I denne moderne verden er hovedmålet med lydforsterkning i et lydsystem å reprodusere og forsterke de gitte inngangssignalene nøyaktig. Og en av de største utfordringene er å ha høy utgangseffekt med minst mulig strømtap som mulig. Klasse D-forsterkerteknologi gir en økende innvirkning på den levende lydverdenen ved å tilby høy effekt med null kraftavledning og mindre vekt enn noen gang før. I dag blir bærbare musikkenheter mer populære med den økende etterspørselen etter eksterne lyder i bærbare musikkenheter.
Lydforsterkning gjøres noen ganger med rørforsterkerteknologi, men disse er store og ikke egnet for bærbare elektroniske lydsystemer. For de fleste behov for lydforsterkning velger ingeniører å bruke transistorer i lineær modus for å lage en skalert utgang basert på en liten inngang. Dette er ikke det beste designet for lydforsterkere fordi transistorer i lineær drift kontinuerlig vil lede, generere varme og forbruke strøm. Dette varmetapet er hovedårsaken til at lineær modus ikke er optimal for bærbare bærbare lydapplikasjoner. Det er mange klasser av lydforsterkere A, B, AB, C, D, E og F. Disse er klassifisert i to forskjellige driftsmodi, lineær og bytter.
Klasse D forsterker
Effektforsterkere i lineær modus - klasse A, B, AB og klasse C er alle lineære modusforsterkere som har en utgang som er proporsjonal med deres inngang. Forsterkere i lineær modus mettes ikke, slås helt på eller slås helt av. Siden transistorene alltid leder, genereres varme og bruker kontinuerlig kraft. Dette er grunnen til at lineære forsterkere har lavere effektivitet sammenlignet med svitsjforsterkere. Bryterforsterkere i klasse D, E og F er bryterforsterkere. De har høyere effektivitet, som teoretisk sett skal være 100%. Dette er fordi det ikke er noe energi som er tap av varmespredning.
Hva er en klasse D forsterker?
Klasse D forsterker er en bryterforsterker, og når den er i 'PÅ' -tilstand vil den lede strøm, men har nesten null spenning over bryterne, og derfor ledes ingen varme på grunn av strømforbruk. Når den er i “AV” -modus vil forsyningsspenningen gå over MOSFETene , men på grunn av ingen strøm, bruker ikke bryteren strøm. Forsterkeren bruker bare strøm under på / av-overgangene hvis det ikke tas hensyn til lekkasjestrømmer. Klasse D forsterker som består av følgende trinn:
- PMW-modulator
- Bryterkrets
- Utgang lavpassfilter
Blokkdiagram over klasse D forsterker
PMW Modulator
Vi trenger en kretsbyggestein kjent som en komparator. En komparator har to innganger, nemlig inngang A og inngang B. Når inngang A har høyere spenning enn inngang B, vil utgangen til komparatoren gå til sin maksimale positive spenning (+ Vcc). Når inngang A er lavere i spenning enn inngang B, vil utgangen til komparatoren gå til sin maksimale negative spenning (-Vcc). Figuren nedenfor viser hvordan komparatoren fungerer i en klasse-D forsterker. Én inngang (la det være inngang A-terminal) leveres med signalet som skal forsterkes. Den andre inngangen (inngang B) leveres med en nøyaktig generert trekantbølge. Når signalet er øyeblikkelig høyere i nivå enn trekantsbølgen, blir utgangen positiv. Når signalet er øyeblikkelig lavere i nivå enn trekantsbølgen, blir utgangen negativ. Resultatet er en kjede av pulser der pulsbredden er proporsjonal med det øyeblikkelige signalnivået. Dette er kjent som ‘Pulsbreddemodulasjon’, eller PWM .
PMW Modulator
Bytte krets
Selv om utgangen fra komparatoren er en digital representasjon av inngangssignalet, har den ikke kraften til å drive belastningen (høyttaler). Oppgaven til denne bryterkretsen er å gi nok strømforsterkning, som er viktig for en forsterker. Bryterkretsen er vanligvis designet ved bruk av MOSFET. Det er veldig viktig å utforme at svitsjekretsene produserer signaler som ikke overlapper, ellers støter du på problemet med å kortslutte forsyningen rett til bakken, eller hvis du bruker en delt forsyning som korterer forsyningene. Dette er kjent som en skyte gjennom, men det kan forhindres ved å innføre ikke-overlappende gate-signaler til MOSFETene. Den ikke-overlappende tiden er kjent som Dead time. Ved utformingen av disse signalene må vi holde dødtiden så kort som mulig for å opprettholde et nøyaktig lavforvrengningsutgangssignal, men må være lang nok til å opprettholde begge MOSFET-ene fra å lede samtidig. Tiden som MOSFET-ene er i lineær modus må også reduseres, noe som vil bidra til å sikre at MOSFET-ene fungerer synkront i stedet for at begge utfører samtidig.
For dette programmet må MOSFET-er brukes på grunn av kraftforsterkningen i designet. Klasse D-forsterkere brukes for sin høye effektivitet, men MOSFET har en innebygd kroppsdiode som er parasittisk og vil tillate at strømmen fortsetter å frihjul i død tid. En Schottky-diode kan tilsettes parallelt med avløpet og kilden til MOSFET for å redusere tapene gjennom MOSFET. Dette reduserer tapene fordi Schottky-dioden er raskere enn kroppsdioden til MOSFET og sørger for at kroppsdioden ikke ledes i død tid. For å redusere tapene på grunn av høyfrekvens er en Schottky-diode parallelt med MOSFET praktisk og nødvendig. Denne Schottky sørger for at spenningen over MOSFET-ene før den slås av. Den totale driften av MOSFET og utgangstrinnet er analog med driften av en synkron Buck-omformer . Inngangs- og utgangsbølgeformene til bryterkretsen er vist i figuren nedenfor.
Bytte krets
Utgangs lavpassfilter
Den siste fasen av en klasse D-forsterker er utgangsfilteret som demper og fjerner harmonene til svitsjesignalfrekvensen. Dette kan gjøres med et vanlig lavpasfilterarrangement, men det vanligste er en induktor og kondensatorkombinasjon. Et 2. ordrefilter er ønsket slik at vi har en -40dB / Decade-avrulling. Området for avskjæringsfrekvenser er mellom 20 kHz og omtrent 50 kHz på grunn av det faktum at mennesker ikke kan høre noe over 20 kHz. Figuren nedenfor viser andreordens Butterworth-filter. Hovedårsaken til at vi velger et Butterworth-filter er at det krever minst mulig komponent og har en flat respons med en skarp avskjæringsfrekvens.
Utgangs lavpassfilter
Anvendelser av klasse D forsterker
Den er mer egnet for bærbare enheter fordi den ikke inneholder noe ekstra varmeavlederarrangement. Så lett å bære. Forsterker med høy effekt klasse D har blitt standard i mange forbrukerelektroniske applikasjoner som
- TV-apparater og hjemmekinoanlegg.
- Forbrukerelektronikk med høyt volum
- Hodetelefonforsterkere
- Mobil teknologi
- Bilindustri
Dermed handler alt om drift og applikasjoner av klasse D-forsterkere. Vi håper at du har fått en bedre forståelse av dette konseptet. Videre, eventuelle spørsmål angående dette konseptet eller å implementere noen elektriske og elektroniske prosjekter , vennligst gi din tilbakemelding ved å kommentere i kommentarfeltet nedenfor. Her er et spørsmål til deg, Hva er anvendelsen av klasse D-forsterkeren?
