Усилитель мощности 555 класса D [130144]

Sep 28, 2023

В этом проекте мне хотелось бы построить небольшой усилитель класса D на основе микросхемы таймера 555. Мне также нравится использовать только «общие» компоненты, поэтому этот проект имеет большую образовательную ценность и его легко построить. Моя цель — обеспечить среднеквадратическую мощность около 5 Вт при нагрузке 4 Ом. Уровень искажений должен быть менее 1%. Описание схемы ВЕРСИЯ 1 (см. принципиальную схему ниже)

В этом проекте мне хотелось бы построить небольшой усилитель класса D на основе микросхемы таймера 555. Мне также нравится использовать только «общие» компоненты, поэтому этот проект имеет большую образовательную ценность и его легко построить.

Моя цель — обеспечить среднеквадратичную мощность около 5 Вт на нагрузке 4 Ом. Уровень искажений должен быть менее 1%.

Описание схемы ВЕРСИЯ1 (см. принципиальную схему ниже)

Чтобы построить усилитель класса D, мы должны преобразовать аналоговый сигнал в цифровой сигнал. На самом деле нам нравится использовать импульс с модулированным сигналом, который следует за аналоговым аудиосигналом. Таким образом, мы можем очень эффективно включать и выключать два силовых МОП-транзистора.

Я использую NE555 в качестве сердца ШИМ-энкодера. На входе у нас есть стандартный вход NPN-транзистора (Q4), смещенный R10 и R9. C1 блокирует весь постоянный ток на входе. Идея состоит в том, чтобы модулировать способ загрузки зарядного конденсатора C3 аналоговым аудиосигналом.

В большинстве стандартных конфигураций синхронизации 555 конденсатор синхронизации заряжается постоянным напряжением, что приводит к серьезным нелинейностям, особенно при высоких выходных уровнях. Чтобы улучшить линейность, я заряжаю синхронизирующий конденсатор постоянным током. Поэтому я использую источник тока на входе (Q3, R2 и R7) и преобразователь напряжения в ток в контуре обратной связи 555. (Q1, Q2, R1 и R3). Таким образом, мы получаем настоящий треугольный сигнал на C3. (см. изображение ниже «сигнал на C3 без сигнала.jpg»)

Частота колебаний 555 составляет около 300 кГц.

Выходной сигнал представляет собой сигнал ШИМ 0–18 В, который включает и выключает M1 и M2.

D1, D2, R4 и R5 имеют дело с таймингами «включения» и «выключения» и позволяют избежать одновременного включения M1 и M2 (и избегают короткого замыкания источника питания). R12, R14 и Q5 образуют цепь обратной связи, которая еще больше улучшает линейность и уровень искажений. L1 и C4 представляют собой фильтр нижних частот около 25 кГц, в котором удалены все высокочастотные коммутационные компоненты.

Для тестирования я использую блок питания SMPS для ноутбука на 18 В (дешевый). Сначала у меня был шум переключения в динамике. Поэтому я добавляю катушку 100 мкГн, чтобы отфильтровать это. Работаем нормально!

Я собрал эту схему на стандартной тестовой плате и вполне доволен результатом. Аудио для меня звучит «прямо» и «четко», с плотными басами! Я получаю среднеквадратичную мощность около 6 Вт, что вполне достаточно для моей первой попытки. У меня нет оборудования для измерения искажений, поэтому я не уверен, что моя цель <1% достигнута.

Что касается эффективности, радиатор холодный на всех уровнях, так что все должно быть в порядке.

Я приложил несколько изображений и, конечно же, схему, а также несколько распечаток выходной прямоугольной волны и волны зарядного конденсатора. Я также добавил короткое видео работы усилителя @. Не беспокойтесь о плохом качестве звука в фильме; это плохое качество микрофона моей камеры J

Возможные улучшения (ВЕРСИЯ 2 подлежит уточнению)

Любая помощь, предложения или подсказки по улучшению этого проекта приветствуются!