U ovom modernom svijetu glavni cilj pojačanja zvuka u audio sustavu je precizna reprodukcija i pojačanje danih ulaznih signala. A jedan od najvećih izazova je imati visoku izlaznu snagu sa što manjom količinom gubitka snage. Pojačala tehnologija klase D sve više utječe na svijet zvuka uživo nudeći veliku snagu s nultom disipacijom snage i manjom težinom nego ikad prije. Danas su prijenosni glazbeni uređaji sve popularniji s rastućom potražnjom za vanjskim zvukovima u prijenosnim glazbenim uređajima.
Pojačanje zvuka ponekad se vrši tehnologijom cijevnog pojačala, ali one su glomazne veličine i nisu prikladne za prijenosne elektroničke zvučne sustave. Za većinu potreba za pojačavanjem zvuka, inženjeri se odlučuju na upotrebu tranzistora u linearnom načinu za stvaranje skaliranog izlaza na temelju malog ulaza. Ovo nije najbolji dizajn za audio pojačala, jer će tranzistori u linearnom radu kontinuirano voditi, stvarati toplinu i trošiti energiju. Ovaj gubitak topline glavni je razlog zašto linearni način rada nije optimalan za prijenosne audio programe na baterije. Tamo su mnoge klase audio pojačala A, B, AB, C, D, E i F. Razvrstani su u dva različita načina rada, linearni i preklopni.
Pojačalo klase D
Pojačala za linearni način rada - klasa A, B, AB i klasa C su sva pojačala s linearnim načinom rada koji imaju izlaz koji je proporcionalan njihovom ulazu. Pojačala u linearnom načinu rada ne zasićuju, potpuno se uključuju ili potpuno isključuju. Budući da tranzistori uvijek provode, stvara se toplina i kontinuirano troši energiju. To je razlog zašto linearna pojačala imaju manju učinkovitost u usporedbi s komutacijskim pojačalima. Preklopna pojačala klase D, E i F su preklopna pojačala. Imaju veću učinkovitost, koja bi teoretski trebala biti 100%. To je zato što nema gubitka energije zbog odvođenja topline.
Što je pojačalo klase D?
Pojačalo klase D je komutacijsko pojačalo i kada je u stanju 'ON', provodit će struju, ali na prekidačima će imati gotovo nulti napon, stoga se toplina ne odvodi zbog potrošnje energije. Kada je u načinu 'ISKLJUČENO', mrežni napon će ići preko MOSFET-ovi , ali zbog strujanja struje prekidač ne troši nikakvu snagu. Pojačalo će trošiti snagu tijekom prijelaza uključivanja / isključivanja samo ako se ne uzmu u obzir struje curenja. Pojačalo klase D koje se sastoji od sljedećih stupnjeva:
- PMW modulator
- Preklopni krug
- Izlazni niskopropusni filtar
Blok dijagram pojačala klase D
PMW modulator
Trebamo sklopni blok poznat kao komparator. Usporednik ima dva ulaza, naime ulaz A i ulaz B. Kada je ulaz A višeg napona od ulaza B, izlaz komparatora ići će na svoj maksimalni pozitivni napon (+ Vcc). Kada je ulaz A nižeg napona od ulaza B, izlaz komparatora ići će na svoj maksimalni negativni napon (-Vcc). Donja slika prikazuje kako komparator djeluje u pojačalu klase D. Jedan ulaz (neka to bude ulaz A terminal) dobiva signal koji treba pojačati. Drugi ulaz (ulaz B) isporučuje se s točno generiranim valom trokuta. Kada je signal trenutno viši u razini od vala trokuta, izlaz postaje pozitivan. Kada je signal trenutno niže razine od vala trokuta, izlaz postaje negativan. Rezultat je lanac impulsa gdje je širina impulsa proporcionalna trenutnoj razini signala. Ovo je poznato kao ‘Modulacija širine impulsa’, ili PWM .
PMW modulator
Preklopni krug
Iako je izlaz komparatora digitalni prikaz ulaznog audio signala, on nema snagu za pokretanje tereta (zvučnika). Zadatak ovog sklopnog kruga je osigurati dovoljno pojačanja snage, što je neophodno za pojačalo. Preklopni krug je općenito projektiran pomoću MOSFET-ova. Vrlo je važno dizajnirati da sklopni krugovi proizvode signale koji se ne preklapaju ili inače nailazite na problem kratkog spoja opskrbe ravno na zemlju ili ako koristite podijeljenu opskrbu kratkim spojevima opskrbe. To je poznato kao pucanje, ali to se može spriječiti uvođenjem nepreklapajućih signala vrata na MOSFET-ove. Vrijeme koje se ne preklapa poznato je kao mrtvo vrijeme. Prilikom dizajniranja ovih signala moramo zadržati što kraće mrtvo vrijeme kako bismo održavali točan izlazni signal s malim izobličenjima, ali moramo biti dovoljno dugi da održe istodobno provođenje oba MOSFET-a. Također se mora smanjiti vrijeme dok su MOSFET-ovi u linearnom načinu rada, što će osigurati da MOSFET-ovi rade sinkrono, a ne oba istovremeno provode.
Za ovu se primjenu moraju koristiti MOSFET-ovi snage zbog povećanja snage u dizajnu. Pojačala klase D koriste se zbog njihove visoke učinkovitosti, ali MOSFET-ovi imaju ugrađenu diodu tijela koja je parazitska i koja će omogućiti struji da nastavi slobodno puštati vrijeme tijekom mrtvog vremena. Schottky dioda može se dodati paralelno u odvod i izvor MOSFET-a kako bi se smanjili gubici kroz MOSFET. To smanjuje njegove gubitke jer Schottky dioda je brži od tjelesne diode MOSFET-a osiguravajući da tjelesna dioda ne provodi tijekom mrtvog vremena. Da bi se smanjili gubici zbog visoke frekvencije, Schottky dioda paralelno s MOSFET-om je praktična i potrebna. Ovaj Schottky osigurava napon na MOSFET-ovima prije isključivanja. Cjelokupni rad MOSFET-ova i izlaznog stupnja analogan je radu sinkronog Buck pretvarač . Ulazni i izlazni valni oblici sklopnog kruga prikazani su na donjoj slici.
Preklopni krug
Izlazni niskopropusni filtar
Posljednji stupanj pojačala klase D je izlazni filtar koji prigušuje i uklanja harmonike frekvencije komutacijskog signala. To se može postići uobičajenim sustavom niskopropusnih filtara, ali najčešći je kombinacija prigušnice i kondenzatora. Poželjan je drugi filtar narudžbe tako da imamo -40dB / Desetljeće. Raspon graničnih frekvencija je između 20 kHz i oko 50 kHz zbog činjenice da ljudi ne mogu čuti ništa iznad 20 kHz. Donja slika prikazuje Butterworthov filtar drugog reda. Glavni razlog zbog kojeg odabiremo Butterworthov filtar jest taj što zahtijeva najmanju količinu komponenata i ima ravan odziv s oštrom graničnom frekvencijom.
Izlazni niskopropusni filtar
Primjene pojačala klase D
Prikladniji je za prijenosne uređaje jer ne sadrži nikakav dodatni raspored hladnjaka. Tako lako za nošenje. Pojačalo visoke snage klase D postalo je standard u mnogim potrošačkim elektroničkim aplikacijama, poput
- Televizijski uređaji i sustavi kućnog kina.
- Potrošačka elektronika velikog volumena
- Pojačala za slušalice
- Mobilna tehnologija
- Automobilski
Dakle, ovdje se radi o radu pojačala D i primjenama. Nadamo se da ste bolje razumjeli ovaj koncept. Nadalje, bilo kakva pitanja u vezi s ovim konceptom ili bilo koja provedba električni i elektronički projekti , dajte svoje povratne informacije komentarom u odjeljku za komentare u nastavku. Evo pitanja za vas, Koje su primjene pojačala klase D?
