如何构建一个类d安保力量gydF4y2Ba

强大的类d amplifier-build自己惊讶于它的效率。散热器几乎变得温暖!gydF4y2Ba

你总是想要构建自己的音频功率放大器?电子项目,你不仅看到结果,还听到他们吗?gydF4y2Ba

如果你的答案是肯定的,那么你应该继续读这篇文章就如何构建自己的D类放大器。我将向你解释它们是如何工作的,然后引导你一步一步地实现自己所有。gydF4y2Ba

理论基础知识gydF4y2Ba

d类音频功率放大器是什么?答案可能只是一个句子:这是一个开关放大器。但为了充分理解一个是如何工作的,我需要教你所有的角落和缝隙。gydF4y2Ba

让我们先从第一个句子。传统的放大器,AB类一样,随着线性设备操作。比较这个开关放大器,所谓因为功率晶体管(mosfet)像开关,改变他们的国家从。这允许一个非常高的效率,达到80 - 95%。正因为如此,放大器不产生大量的热量,不需要大的散热器线性AB类放大器。相比之下,B类放大器只能达到78.5%的最高效率(在理论上)。gydF4y2Ba

下面你将看到一个基本的PWM d类放大器的框图,就像我们正在建设。gydF4y2Ba

输入信号转换为脉宽调制,使用比较器矩形信号。这基本上意味着输入编码的工作周期矩形脉冲。矩形信号放大,然后一个低通滤波器导致高功率版本的原始模拟信号。gydF4y2Ba

还有其他的方法将信号转化为脉冲,如ΔΣ(delta-sigma)调制,但对于这个项目我们将使用脉宽调制。gydF4y2Ba

使用比较器脉冲宽度调制gydF4y2Ba

在下面的图中,您可以看到如何将一个正弦信号(输入)成一个矩形信号通过比较一个三角形的信号。gydF4y2Ba

点击放大gydF4y2Ba

正峰的正弦波、矩形脉冲的工作周期是100%而在负峰是0%。三角信号的实际频率更高,在数百千赫,所以我们可以以后提取原始信号。gydF4y2Ba

真正的过滤器,没有理想的人,没有一个完美的“砖墙”过渡通带和阻带,所以我们希望三角信号频率至少10倍20 khz,即人类听觉上限。gydF4y2Ba

权力的阶段,在理论上听起来不错gydF4y2Ba

理论和实践的一个方面是另一回事。如果我们想把前面的框图付诸实践,我们会偶然发现一些问题。gydF4y2Ba

两个问题的上升和下降时间设备功率级和我们使用的是高端的NMOS晶体管驱动程序。gydF4y2Ba

由于场效应管的开关不是瞬间完成的,但更像是上下,晶体管的时间重叠,创建一个gydF4y2Ba低阻抗的gydF4y2Ba正极和负极电源rails之间的联系。这将导致一个高电流脉冲通过我们的场效应管,从而导致失败。gydF4y2Ba

为了防止这一点,我们需要插入一些空时信号驱动高低之间的场效应管。实现这一点的方法之一是使用一个专门的MOSFET驱动程序从国际整流器(英飞凌)等gydF4y2BaIR2110SgydF4y2Ba或gydF4y2BaIR2011SgydF4y2Ba。此外,这些ICs提供了高端NMOS所需的电压。gydF4y2Ba

低通滤波器gydF4y2Ba

过滤阶段,最好的方法之一就是使用巴特沃斯滤波器。gydF4y2Ba

这些类型的过滤器有一个非常平坦响应在通频带。这意味着我们想要的信号,实现将不会减太多。gydF4y2Ba

我们希望滤波器频率高于20 kHz。计算截止频率为3分贝,所以我们想要高一点为了不过滤声音,我们想要听的。最好是选择一些40到60 kHz。质量因素\ [Q = \压裂{1}{\ sqrt {2}} \]。gydF4y2Ba

这些公式用来计算的值gydF4y2Ba电感器和电容器gydF4y2Ba:gydF4y2Ba

\ [L = \压裂{R_ {L} \ sqrt {2}} {2 \ cdot \π\ cdot f c {}} \]gydF4y2Ba

\ [C = \压裂{1}{2 \√{2}\ cdot f C{} \ \π\ cdot cdot R_ {L}} \]gydF4y2Ba

构建你的DIY放大器(Luke-The-Warm)gydF4y2Ba

现在,我们知道一个d类放大器是如何工作的,让我们构建一个。gydF4y2Ba

首先,我叫这个放大器Luke-The-Warm因为只散热器几乎变得温暖,而不是AB类放大器,其散热器可以很热,如果不积极地冷却。gydF4y2Ba

下面你将看到我设计的放大器的原理。它是基于gydF4y2BaIRAUDAMP1gydF4y2Ba参考设计由国际整流器(英飞凌)。主要的区别在于,不是ΔΣ调制,我使用PWM。gydF4y2Ba

点击放大gydF4y2Ba

现在我将告诉你一些设计选择和彼此的组件是如何工作的。让我们从左边开始。gydF4y2Ba

输入电路gydF4y2Ba

输入电路,我决定,最好是使用一个高通滤波器低通滤波器。它就是这么简单。gydF4y2Ba

三角形发电机gydF4y2Ba

三角形的发电机,我使用了一个gydF4y2BaLMC555gydF4y2Ba,这是著名的CMOS变种555芯片。电容器的充电和放电产生一个三角形,这不是完美的(上升和下降指数),但如果上升和下降时间相等,它的工作原理。gydF4y2Ba

电阻器和电容器的值设置一个大约200 khz的频率。任何比这更高,我们会陷入困境,因为比较器和MOSFET驱动程序不是最快的设备。gydF4y2Ba

比较器gydF4y2Ba

对于比较器,您可以使用任何一种你想要的组件需要快。我用我,gydF4y2BaLM393APgydF4y2Ba。在300 ns响应时间,这不是最快的,一定可以有所改善,但它的工作。如果你想使用其他的ICs,只是小心检查针比赛或者你将不得不修改PCB设计。gydF4y2Ba

从理论上说,可以使用一个运放作为比较器,但在现实中运算放大器设计用于其他类型的工作,所以一定要使用一个实际的比较器。gydF4y2Ba

因为我们需要两个比较器的输出,下部的一个高端司机和一个司机,我决定使用LM393AP。这是两个比较器在一个包中,我们只是交换第二比较器的输入。另一种方法是使用一个比较器有两个输出,如gydF4y2BaLT1016gydF4y2Ba从线性技术。这些设备可能会提供一些改进的性能,但它们也可能是更加昂贵。gydF4y2Ba

这些比较器是由一个5 v双供应,提供的两个稳压二极管从主电源调节电压,这是±30 v。gydF4y2Ba

MOSFET驱动程序gydF4y2Ba

MOSFET的司机,我选择使用IR2110。另一种是IR2011,用于参考设计。这种集成电路确保添加死时间,我谈到在前一节中。gydF4y2Ba

因为IC的VSS销与负电源,我们需要改变比较器的信号水平。这是通过使用PNP型晶体管和1 n4148二极管。gydF4y2Ba

驱动场效应管,我们力量的IR2110 12 v引用的负电源电压;这个电压生成使用BD241与一个12 v稳压。MOSFET的高侧需要由一个栅电压高出12 v转换节点,与这需要一个电压高于积极供给;IR2110提供了这种驱动电压自举电容的帮助下,C10。gydF4y2Ba

过滤器gydF4y2Ba

最后,过滤器。截止频率是40 khz,负载电阻是4欧姆,因为我们有一个4-ohm扬声器(这里使用的值也会使用一个8-ohm扬声器,但最好是调整过滤器根据您选择的扬声器)。根据这些信息我们可以计算电感器和电容器的值:gydF4y2Ba

4 \ \ [L = \压裂{sqrt {2}} {40000} \ cdot \π\ cdot H = 22.508 \μH \]gydF4y2Ba

我们可以安全地轮22µh。gydF4y2Ba

\ [C = \压裂{1}{2 \√{2}\ cdot \π\ cdot 40000 \ cdot 4} F = 0.703 \μH \]gydF4y2Ba

最接近的值是680 nf标准。gydF4y2Ba

笔记构建gydF4y2Ba

现在你知道所有关于内部运作,所有你需要做的就是仔细阅读下面几行,下载下面的文件,购买所需的组件,腐蚀电路板,并开始组装。gydF4y2Ba

低通滤波器gydF4y2Ba

低通滤波器,可以使用680 nf电容器尽可能计算值,但您还可以使用1µf电容器了(我设计PCB,这样您就可以使用两个电容并联混合和匹配)。gydF4y2Ba

这些电容器需要聚丙烯或polyester-in一般不是一个好主意使用陶瓷电容器和音频信号。你需要确保你使用的电容滤波额定高电压,至少有100个真空吸尘器(更不会伤害)。其余的电容器的设计也需要有一个适当的额定电压。gydF4y2Ba

我设计了这个放大器的输出功率约100 - 150 w。你应该使用双电源±30 v rails。你可以比这个高,但是对于±40 v的电压,你需要确保你改变电阻的值R4和R5 2 k2。gydF4y2Ba

不是必要的,但是强烈建议您使用散热片gydF4y2BaBD241CgydF4y2Ba因为它变得很热。gydF4y2Ba

场效电晶体gydF4y2Ba

至于功率场效应管,我建议使用gydF4y2BaIRF540NgydF4y2Ba或者是gydF4y2BaIRFB41N15DgydF4y2Ba。这些场效电晶体闸收费较低速度切换和较低的RgydF4y2Ba_DSgydF4y2Ba()更低的能耗。您还需要确保MOSFET具有足够的最大VgydF4y2Ba_DSgydF4y2Ba(drain-to-source电压)评级。你可以用gydF4y2BaIRF640NgydF4y2Ba,但RgydF4y2Ba_DSgydF4y2Ba()是显著提高,导致较低的放大器的效率。这是一个表比较这三个场效应管:gydF4y2Ba

场效应晶体管gydF4y2Ba	马克斯·VgydF4y2BaDSgydF4y2Ba(V)gydF4y2Ba	我gydF4y2BaDgydF4y2Ba(一)gydF4y2Ba	问gydF4y2BaggydF4y2Ba(nC)gydF4y2Ba	RgydF4y2BaDSgydF4y2Ba(上)(Ω)gydF4y2Ba
IRFB41N15DgydF4y2Ba	150年gydF4y2Ba	41gydF4y2Ba	72年gydF4y2Ba	0.045gydF4y2Ba
IRF540NgydF4y2Ba	One hundred.gydF4y2Ba	33gydF4y2Ba	71年gydF4y2Ba	0.044gydF4y2Ba
IRF640NgydF4y2Ba	200年gydF4y2Ba	18gydF4y2Ba	67年gydF4y2Ba	0.15gydF4y2Ba

电感器gydF4y2Ba

现在的电感器。你可以买一个已经但我建议你风这毕竟是一个DIY项目。gydF4y2Ba

买一个T106-2环形线圈。它需要铁粉;铁素体可以工作,但是它需要一个缺口或饱和。使用圆环面说,风40转0.8 - 1毫米直径(AWG20-18)铜搪瓷gydF4y2Ba电线。就是这样。不要担心如果不是完美因为紧张。gydF4y2Ba

电阻gydF4y2Ba

最后,所有的电阻,除非指出(R4, R5) 1/4W。gydF4y2Ba

测试gydF4y2Ba

当我设计了PCB,我使它很容易测试。输入信号有自己的连接器和铁锹终端为地面有两种:一个电源和一个扬声器。gydF4y2Ba

删除哼声(50/60 Hz,从电源频率),我使用一个star-ground配置;这意味着连接所有的理由(放大器,信号地面,地面和演讲者)在同一点,最好是在电源PCB、整流电路。gydF4y2Ba

完整的材料清单可以在下面的文件中找到,你也可以找到的PCB文件以PDF格式和KiCAD文件。gydF4y2Ba

Goodies.zipgydF4y2Ba

最终的想法gydF4y2Ba

我希望本文中的信息是充分为您构建自己的音频功率放大器。我希望它也能让你兴奋建筑自己的放大器。gydF4y2Ba

很多事情可以在这个项目中改进。你有所有必要的信息和文件,但您不需要跟随他们。gydF4y2Ba

您可以使用SMD元件,提高比较器电路利用互补输出,或尝试IR2011S IR2110的相反。只是火烙铁,腐蚀你的PCB,开始工作。它并不重要,如果它不工作在第一次尝试。gydF4y2Ba

这是关于试验和错误。当你终于听到脆声音来自你的扬声器,它都将是值得的。gydF4y2Ba

如果你有任何麻烦您的构建、评论或文章在论坛上使用尽可能多的信息。我们将解决它。gydF4y2Ba

自己尝试这个项目!gydF4y2BaBOM。gydF4y2Ba