- 클래스 D 앰프의 기본
- 클래스 D 오디오 증폭기 회로를 구축하는 데 필요한 구성 요소
- 클래스 D 오디오 증폭기-회로도
- PerfBoard에 회로 구축
- 클래스 D 오디오 증폭기의 작동
- 클래스 D 증폭기 회로 테스트
- 추가 향상
오디오 콘텐츠는 클래식 진공관 앰프에서 현대의 미디어 플레이어에 이르기까지 지난 수십 년 동안 먼 길을 걸어 왔으며 기술 발전으로 디지털 미디어 소비 방식이 바뀌 었습니다. 이러한 모든 혁신 중에서 휴대용 미디어 플레이어는 생생한 음질과 긴 배터리 수명으로 인해 소비자들 사이에서 가장 먼저 선택되는 제품 중 하나가되었습니다. 그래서 어떻게 작동하고 어떻게 좋은지. 전자 애호가로서 항상이 질문이 떠 오릅니다. 스피커 기술의 발전에도 불구하고 앰프 방법론의 개선이 큰 역할을했으며이 질문에 대한 분명한 대답은 클래스 D 앰프입니다.따라서이 프로젝트에서는 클래스 D 앰프에 대해 논의하고 장단점을 알 수있는 기회를 갖게됩니다. 마지막으로 앰프의 하드웨어 프로토 타입을 구축하고 성능을 테스트 할 것입니다. 흥미 롭군요! 그러니 바로 들어가 봅시다.
오디오 증폭기 회로에 관심이 있다면 연산 증폭기, MOSFET 및 TDA2030, TDA2040 및 TDA2050과 같은 IC를 사용하여 회로를 구축 한 주제에 대한 기사를 확인할 수 있습니다.
클래스 D 앰프의 기본
클래스 D 오디오 증폭기는 무엇입니까? 가장 간단한 대답은 스위칭 증폭기 입니다. 그러나 작동 방식을 이해하려면 작동 방식과 스위칭 신호 생성 방식을 배워야합니다.이를 위해 아래의 블록 다이어그램을 따를 수 있습니다.
그렇다면 왜 스위칭 증폭기일까요? 이 질문에 대한 분명한 대답은 효율성입니다. 클래스 A, 클래스 B 및 클래스 AB 증폭기에 비해 클래스 D 오디오 증폭기는 최대 90-95 %의 효율성에 도달 할 수 있습니다. 클래스 AB 증폭기의 최대 효율이 60-65 % 인 경우, 활성 영역에서 작동하고 전력 손실이 적기 때문에 콜렉터-이미 터 전압과 전류를 곱하면이를 알 수 있습니다. 주제에 대해 자세히 알아 보려면 모든 관련 손실 요인을 논의한 전력 증폭기 클래스에 대한 기사를 확인하십시오.
이제 클래스 D 오디오 앰프 의 단순화 된 블록 다이어그램으로 돌아가서, 비 반전 터미널에서 볼 수 있듯이 오디오 입력이 있고 반전 터미널에는 고주파 삼각 신호가 있습니다. 이때 입력 오디오 신호의 전압이 삼각파의 전압보다 크면 비교기의 출력이 높아지고 신호가 낮 으면 출력이 낮아집니다. 이 설정에서 우리는 고주파 캐리어 신호로 입력 오디오 신호를 변조 한 다음 MOSFET 게이트 드라이브 IC에 연결하고 이름에서 알 수 있듯이 드라이버를 사용하여 두 MOSFET의 게이트를 한 번 측면과 낮은 측면. 출력에서 우리는 출력에서 강력한 고주파수 구형파를 얻습니다. 저역 통과 필터 단계를 통과하여 최종 오디오 신호를 얻습니다.
클래스 D 오디오 증폭기 회로를 구축하는 데 필요한 구성 요소
이제 우리는 클래스 D 오디오 증폭기의 기본 사항을 이해했으며 DIY 클래스 D 증폭기 를 만들기위한 구성 요소를 찾을 수 있습니다. 이것은 간단한 테스트 프로젝트이므로 구성 요소 요구 사항은 매우 일반적이며 대부분의 지역 취미 상점에서 찾을 수 있습니다. 그림이있는 구성 요소 목록은 다음과 같습니다.
클래스 D 전력 증폭기를 구축하기위한 부품 목록:
- IR2110 IC-1 개
- Lm358 OP-Amp-1
- NE555 타이머 IC-1
- LM7812 IC-1
- LM7805 IC-1
- 102 pF 커패시터-1
- 103pF 커패시터-1
- 104pF 커패시터-2
- 105pF 커패시터-1
- 224 pF 커패시터-1
- 22uF 커패시터-1
- 470uF 커패시터-1
- 220uF 커패시터-1
- 100uF 커패시터-2
- 2.2K 저항-1
- 10K 저항-2
- 10R 저항-2
- 3.5mm 오디오 잭-1
- 5.08mm 나사 고정 터미널-2
- UF4007 다이오드-3
- IRF640 MOSFET-2 개
- 10K 트림 POT-1
- 26uH 인덕터-1
- 3.5mm 헤드폰 잭-1
클래스 D 오디오 증폭기-회로도
우리의 개략도 회로 증폭기 클래스 D는 아래에 도시된다:
PerfBoard에 회로 구축
메인 이미지에서 볼 수 있듯이 우리는 perfboard에 회로를 만들었습니다. 첫 번째는 회로가 매우 간단하고 두 번째로 문제가 발생하면 빠르고 쉽게 수정할 수 있기 때문입니다. 대부분의 연결은 구리선을 사용하여 만들었지 만 일부 최종 단계에서는 일부 연결선을 사용하여 빌드를 완료해야했습니다. 완성 된 perfboard 회로는 아래와 같습니다.
클래스 D 오디오 증폭기의 작동
이 섹션에서는 회로의 모든 주요 블록을 살펴보고 모든 블록을 설명합니다. 이 연산 증폭기 기반 클래스 D 오디오 증폭기 는 지역 취미 상점에서 찾을 수있는 매우 일반적인 구성 요소로 구성됩니다.
입력 전압 조정기:
먼저 LM7805, 5V 전압 조정기 및 12V 전압 조정기 인 LM7812로 입력 전압을 조정합니다. 이것은 13.5V DC 어댑터로 회로에 전원을 공급하고 NE555 및 IR2110 IC에 전원을 공급하려면 5V 및 12V 전원 공급 장치가 필요하기 때문에 중요합니다.
555 불안정 멀티 바이브레이터가있는 삼각파 생성기:
위의 이미지에서 볼 수 있듯이 2.2K 저항이있는 555 타이머를 사용하여 260KHz 삼각형 신호를 생성했습니다. Astable Multivibrator에 대해 더 알고 싶다면 555 Timer Based Astable Multivibrator에 대한 이전 게시물을 확인할 수 있습니다. 필요한 모든 계산을 설명한 회로.
변조 회로:
위 이미지에서 볼 수 있듯이 입력 오디오 신호를 변조하기 위해 간단한 LM358 Op-Amp를 사용했습니다. 들어오는 오디오 신호에 대해 말하면 두 개의 10K 입력 저항을 사용하여 오디오 신호를 얻었으며 단일 전원을 사용하므로 입력 오디오에 존재하는 제로 신호를 오프셋하기 위해 전위차계를 부착했습니다. 이 비교기의 출력은 입력 오디오 신호의 값이 입력 삼각파보다 클 때 높고 출력에서 변조 된 구형파를 얻은 다음 MOSFET 게이트 드라이버 IC에 공급합니다.
IR2110 MOSFET 게이트 드라이버 IC:
적당히 높은 주파수로 작업 할 때 MOSFET 게이트 드라이버 IC를 사용하여 MOSFET을 올바르게 구동했습니다. 필요한 모든 회로는 IR2110 IC의 데이터 시트에서 권장하는대로 배치됩니다. 이 IC는 올바른 작동을 위해 입력 신호의 반전 신호가 필요하므로 고주파 트랜지스터 인 BF200을 사용하여 입력 신호의 반전 된 구형파를 생성합니다.
MOSFET 출력 단계:
위의 이미지에서 볼 수 있듯이 고주파 및 인덕터를 다루기 때문에 주 출력 드라이버이기도 한 MOSFET 출력 스테이지가 있으며 항상 과도 전류가 관련되어 있으므로 일부 UF4007을 플라이 백으로 사용했습니다. MOSFET이 손상되는 것을 방지하는 다이오드.
LC 저역 통과 필터:
MOSFET 드라이버 스테이지의 출력은 고주파 구형파이며,이 신호는 라우드 스피커와 같은 부하를 구동하는 데 절대적으로 부적절합니다. 이를 방지하기 위해 1uF 비극성 커패시터가있는 26uH 인덕터를 사용하여 C11로 표시되는 저역 통과 필터 를 만들었습니다. 이것이 간단한 회로 기능입니다.
클래스 D 증폭기 회로 테스트
위 이미지에서 알 수 있듯이 12V 전원 어댑터를 사용하여 회로에 전원을 공급했습니다. 저렴한 중국어를 사용하고 있기 때문에 12V보다 약간 더 많은 것을 제공합니다. 정확하게는 13.5V로 온보드 LM7812 전압 조정기에 적합합니다. 부하로 4 Ohms, 5Watt 스피커를 사용하고 있습니다. 오디오 입력을 위해 긴 3.5mm 오디오 잭이있는 랩톱을 사용하고 있습니다.
회로의 전원을 켜면 다른 유형의 앰프에서 들릴 수있는 윙윙 거리는 소리가 눈에 띄지 않지만 비디오에서 볼 수 있듯이이 회로는 완벽하지 않으며 높은 입력 레벨에서 클리핑 문제가 있습니다. 회로는 개선의 여지가 많습니다. 적당히 낮은 부하를 구동 할 때 MOSFET이 전혀 뜨거워지지 않았기 때문에 이러한 테스트에서는 히트 싱크가 필요하지 않습니다.
추가 향상
이 클래스 D 전력 증폭기 회로 는 간단한 프로토 타입이며 개선의 여지가 많습니다.이 회로의 주요 문제점은 개선이 필요한 샘플링 기술이었습니다. 증폭기의 클리핑을 줄이려면 완벽한 저역 통과 필터 단계를 얻기 위해 적절한 인덕턴스 및 커패시턴스 값을 계산해야합니다. 항상 그렇듯이 회로는 더 나은 성능을 위해 PCB에서 만들 수 있습니다. 과열 또는 단락 상태로부터 회로를 보호하는 보호 회로를 추가 할 수 있습니다.
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