Усилватели клас D Експлоатация и приложения

Опитайте Нашия Инструмент За Премахване На Проблемите





В този съвременен свят основната цел на усилването на звука в аудио системата е точно възпроизвеждане и усилване на дадените входни сигнали. И едно от най-големите предизвикателства е да имате висока изходна мощност с възможно най-малко загуба на мощност. Усилвателната технология клас D оказва все по-голямо въздействие върху света на звука на живо, като предлага висока мощност с нулево разсейване на мощността и по-малко тегло от всякога. В днешно време преносимите музикални устройства стават все по-популярни с нарастващото търсене на външни звуци в преносимите музикални устройства.

Аудио усилването понякога се извършва с лампова усилвателна технология, но те са с обемисти размери и не са подходящи за преносими електронни звукови системи. За повечето нужди от усилване на звука инженерите избират да използват транзистори в линеен режим, за да създадат мащабиран изход въз основа на малък вход. Това не е най-добрият дизайн за аудио усилватели, тъй като транзисторите при линейна работа непрекъснато ще провеждат, генерират топлина и консумират енергия. Тази топлинна загуба е основната причина линейният режим да не е оптимален за преносими аудио приложения, работещи с батерии. Има много класове аудио усилватели A, B, AB, C, D, E и F. Те са класифицирани в два различни режима на работа, линеен и превключващ.




Усилвател клас D

Усилвател клас D

Усилватели на мощност в линеен режим - клас A, B, AB и клас С са всички усилватели с линеен режим които имат продукция, която е пропорционална на техния вход. Усилвателите в линеен режим не насищат, не се включват или не се изключват напълно. Тъй като транзисторите са винаги проводящи, топлината се генерира и непрекъснато консумира енергия. Това е причината линейните усилватели да имат по-ниска ефективност в сравнение с превключващите усилватели. Превключващи усилватели клас D, E и F са превключващи усилватели. Те имат по-висока ефективност, която теоретично трябва да бъде 100%. Това е така, защото няма загуба на енергия за разсейване на топлината.



Какво е усилвател от клас D?

Усилвателят от клас D е превключващ усилвател и когато е в състояние „ВКЛ.“, Той ще провежда ток, но има почти нулево напрежение през ключовете, поради което топлината не се разсейва поради консумацията на енергия. Когато е в режим „OFF“, захранващото напрежение ще преминава през MOSFET-овете , но поради липса на ток, превключвателят не консумира никаква мощност. Усилвателят ще консумира енергия по време на включване / изключване на преходи, само ако не се вземат предвид течовете на утечка. Усилвател от клас D, състоящ се от следните етапи:

  • PMW модулатор
  • Превключваща верига
  • Изходен нискочестотен филтър
Блок-схема на усилвател клас D

Блок-схема на усилвател клас D

PMW модулатор

Нуждаем се от изграждащ блок, известен като сравнителен. Сравнителят има два входа, а именно вход A и вход B. Когато вход A е с по-високо напрежение от вход B, изходът на компаратора ще достигне максималното си положително напрежение (+ Vcc). Когато входът A е с по-ниско напрежение от вход B, изходът на компаратора ще достигне максималното си отрицателно напрежение (-Vcc). Фигурата по-долу показва как работи компараторът в усилвател клас D. Един вход (нека бъде Input A terminal) се доставя със сигнала за усилване. Другият вход (Вход В) се доставя с точно генерирана триъгълна вълна. Когато сигналът е мигновено по-висок по ниво от вълната на триъгълника, изходът става положителен. Когато сигналът е мигновено по-нисък от нивото на вълната на триъгълника, изходът става отрицателен. Резултатът е верига от импулси, при която ширината на импулса е пропорционална на моментното ниво на сигнала. Това е известно като „Широчинно-импулсна модулация“ или ШИМ .

PMW модулатор

PMW модулатор

Превключваща верига

Въпреки че изходът на компаратора е цифрово представяне на входния аудио сигнал, той няма мощността да задвижва товара (високоговорител). Задачата на тази комутационна верига е да осигури достатъчно усилване на мощността, което е от съществено значение за усилвателя. Схема на превключване обикновено е проектирана чрез използване на MOSFET. Много е важно да се проектира комутационните вериги да произвеждат сигнали, които не се припокриват или в противен случай се сблъсквате с проблема с късото захранване направо на земята или ако използвате разделено захранване, което къси доставките. Това е известно като изстрел, но може да бъде предотвратено чрез въвеждане на непокриващи се сигнали на порта към MOSFET. Непокриващото се време е известно като Мъртво време. При проектирането на тези сигнали трябва да съхраняваме възможно най-краткото време на изчакване, за да поддържаме точен изходен сигнал с ниско изкривяване, но трябва да бъде достатъчно дълго, за да поддържаме едновременно провеждане на двете MOSFET. Времето, през което MOSFET-ите са в линеен режим, също трябва да бъде намалено, което ще помогне да се гарантира, че MOSFET-ите работят синхронно, а не и двете провеждащи едновременно.


За това приложение трябва да се използват MOSFET мощности поради усилването на мощността в дизайна. Усилвателите от клас D се използват за тяхната висока ефективност, но MOSFET имат вграден корпусен диод, който е паразитен и ще позволи на тока да продължи да се освобождава по време на мъртво време. Диод на Шотки може да бъде добавен паралелно към дренажа и източника на MOSFET, за да се намалят загубите чрез MOSFET. Това намалява загубите му, защото диода на Шотки е по-бърз от телесния диод на MOSFET, като гарантира, че телесният диод не провежда по време на мъртво време. За да се намалят загубите поради висока честота, диод на Шотки успоредно с MOSFET е практичен и необходим. Този Schottky гарантира, че напрежението на MOSFET-те преди да се изключи. Цялостната работа на MOSFET и изходния етап е аналогична на работата на синхрон Buck конвертор . Входните и изходните форми на вълната на комутационната верига са показани на фигурата по-долу.

Превключваща верига

Превключваща верига

Изходен нискочестотен филтър

Последният етап на усилвател от клас D е изходният филтър, който отслабва и премахва хармониците на честотата на превключващия сигнал. Това може да се направи с общо устройство за нискочестотен филтър, но най-често срещаната е комбинация от индуктор и кондензатор. Желаем е втори филтър за поръчки, така че да имаме -40dB / Десетилетие. Обхватът на граничните честоти е между 20 kHz до около 50 kHz поради факта, че хората не могат да чуят нищо над 20 kHz. Фигурата по-долу показва филтъра от втори ред на Butterworth. Основната причина да изберем филтър на Butterworth е, че той изисква най-малко количество компоненти и има плоска реакция с рязка честота на прекъсване.

Изходен нискочестотен филтър

Изходен нискочестотен филтър

Приложения на усилвател клас D

Той е по-подходящ за преносими устройства, тъй като не съдържа допълнително устройство за радиатор. Толкова лесно за носене. Усилвателят с висока мощност клас D се превърна в стандарт в много потребителски електронни приложения, като например

  • Телевизори и системи за домашно кино.
  • Потребителска електроника с голям обем
  • Усилватели за слушалки
  • Мобилни технологии
  • Автомобилна

По този начин всичко е свързано с работата и приложенията на усилватели клас D. Надяваме се, че сте разбрали по-добре тази концепция. Освен това, всякакви въпроси относно тази концепция или за прилагане на всякакви проекти за електричество и електроника , моля, дайте отзивите си, като коментирате в раздела за коментари по-долу. Ето въпрос към вас, Какви са приложенията на усилвателя от клас D?