amplificador de classe D com potência máxima de 20W ajustável para 300W

Esta é uma poderosa classe D amplificador fácil de implementar. Projetado com componentes de prateleira, Pode atingir-se a 300W RMS com uma tensão de alimentação, que pode variar a partir de +/- 30em um +/- 60V dependendo da potência pretendida. Para subir alguns valores dos componentes para além de que o poder deve ser revisto, para ambos tensão máxima de utilização para a potência dissipada. I definir este limite para evitar complicar desnecessariamente o diagrama, aumentando assim os custos de fabrico e dimensões gerais.

Este é o diagrama completo de um canal do amplificador:

Lista de peças

Princípio de funcionamento da classe D

Este é um amplificador de auto-oscilante classe-D. Isto proporciona um desempenho excelente graças à frequência variável dependente do sinal de entrada. Cada secção de amplificador é descrito abaixo, com base em função scolta.

Cada componente tem mais do que uma função, de modo a limitar a complexidade do circuito e, consequentemente, os custos, é o resultado de simplificações sucessivas data de um projeto de estudo de longo.

estágio de entrada

U1A é um amplificador operacional ligado como um inversor.

R1 e C1 formam um filtro passa-alto com uma frequência de corte de 7 Hz inútil para cair abaixo de tais frequências. R1 define o ganho fixo e a impedância de entrada do amplificador, R2a e R2b garantir a amplificação com a fórmula

-(R2a + R2B) / R1

Nenhum valor é crítico, você pode escolher qualquer valor de 10k para 100k para R2.

C2 em conjunto com R2 forma um filtro passa-baixo o que reduz o ruído de alta frequência possível.

A sua frequência de corte é definida

ft = 1 / (6,28xR2xC2)

C2 deve ser adaptada em função do valor de R2.

Inversor e integrador

Este é o anel de reacção real.

C3 elimina o componente contínuo do U1A e de saída mais uma vez formar um filtro passa-alto com R3

sempre com a fórmula

1 / (6,28xR3xC3) = 3,4Hz.

C3 pode variar de 2.2uF para 10uF sem problemas.

C4 é usada para reduzir a distorção de intermodulação, que pode gerar a U1B integrador. na verdade, R8 cai através do sinal integrador. Você poderia omitir C4 mas, É frequente a vê-lo montado neste tipo de circuito em classe D, também, um pouco para baixo’ a unidade de frequência de oscilação (= C4 1 nF 255kHz è, Não é 330kHz).

R8 especifica como o andar integrador em conjunto com o ganho de R3.

O ganho é -R8 / R3.

Além 150kOhms R8, o amplificador torna-se instável. R3 é a impedância de entrada do integrador e é bastante baixa, É, portanto, o valor da etapa de entrada visto de U1A.

R4 protege U1B em caso de inadimplência. na verdade, Se a tensão de saída saturada, Isto é equivalente ao potencial de energia (dada por T1 ou T2 por meio R8).

R4 formando um divisor com R8 limitados a +/- 6tensão máxima VCC na entrada inversora. R4 pode ser substituído por dois diodos 1N4148 ligados às competências operacionais mas, com uma única resistência é mais fácil!

Em operação normal, a entrada de inversão da tensão de entrada flutua sobre +/- 100 mV em torno e R4 é inútil (o amplificador opera sem R4).

Se R4 é reduzida (até 1k) Ele aumenta a saída compensado. O comportamento integrador deteriorou. Um suprimento de uma +/- 50VDC, a saída de deslocamento é medido em:

R4 = 10k: 6mV

R4 = 2.2K: 36mV

R4 = 1k: 71mV

obteve-se que é vantajoso colocar o valor máximo possível para R4 mas, toca sempre considerar a excursão máxima permitida +/- 10V na entrada inversora. 10k acaba por ser um bom compromisso.

C5 é o integrador condensador. Seu valor influencia grandemente a frequência de oscilação (o coração do amplificador de operação na classe D). UMA +/- 50VCC é medido:

C5 = 220pF: 255kHz

C5 = 470pF: 236kHz

C5 = 1nF: 164kHz

na realidade, na freqüência de operação há também o é “lentidão” o TL072, anos a partir da circuitos internos com os quais se fez sentir. É por isso que adotamos o limite de frequência abaixo de 300 kHz, mas suficiente para este amplificador, o TL072 padrão é um bom compromisso orçamento, com uma figura suficientemente baixo ruído para ser usado em áudio e rápido o suficiente para as aplicações de uso específicos.

A tensão de saída do integrador é um sinal triangular que vai desde + 1.0em um + 4.2crianças C5 = 220pF V.

A escolha da fonte de alimentação +/- 9,1V é um valor mais do que suficiente.

ganhos totais

O ganho total do amplificador é definida por duas amplificações individuais em cascata: o amplificador baseado em U1A e o integrador.

No caso de R2 = 47K o amplificador tem ganho, U1A: -R2 / R1 = -47k / 22K = -2.14 (variável de acordo com a tabela)

ganho Suplemento: -R8 / R3 = -100k / 4.7K = -21,3 (fixo)

O ganho total do amplificador D é então -2.14 X (-21.3) = 45, com tal amplificação são obtidos na saída de 250W eficaz 4 Ohm com um padrão de sinal de entrada 2 Vpp ou, alternativamente, podemos ainda dizer 0,707 veff.

Tradutor nível do transistor

o transistor T3, um PNP permite que o “mudança” a tensão de saída do integrador para -Vcc. na verdade, a corrente através R5 ele é igual a (corrente de base negligenciar), a corrente que flui através R7. colocando R5 = R7, em seguida, as tensões nos terminais de R5 e R7 são os mesmos. Teríamos então R7 na tensão de saída mesmo integrador, subtraído o Vbe (erro de cerca de 0,6 V). Dado que usar um sinal em forma triangular, você não precisa de um transistor de comutação muito rápido. O potencial do seu coletor varia pouco e, O T3 não saturar durante a operação normal operação contribui para a boa linearidade.

R6 Ele limita a corrente que pode entrar no pino 1 (EM) o IR2184 assumindo T3 condutora e havia uma U1B saturação do amplificador ou um potencial padrão.

Sua principal restrição é para suportar pelo menos Vce = Vcc (60V). A escolha recaiu sobre o clássico BCX42 (125V, 800mA, 330mW) perfeito para este uso.

O controlo dos transístores de potência: IR2184

Um circuito feito de componentes discretos que tinha feito esta função, Teria sido muito mais caro em termos de dimensões globais e distorção do sinal de saída, bem como monetária.

Um circuito integrado específico torna o controle muito fácil do MOSFET amplificador de dois, Eu escolhi o IR2184 (meia ponte condutor) do International Rectifier . Os MOSFETs são accionados com o atraso de fase com um tempo de cerca de 0.4nos.

Se a entrada EM (perna 1) Ele é comparado com 0V COM (perna 3 qual é -Vdc), T2 ele está em, T1 ele é bloqueado, o que garante um nível de saída de baixa (-Vdc) na saída do último.

Se o potencial no pino EM É entre 3V e 5V em relação ao pino COM, T2 é bloqueado, T1 está ligado, mas, Ele pode permanecer tão somente para 10 o 20 MS porque o seu controle é alimentado pelo condensador de bootstrap C12. Se IN fica permanentemente 5VDC, T1 e T2 estão bloqueadas eo sistema não oscile. A saída dos transistores é 0V (ligado à terra através de R4 + R8 ou alto-falante).

O IR2184 é alimentado para 12 V (entre 10V e 15V é o valor típico) e consome cerca de 30mA operando em 250 kHz con devido transistor IRFB5620 venha “carga”.

D4 e R14 lidar com a carga C12 (capacitor de bootstrap). Este capacitor fornece a T1 quando este comando é executado. T1 pode permanecer assim por algumas dezenas de milissegundos, mas é adequado para este amplificador.

O IR2184 deve ser posicionado muito perto da T1 e T2.

Deve-se esperar uma pista especial distinta da que alimenta T2 que vai para o pino 3 pena IR2184 de sua destruição, pela mesma razão, os dois electrolítica C7 e C8 Eles devem também ser montado tão próximo quanto possível do último T1 e T2.

Para reduzir as perdas de comutação dos transistores,usando componentes R11, R12, D1 e D2. Os diodos permitem uma abertura rápida de transistores MOSFET com descarga rápida da capacidade da porta.

O IR2184 é capaz de fornecer uma corrente maior do que 1UMA para esta finalidade. R11 e R12 proporcionar um pouco de tempo de inatividade adicional, o que evita o risco de que um MOSFET entra em condução antes que o outro tem interdito.

estágio de saída

O estágio de saída é constituído por dois transistores MOSFET idêntico N T1 e T2 e pelos condensadores C7 e C8. Os transistores são dimensionados como se segue:

VDS = com +/- 60alimentação V, Deve ser 120V a que se deve acrescentar um 30% – 40% aproximadamente margem.

em seguida, Scelgo VDS = 200V.

ID = 15A (pior caso Vcc = 60V / load = 4 ohm) A vantagem de ter uma elevada ID para um MOSFET é a resistência Rdson é baixo, com a consequente dissipação (perdas de condução) baixo. em seguida, Scelgo ID = 25A

Eles devem ser escolhidos transistor com baixa carga portão Qg outro modo para carregamento irá demorar mais tempo a degradar sinal final e passando muito tempo na zona linear, que seria prejudicial para dois factores, um aumento da distorção final e um aumento da temperatura de operação.

Por estas razões eu escolhi IRFB5620: 25A 200V 60 mOhm especialmente concebido para os amplificadores de classe D.

filtro de saída

O filtro passa-baixo LC no clculo de sada pela seguinte fórmula

L1 = RL x 1,41 / 6,28 x F

Considerando a carga RL alto-falante 4 Ohm F e a frequência de corte do filtro que deve ser, pelo menos, um par de oitavas abaixo da frequência de comutação e pelo menos uma oitava acima da frequência máxima reprodutível eu arbitrariamente tomada como o valor de frequência 43KHz

Aplicando a fórmula I, em seguida,

L1 = 4×1,41/(6,28×43000) = 20,95 uH

I escolher um valor padrão de 22uH e recalcular o valor da frequência com a fórmula

F = RLx1,41 / 6,28xL1 = 40,8KHz ainda dentro do limite de uma oitava com respeito à frequência máxima.

Para a capacidade de utilização, em vez da fórmula

= C 1/(6,28xFxRLx1,41) = 1/(6,28x40800x4x1,41) = 690nF

approssimerò que o valor padrão 680nF, a partir de ensaios de campo a adição de resistência R13 em série com o condensador C14 lineariza a resposta de alto-falantes.

Auto Start

Como mencionado anteriormente, Se a entrada “EM” o IR2184 é alta estaticamente, T1 e T2 estão desligados (C12 é descarregado e, simultaneamente, vai bloquear D4).
Você deve colocar um sinal de milivolts poucos (um pouco de música ') entrada do amplificador para iniciar a auto-oscilação.
Em uso normal de um amplificador de áudio, Isso não representa qualquer problema. Este amplificador de classe D é simplesmente “no sono” antes do pequeno estresse musical.

poder

Seja qual for a dupla voltagem entre +/- 30V e +/- 60V

Para superar estes limites, tanto na parte superior e inferior deve ser substituído resistências limitadoras do zener com geradores de corrente constante. Excluindo a solução neste caso apenas para simplificar o esquema final,, uma resistência mesmo se a energia, É certamente menos volumoso do que dois resistores um diodo e um transistor que realizar o mesmo trabalho.

Valores a serem atribuídos a R2 para a potência desejada

A paridade do sinal de entrada é possível através da variação do valor das resistências de R2a e R2b, de acordo com a tabela abaixo para obter a potência desejada sem alterar outros valores, se não a tensão de alimentação dupla a ser fornecido.

realização prática

Desde que eu comecei a fazer um circuito compacto eu criei dois desvendar distinta o primeiro com componentes discretos que me permitiu fazer todos os ajustes necessários no teste de função e um final com componentes SMD para aqueles que amam realizações profissionais ultra-compactos.

A seguir o encaminhamento para os ensaios com as medições aproximadas de 10 cm x 6 centímetros

componentes laterais e o lado de cobre

Em seguida, uma vez que tudo foi calibrado e ajustado para melhor operação passei a versão final com o uso de componentes de energia SMD integrados que ainda são remanescentes discreta.

O tamanho que não têm sido capazes de reduzir ainda mais como os dois eletrolítico e a bobina são itens muito volumosos.

Apesar disso, as medições finais foram reduzidos para 99mmx43mm 10cm lateral é determinado pelo tamanho da barbatana e inferior não iria ser capaz de descer demasiado não aumentar as temperaturas de operação.

Se considerarmos, no entanto, que em tal faixa de corte que entrou um amplificador pode entregar a carga de 300W eficaz 4 Ohm é notável.

Greetings Amilcare