Experimenteller Klasse-D-Audioverstärker

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Ich habe einen Klasse-D-Audioverstärker komplett mit diskreten Komponenten hergestellt, obwohl nicht die am meisten empfohlene, Die Idee dieses Projekts ist rein lehrreich, um die Funktionsweise eines Klasse-D-Verstärkers zu verstehen und eine kleine experimentelle Schaltung zu montieren, die mit einer reduzierten Leistung von 5 V korrekt funktioniert

Diese Schaltung könnte in vier Blöcke unterteilt werden:
1) Der lineare Sägezahngenerator
2) Der Komparator

3) Leistungsstufe

4) Ausgangsfilter
Basierend auf den ersten beiden Blöcken generiere ich einen PWM-Ausgang
Grundsätzlich und ein bisschen zusammenfassend’ alle, Es ist nichts anderes als ein PWM-Generator mit variablem Arbeitszyklus entsprechend der Eingangsspannung (in diesem Fall das Audio).
In Kombination mit einem guten Treiber für Mosfet und geeigneten Enden kann die Leistung der Schaltung leicht ansteigen.

Das Diagramm zeigt, dass sich keine Stromkomponente im verwendeten To-Container befindet 92, Meine Absicht ist es, mit einer Schaltung zu experimentieren und ihre Auswahl zu erklären.

Der Kern der vorgeschlagenen Schaltung ist der lineare Sägezahngenerator, Ich hätte mich nicht darum kümmern können, linear ansteigende Fronten zu schaffen, aber dann wäre der endgültige Ausgang verzerrt gewesen. Um den Hochlauf zu bestimmen, benutze einfach die Ladung eines Kondensators und ich habe ihn gelöst. Das Problem ist, dass die Spannung an den Kondensatorankern vom Ladestrom abhängt. Ich messe praktisch die Menge der akkumulierten Elektronen, so weit so gut, wenn es nicht so wäre, dass der Strom diskontinuierlich ist, Sie nimmt mit zunehmender Spannung auf der Panzerung ab. Sehen Sie den Unterschied zwischen einer linearen Rampe in Rot und einer echten Rampe in Grün. Natürlich ist die Steigung proportional zum zirkulierenden Strom.

Ein häufig verwendeter Trick besteht darin, nur einen kleinen zentralen Strich zu berücksichtigen, Der prozentuale Fehler der Steigung ist akzeptabel. Ein Fehler, der jedoch weiterhin besteht, da der Ladestrom nicht konstant ist und nicht einmal die an den Ankern erkannte Spannung. Die einzige Möglichkeit, eine konstante Rampe zu haben, besteht darin, einen konstanten Strom zu verwenden, Nur das System, das ich in meiner Schaltung verwendet habe.

Ich habe von einem klassischen Muster ausgegangen und dann die Änderungen vorgenommen, im spezifische Modifikation der Widerstände R2, R3 und R4 bestimmen diese Widerstände die unteren und oberen Schaltpegel des Komparators mit Hysterese. In meinem Fall habe ich angenommen, dass die Eingangsspannung eines Vorverstärkers 2 Vpp beträgt, daher muss mein Sägezahn diese Amplitude haben, um eine maximale Modulation mit der positiven Spitze und eine Nullmodulation mit der negativen Spitze zu haben. Da ich mit dem Komparator nicht bei Null anfangen kann, habe ich den Durchschnittswert von 2,5 V gewählt, zu dem das Wechselsignal addiert wird, zwischen dem auf diese Weise oszilliert wird

2.5V-1V =1,5V

e

2,5V + 1 V =3,5V

Sobald die Schwellenwerte mit einer 5-V-Stromversorgung festgelegt wurden, nimmt der Widerstand R2 den Wert 6k8 an, R3 3k3 und R4 15k, theoretisch aus den Berechnungen der Wert davon Der letzte Widerstand sollte 16 K betragen, aber der Fehler in den Schwellenwerten wird in der dritten Ziffer nach dem Komma vermerkt, Ich fand den Fehler akzeptabel.

Das Wenigste ist getan!! Nun ist es an der Zeit, den Kondensator C mit einem konstanten Strom aufzuladen, und dazu muss er in der Lage sein, den Wert von R1 kontinuierlich zu ändern, oder ersetze es durch einen Konstantstromgenerator und genau das habe ich getan. Nachdem ich dies festgestellt habe, stoße ich jetzt auf neue Probleme, Der Generator liefert Ladestrom, aber keinen Entladestrom, Zum Glück brauche ich keine lineare Entladung, Ich muss in der Lage sein, die Spannung so schnell wie möglich zu senken und dann wieder aufzuladen. Ich löse alles mit einer Diode, die den Kondensator entlädt, wenn der Komparatorausgang niedrig wird, Diese Diode ist umgekehrt polarisiert, wenn die Ausgangsspannung hoch ist. Das Vorhandensein der Diode in Richtung des Transistors vermeidet unerwünschte Trigger während der Entladung, Effektives Isolieren des Transistors, wenn der Komparatorausgang Null ist.

Jetzt muss ich pinnen 6 des LM2901 eine Sägezahnwelle mit den Eigenschaften des Schemas, Dieser Ausgang geht an den Komparator C welches zum Stift gehört 10, Stift 11 empfängt das ordnungsgemäß verstärkte Audiosignal bei Bedarf vom Komparator B welches zu den Stiften gehört 2, 4 e 5 konfiguriert als Operationsverstärker mit Verstärkung 10. Die Entkopplungskapazitäten C2 und C3 reichen aus, um eine geringere Bandbreite von 10 Hz zu haben. Der Ausgang 13 von C und die ergänzende 14 von D Sie dienen dazu, die Mosfets anzutreiben, die die Leistungsstufe bilden, Da ich kein NMOS zur Hand hatte, entschied ich mich für zwei PMOS, Die niedrigen Leistungen und die niedrigen Spannungen ermöglichen es mir, solange ich die D- und S-Klemmen invertiere. Zum Zeitpunkt der Vereinigung der beiden Mosfets habe ich jetzt den PWM-Ausgang, der den gleichen Trend wie das modulierende Audiosignal aufweist. Dieses Signal besteht aus einem 42-kH-Träger, der durch das Audiosignal moduliert wird, Durch Demodulieren und Blockieren der Rechteckwellenkomponente habe ich das verstärkte Modulationssignal am Ausgang. Am einfachsten ist die Verwendung eines Tiefpass-LC-Filters.

Die Berechnung für die L- und C-Komponenten basiert auf diesen Formeln

Ungefähr zum Standardstandardwert 22uH

Ungefähr zum Standardstandardwert 680nF

Zum Schluss ein Beispiel, wie ein Ausdruck erstellt werden kann, Aus Bescheidenheit zeige ich meine Version nicht auf dem Steckbrett, Es ist eigentlich keine große Schönheit. jedoch, Aufgrund der geringen Anzahl von Komponenten kann jeder diese reproduzieren, Sie werden feststellen, dass das Hören keine reine HiFi-Anlage ist, aber nicht schlechter als bei vielen Low-End-MP3-Playern.

Amilcare Grüße