Усилитель Д класса: режим работы выходного каскада


Усилитель Д класса-01

Усилитель Д класса, что это такое и какова особенность его работы. В принципе, усилители D класса часто называют цифровым либо импульсный УНЧ. Собрать его может даже начинающий радиолюбитель, конечно с определенным опытом в электронике. Нужно сразу сказать, что эффективность у него в самом деле высокая, при этом теплоотвод только чуть теплый!



Вообще то, данная статья предназначена для радиолюбителей, у который еще небольшие знания в создании усилителя Д класса. Поэтому, мы сначала вкратце расскажем как такие усилители работают, особенно их выходной каскад.

Что такое усилитель Д класса

В ответе на такой вопрос нет ничего сложного. Просто схемотехника усилителя класса D построена таким образом, что его оконечный тракт работает в режиме ключа. Чтобы было легче воспринять эту информацию и понять принцип его работы, для этого мы поясним на примере усилителя класса AB.

Такие аппараты, как правило имеют невысокую выходную мощность и работают в качестве линейного устройства. В усилителях с импульсным источником питания, мощные полевые транзисторы (MOSFET) выполняют функции переключателей. Тоесть, в определенный момент открывают и закрывают переходы транзистора затвор, сток и исток.

Для сравнения, ниже показаны две схемы включения транзисторов — первая включение биполярного транзистора структуры NPN, другая выполняет переключение полевого транзистора.

Схема включения и отключения транзистора NPN:

NPN

А это схема работы полевого транзистора:

MOSFET

Такой принцип действия, гарантирует довольно высокую производительность полупроводниковых приборов, в пределах 96 процентов. Из этого следует, что выходной каскад усилителя Д класса дает много тепловой энергии. Поэтому нет необходимости устанавливать радиатор с большой площадью рассеивания тепла.

В этом есть существенное отличие от усилителей класса АВ, работающих в линейном подключении. Для примера можно взять усилитель В класса, который способен обеспечить производительность не более 78 процентов, к тому же, это только теоретически. Ниже показана структурная схема УМЗЧ D класса, или как еще говорят, усилителя с ШИМ-контроллером.

Читайте также:  Схема усилителя класса D

Усилитель Д класса-1

Принцип работы усилителя класса Д

Работа усилителя класса D заключается в следующем. Используя компаратор, входящий импульс переходит в форму прямоугольного вида (меандр). Из этого следует: входящая информация зашифрована в отношении пиковой мощности прямоугольной импульсной установки, называемой скважностью. Импульс прямоугольной формы начинает усиливаться, а далее поступает на фильтр низкой частоты. После этого формируется сигнал близкий по форме к выходящему аналоговому аудиосигналу.

Есть и другой порядок формирования сигнала в импульсы, например: Сигма-дельта-модулятор, но в данном случае мы воспользуемся наиболее простой Широтно-импульсной модуляцией.

На представленном ниже графике показано преобразование входящего сигнала синусоидальной формы в периодический прямоугольный, при этом сопоставляя его с пилообразным сигналом.

График сигналов

Во время размаха пиковой амплитуды положительной полярности, скважность меандра будет сто процентов, а отрицательный максимальный размах составляет ноль процентов. В действительности частота сигнала пилообразной формы во много раз выше, и находится в пределах нескольких сот килогерц. Частотный фильтр не совсем безупречный, следовательно, нужен сигнал пилообразной формы имеющий частоту в десять и более раз выше пиковой 2000 Гц.

Схема УНЧ Д класса

Усилитель Д класса-3

После того, как мы немного ознакомились с особенностями работы усилителя звука класса D, теперь можно попытаться своими силами собрать этот аппарат. Мощные выходные мосфеты желательно установить IRF540N либо IRFB41N15D. Такие полевые ключи обладают малым зарядом затвора, обеспечивающего моментальное переключение.

Вместе с тем, они имеют небольшое значение сопротивления перехода, которое уменьшает потребление электроэнергии. Кроме этого, вы должны быть уверены, что полевой транзистор расчитан на высокое рабочее напряжение перехода сток-исток. Конечно можно применить и N-канальный МОП-транзистор IRF640N, но у него сопротивление перехода RDS(on) гораздо выше. А это может сказаться на эффективности.

Усилитель Д класса-4

Выше показана таблица, дающая сравнительное представление характеристик данных МОП-транзисторов;

Для компоновки печатной платы радио-элементами можно применять SMD-детали, также взамен микросхемы IR2110 можно попробывать IR2011S. Может такое случится, что сразу усилитель не «заведется», но когда это все-таки случится и вы послушаете его звучание, то убедитесь, что время потратили не зря!

Читайте также:  Аудио усилители Merus: многоуровневые микросхемы класса D - Часть 2

Также, может быть Вам будут интересен другой усилитель

Вот еще интересный усилитель класса D 100 Вт