Објашњена 4 ефикасна кола ПВМ појачала

Испробајте Наш Инструмент За Елиминисање Проблема





Аудио појачала која су дизајнирана да појачају аналогни аудио сигнал путем модулације ширине импулса или ПВМ обраде и са подесивим радним циклусом позната су по многим именима, укључујући дигитално појачало, појачало класе Д, комутирано појачало и ПВМ појачало.

Због тога што може да ради са високом ефикасношћу, а Појачало класе Д је постао омиљени концепт за мобилне и разгласне апликације где су изобличења занемарљива.



Зашто су ПВМ појачала толико ефикасна

То је зато што претварају аналогни аудио сигнал у еквивалентан ПВМ модулирани садржај. Овај модулисани ПВМ аудио сигнал ефикасно се појачава излазним уређајима као што су МОСФЕТ-ови или БЈТ-ови, а затим се поново претвара у аналогну верзију велике снаге помоћу специјалних индуктора преко повезаних звучника.

Знамо да је полупроводник уређаји као што су МОСФЕТ-ови и БЈТ-ови „не воле“ да раде у недефинисаним регионима улазног сигнала и имају тенденцију да постану вруће. На пример а МОСФЕТ неће се правилно укључити када су мрежни сигнали испод 8В, а БЈТ неће правилно реаговати на основном погону испод 0,5 В, што резултира великом количином одвођења топлоте кроз њихов хладњак тела.



Аналогни сигнали који су по природи експоненцијални присиљавају горе наведене уређаје да раде са неудобним и неповољним потенцијалима успореног и успореног пада, узрокујући велико расипање топлоте и веће неефикасности.

ПВМ концепт појачања, насупрот томе, омогућавају овим уређајима да раде или их потпуно УКЉУЧУЈУ или искључују у потпуности, без посредних недефинисаних потенцијала. Због тога уређаји не зраче топлоту, а аудио појачање је изведено са високом ефикасношћу и минималним губицима.

Предности дигиталног појачала у односу на линеарно појачало

  • Дигитална или ПВМ појачала користе ПВМ обраду и стога излазни уређаји појачавају сигнале са минималним одвођењем топлоте. Линеарна појачала користе дизајн сљедника емитора и одводе велику количину топлоте током појачања звука.
  • Дигитална појачала могу да раде са мањим бројем уређаја са излазном снагом у поређењу са линеарним појачалима.
  • Због минималног одвођења топлоте, нису потребни хладњак или мањи хладњаци, у поређењу са линеарним појачалима која зависе од великих хладњака.
  • Дигитална ПВМ појачала су јефтинија, лакша и високо ефикасна у поређењу са линеарним појачалима.
  • Дигитална појачала могу радити са мањим улазима за напајање од линеарних појачала.

У овом посту, првим ПВМ појачалом снаге доле управља 6 В батерија и генерише до 5 В излазне снаге. С обзиром на свој очигледан излазни капацитет, ПВМ појачало се често налази у мегафонима.

Уобичајено питање код мобилних АФ појачала је да је због њихових својстава ниске ефикасности тешко произвести велику снагу из ниског напона напајања.

Међутим, ПВМ појачало у нашој расправи има скоро 100% ефикасност на нивоу изобличења који је прихватљив за мегафоне и сродне П.А. уређаји. У наставку је објашњено неколико фактора који доприносе дизајну:

Модулација ширине импулса

Принцип модулације ширине импулса (ПВМ) представљен је на доњој слици 1.

Концепт је једноставан: радни циклус правоугаоног сигнала веће фреквенције контролише се улазним сигналом. Време укључивања импулса је релативно према тренутној амплитуди улазног сигнала.

Износ времена укључења и искључења поред фреквенције је константан. Стога, када недостаје улазни сигнал, производи се симетрични квадратни таласни сигнал.

Да би се постигао релативно добар квалитет звука, фреквенција правоугаоног сигнала мора бити двоструко већа од највише фреквенције улазног сигнала.

Добијени сигнал се може користити за напајање звучника. Слика 4 приказује јасну конверзију у трагу осцилоскопа.

Горњи траг са синусоидним излазним сигналом и доњи траг са ПВМ управљачким сигналом

Горњи траг приказује излазни сигнал након филтрирања и измерен преко звучника. Амплитуда преосталих ПВМ сигнал то је преклапање синусног таласа је мало.

Електронски прекидачи као појачала

Слика 2 описује стандардни рад ПВМ појачала уз помоћ блок шеме.

Блок дијаграм појачала класе Д

Претпоставимо када је улаз кратко спојен, пребаците Сдоснаге кондензатор Ц.7са струјом И.два. То се догађа све док се не постигне одговарајући напон горње граничне склопке.

Затим, повезује Р.7на земљу. После тога, Ц.7испразни се на доњи гранични прекидачки напон Сдо. Као резултат, Ц.7и Р.7производи квадратни талас са фреквенцијом од 50 кХз.

Када се АФ сигнал доведе на улаз појачала, додатна струја И1релативно смањује или повећава време пуњења, или повећава и смањује време пражњења.

Дакле, улазни сигнал модификује радни фактор квадратног таласног сигнала који се види на излазу из звучника.

Постоје два закона која су од суштинског значаја за основни рад ПВМ појачала.

  1. Први је прекидач С.бсе контролише у антифази са С.додок други терминал звучника држи као алтернативни напон оном ПВМ сигнала.

Ова поставка даје исход прелазне фазе излазне снаге типа моста. После тога, при сваком поларитету, звучник се форсира пуним напоном напајања тако да се постигне максимална потрошња струје.

2. Друго, бавимо се индукторима Л.1и јадва. Сврха индуктора је да интегришу правоугаони сигнал и претворе их у синусоидне, како је раније приказано у трагу опсега. Даље, они такође функционишу и пригушивачи хармоника правоугаоног сигнала од 50 кХз.

Висока снага звука из скромног дизајна

Шеме појачала појачавача класе Д од 4 В који се користе за разглас.

Из шеме на горњој слици можете лако препознати електронске компоненте коришћене у блок дијаграму.

Прегршт делова попут отпорника Р1, спојних кондензатора Ц.1и Ц.4, контрола јачине звука П.1и појачало засновано на опампу А.1ради пристрасни посао за кондензаторски (или електростатички) микрофон.

Читава ова операција ствара улазни сегмент ПВМ појачала. Као што је раније речено, прекидачи С.дои С.бграде се електронским прекидачима ЕС1прсти на ногама4и транзисторски парови Т.13и тдва4.

Индикације делова за електронске компоненте које граде ПВМ генератор односе се на оне описане у блок дијаграму.

Вероватно је ПВМ појачало неуобичајено ефикасан јер се излазни транзистори не загревају чак ни када су присиљени у стању са свим погоном. Укратко, у фази излазне снаге постоји практично нула расипања.

Најважнији фактор који морате узети у обзир пре избора индуктора Л.1и јадваје да морају бити у стању да каналишу 3 А без засићења.

Стварно разматрање индуктивности долази тек на друго место. На пример, индуктори коришћени у овом пројекту добијени су из пригушивача светлости.

Намена диода Д.3до Д.6је да задржи ЕМФ који производе индуктори на разумно сигурну вредност.

Штавише, неинвертујући улаз опампа А.1формира Д.1, Ц.3, Д.дваи Р.3. Овај улазни напон, ефикасно филтриран, једнак је половини напона напајања.

Када се користи традиционално појачало опамп, појачање напона додељује се негативном повратном кругом. Р.4и Р.5подешаваће појачање на 83 како би се осигурала довољна осетљивост микрофона.

У случају да користите изворе сигнала високе импедансе, Р.4може се појачати по потреби.

Л1и јадваузрокују фазни помак и због тога је могућа повратна спрега уз помоћ квадратног таласног сигнала на колектору Т.1у поређењу са синусоидним звучничким сигналом.

У комбинацији са Ц.5опамп пружа значајну интеграцију ПВМ повратног сигнала.

Систем повратних информација смањује изобличења појачавача, али не толико опсежно да бисте га могли користити и за друге апликације осим јавне адресе.

Обично би за појачало класе Д са малим изобличењима били потребни знатно повећана количина напона напајања и сложен дизајн кола.

Имплементација ове поставке би омела укупну ефикасност кола. Обратите пажњу при одабиру електронских прекидача у појачалу јер су типови ХЦМОС погодни.

Типични ЦМОС тип 4066 је изузетно тром и неприкладан за покретање „кратког споја“ преко Т-а13и тдва4. И не само то, већ постоји и повећани ризик од прекомерног рада или чак трајног оштећења појачала.

ПВМ појачало за мегафонску апликацију

Љубитељи електронике радије користе појачало класе Д за напајање звучника типа сирене, јер може произвести најгласнији звук за одабрани ниво снаге.

Коришћењем 6 В батерија и звучника у комори са притиском, модел појачала је лако конструисан.

Постојећих 4 В излазне снаге било је мерљиво у мегафону са пристојним опсегом звука.

Четири суве батерије од 1,5 В или алкалне моноћелије повезане су у серију за напајање мегафона. У случају да желите често да користите ову поставку, одлучите се за пуњиву НиЦд или гел-батерију (Дрифит) батерију.

Будући да је максимална потрошња струје мегафона 0,7 А, стандардни алкални систем је погодан за рад током 24 сата при пуној излазној снази.

Ако планирате да користите непрекидно, одабир скупа сувих ћелија биће више него довољан.

Имајте на уму да који год извор напајања да користите, он никада не сме прећи више од 7 В.

Разлог су ХЦМОС прекидачи у ИЦ-у1не би правилно функционисао на том нивоу напона или више.

Срећом, за појачало је максимални праг напона напајања већи од 11 В.

Дизајн ПЦБ-а за горе објашњено појачало ПВМ класе Д дат је у наставку:

Још једно добро појачало за ПВМ

Добро дизајнирано ПВМ појачало састојаће се од симетричног правоугаоног генератора таласа.

Радни циклус овог правоугаоног таласа модулира се аудио сигналом.

Уместо да раде линеарно, излазни транзистори раде као прекидачи, па су или потпуно укључени или искључени. У стању мировања, радни циклус таласног облика је 50%.

То значи да је сваки излазни транзистор потпуно засићен или познат и као проводник, у истом трајању. Као резултат, просечни излазни напон је нула.

То значи да ако један од прекидача остане затворен мало дуже од другог, просечни излазни напон ће бити негативан или позитиван у зависности од поларитета улазног сигнала.

Стога можемо приметити да је просечни излазни напон у односу на улазни сигнал. То је зато што излазни транзистори у потпуности раде као прекидачи, тако да је у излазном ступњу страховито мали губитак снаге.

Дизајн

Слика 1 приказује целу шему ПВМ појачала класе Д. Видимо да ПВМ појачало не треба да буде превише сложено.

Са само 12 В, само-осцилирајуће ПВМ појачало испоручиће 3 В у 4 охма.

Улазни аудио сигнал примењује се на оптичко појачало ИЦ1 које функционише као компаратор. Ова поставка води прегршт Сцхмиттових окидача који су повезани паралелно са кругом.

Они су тамо из два разлога. Прво, мора постојати „квадратни“ таласни облик, а друго, потребна је одговарајућа основна струја погона за излазни ступањ. У овој фази су инсталирана два једноставна, али брза транзистора (БД137 / 138).

Читаво појачало осцилира и генерише квадратни талас. Разлог је тај што је један улаз из компаратора (ИЦ1) прикључен на излаз путем РЦ мреже.

Даље, оба улаза ИЦ1 су пристрасна према првој половини напона напајања применом делитеља напона Р3 / Р4.

Сваки пут када је излаз ИЦ1 низак, а емитери Т1 / Т2 високи, пуњење кондензатора Ц3 се одвија преко отпорника Р7. Истовремено ће доћи до пораста напона на неинвертујућем улазу.

Једном када овај ескалирајући напон пређе ниво инвертирајућег става, вањски део ИЦ1 замењује се са ниског на високи.

Као резултат, емитери Т1 / Т2 се окрећу од високог ка ниском. Ово стање омогућава Ц3 да се празни кроз Р7 и напон на плус улазу падне испод напона на минус улазу.

Излаз ИЦ1 се такође враћа у ниско стање. На крају се производи квадратни талас на фреквенцији коју одређују Р7 и Ц3. Наведене вредности генеришу осцилације на 700 кХз.

Користећи осцилатор , можемо модулирати фреквенцију. Ниво инвертујућег улаза ИЦ1 који се обично користи као референца не остаје константан већ о њему одлучује аудио сигнал.

Даље, амплитуда одређује тачну тачку у којој излаз компаратора почиње да се мења. Због тога се аудио дебљином редовно модулира „дебљина“ квадратних таласа.

Да би се осигурало да појачало не ради као предајник од 700 кХз, на његовом излазу се мора извршити филтрирање. ЛЦ / РЦ мрежа која садржи Л1 / Ц6 и Ц7 / Р6 добро ради као филтер .

Техничке спецификације

  • Опремљен оптерећењем од 8 ома и напоном напајања од 12 В, појачало је генерисало 1,6 В.
  • Када се користи 4 ома, снага се повећала на 3 В. За тако малу распршену топлоту хлађење излазних транзистора није потребно.
  • Доказано је да је хармонијско изобличење необично мало за једноставно коло попут овог.
  • Укупни ниво хармонијских изобличења био је нижи од 0,32% у односу на измерени опсег од 20 Хз до 20 000 Хз.

На доњој слици можете видети ПЦБ и распоред делова за појачало. Време и трошкови изградње овог круга су врло ниски, тако да представља изврсну шансу за свакога ко жели да боље разуме ПВМ.

ПЦБ и распоред делова ПВМ појачала.

Листа делова

Отпорници:
Р1 - 22к
Р2, Р7 - 1М
Р3, Р4 - 2,2к
Р6 - 420 к
Р6 - 8,2 ома
П1 = 100к логаритамски потенциометар
Цонацитор;
Ц1, Ц2 - 100 нФ
Ц3 - 100 пФ
Ц4, Ц5 - 100μФ / 16 В
Ц6 = 68 нФ
Ц7 - 470 нФ
Ц8 - 1000п / 10 В
Ц9 - 2н2
Полупроводници:
ИЦ1 - ЦА3130
ИЦ2-00106
Т1 = БД137
Т2 - БД138

Остало:
Л1 = 39μХ Индуктор

Једноставни 3 транзисторски круг појачала класе Д

Изванредна ефикасност ПВМ појачала је таква да се снага од 3 В може произвести са БЦ107 који се користи као излазни транзистор. Још боље, не захтева хладњак.

Појачало садржи осцилатор ширине импулса контролисаног напоном који ради на око 6 кХз и спроводи излазни ступањ класе Д.

Постоје само два сценарија - потпуно укључено или потпуно искључено. Због тога је расипање невероватно мало и последично доноси високу ефикасност. Излазни таласни облик не изгледа као улазни.

Међутим, интеграл излазног и улазног таласног облика пропорционални су једни другима у односу на време.

Представљена табела вредности компонената показује да се може произвести било које појачало са излазима између 3 В и 100 В. С обзиром на то, могу се постићи јаче снаге до 1 кВ.

Мана је што ствара око 30% изобличења. Као резултат, појачало се може користити само за појачавање звука. Погодан је за системе разговора јер је говор невероватно разумљив.

Дигитал Оп-Амп

Следећи концепт показује како се користи основни сет ресетовања флип флоп ИЦ 4013 може се применити за претварање аналогног аудио сигнала у одговарајући ПВМ сигнал, који се даље може довести у МОСФЕТ фазу за жељено појачање ПВМ-а.

Можете користити половину пакета 4013 као појачало под условом да има дигитални излаз са радним циклусом који је пропорционалан жељеном излазном напону. Кад год вам треба аналогни излаз, посао би обавио једноставан филтер.

Морате пратити тактне импулсе како је наведено и они морају бити знатно већи у фреквенцији од жељене ширине опсега. Добитак је Р1 / Р2, док време Р1Р2Ц / (Р1 + Р2) мора бити дуже од периода импулса такта.

Апликације

Постоји много начина на које се коло може користити. Неки су:

  1. Набавите импулсе са тачке преласка нуле у мрежи и присилите тријак са излазом. Као резултат, сада имате релацијску контролу снаге без РФИ.
  2. Помоћу брзог сата пребаците излазни транзистор возача. Резултат је високо ефикасно ПВМ аудио појачало.

30-ватно ПВМ појачало

Шема кола за 30В аудио-појачало класе -Д може се видети у следећој пдф датотеци.

30 В класа Д. Преузимање

Оперативно појачало ИЦ1 појачава улазни аудио сигнал кроз потенциометар ВР1 са променљивом јачином звука. ПВМ (модулација ширине импулса) сигнал се генерише упоређивањем аудио сигнала са троуглом Вале од 100 кХз. То се постиже помоћу упоређивача 1Ц6. Отпорник РИ3 је коришћен за пружање позитивних повратних информација, а Ц6 је заправо уведен да би се продужило време рада компаратора.

Излаз упоређивача пребацује између напона екстремних ± 7,5В. Вучни отпорник Р12 нуди + 7,5 В, док -7,5 В напаја интерни транзистор отвореног емитора оптичког ИЦ6 на контакту 1. Током времена док се овај сигнал помера на позитиван ниво, транзистор ТР1 ради попут тренутног терминала умиваоника. Овај тренутни судопер узрокује пораст пада напона на отпорнику Р16, што постаје таман толико да се УКЉУЧИ МОСФЕТ ТР3.

Када сигнал пређе у негативну крајност. ТР2 се претвара у извор струје што доводи до пада напона на Р17. Овај пад постаје таман довољан да се УКЉУЧИ ТР4. У основи, МОСФЕТ-ови ТР3 и ТР4 покрећу се наизменично генеришући ПВМ сигнал који пребацује између +/- 15В.

У овом тренутку постаје неопходно вратити или појачати овај појачани ПВМ сигнал у добру репродукцију звука која може бити појачани еквивалент улазног аудио сигнала.

То се постиже стварањем просека радног циклуса ПВМ кроз Буттерворх-ов нископропусни филтер трећег реда који има граничну фреквенцију (25 кХз) знатно испод основне фреквенције троугла.

Ова акција доводи до великог слабљења на 100кХз. Добијени коначни излаз се претвара у аудио излаз који је појачана репликација улазног аудио сигнала.

Генератор таласа троугла кроз конфигурацију кола 1Ц2 и 1Ц5, где ИЦ2 ради попут генератора квадратних таласа са позитивном повратном спрегом која се испоручује кроз Р7 и Р11. Диоде ДИ до Д5 раде као двосмерна стезаљка. Ово поправља напон на приближно +/- 6В.

Савршен интегратор створен је путем унапред подешених ВР2, кондензатора Ц5 и ИЦ5 који трансформишу квадратни талас у талас троугла. Унапред подешени ВР2 пружа функцију фреквенције прилагођавања.

Излаз 1Ц5 на (пин 6) испоручује повратне информације 1Ц2, а отпорник Р14 и унапред подешена ВР3 функционишу као флексибилни пригушивач који омогућава подешавање нивоа таласа троугла према потреби.

Након што направе пуни круг, ВР2 и ВР3 морају бити фино подешени како би се омогућио најквалитетнији аудио излаз. Сет уобичајених 741 опцијских појачала за 1Ц4 и ИЦ3 може се користити као одбојници са појачањем за напајање за напајање +/- 7,5 В.

Кондензатори Ц3, Ц4, Ц11 и Ц12 се користе за филтрирање, док се остали кондензатори користе за раздвајање напајања.

Коло може да се напаја помоћу двоструког напајања +/- 15В једносмерне струје, које ће моћи да покреће звучник од 30 В од 8 ома кроз ЛЦ фазу помоћу кондензатора Ц13 и индуктора Л2. Имајте на уму да ће умерени хладњаци вероватно бити неопходни за МОСФЕТ ТР3 и ТР4.




Претходни: Подесиви круг контролера брзине бушилице Следеће: Круг детектора покрета помоћу Допплер ефекта