Amplificateur audio expérimental de classe D

J'ai fait un amplificateur audio de classe D entièrement avec des composants discrets, bien que ce ne soit pas le plus recommandé, l'idée de ce projet est purement pédagogique pour comprendre le fonctionnement d'un amplificateur de classe D et monter un petit circuit expérimental qui fonctionne correctement avec une puissance réduite alimentée en 5V

Ce circuit pourrait être divisé en quatre blocs:
1) Le générateur linéaire en dents de scie
2) Le comparateur

3) étage de puissance

4) filtre de sortie
Sur la base des deux premiers blocs, je génère une sortie PWM
Fondamentalement et résumant un peu’ tout, ce n'est rien de plus qu'un générateur PWM à rapport cyclique variable en fonction de la tension d'entrée (dans ce cas, l'audio).
Le circuit, s'il est combiné avec un bon pilote pour mosfet et avec des terminaisons appropriées, peut facilement augmenter en puissance.

le diagramme montre qu'il n'y a pas de composant de puissance dans lequel les mosfets utilisés sont dans le conteneur 92, mon intention est d'expérimenter un circuit et d'expliquer ses choix.

Le cœur du circuit proposé est le générateur linéaire en dents de scie, Je n'aurais pas pu me soucier de faire des fronts montants linéaires mais la sortie finale aurait été déformée. Pour déterminer la montée en puissance, utilisez simplement la charge d'un condensateur et je l'ai résolu. Le problème est que la tension sur les armatures des condensateurs dépend du courant de charge. Je mesure pratiquement la quantité d'électrons accumulés, jusqu'ici tout va bien si ce n'était que le courant est discontinu, il diminue à mesure que la tension accumulée sur l'armure augmente. Voyez la différence entre une rampe linéaire en rouge et une vraie rampe en vert. Bien sûr, la pente sera proportionnelle au courant de circulation.

Une astuce souvent utilisée consiste à ne considérer qu'un petit coup central, l'erreur en pourcentage de la pente est acceptable. Une erreur qui persiste cependant car le courant de charge n'est pas constant et même pas la tension détectée sur les armatures. La seule façon d'avoir une rampe constante est d'utiliser un courant constant, juste ce système que j'ai utilisé dans mon circuit.

Je suis parti d'un modèle classique puis j'ai fait les changements, dans modification spécifique des résistances R2, R3 et R4 ces résistances déterminent les niveaux de commutation inférieur et supérieur du comparateur avec hystérésis. Dans mon cas, j'ai considéré que la tension d'entrée de tout préamplificateur est de 2 Vpp, donc ma dent de scie doit avoir cette amplitude afin d'avoir une modulation maximale avec le pic positif et une modulation nulle avec le pic négatif. Ne pouvant pas partir de zéro avec le comparateur j'ai choisi la valeur moyenne de 2,5V à laquelle ajouter le signal alternatif qui oscillera ainsi entre

2.5V-1V =1,5V

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

Une fois les seuils établis avec une alimentation 5V, la résistance R2 prendra la valeur 6k8, R3 3k3 et R4 15k, en théorie, à partir des calculs, la valeur de cette la dernière résistance devait être 16K mais l'erreur dans les seuils est notée au troisième chiffre après la virgule, J'ai trouvé l'erreur acceptable.

Le moins est fait!! Maintenant, c'est à charger le condensateur C avec un courant constant et pour ce faire, il doit être capable de changer en continu la valeur de R1, ou le remplacer par un générateur de courant constant et c'est exactement ce que j'ai fait. Ayant établi cela, je rencontre maintenant de nouveaux problèmes, le générateur fournit un courant de charge mais pas de courant de décharge, heureusement, je n'ai pas besoin d'une décharge linéaire, Je dois pouvoir abaisser la tension le plus rapidement possible et recommencer la charge. Je résout tout avec une diode qui décharge le condensateur lorsque la sortie du comparateur devient faible, cette diode est polarisée inversée lorsque la tension de sortie est élevée. La présence de la diode vers le transistor évite les déclenchements indésirables lors de la décharge, isoler efficacement le transistor lorsque la sortie du comparateur est nulle.

Maintenant, je dois épingler 6 du LM2901 une onde en dents de scie avec les caractéristiques du schéma, cette sortie ira au comparateur C qui appartient à la broche 10, goupille 11 recevra le signal audio dûment amplifié si nécessaire du comparateur B qui appartient aux broches 2, 4 e 5 configuré comme un amplificateur opérationnel avec gain 10. Les capacités de découplage C2 et C3 sont suffisantes pour avoir une bande passante inférieure à 10Hz. La sortie 13 de C et la complémentarité 14 de ré ils servent à entraîner les mosfets qui forment l'étage de puissance, n'ayant pas NMOS à portée de main, j'ai opté pour deux PMOS, les faibles puissances et les basses tensions me permettent de le faire tant que j'inverse les bornes D et S. Au point d'union des deux mosfets, j'ai maintenant la sortie PWM qui a la même tendance que le signal audio modulant. Ce signal est constitué d'une porteuse de 42KH modulée par le signal audio, en le démodulant et en bloquant la composante d'onde carrée j'ai le signal de modulation amplifié à la sortie. La façon la plus simple est d'utiliser un filtre LC passe-bas.

Le calcul pour les composants L et C est basé sur ces formules

Approximative de la valeur standard standard 22uH

Approximative de la valeur standard standard 680nF

Enfin, un exemple de réalisation d'une impression, par pudeur, je ne montre pas ma version sur la maquette, ce n'est pas vraiment une grande beauté. Toutefois, étant donné le petit nombre de composants, tout le monde pourra le reproduire, vous remarquerez que l'écoute n'est pas pure hi-fi mais elle n'est pas pire que de nombreux lecteurs MP3 bas de gamme.