Ebben a modern világban az audiorendszer hangerősítésének fő célja az adott bemeneti jelek pontos reprodukálása és felerősítése. És az egyik legnagyobb kihívás az, hogy magas kimeneti teljesítmény legyen a lehető legkisebb energiaveszteség mellett. A D osztályú erősítő technológia egyre nagyobb hatást gyakorol az élő hangzásvilágra azáltal, hogy minden eddiginél nagyobb teljesítményt kínál, nulla teljesítményveszteséggel és kisebb tömeggel. Manapság a hordozható zenei eszközök egyre népszerűbbek a hordozható zenei eszközök külső hangok iránti növekvő igénye miatt.
A hangerősítést néha csőerősítő technológiával végzik, de ezek nagyméretűek és nem alkalmasak hordozható elektronikus hangrendszerekhez. A legtöbb hangerősítési igényhez a mérnökök úgy döntenek, hogy lineáris módban használják a tranzisztorokat, hogy kis bemenet alapján méretezett kimenetet hozzanak létre. Ez nem a legjobb megoldás az erősítők számára, mert a lineáris működésű tranzisztorok folyamatosan vezetnek, hőt termelnek és energiát fogyasztanak. Ez a hőveszteség a fő oka annak, hogy a lineáris mód nem optimális az akkumulátorral működtethető hordozható audio alkalmazásokhoz. Vannak sok osztályú erősítők A, B, AB, C, D, E és F. Ezeket két különböző üzemmódba sorolják: lineáris és kapcsolási.
D osztályú erősítő
Lineáris üzemmódú erősítők - A, B, AB és a C osztály mind lineáris módú erősítők amelyek kimenete arányos a bemenetükkel. A lineáris módú erősítők nem telítettek, nem teljesen be- vagy kikapcsolnak. Mivel a tranzisztorok mindig vezetnek, hő keletkezik és folyamatosan fogyasztja az energiát. Ez az oka annak, hogy a lineáris erősítők alacsonyabb hatékonyságúak, mint a kapcsolóerősítők. Kapcsolóerősítők - D, E és F osztályú kapcsolóerősítők. Nagyobb hatékonysággal rendelkeznek, amelynek elméletileg 100% -nak kell lennie. Ez azért van, mert nincs energia veszteség a hőelvezetéshez.
Mi az a D osztályú erősítő?
A D osztályú erősítő egy kapcsolóerősítő, és amikor „ON” állapotban van, áramot vezet, de a kapcsolókon szinte nulla feszültséggel rendelkezik, ezért az energiafogyasztás miatt nem oszlik el hő. Amikor „KI” üzemmódban van, a tápfeszültség keresztbe megy a MOSFET-ek , de áram áramlásának hiánya miatt a kapcsoló nem fogyaszt áramot. Az erősítő csak akkor veszi fel az áramot a be / ki átmenet során, ha a szivárgási áramokat nem veszik figyelembe. D osztályú erősítő, amely a következő szakaszokból áll:
- PMW modulátor
- Kapcsoló áramkör
- Kimeneti aluláteresztő szűrő
A D osztályú erősítő blokkvázlata
PMW modulátor
Szükségünk van egy komparátor néven ismert áramköri építőelemre. Egy komparátornak két bemenete van, nevezetesen az A és a B bemenet. Ha az A bemenet nagyobb feszültségű, mint a B bemenet, az összehasonlító kimenete a maximális pozitív feszültségre (+ Vcc) jut. Ha az A bemenet alacsonyabb feszültségű, mint a B bemenet, az összehasonlító kimenete a maximális negatív feszültségre (-Vcc) megy. Az alábbi ábra mutatja hogyan működik az összehasonlító D osztályú erősítőben. Egy bemenet (legyen az Input A terminál) az erősítendő jelhez tartozik. A másik bemenet (B bemenet) pontosan generált háromszög hullámmal van ellátva. Amikor a jel szintje azonnal magasabb, mint a háromszög hulláma, a kimenet pozitív lesz. Ha a jel pillanatnyi szintje alacsonyabb, mint a háromszög hulláma, a kimenet negatív lesz. Az eredmény egy impulzuslánc, ahol az impulzusszélesség arányos a pillanatnyi jelszinttel. Ez az úgynevezett „Impulzusszélesség-moduláció” vagy PWM .
PMW modulátor
Kapcsoló áramkör
Annak ellenére, hogy az összehasonlító kimenete a bemenő audiojel digitális ábrázolása, nincs ereje a terhelés (hangszóró) meghajtására. Ennek a kapcsolókörnek az a feladata, hogy elegendő teljesítményerősítést biztosítson, ami elengedhetetlen az erősítőhöz. A kapcsoló áramkört általában MOSFET-ek segítségével tervezik. Nagyon fontos megtervezni, hogy a kapcsolóáramkörök olyan jeleket hozzanak létre, amelyek nem fedik egymást, különben azzal a problémával szembesül, hogy a tápellátást egyenesen földhöz zárják, vagy ha megosztott tápellátást zárnak a tápegységekre. Ezt átmenő lövésnek nevezik, de meg lehet akadályozni, ha nem átfedő kapujeleket vezetünk be a MOSFET-ekbe. A nem átfedő időt Dead time néven ismerjük. Ezeknek a jeleknek a megtervezésekor a lehető legkevesebbet kell tartanunk a holtidőt a pontos kis torzítású kimeneti jel fenntartása érdekében, de elég hosszúnak kell lennünk ahhoz, hogy mindkét MOSFET egyszerre működhessen. Azt az időt is csökkenteni kell, amikor a MOSFET-ek lineáris üzemmódban vannak, ami segít biztosítani, hogy a MOSFET-ek szinkron módon működjenek, és ne egyidejűleg végezzenek egyidejűleg.
Ehhez az alkalmazáshoz áramellátási MOSFET-eket kell használni, a tervezés során bekövetkezett teljesítménynövekedés miatt. A D osztályú erősítőket nagy hatékonyságuk érdekében használják, de a MOSFET-ek beépített testdiódával rendelkeznek, amely parazita, és lehetővé teszi az áram szabadonfutását a holtidő alatt. Schottky-dióda adható párhuzamosan a MOSFET lefolyásával és forrásával, hogy csökkentse a MOSFET-en keresztüli veszteségeket. Ez csökkenti a veszteségeit, mert a Schottky-dióda gyorsabb, mint a MOSFET testdiódája, biztosítva, hogy a testdióda ne vezessen holtidő alatt. A nagy frekvencia miatti veszteségek csökkentése érdekében praktikus és szükséges egy Schottky-dióda a MOSFET-mel párhuzamosan. Ez a Schottky biztosítja a feszültséget a MOSFET-eken, mielőtt kikapcsol. A MOSFET-ek és a kimeneti fokozat általános működése analóg a szinkron működésével Buck konverter . A kapcsoló áramkör bemeneti és kimeneti hullámalakját az alábbi ábra mutatja.
Kapcsoló áramkör
Kimeneti aluláteresztő szűrő
A D osztályú erősítő utolsó fázisa a kimeneti szűrő, amely csillapítja és eltávolítja a kapcsolási jel frekvenciájának harmonikusait. Ez megtehető közös aluláteresztő szűrőelrendezéssel, de a leggyakoribb az induktor és a kondenzátor kombinációja. Második rendszűrőre van szükség, hogy -40dB / Decade roll-off álljon rendelkezésünkre. A határfrekvenciák tartománya 20 kHz és kb. 50 kHz között van, annak a ténynek köszönhető, hogy az emberek nem hallanak semmit 20 kHz felett. Az alábbi ábra a másodrendű Butterworth szűrőt mutatja. A Butterworth szűrő kiválasztásának fő oka az, hogy a legkevesebb alkatrészt igényli, és lapos válasza van, éles vágási frekvenciával.
Kimeneti aluláteresztő szűrő
A D osztályú erősítő alkalmazásai
Inkább hordozható eszközökhöz alkalmas, mert nem tartalmaz extra hűtőbordás elrendezést. Olyan könnyen hordozható. A nagy teljesítményű D osztályú erősítő számos fogyasztói elektronikai alkalmazásban szabványossá vált, mint pl
- Televíziókészülékek és házimozi rendszerek.
- Nagy mennyiségű szórakoztató elektronika
- Fejhallgató erősítők
- Mobil technológia
- Autóipari
Így itt minden a D osztályú erősítők működéséről és alkalmazásáról szól. Reméljük, hogy jobban megértette ezt a koncepciót. Ezenkívül a koncepcióval vagy annak megvalósításával kapcsolatos bármilyen kérdés elektromos és elektronikai projektek , kérjük, adja meg visszajelzését az alábbi megjegyzés részben kommentálva. Itt van egy kérdés az Ön számára, Melyek a D osztályú erősítő alkalmazásai?
