ให้ + 7.5V ในขณะที่ -7.5V มาจากทรานซิสเตอร์แบบเปิดภายในของ op amp IC6 ที่พิน 1 ในช่วงเวลาที่สัญญาณนี้เคลื่อนไปที่ระดับบวกทรานซิสเตอร์ TR1 จะทำงานเหมือนขั้วจมปัจจุบัน อ่างล้างจานในปัจจุบันนี้ทำให้แรงดันตกคร่อมตัวต้านทาน R16 เพิ่มขึ้นซึ่งเพียงพอที่จะเปิด MOSFET TR3

เมื่อสัญญาณเปลี่ยนไปที่ขั้วลบ TR2 เปลี่ยนเป็นแหล่งกระแสที่นำไปสู่แรงดันตกคร่อม R17 การลดลงนี้เพียงพอที่จะเปิด TR4 โดยทั่วไปแล้ว MOSFETs TR3 และ TR4 จะถูกกระตุ้นให้สร้างสัญญาณ PWM สลับกันไปมาระหว่าง +/- 15V

ณ จุดนี้จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องนำกลับมาหรือแปลงสัญญาณ PWM ที่ขยายนี้ไปสู่การสร้างเสียงที่ดีซึ่งอาจเทียบเท่ากับสัญญาณเสียงอินพุตที่ขยายได้

สิ่งนี้ทำได้โดยการสร้างค่าเฉลี่ยของรอบการทำงาน PWM ผ่านตัวกรองความถี่ต่ำ Butterworh ลำดับที่ 3 ที่มีความถี่ตัด (25kHz) ต่ำกว่าความถี่ฐานสามเหลี่ยมอย่างมีนัยสำคัญ

การกระทำนี้นำไปสู่การลดทอนขนาดใหญ่ที่ 100kHz เอาต์พุตสุดท้ายที่ได้รับจะเปลี่ยนเป็นเอาต์พุตเสียงซึ่งเป็นการจำลองแบบขยายสัญญาณเสียงอินพุต

เครื่องกำเนิดคลื่นสามเหลี่ยมผ่านการกำหนดค่าวงจร 1C2 และ 1C5 โดยที่ IC2 ทำงานเหมือนเครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยมที่มีการตอบรับเชิงบวกที่จ่ายผ่าน R7 และ R11 ไดโอด DI ถึง D5 ทำงานเหมือนแคลมป์สองทิศทาง ซึ่งจะแก้ไขแรงดันไฟฟ้าเป็นประมาณ +/- 6V

ตัวรวมที่สมบูรณ์แบบถูกสร้างขึ้นโดยใช้ VR2 ตัวเก็บประจุ C5 และ IC5 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าซึ่งจะเปลี่ยนคลื่นสี่เหลี่ยมเป็นคลื่นสามเหลี่ยม Preset VR2 มีคุณสมบัติการปรับความถี่

เอาต์พุต 1C5 ที่ (พิน 6) ให้ข้อมูลป้อนกลับไปยัง 1C2 และตัวต้านทาน R14 และฟังก์ชัน VR3 ที่ตั้งค่าไว้ล่วงหน้าเป็นตัวลดทอนแบบยืดหยุ่นที่อนุญาตให้ปรับระดับของคลื่นสามเหลี่ยมได้ตามต้องการ

หลังจากสร้างวงจรเต็มแล้ว VR2 และ VR3 จะต้องได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียดเพื่อให้ได้เอาต์พุตเสียงที่มีคุณภาพสูงสุด สามารถใช้ชุด 741 ออปแอมป์ธรรมดาสำหรับ 1C4 และ IC3 เป็นบัฟเฟอร์เอกภาพเพื่อจ่ายไฟ +/- 7.5V

ตัวเก็บประจุ C3, C4, C11 และ C12 ใช้สำหรับการกรองในขณะที่ตัวเก็บประจุที่เหลือจะใช้สำหรับการแยกส่วนจ่าย

วงจรสามารถขับเคลื่อนด้วยแหล่งจ่ายไฟ DC คู่ +/- 15V ซึ่งจะสามารถขับลำโพง 30W 8 โอห์มผ่านขั้นตอน LC โดยใช้ตัวเก็บประจุ C13 และตัวเหนี่ยวนำ L2 โปรดทราบว่าฮีทซิงค์แบบเจียมเนื้อเจียมตัวอาจจำเป็นสำหรับ MOSFET TR3 และ TR4