什么是 D 类放大器?D 类放大器原理讲解
今天给大家分享的是 D类放大器。
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在过去的几十年里,音频内容已经取得了非常大的进步,从经典的电子管放大器到现代媒体播放器,技术进步了改变了数字媒体的消费方式。扬声器技术取得了非常大的进步,但放大器方法的改进发挥了重要作用,尤其是 D类放大器。
这篇文章主要是分享: D类放大器,D类放大器的优缺点,D类放大器原理、D类放大器电路图、D类放大器设计、D类放大器测试。
什么是D类音频放大器?最简单的一个说法 D类音频放大器是一个开关放大器。为了了解D类音频放大器的工作原理,我们需要了解D类音频放大器的功能以及开关信号是如何产生的。下面给出了框图帮助大家理解。
D类放大器效率高。与A类、B类和AB类放大器相比,D类音频放大器的效率可高达90-95%,AB类放大器的最大效率为60-65%,因为它们工作在有源区并表现出低功率损耗,如果将集电极-发射极电压乘以电流,你就会发现这一点。
现在,回到D类音频放大器的功能简化框图。
D类放大器原理
你在同相端看到的,有音频输入;在反相端,有高频三角信号。
此时,当输入音频信号的电压大于三角波的电压时,比较器的输出变为高电平,当信号为低电平时,输出为低电平。有了这个设置,我们只是用高频载波信号调制输入音频信号,然后连接到MOSFET栅极驱动IC,顾名思义,驱动器用于驱动两个MOSFET的栅极侧和低侧一次。
在输出端,得到一个强大的高频方波,我们通过一个低通滤波器来获得我们最终的音频信号。
了解了D类放大器的基础知识后,我们可以来DIYD类放大器。这是一个比较简单的测试项目,组件也比较通用,你直接在网上就可以买到大部分组件,下面给出了带图片的组件列表。
构建D类功率放大器的零件清单
构建 D类功率放大器的零件清单:
D类放大器电路电路图如下所示:
这里主要是讲一下 D类音频放大器的主要每个功能模块,并且解释每个模块的工作原理。
1、输入电压调节器
输入电压调节器
首先使用5V稳压器LM7805和12伏稳压器LM7812调节输入电压。这里非常重要,因为我们要用13.5V直流适配器为电路供电,而为NE555和IR2110IC供电,需要5V和12V电源。
2、带有555非稳态多谐振荡器的三角波发生器:
带有555非稳态多谐振荡器的三角波发生器
从下图可以看出,我们使用了一个带有2.2K电阻的555定时器来产生一个260KHz的三角信号。
3、调制电路:
调制电路
从上图中可以看出,我们使用了一个简单的 LM358运算放大器来调制输入音频信号。说到输入的音频信号,我们使用了两个10K输入电阻来获取音频信号,并且由于我们使用的是单电源,因此我们连接了一个电位器来抵消输入音频中存在的零信号。
当输入音频信号的值大于输入三角波时,该比较器的输出将为高电平,在输出端,我们将获得调制方波,然后将其馈送到MOSFET栅极驱动器IC。
4、IR2110MOSFET栅极驱动器IC:
我们使用了MOSFET栅极驱动器IC来正确驱动MOSFET。所有必要的电路都按照IR2110IC数据表的建议放置。
为了正常工作,该IC需要输入信号的反相信号,所以我们使用BF200高频晶体管来产生输入信号的反相方波。
5、MOSFET输出级:
MOSFET输出级
从上图中可以看出,我们有 MOSFET输出级,它也是主要的输出驱动器,因为我们正在处理高频和电感,所以总是涉及瞬态,所以我们使用一些UF4007作为反激防止MOSFET损坏的二极管。
6、LC低通滤波器:
LC低通滤波器
MOSFET驱动级的输出是高频方波,这种信号绝对不适合驱动扬声器等负载。
为了防止它,我们使用了一个26uH电感和一个1uF无极性电容来制作一个低通滤波器,记为C11。这就是简单的电路功能。
测试D类放大器电路
从上图中可以看出,使用了一个 12V电源适配器为电路供电,它发出的电压比12V略高,准确地说是13.5V,非常适合我们的板载LM7812稳压器。
负载使用的是4Ω、5W的扬声器。对于音频输入,我使用的是带有 3.5毫米长音频插孔的笔记本电脑。
当电路通电时,不会像其他类型的放大器那样发出明显的嗡嗡声,但是这个电路在较高的输入电平下会出现削波问题,所以这个电路有很大的改进空间。当驱动中等低负载时,MOSFET根本没有变热,因此对于这些测试,它不需要任何散热器。
这个 D类放大器电路是一个简单的原型,有很大的改进空间,这个电路的主要问题是采样技术,需要改进。为了减少放大器的削波,需要计算适当的电感和电容值以获得完美的低通滤波器级。与往常一样,可以在PCB上制作电路以获得更好的性能,可以添加一个保护电路,以保护电路免受过热或短路的影响。