|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Wzmacniacz klasy D do subwoofera. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Tranzystorowe wzmacniacze mocy W artykule opisano cechy UMZCH klasy D oraz przedstawiono dwa warianty wzmacniaczy o różnej mocy, nadających się do zastosowania głównie w kanale niskotonowym dla subwoofera. Jak zauważono w artykule, wskazane jest stosowanie takiego wzmacniacza z przetwornikiem impulsowym napięcia zasilania zarówno z baterii akumulatorów, jak iz sieci prądu przemiennego. Opracowując konstrukcję wzmacniacza należy zwrócić uwagę na ekranowanie tych bloków. W związku z rozwojem technologii cyfrowej i cyfrowego sprzętu audio rośnie zainteresowanie urządzeniami wzmacniającymi pracującymi w trybie kluczowym, zwanymi wzmacniaczami klasy D. Urządzenia takie realizują modulację szerokości impulsu (PWM) sygnału. Do ich zalet należy przede wszystkim wysoka sprawność, która faktycznie sięga 98%. Ponadto te niedrogie wzmacniacze można łatwo zintegrować z innymi elementami cyfrowej ścieżki audio, nawet na tym samym chipie. Teraz niektóre firmy produkują już mikroukłady, które wykluczają jakąkolwiek analogową obróbkę sygnału audio, a sygnał cyfrowy jest przetwarzany do postaci analogowej bezpośrednio w stopniu wyjściowym końcówki mocy. Takie mikroukłady są stosowane głównie w urządzeniach przenośnych i noszonych z autonomicznym zasilaniem. W czasopismach [1] oraz Internecie [2,3] można znaleźć opisy wzmacniaczy (głównie samochodowych) pracujących w „klasie T”. Przy bliższym przyjrzeniu się okazuje się, że tranzystory w takich urządzeniach również pracują w trybie przełączania, natomiast wprowadzenie „nowej” klasy pracy wzmacniacza jest najwyraźniej podyktowane wymaganiami marketingowymi. Chociaż w niektórych źródłach „klasa T” pojawia się jako „zmodyfikowana klasa D”, czyli zmodyfikowana klasa D i nie ma zasadniczych różnic w stosunku do klasy D. Tyle, że we wzmacniaczach „klasy T” zastosowano modulator SHI, w którym zarówno częstotliwość, jak i wypełnienie impulsów wyjściowych zależą od napięcia wejściowego. Są też informacje o wzmacniaczach pewnej „klasy N” [4]. Tak naprawdę to też wzmacniacz pracujący w trybie impulsowym, tyle że połączony z zasilaczem sieciowym. Wszystkie te posunięcia patentowe i marketingowe nie powinny wprowadzać czytelników w błąd. W tym artykule przedstawiono niektóre zalety i wady wzmacniacza klasy D z dwoma przykładami obwodów. Podstawą wzmacniacza pracującego w trybie klasy D są mocne przełączniki, zwykle na tranzystorach MOS, które charakteryzują się dużą szybkością i niską rezystancją kanału w stanie otwartym. Dzięki zastosowaniu tranzystorów w trybie kluczowania (załączonym lub wyłączonym) uzyskuje się wysoką sprawność takich wzmacniaczy. Tranzystory potężnych klawiszy takiego UMZCH są sterowane przez modulator szerokości impulsu (SHI), który przekształca chwilowe wartości sygnału wejściowego na odpowiedni cykl pracy impulsów, a cykl pracy równy 2 (meander ) odpowiada wartości zerowej sygnału. Zwykle impulsy mają amplitudę zbliżoną do napięcia zasilania. Poziom sygnału wyjściowego można regulować poprzez zmianę parametrów modulatora PWM oraz napięcia zasilania stopnia kluczowego. Ze stopnia wyjściowego sygnał wchodzi do obciążenia (głośnika) przez filtr dolnoprzepustowy LC (LPF), który oddziela składowe zakresu częstotliwości audio od sygnału PWM. Należy zauważyć, że jakość sygnału wyjściowego, określona przez poziom zniekształceń i szerokość pasma wzmacnianych częstotliwości, silnie zależy od częstotliwości przełączania, a sygnały o wysokiej częstotliwości są zawsze wzmacniane z większymi zniekształceniami niż sygnały o niskiej częstotliwości. Zwiększenie częstotliwości przełączania prowadzi do zmniejszenia zniekształceń, które mają głównie charakter intermodulacji. na ryc. 1 przedstawia przebiegi sygnałów typowe dla wzmacniacza pracującego w klasie T.
Obecnie przemysł produkuje szeroką gamę urządzeń półprzewodnikowych, które umożliwiają osiągnięcie roboczych częstotliwości przełączania do kilkuset kiloherców, a nawet jednostek megaherców. Wzmacniacze o takich częstotliwościach przełączania są w stanie wzmocnić sygnały w pełnym zakresie audio z akceptowalnym poziomem zniekształceń. Opisane tutaj wzmacniacze mają stosunkowo niską częstotliwość przełączania, dzięki czemu nadają się do wzmacniania sygnałów audio o niskiej częstotliwości (zwykle poniżej 200 Hz). Taki wzmacniacz może być integralną częścią aktywnego subwoofera „kina domowego”. Przy obniżonych wymaganiach dotyczących jakości sygnału może być używany jako część wyposażenia i dla pełnego zakresu częstotliwości audio. Schemat najprostszego wzmacniacza pracującego w trybie klasy D pokazano na ryc. 2.
W tym urządzeniu potężny stopień wzmacniacza jest faktycznie połączony z modulatorem SHI. Rozważmy schemat bardziej szczegółowo. Wzmacniacz operacyjny DA1 służy jako komparator porównujący sygnały na wejściu i wyjściu wzmacniacza. Impulsy modulowane sygnałem z wyjścia wzmacniacza operacyjnego są podawane do kaskady przeciwsobnej z tranzystorami polowymi VT1, VT2. Diody Zenera VD1, VD2 są niezbędne do wykluczenia prądu przez mocne tranzystory stopnia wyjściowego. Prąd ten występuje podczas przełączania przełączników i jest głównym źródłem degradacji wydajności w błędnie obliczonych stopniach przeciwsobnych. Rezystory R3, R4 są potrzebne do rozładowania pojemności bramki tranzystorów polowych. Cewka L1 i kondensator C4 tworzą filtr dolnoprzepustowy, z którego sygnał wyjściowy trafia do głośnika. Ponadto sygnał wyjściowy jest podawany na nieodwracające wejście wzmacniacza operacyjnego DA1 przez dzielnik R5R1, który określa wzmocnienie wzmacniacza. Rezystor R2 ustawia impedancję wejściową wzmacniacza; w razie potrzeby można go zwiększyć. Chipy DA2 i DA3 stabilizują napięcie zasilania urządzenia. Zasada działania wzmacniacza jest dość prosta. W rzeczywistości wzmacniacz jest oscylatorem, którego częstotliwość jest określona przez częstotliwość rezonansową obwodu L1C4. Ponieważ amplituda sygnału impulsowego na wyjściu wzmacniacza jest stała (i prawie równa napięciu zasilania), zmiana napięcia na wejściu odwracającym wzmacniacza operacyjnego prowadzi do zmiany obciążenia cykl i częstotliwość impulsów wchodzących do obwodu. Należy zauważyć, że po podłączeniu obciążenia charakter oscylacji w obwodzie nabiera charakteru aperiodycznego. W tym przypadku o częstotliwości przełączania decydują nie tylko parametry obwodu L1C4, ale także wzmocnienie całego urządzenia z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego, a także opóźnienie przełączania stopni. Cechą wzmacniacza jest obecność wahań napięcia o wysokiej częstotliwości przy obciążeniu. W przypadku subwoofera nie jest to wadą, ponieważ impedancja głowicy przy częstotliwościach ultradźwiękowych jest dość wysoka. Jednak podczas podłączania głośników wielopasmowych do wzmacniacza może wystąpić zauważalny prąd przepływający przez głowicę HF. Aby wykluczyć ten prąd na wyjściu wzmacniacza, konieczne jest włączenie dodatkowego filtra dolnoprzepustowego, który nie jest zawarty w pętli sprzężenia zwrotnego. Wzmacniacz zasilany jest z zasilacza transformatorowego o znamionowym napięciu wyjściowym ±20 V i zakresie tętnień do 4 V przy pełnym obciążeniu. Jeśli transformator nie ma uzwojenia wtórnego z punktem środkowym, można zmontować zasilacz bipolarny zgodnie z obwodem prostownika półfalowego (ryc. 3), podwajając pojemność kondensatorów filtrujących. Maksymalne dopuszczalne napięcie wsteczne diod prostowniczych musi być ponad dwukrotnie większe niż napięcie jałowe źródła.
Wzmacniacz jest montowany na płytce stykowej. Kondensatory C1, C4 - K73-17, C2, C3 - dowolny tlenek dla napięcia roboczego co najmniej 16 V. Przydatne jest ich bocznikowanie kondensatorami ceramicznymi lub foliowymi o pojemności 0,1 ... 0,47 μF. W konstrukcji zastosowano importowane analogi diod Zenera VD1, VD2 na napięcie 15 V. Dławik L1 ma 100 zwojów drutu PETV 0,6 mm w opancerzonym obwodzie magnetycznym BZO wykonanym z ferrytu M2000NM-1. Kubki obwodu magnetycznego są montowane z niemagnetyczną szczeliną około 0,5 mm. Rezystory - dowolny metal-dielektryk, na przykład MSC C2-33. O ile uruchomienie wzmacniacza z pełną mocą przy obciążeniu 4 omów nie powoduje odczuwalnego nagrzewania się jakichkolwiek elementów, o tyle przy zwiększonym napięciu prostownika zintegrowanego układu stabilizującego DAI, DA2 należy zamontować na radiatorach. Zamiast wzmacniacza operacyjnego K544UD2 można zastosować KR574UD1, KR140UD11 (LM318), AD817 lub inne mikroukłady o częstotliwości wzmocnienia równej co najmniej 10 MHz. Zastosowane tranzystory wyjściowe zapewniają prąd obciążenia do 2 A, ale w razie potrzeby moc wzmacniacza można zwiększyć do maksimum, zastępując tranzystory IRFZ34 (VT1) i IRFZ24 (VT2). Przy takiej wymianie moc wyjściowa wzmacniacza jest ograniczona jedynie maksymalnym dopuszczalnym napięciem zasilania wzmacniacza operacyjnego. Prawidłowo zmontowany z części serwisowalnych wzmacniacz nie wymaga regulacji. Aby jednak uniknąć uszkodzenia tranzystorów wyjściowych na skutek nieprawidłowego montażu, zaleca się wstępne podłączenie ich źródła do zasilania poprzez rezystory o rezystancji 33...51 Ohm i mocy 1 W. Podczas regulacji należy podłączyć obciążenie odpowiadające wyjściu wzmacniacza - rezystor o rezystancji 4 ... 8 omów i mocy 10 W oraz zamknąć wejście wzmacniacza. Po włączeniu zasilania na wejściu filtra dolnoprzepustowego za pomocą oscyloskopu można zaobserwować prawie prostokątne impulsy o współczynniku wypełnienia około 2 i częstotliwości około 80 kHz. Odchylenie cyklu pracy od określonego wskazuje na asymetrię kaskady. Impulsy prądu płynące przez dodatkowe rezystory powinny mieć kształt zbliżony do trójkąta. Obecność znacznych skoków impulsów wskazuje na przepływ prądu przez tranzystory wyjściowe. W takim przypadku należy wymienić diody Zenera VD1, VD2 na inne o wysokim napięciu stabilizującym. Zalety tego wzmacniacza obejmują prawie całkowity brak procesu przejściowego po włączeniu. O sprawności wzmacniacza decyduje głównie sprawność stabilizatorów napięcia zasilającego. Zwiększenie wydajności można osiągnąć stosując przełączające stabilizatory napięcia. Wzmacniacz zgodnie ze schematem na ryc. 4 różni się od opisanego powyżej bardziej złożonym obwodem stopnia wyjściowego. Może być zasilany ze źródła o napięciu większym niż maksymalne dopuszczalne napięcie zasilania wzmacniacza operacyjnego.
Cechą tego UMZCH jest wykorzystanie stopnia wyjściowego wzmacniacza operacyjnego w trybie ograniczania prądu wyjściowego. Pozwala to uniknąć nasycenia tranzystorów jego stopnia wyjściowego, aw rezultacie zwiększa częstotliwość taktowania urządzenia. Z tranzystorami wyjściowymi wskazanymi na schemacie oraz tranzystorami VT1, VT2 o dużym dopuszczalnym napięciu Uke max (co najmniej 60 V), napięcie zasilania może osiągnąć ± 50 V, co przyczynia się do działania obciążenia o wysokiej rezystancji . Współczynnik zniekształceń harmonicznych nie przekracza 0,3% przy częstotliwości 1 kHz przy wyjściowej mocy sinusoidalnej 60 W przy obciążeniu 4 omów. Wzmacniacz jest w stanie pracować w pełnym zakresie częstotliwości audio, przy czym przy wysokich częstotliwościach dźwięk ma swoiste „kasetowe” brzmienie. Zniekształcenia intermodulacyjne, mierzone metodą podwójnego tonu przy częstotliwościach 19 i 20 kHz, sięgają 14%, ale, o dziwo, nie ma to „destrukcyjnego” wpływu na dźwięk. Płytka drukowana tego wzmacniacza jest pokazana na ryc. 5.
Zastosowana cewka indukcyjna jest taka sama jak we wzmacniaczu zgodnie z obwodem na ryc. 2. Długotrwała praca wzmacniacza z mocą 80 W przy obciążeniu 4 omów nie prowadzi do znacznego nagrzewania się elementów aktywnych. Jednak do pracy wzmacniacza w gorącym klimacie wskazane jest zainstalowanie mocnych tranzystorów i zintegrowanych stabilizatorów na małych radiatorach płytowych. Jeśli zamierzasz używać szybkiego wzmacniacza operacyjnego, takiego jak AD817, zaleca się zmniejszenie liczby zwojów cewki L1 o półtora do dwóch razy. W takim przypadku robocza częstotliwość przełączania wzrasta; odpowiednio, zniekształcenia przy wysokich częstotliwościach zakresu audio są zmniejszone. Przebieg na wyjściu wzmacniacza operacyjnego może być prawie sinusoidalny, podczas gdy tranzystory wyjściowe nadal działają w trybie przełączania ze względu na wysokie wzmocnienie stopnia przedwyjściowego. Głównym kryterium działania PA w trybie przełączania w tym przypadku jest brak prądu przelotowego przez tranzystory wyjściowe. Zalecenia dotyczące wymiany elementów w tym UMZCH są podobne do tych przedstawionych dla pierwszej wersji obwodu. Ale kiedy używasz wzmacniacza operacyjnego o dużej obciążalności, takiego jak AD817, powinieneś zmniejszyć napięcie zasilania wzmacniacza operacyjnego, aby uniknąć przegrzania. Aby to zrobić, zamiast zintegrowanych stabilizatorów 7815 i 7915 należy użyć podobnych dla napięcia 9 ... 12 V. Tranzystory wyjściowe muszą być komplementarne o bliskich parametrach. Preferowane powinny być tranzystory o możliwie najniższej pojemności wejściowej i niskiej (tak samo jak tranzystory o różnych typach przewodnictwa) rezystancji kanału w stanie włączonym. Zasadniczo można również zastosować bipolarne tranzystory wyjściowe; aby to zrobić, musisz zmniejszyć rezystancję rezystorów R4, R6 do 33 omów. Jednak ze względu na znaczny nadmiar czasu wyłączenia w stosunku do czasu włączenia tranzystorów bipolarnych, przez tranzystory stopnia przeciwsobnego przepływa prąd i tracona jest główna zaleta wzmacniacza - wysoka wydajność; ponadto zwiększają się również zniekształcenia nieliniowe. Aby wyeliminować prąd przelotowy, konieczne jest zastosowanie specjalnego generatora przerw między momentami wyłączenia jednego i włączenia drugiego tranzystora o dużej mocy. Wzmacniacz nie wymaga strojenia, a jeśli używane są części nadające się do użytku, natychmiast zaczyna działać. Jak wspomniano wcześniej, opisane wzmacniacze są przeznaczone do użytku jako część aktywnego subwoofera. Obecność składowych wysokoczęstotliwościowych w sygnale wejściowym może prowadzić do nieprzyjemnych zniekształceń intermodulacyjnych, dlatego w celu ograniczenia pasma częstotliwości wzmacnianego sygnału powyżej 150 Hz zalecany jest filtr dolnoprzepustowy zgodnie z obwodem na ryc. 6.
Jeśli subwoofer jest podłączony do wyjścia kanału niskich częstotliwości karty dźwiękowej SB Live 5.1 lub podobnej, nie ma potrzeby stosowania takiego filtra. W innych przypadkach (na przykład po podłączeniu do systemu stereo) taki filtr może być konieczny. Filtr dolnoprzepustowy składa się z dwóch części: wzmacniacza wejściowego i samego filtra dolnoprzepustowego drugiego rzędu z regulowaną częstotliwością odcięcia. Jedyną cechą urządzenia jest regulacja poziomu sygnału wyjściowego poprzez zmianę współczynnika sprzężenia zwrotnego sumatora za pomocą rezystora R3. LPF z charakterystyką Bessela drugiego rzędu nie ma osobliwości. LPF zmontowany na płytce stykowej. Jeśli wymagany jest zewnętrzny obwód korekcyjny, można zastosować inne wzmacniacze operacyjne zalecane do stosowania we wzmacniaczach i skorygowane pod kątem wzmocnienia jedności. Rezystor regulacji czułości R3 musi mieć charakterystykę B, a rezystor regulacji częstotliwości odcięcia R5 - A (liniowy). Rezystory R1 i R2 można umieścić bezpośrednio w złączach podłączonych do źródła sygnału. W takim przypadku wystarczy pociągnąć do filtra tylko jeden przewód ekranowany. LPF nie wymaga regulacji. Wzmacniacze mogą być stosowane jako część zarówno samochodowych, jak i komputerowych (multimedialnych) kompleksów audio. Wzmacniacz zgodnie ze schematem na ryc. 4 jest dogodnie zasilany z zasilacza impulsowego opisanego w [5]. Napięcie wyjściowe zasilacza 30 V wystarcza do wytworzenia szczytowej mocy wyjściowej 100 W przy obciążeniu 8 omów. Wskazane jest zastosowanie takiego źródła do stabilizacji napięcia zasilania pierwszej wersji wzmacniacza; wydajność systemu będzie najwyższa. Należy zauważyć, że włączanie opisanych wzmacniaczy przez długi czas bez obciążenia może doprowadzić do przegrzania i awarii tranzystorów wyjściowych. Jeśli zakłada się, że obciążenie można z jakiegoś powodu wyłączyć podczas pracy wzmacniacza, do wyjścia filtra dolnoprzepustowego należy podłączyć rezystor o rezystancji 100 omów i mocy co najmniej 2 watów. literatura
Autor: E. Saveliev, Twer
Udowodniono istnienie reguły entropii dla splątania kwantowego
09.05.2024 Mini klimatyzator Sony Reon Pocket 5
09.05.2024 Energia z kosmosu dla Starship
08.05.2024
▪ Klawiatura bezprzewodowa Keychron Q1 HE ▪ Wirowy mikroskop elektronowy ▪ Do 2025 roku pojemność dysków twardych wzrośnie do 100 TB
▪ sekcja serwisu Urządzenia pomiarowe. Wybór artykułu ▪ artykuł Czterdzieści czterdzieści. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Jak powstały pierwiastki chemiczne? Szczegółowa odpowiedź ▪ Artykuł Artemisia vulgaris. Legendy, uprawa, metody aplikacji
Komentarze do artykułu: Arthur Powyższe schematy nie należą do klasy d i są bliskie Alex Wzmacniacz według schematu Dorofeeva nagle zmienił się w klasę D, jaka modulacja, jaka częstotliwość, skąd się wziął, autor najwyraźniej przedrukował go i nie dotarł do sedna. Ivan Co więcej, błąd w obwodzie, tranzystory wyjściowe powinny być podłączone bezpośrednio, a nie przez stabilizatory 7815.
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony