הפעלה ויישומים של מגברים מסוג D

בעולם מודרני זה, המטרה העיקרית של הגברת שמע במערכת שמע היא לשחזר ולהגביר במדויק את אותות הקלט הנתונים. ואחד האתגרים הגדולים ביותר הוא להיות בעל הספק תפוקה גבוה עם כמה שפחות אובדן חשמל. טכנולוגיית מגברי Class D משפיעה יותר ויותר על עולם הסאונד החי בכך שהיא מציעה הספק גבוה עם פיזור הספק אפס ופחות משקל מאי פעם. כיום מכשירי מוזיקה ניידים הופכים פופולריים יותר עם הביקוש הגובר לצלילים חיצוניים במכשירי מוסיקה ניידים.

הגברת שמע מתבצעת לעיתים בטכנולוגיית מגברי צינור אך אלה בגודל מגושם ואינם מתאימים למערכות סאונד אלקטרוניות ניידות. לרוב צרכי הגברת השמע, מהנדסים בוחרים להשתמש בטרנזיסטורים במצב ליניארי ליצירת פלט מוגדל המבוסס על קלט קטן. זה לא העיצוב הטוב ביותר עבור מגברי שמע מכיוון שטרנזיסטורים בתפעול ליניארי ינהלו ברציפות, ייצרו חום ויצרכו כוח. אובדן חום זה הוא הסיבה העיקרית לכך שמצב לינארי אינו אופטימלי ליישומי שמע ניידים המופעלים באמצעות סוללה. יש סוגים רבים של מגברי שמע A, B, AB, C, D, E ו- F. אלה מסווגים לשני מצבי פעולה שונים, ליניארי ומיתוג.

מגבר Class D

מגברים כוח במצב ליניארי - Class A, B, AB ו- מחלקה C הם כולם מגברים במצב ליניארי שיש להם פלט שהוא פרופורציונלי לקלט שלהם. מגברים במצב ליניארי אינם רוויים, נדלקים לחלוטין או מכבים לחלוטין. מכיוון שהטרנזיסטורים תמיד מוליכים, נוצר חום וצורך כוח ברציפות. זו הסיבה שלמגברים ליניאריים יש יעילות נמוכה יותר בהשוואה למגברים ממתגים. מגברי מיתוג מסוג D, E ו- F הם מגברי מיתוג. יש להם יעילות גבוהה יותר, שתאורטית אמורה להיות 100%. הסיבה לכך היא שאין אנרגיה שהיא אובדן לפיזור חום.

מהו מגבר Class D?

מגבר Class D הוא מגבר מיתוג וכשהוא במצב 'ON' הוא יוליך זרם אך יש לו מתח כמעט אפס על פני המתגים, ולכן שום חום אינו מתפזר בגלל צריכת החשמל. כאשר הוא במצב 'OFF' מתח האספקה ​​יעבור את MOSFETs , אך בגלל אי ​​זרימת זרם, המתג אינו גוזל כל כוח. המגבר ייצרך כוח רק במהלך מעברי ההפעלה / כיבוי אם לא לוקחים בחשבון זרמי דליפה. מגבר Class D המורכב מהשלבים הבאים:

• אפנן PMW
• מעגל מיתוג
• פלט מסנן מעבר נמוך

תרשים חסימות של מגבר Class D

אפנן PMW

אנו זקוקים לאבן בניין מעגל המכונה משווה. למשווה יש שתי כניסות, כלומר קלט A וכניסה B. כאשר קלט A במתח גבוה יותר מאשר קלט B, תפוקת המשווה תעבור למתח החיובי המרבי שלו (+ Vcc). כאשר קלט A נמוך במתח מאשר קלט B, יציאת המשווה תעבור למתח השלילי המרבי שלו (-Vcc). האיור שלהלן מראה כיצד פועל המשווה במגבר Class-D. קלט אחד (שיהיה מסוף קלט A) מסופק עם האות שיוגבר. הקלט האחר (קלט B) מסופק עם גל משולש שנוצר במדויק. כאשר האות ברמה גבוהה יותר באופן מיידי מאשר גל המשולש, הפלט הופך לחיובי. כאשר האות הוא ברגע נמוך יותר ברמתו מאשר גל המשולש, הפלט הולך לשלילי. התוצאה היא שרשרת של פולסים כאשר רוחב הדופק פרופורציונלי לרמת האות המיידית. זה ידוע בשם 'אפנון רוחב הדופק', או PWM .

אפנן PMW

מעגל החלפה

למרות שפלט המשווה הוא ייצוג דיגיטלי של אות השמע הקלט, אין בכוחו להניע את העומס (רמקול). המשימה של מעגל מיתוג זה היא לספק מספיק רווח כוח, החיוני למגבר. מעגל המיתוג מתוכנן בדרך כלל באמצעות MOSFETs. חשוב מאוד לתכנן כי מעגלי המיתוג מייצרים אותות שאינם חופפים, אחרת אתה נתקל בבעיה של קיצור אספקתך היישר לקרקע, או אם אתה משתמש באספקה ​​מפוצלת המקצר את האספקה. זה ידוע כזריקת דרך, אך ניתן למנוע זאת על ידי החדרת אותות שער לא חופפים ל- MOSFETs. הזמן שאינו חופף ידוע בשם זמן מת. בתכנון האותות הללו עלינו לשמור על זמן המת קצר ככל האפשר כדי לשמור על אות פלט מדויק בעיוות נמוך אך עלינו להיות ארוכים מספיק בכדי לשמור על שני התוויות של MOSFET באותו זמן. יש להפחית גם את זמן ה- MOSFET במצב ליניארי, מה שיעזור להבטיח כי ה- MOSFET פועלים באופן סינכרוני ולא שניהם מתנהלים בו זמנית.

עבור יישום זה, יש להשתמש ב- MOSFET כוח עקב רווח החשמל בתכנון. מגברי Class D משמשים ליעילותם הגבוהה, אך ל- MOSFET יש דיודת גוף מובנית הטפילה ותאפשר לזרם להמשיך להתגלגל בזמן מת. ניתן להוסיף דיודת שוטקי במקביל לניקוז ולמקור ה- MOSFET כדי להפחית את ההפסדים באמצעות ה- MOSFET. זה מקטין את ההפסדים שלה בגלל דיודת שוטקי מהירה יותר מדיודת הגוף של ה- MOSFET ומבטיחה שדיודת הגוף אינה מתנהלת בזמן מת. כדי להפחית את ההפסדים בגלל תדירות גבוהה דיודת שוטקי במקביל ל- MOSFET היא מעשית והכרחית. שוטקי זה מבטיח כי המתח על פני ה- MOSFET לפני כיבויו. הפעולה הכוללת של ה- MOSFET ושלב הפלט מקבילה להפעלת סינכרוני ממיר באק . צורות גל כניסה ופלט של מעגל המיתוג מוצגות באיור להלן.

מעגל החלפה

פלט מסנן מעבר נמוך

השלב הסופי של מגבר Class D הוא פילטר הפלט המחליש ומסיר את ההרמוניות של תדר אות המיתוג. ניתן לעשות זאת עם סידור מסנן נמוך לעבור משותף, אך הנפוץ ביותר הוא שילוב משרן וקבל. יש צורך במסנן שני לסדר כך שיהיה לנו רול-או -40dB / עשור. טווח תדרי הניתוק הוא בין 20 קילוהרץ לכ- 50 קילוהרץ בגלל העובדה שבני אדם לא יכולים לשמוע שום דבר מעל 20 קילוהרץ. האיור שלהלן מציג את מסנן Butterworth מסדר שני. הסיבה העיקרית שאנו בוחרים במסנן Butterworth היא שהוא דורש כמות מינימלית של רכיבים ויש לו תגובה שטוחה עם תדירות ניתוק חדה.

פלט מסנן מעבר נמוך

יישומים של מגבר Class D

הוא מתאים יותר למכשירים ניידים מכיוון שהוא אינו מכיל שום סידור גוף קירור נוסף. כל כך קל לנשיאה. מגבר D ברמה גבוהה הספק הפך לסטנדרט ביישומים אלקטרוניים צרכניים רבים כגון

• מכשירי טלוויזיה ומערכות קולנוע ביתי.
• מוצרי אלקטרוניקה לצריכה גבוהה
• מגברי אוזניות
• טכנולוגיה ניידת
• רכב

לפיכך, מדובר בסך הכל על הפעלה ויישומים של מגברים מסוג D. אנו מקווים שיש לך הבנה טובה יותר של מושג זה. יתר על כן, כל שאלה בנוגע למושג זה או ליישום כלשהו פרויקטים של חשמל ואלקטרוניקה , בבקשה תן משוב על ידי תגובה בקטע התגובות למטה. הנה שאלה בשבילך, מהם היישומים של מגבר Class D?