Mạch Điện

Thiết kế Mạch khuếch đại âm thanh Class D bằng MOSFETs

Âm thanh đã trải qua một chặng đường dài trong những thập kỷ qua, từ một chiếc amply cổ điển đến những đầu media hiện đại, những tiến bộ công nghệ đã thay đổi cách tiêu thụ phương tiện kỹ thuật số. Trong số tất cả những cải tiến này, máy nghe nhạc di động đã trở thành một trong những lựa chọn hàng đầu của người tiêu dùng, bởi chất lượng âm thanh sống động và thời lượng pin dài. Vì vậy, nó hoạt động như thế nào, và làm thế nào nó có âm thanh tốt. Là một người đam mê điện tử, câu hỏi này luôn hiện lên trong đầu tôi. Bất chấp những tiến bộ trong công nghệ loa, những cải tiến trong phương pháp luận bộ khuếch đại đóng một vai trò lớn và câu trả lời rõ ràng cho câu hỏi này là Mạch khuếch đại âm thanh class D .Vì vậy, trong dự án này, chúng ta sẽ dành cơ hội thảo luận về Mạch khuếch đại âm thanh class d và biết những ưu và nhược điểm của nó. Cuối cùng, chúng ta sẽ xây dựng một nguyên mẫu phần cứng của bộ khuếch đại và kiểm tra hiệu suất của nó. Nghe thật thú vị phải không! Vì vậy Hãy theo dõi với hocdientu nhé !

Thiết kế mạch khuếch đại âm thanh Class-D bằng MOSFETs
Thiết kế mạch khuếch đại âm thanh Class-D bằng MOSFETs

Mạch khuếch đại âm thanh class D là gì ?

Mạch khuếch đại âm thanh class D là gì ? Câu trả lời đơn giản nhất sẽ là, đó là một bộ khuếch đại chuyển mạch . Nhưng để hiểu hoạt động của nó, chúng ta cần tìm hiểu cách thức hoạt động của nó và cách tín hiệu chuyển mạch được tạo ra, bạn có thể theo dõi sơ đồ khối dưới đây.

Mạch khuếch đại âm thanh class D là gì ?
Mạch khuếch đại âm thanh class D là gì ?

Tại sao nó là một bộ khuếch đại chuyển mạch ? Câu trả lời rõ ràng cho câu hỏi này là Hiệu suất. So với các bộ khuếch đại Class A, Class B và Class AB, Mạch khuếch đại âm thanh class D có thể đạt hiệu suất lên đến 90-95%. Trong trường hợp hiệu suất tối đa của bộ khuếch đại Class AB là 60-65%, vì chúng hoạt động trên vùng hoạt động và tổn thất điện năng thấp.

Bây giờ, trở lại sơ đồ khối đơn giản của chúng ta về Mạch khuếch đại âm thanh Class D , như bạn có thể thấy ở đầu không đảo, chúng ta có đầu vào âm thanh và trên đầu đảo, chúng ta có tín hiệu tam giác tần số cao. Tại thời điểm này, khi điện áp của tín hiệu âm thanh đầu vào lớn hơn điện áp của sóng tam giác, đầu ra của bộ so sánh sẽ ở mức cao và khi tín hiệu thấp, đầu ra ở mức thấp. Với thiết lập này, chúng ta chỉ điều chế tín hiệu âm thanh đầu vào với tín hiệu sóng mang tần số cao, sau đó kết nối với IC điều khiển cổng MOSFET và như tên của nó, trình điều khiển được sử dụng để điều khiển hai MOSFET  . Ở đầu ra, chúng ta nhận được một sóng vuông tần số cao, mà chúng ta đi qua bộ lọc thông thấp giai đoạn nhận tín hiệu âm thanh cuối cùng của chúng ta.

Linh kiện trong Mạch Khuếch đại Âm thanh Class D 

Bây giờ, chúng ta đã hiểu những điều cơ bản về Mạch khuếch đại âm thanh class D và chúng ta có thể chuyển sang tìm các Linh kiện để xây dựng Mạch khuếch đại âm thanh class d  . Vì đây là một dự án thử nghiệm đơn giản nên yêu cầu về Linh kiện rất chung chung và bạn có thể tìm thấy hầu hết chúng từ một cửa hàng tại địa phương. Dưới đây là danh sách các Linh kiện có hình ảnh.

Linh kiện trong Mạch Khuếch đại Âm thanh Class D 
Linh kiện trong Mạch Khuếch đại Âm thanh Class D

Danh sách Linh kiện trong Mạch Khuếch đại Âm thanh Class D

  1. IC IR2110 – 1
  2. Lm358 OP-Amp – 1
  3. IC hẹn giờ NE555 – 1
  4. IC LM7812 – 1
  5. IC LM7805 – 1
  6. Tụ 102 pF – 1
  7. Tụ điện 103 pF – 1
  8. Tụ điện 104 pF – 2
  9. Tụ 105 pF – 1
  10. Tụ điện 224 pF – 1
  11. Tụ 22uF – 1
  12. Tụ điện 470uF – 1
  13. Tụ điện 220uF – 1
  14. Tụ điện 100uF – 2
  15.  Điện trở 2,2K – 1
  16.  Điện trở 10 K – 2
  17. Điện trở 10R – 2
  18. Giắc cắm âm thanh 3,5 mm – 1
  19. Trục vít 5,08 mm – 2
  20. Diode UF4007 – 3
  21. IRF640 MOSFET – 2
  22. 10K Trim POT – 1
  23. Cuộn cảm 26uH ​​- 1
  24. Giắc cắm tai nghe 3,5 mm – 1

Sơ đồ Mạch khuếch đại âm thanh class D

Sơ đồ cho mạch khuếch đại Class D của chúng ta được hiển thị bên dưới:

Xây dựng Mạch khuếch đại âm thanh class D trên PerfBoard

Như bạn có thể thấy từ hình ảnh chính, chúng ta đã tạo mạch điện trên một tấm ván mỏng. Bởi vì, đầu tiên là mạch rất đơn giản, và thứ hai nếu có gì sai sót, chúng ta có thể sửa đổi nó một cách nhanh chóng và dễ dàng. chúng ta đã tạo hầu hết các kết nối với sự trợ giúp của dây đồng, nhưng trong một số công đoạn cuối cùng, chúng ta phải sử dụng một số dây nối để hoàn thành việc xây dựng. Mạch hoàn thiện của bảng điều khiển được hiển thị bên dưới.

Xây dựng Mạch khuếch đại âm thanh class D trên PerfBoard
Xây dựng Mạch khuếch đại âm thanh class D trên PerfBoard

Hoạt động của Mạch khuếch đại âm thanh class D

Trong phần này, chúng ta sẽ đi qua từng khối chính của mạch và giải thích từng khối. Mạch khuếch đại âm thanh class D dựa trên Op-amp này được tạo thành từ các Linh kiện rất chung chung mà bạn có thể tìm thấy chúng trong cửa hàng tại địa phương của mình.

Bộ điều chỉnh điện áp đầu vào :

Hoạt động của Mạch khuếch đại âm thanh class D
Hoạt động của Mạch khuếch đại âm thanh class D

Chúng ta bắt đầu bằng cách điều chỉnh điện áp đầu vào với bộ điều chỉnh điện áp LM7805, 5V và LM7812, bộ điều chỉnh điện áp 12 Volt. Điều này rất quan trọng vì chúng ta sẽ cấp nguồn cho mạch bằng bộ chuyển đổi DC 13,5V, và để cấp nguồn cho IC NE555 và IR2110, nguồn điện 5V và 12V là cần thiết.

Bộ tạo sóng hình tam giác với bộ tạo dao động đa hài 555:

Bộ tạo sóng hình tam giác với bộ tạo dao động đa hài 555:
Bộ tạo sóng hình tam giác với bộ tạo dao động đa hài 555:

Như bạn có thể thấy từ hình ảnh trên, chúng ta đã sử dụng bộ đếm thời gian 555 với điện trở 2,2K để tạo ra tín hiệu hình tam giác 260KHz

Mạch điều chế:

Mạch điều chế:
Mạch điều chế:

Như bạn có thể thấy từ hình ảnh trên, chúng ta đã sử dụng một Op-Amp LM358 đơn giản để điều chế tín hiệu âm thanh đầu vào. Nói về tín hiệu âm thanh đến, chúng ta đã sử dụng hai điện trở đầu vào 10K để lấy tín hiệu âm thanh và vì chúng ta đang sử dụng một nguồn cung cấp duy nhất, chúng ta đã gắn một chiết áp để bù lại tín hiệu 0 có trong âm thanh đầu vào. Đầu ra của bộ so sánh này sẽ cao khi giá trị của tín hiệu âm thanh đầu vào lớn hơn sóng tam giác đầu vào và ở đầu ra, chúng ta sẽ nhận được sóng vuông điều chế, sau đó chúng ta cấp cho IC điều khiển cổng MOSFET.

IC điều khiển IR2110 MOSFET:

IC điều khiển IR2110 MOSFET:
IC điều khiển IR2110 MOSFET:

Vì chúng ta đang làm việc với một số tần số cao vừa phải, chúng ta đã sử dụng IC điều khiển cổng MOSFET để điều khiển MOSFET đúng cách. Tất cả các mạch cần thiết được đặt theo khuyến nghị của biểu dữ liệu của IC IR2110 . Để hoạt động thích hợp, vi mạch này yêu cầu tín hiệu đảo của tín hiệu đầu vào, đó là lý do tại sao chúng ta sử dụng BF200 , một bóng bán dẫn tần số cao để tạo ra sóng vuông đảo của tín hiệu đầu vào.

Giai đoạn đầu ra MOSFET:

Giai đoạn đầu ra MOSFET:
Giai đoạn đầu ra MOSFET:

Như bạn có thể thấy từ hình ảnh trên, chúng ta có giai đoạn đầu ra MOSFET, cũng là trình điều khiển đầu ra chính, vì chúng ta đang xử lý các cuộn cảm và tần số cao, luôn có liên quan đến quá độ, đó là lý do tại sao chúng ta đã sử dụng một số UF4007 làm flyback điốt ngăn MOSFETs bị hỏng.

Bộ lọc thông thấp LC:

Bộ lọc thông thấp LC:
Bộ lọc thông thấp LC:

Đầu ra từ giai đoạn trình điều khiển MOSFET là sóng vuông tần số cao, tín hiệu này hoàn toàn không thích hợp cho tải trọng như loa. Để ngăn chặn nó, chúng ta đã sử dụng một cuộn cảm 26uH ​​với một tụ điện không phân cực 1uF để tạo ra một bộ lọc thông thấp được ký hiệu là C11. Đây là cách hoạt động của mạch đơn giản.

Kiểm tra mạch Khuếch đại Class D

Như bạn có thể thấy từ hình trên, tôi đã sử dụng một bộ chuyển đổi nguồn 12V để cấp nguồn cho mạch. Vì tôi đang sử dụng một chiếc của Trung Quốc giá cả phải chăng, nó phát ra nhiều hơn một chút so với 12V, chính xác là 13,5V, hoàn hảo cho bộ điều chỉnh điện áp LM7812 trên bo mạch của chúng ta. Khi tải, tôi đang sử dụng loa 4 Ohms, 5Watt. Đối với đầu vào âm thanh, tôi đang sử dụng máy tính xách tay có giắc cắm âm thanh dài 3,5 mm.

Khi bật nguồn mạch, không có âm thanh vo ve đáng chú ý như bạn có thể nhận được từ các loại bộ khuếch đại khác, nhưng như bạn có thể thấy trên video, mạch này không hoàn hảo và nó có vấn đề cắt ở mức đầu vào cao hơn, vì vậy điều này mạch có nhiều chỗ để cải tiến. Vì tôi đang lái xe tải ở mức độ thấp vừa phải, MOSFET không hề bị nóng và do đó đối với những bài kiểm tra này, nó không yêu cầu bất kỳ bộ tản nhiệt nào.

Mạch khuếch đại công suất Class D này là một nguyên mẫu đơn giản và có nhiều chỗ để cải tiến, Vấn đề chính của tôi với mạch này là kỹ thuật lấy mẫu, cần được cải thiện. Để giảm sự cắt của bộ khuếch đại, các giá trị điện cảm và điện dung thích hợp cần được tính toán để có được một tầng lọc thông thấp hoàn hảo. Như mọi khi, mạch có thể được làm trên PCB để có hiệu suất tốt hơn. Một mạch bảo vệ có thể được thêm vào sẽ bảo vệ mạch khỏi các tình trạng quá nhiệt hoặc ngắn mạch.

Video Mạch khuếch đại công suất Class D

Đỗ Thủy Học Điện Tử

Tôi một người đam mê cung cấp kiến thức cuộc sống và kiến thức giáo dục văn học , vật lý , điện tử đến cho mọi người hãy cùng tôi tiếp nhận kiến thức mới nhé !

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button