D-klassi võimendite töö ja rakendused

Selles kaasaegses maailmas on helisüsteemi võimendamise peamine eesmärk antud sisendsignaalide täpne reprodutseerimine ja võimendamine. Ja üks suurimaid väljakutseid on kõrge väljundvõimsus ja võimalikult väike võimsuskadu. D-klassi võimendi tehnoloogia avaldab elavale helimaailmale üha suuremat mõju, pakkudes suurt võimsust ilma võimsuse hajuta ja väiksema kaaluta kui kunagi varem. Tänapäeval on kaasaskantavad muusikaseadmed üha populaarsemad, kuna kaasaskantavate muusikaseadmete nõudlus väliste helide järele kasvab.

Helivõimendust tehakse mõnikord toru võimendi tehnoloogiaga, kuid need on mahukad ega sobi kaasaskantavate elektrooniliste helisüsteemide jaoks. Enamiku helivõimendusvajaduste rahuldamiseks otsustavad insenerid kasutada transistore lineaarses režiimis, et luua väikese sisendi põhjal skaleeritud väljund. See ei ole helivõimendite parim disain, sest lineaarselt töötavad transistorid juhivad pidevalt, tekitavad soojust ja tarbivad energiat. See soojuskadu on peamine põhjus, miks lineaarrežiim pole optimaalne patareidega töötavate kaasaskantavate helirakenduste jaoks. Seal on paljud klassid helivõimendeid A, B, AB, C, D, E ja F. Need liigitatakse kahte erinevasse töörežiimi, lineaarseks ja lülitusrežiimiks.

D-klassi võimendi

Lineaarrežiimi võimsusvõimendid - klass A, B, AB ja klass C on kõik lineaarse režiimiga võimendid mille väljund on proportsionaalne nende sisendiga. Lineaarmoodiga võimendid ei küllastu, ei lülitu täielikult sisse ega välja. Kuna transistorid on alati juhtivad, tekib soojus ja tarbib pidevalt energiat. See on põhjus, miks lineaarsete võimendite efektiivsus on madalam kui võimendite vahetamisel. Lülitusvõimendid - klass D, E ja F on lülitusvõimendid. Neil on suurem efektiivsus, mis peaks teoreetiliselt olema 100%. Seda seetõttu, et soojuse hajutamiseks pole energiat kadu.

Mis on D-klassi võimendi?

D-klassi võimendi on lülitusvõimendi ja kui see on 'ON' olekus, juhib see voolu, kuid lülitite pinge on peaaegu null, mistõttu energiatarbimise tõttu soojus ei haju. Kui see on režiimis “VÄLJAS”, läheb toitepinge üle MOSFETid , kuid voolu puudumise tõttu ei tarbi lüliti energiat. Võimendi tarbib toite sisse / välja lülitumisel ainult siis, kui lekkevoolusid ei arvestata. D-klassi võimendi, mis koosneb järgmistest astmetest:

• PMW modulaator
• Lülitusahel
• Väljund madalpääsfilter

D-klassi võimendi plokkskeem

PMW modulaator

Vajame vooluringi ehitusplokki, mida tuntakse võrdlusena. Võrdlejal on kaks sisendit, nimelt sisend A ja sisend B. Kui sisendi A pinge on suurem kui sisendil B, läheb komparaatori väljund maksimaalsele positiivsele pingele (+ Vcc). Kui sisend A on pingest madalam kui sisend B, läheb komparaatori väljund maksimaalsele negatiivsele pingele (-Vcc). Allpool olev joonis näitab kuidas võrdleja töötab D-klassi võimendis. Üks sisend (olgu see siis sisendi A terminal) tarnitakse võimendatava signaaliga. Teine sisend (sisend B) on varustatud täpselt genereeritud kolmnurga lainega. Kui signaal on hetkel kõrgem kui kolmnurga laine, läheb väljund positiivseks. Kui signaal on hetkega madalam kui kolmnurga laine, läheb väljund negatiivseks. Tulemuseks on impulsside ahel, kus impulsi laius on proportsionaalne hetkelise signaali tasemega. Seda tuntakse kui „Impulsi laiuse modulatsioon” ehk PWM .

PMW modulaator

Lülitusahel

Kuigi komparaatori väljund on sisendi helisignaali digitaalne esitusviis, pole sellel jõudu koormuse (kõlari) juhtimiseks. Selle lülitusahela ülesandeks on tagada piisavalt võimendust, mis on võimendi jaoks hädavajalik. Lülitusahel on tavaliselt projekteeritud MOSFETide abil. On ülitähtis kavandada, et lülitusahelad tooksid signaale, mis ei kattu, vastasel juhul tekivad probleemid, mis põhjustavad toiteallika lühistamist maapinnale või kui kasutate jaotatud toiteallikat, mis ühendab tarnete lühise. Seda tuntakse kui läbilaskmist, kuid seda saab vältida, kui viia MOSFET-idesse mitte kattuvad väravasignaalid. Mitte kattuvat aega tuntakse kui surnud aega. Nende signaalide kujundamisel peame võimalikult lühikese moonutusega väljundsignaali säilitamiseks surnud aega võimalikult lühikese aja jooksul hoidma, kuid see peab olema piisavalt pikk, et mõlemad MOSFETid ei saaks samaaegselt juhtida. Samuti tuleb vähendada aega, mil MOSFET-id on lineaarses režiimis, mis aitab kindlustada, et MOSFET-id töötaksid sünkroonselt, mitte mõlemad samaaegselt.

Selle rakenduse jaoks tuleb toites MOSFET-e kasutada disainilahenduse võimsuse suurenemise tõttu. D-klassi võimendeid kasutatakse nende kõrge efektiivsuse saavutamiseks, kuid MOSFET-idel on sisseehitatud kehadiood, mis on parasiitne ja võimaldab voolul surnud ajal vabakäiku jätkata. MOSFET-i kaudu tekkivate kadude vähendamiseks võib paralleelselt lisada MOSFET-i äravoolu ja allikaga Schottky dioodi. See vähendab selle kahjumit, sest Schottky diood on kiirem kui MOSFET-i kehadiood, tagades, et kehadiood ei juhiks surnud ajal. Kõrgsagedusest tulenevate kadude vähendamiseks on Schottky diood paralleelselt MOSFETiga otstarbekas ja vajalik. See Schottky tagab, et MOSFETide pinge on enne väljalülitamist. MOSFET-ide ja väljundastme üldine töö on analoogne sünkroonse tööga Bucki muundur . Lülitusahela sisendi ja väljundi lainekuju on näidatud alloleval joonisel.

Lülitusahel

Väljundi madalpääsfilter

D-klassi võimendi viimane etapp on väljundfilter, mis summutab ja eemaldab lülitussignaali sageduse harmoonilised. Seda saab teha tavalise madalpääsfiltri paigutusega, kuid kõige tavalisem on induktori ja kondensaatori kombinatsioon. Soovitakse teist tellimisfiltrit, et meil oleks kasutusel -40dB / kümnend. Piirlussageduste vahemik on vahemikus 20 kHz kuni umbes 50 kHz, kuna inimesed ei kuule midagi üle 20 kHz. Alloleval joonisel on kujutatud teise järgu Butterworthi filter. Peamine põhjus, miks me Butterworthi filtri valime, on see, et see nõuab kõige vähem komponente ja sellel on tasane reaktsioon, mille sagedus on terav.

Väljundi madalpääsfilter

D-klassi võimendi rakendused

See sobib rohkem kaasaskantavate seadmete jaoks, kuna see ei sisalda täiendavat jahutusradiaatori paigutust. Nii lihtne kaasas kanda. Suure võimsusega D-klassi võimendist on saanud standard paljudes elektroonikaseadmetes, näiteks

• Telerid ja kodukinosüsteemid.
• Suure mahuga olmeelektroonika
• Kõrvaklappide võimendid
• Mobiilne tehnoloogia
• Autotööstus

Seega on see kõik seotud D-klassi võimendite töö ja rakendustega. Loodame, et olete sellest kontseptsioonist paremini aru saanud. Lisaks sellele kõik selle kontseptsiooniga seotud küsimused või nende rakendamine elektri- ja elektroonikaprojektid , andke palun tagasisidet, kommenteerides allolevas kommentaaride jaotises. Siin on teile küsimus, Millised on D-klassi võimendi rakendused?