كيف تبني فئة عالية الكفاءة

لقد قطع المحتوى الصوتي شوطًا طويلاً على مدار العقود الماضية ، بدءًا من مضخم الصوت الأنبوبي الكلاسيكي وحتى مشغلات الوسائط الحديثة ، فقد غيرت التطورات التكنولوجية طريقة استهلاك الوسائط الرقمية. من بين كل هذه الابتكارات ، أصبحت مشغلات الوسائط المحمولة واحدة من الخيارات الأولى بين المستهلكين ، بسبب جودة الصوت النابض بالحياة وعمر البطارية الطويل. فكيف تعمل ، وكيف تبدو جيدة. بصفتي متحمسًا للإلكترونيات ، فإن هذا السؤال دائمًا ما يتبادر إلى ذهني. على الرغم من التقدم في تقنية السماعات ، لعبت التحسينات في منهجية مكبر الصوت دورًا كبيرًا والإجابة الواضحة على هذا السؤال هي مكبر للصوت من الفئة D.لذلك في هذا المشروع ، سننتهز الفرصة لمناقشة مكبر للصوت من الفئة D ومعرفة إيجابياته وسلبياته. أخيرًا ، سنبني نموذجًا أوليًا للأجهزة لمضخم الصوت ونختبر أدائه. تبدو مثيرة للاهتمام حق! لذلك دعونا ندخلها مباشرة.

إذا كنت مهتمًا بدارات مكبر الصوت ، فيمكنك الاطلاع على مقالاتنا حول الموضوع حيث قمنا ببناء دوائر باستخدام op-Amps و MOSFETs و IC مثل TDA2030 و TDA2040 و TDA2050.

أساسيات مكبر الصوت من الفئة د

ما هو مضخم الصوت من الفئة D؟ أبسط إجابة ستكون ، إنه مكبر للصوت التبديل. ولكن لفهم عملها ، نحتاج إلى معرفة كيفية عملها وكيفية إنتاج إشارة التبديل ، لذلك ، يمكنك اتباع مخطط الكتلة الموضح أدناه.

فلماذا مكبر للصوت التبديل؟ الجواب الواضح على هذا السؤال هو الكفاءة. مقارنة بمكبرات الصوت من الفئة A والفئة B والفئة AB ، يمكن لمكبر الصوت من الفئة D الوصول إلى كفاءة تصل إلى 90-95٪. عندما تكون أقصى كفاءة لمكبر للصوت من الفئة AB هي 60-65٪ ، لأنها تعمل في المنطقة النشطة وتُظهر فقدًا منخفضًا للطاقة ، إذا قمت بضرب جهد الباعث والمجمع مع التيار ، يمكنك معرفة ذلك. لمعرفة المزيد حول هذا الموضوع ، راجع مقالتنا حول فئات مضخمات الطاقة حيث ناقشنا جميع عوامل الخسارة ذات الصلة.

الآن ، نعود إلى مخطط الكتلة المبسط لمضخم الصوت من الفئة D.، كما ترون في المحطة غير العاكسة ، لدينا إدخال صوتي ، وفي الطرف المقلوب ، لدينا إشارة مثلثة عالية التردد. في هذه المرحلة ، عندما يكون جهد إشارة الصوت المدخلة أكبر من جهد الموجة المثلثية ، يرتفع خرج المقارنة ، وعندما تكون الإشارة منخفضة ، يكون الناتج منخفضًا. من خلال هذا الإعداد ، قمنا للتو بتعديل إشارة الإدخال الصوتية بإشارة ناقل عالية التردد ، والتي تتصل بعد ذلك بمحرك بوابة MOSFET IC ، وكما يوحي الاسم ، يتم استخدام السائق لقيادة بوابة اثنين من وحدات MOSFET لكل من الترددات العالية. الجانب والجانب المنخفض مرة واحدة. عند الإخراج ، نحصل على موجة مربعة قوية عالية التردد عند الخرج ، والتي نمر بها من خلال مرحلة مرشح تمرير منخفض للحصول على الإشارة الصوتية النهائية.

المكونات المطلوبة لبناء دائرة مضخم الصوت من الفئة D

الآن، لدينا فهم أساسيات الصوت مكبر للصوت من الدرجة الاولى D ويمكن أن ننتقل إلى العثور على مكونات لبناء DIY الفئة D مكبرات الصوت ص. نظرًا لأن هذا مشروع اختبار بسيط ، فإن متطلبات المكون عامة جدًا ويمكنك العثور على معظمها من متجر هوايات محلي. فيما يلي قائمة بالمكونات مع صورة.

قائمة الأجزاء لبناء مضخم طاقة من الفئة D:

1. IR2110 IC - 1
2. Lm358 OP-Amp - 1
3. NE555 المؤقت IC - 1
4. LM7812 إيك - 1
5. LM7805 IC - 1
6. 102 pF مكثف - 1
7. 103 pF مكثف - 1
8. 104 pF مكثف - 2
9. 105 pF مكثف - 1
10. مكثف 224 pF - 1
11. 22 فائق التوهج مكثف - 1
12. 470 فائق التوهج مكثف - 1
13. 220 فائق التوهج مكثف - 1
14. 100 فائق التوهج مكثف - 2
15. 2.2 كيلو المقاوم -1
16. 10 ك المقاوم -2
17. 10R المقاوم - 2
18. مقبس صوت 3.5 ملم - 1
19. 5.08 مم طرف المسمار - 2
20. UF4007 ديود - 3
21. وحدات IRF640 MOSFET - 2
22. 10 كيلو تقليم وعاء - 1
23. محث 26uH ​​- 1
24. مقبس سماعة رأس مقاس 3.5 ملم - 1

مكبر الصوت من الفئة D- رسم تخطيطي

يظهر الرسم التخطيطي لدائرة مكبر للصوت من الفئة D أدناه:

بناء الدائرة على PerfBoard

كما ترون من الصورة الرئيسية ، لقد صنعنا الدائرة على قطعة من لوحة الأداء. لأن الدائرة بسيطة جدًا أولاً ، وثانيًا إذا حدث خطأ ما ، فيمكننا تعديلها بسرعة وسهولة. لقد أجرينا معظم التوصيلات بمساعدة الأسلاك النحاسية ، ولكن في بعض المراحل النهائية ، كان علينا استخدام بعض الأسلاك الموصلة لإكمال البناء. يتم عرض دائرة لوحة الأداء المكتملة أدناه.

عمل مكبر الصوت من الفئة D

في هذا القسم ، سنتطرق إلى كل كتلة رئيسية في الدائرة وسنشرح كل كتلة. يتكون مكبر الصوت من الفئة D المستند إلى Op-amp من مكونات عامة جدًا يمكنك العثور عليها في متجر الهوايات المحلي.

منظمات جهد الإدخال:

نبدأ من خلال تنظيم جهد الدخل باستخدام منظم الجهد LM7805 ، 5 فولت ، و LM7812 ، منظم الجهد 12 فولت. هذا مهم لأننا سنقوم بتزويد الدائرة بالطاقة بمحول تيار مستمر بجهد 13.5 فولت ، وللتزويد بالطاقة NE555 و IR2110 IC ، نحتاج إلى مصدر طاقة 5 فولت و 12 فولت.

مولد موجة مثلثة مع 555 متعدد الهزازات:

كما ترون من الصورة أعلاه ، فقد استخدمنا مؤقت 555 مع المقاوم 2.2K لتوليد إشارة مثلثة 260 كيلو هرتز ، إذا كنت تريد معرفة المزيد عن Astable Multivibrator ، يمكنك التحقق من المنشور السابق على 555 Timer Based Astable Multivibrator الدائرة ، حيث وصفنا جميع الحسابات اللازمة.

دائرة التعديل:

كما ترون من الصورة أعلاه ، فقد استخدمنا LM358 Op-Amp البسيط لتعديل إشارة إدخال الصوت. عند الحديث عن الإشارات الصوتية الواردة ، استخدمنا مقاومين إدخال 10K للحصول على إشارة الصوت ، وبما أننا نستخدم مصدرًا واحدًا ، فقد قمنا بتوصيل مقياس جهد لتعويض الإشارة الصفرية الموجودة في صوت الإدخال. سيكون ناتج هذا المقارنة مرتفعًا عندما تكون قيمة إشارة الإدخال الصوتية أكبر من الموجة المثلثية المدخلة ، وعند الإخراج ، سنحصل على موجة مربعة معدلة ، والتي نقوم بعد ذلك بتغذية محرك بوابة MOSFET IC.

محرك بوابة IR2110 MOSFET IC:

نظرًا لأننا نعمل مع بعض الترددات العالية بشكل معتدل ، فقد استخدمنا محرك بوابة MOSFET لقيادة MOSFET بشكل صحيح. يتم وضع جميع الدوائر اللازمة على النحو الموصى به في ورقة بيانات IR2110 IC. للتشغيل السليم ، يتطلب هذا IC إشارة مقلوبة لإشارة الإدخال ، ولهذا السبب استخدمنا BF200 ، وهو ترانزستور عالي التردد لتوليد الموجة المربعة المقلوبة لإشارة الإدخال.

مرحلة إخراج MOSFET:

كما ترون من الصورة أعلاه ، لدينا مرحلة إخراج MOSFET ، والتي تعد أيضًا محرك الإخراج الرئيسي ، نظرًا لأننا نتعامل مع الترددات العالية والمحثات ، فهناك دائمًا عابرون متورطون ، ولهذا السبب استخدمنا بعض UF4007 مثل flyback الثنائيات التي تمنع الدوائر الترانزستورية الفلورية من التلف.

مرشح الترددات المنخفضة LC:

الإخراج من مرحلة سائق MOSFET عبارة عن موجة مربعة عالية التردد ، هذه الإشارة غير مناسبة تمامًا لقيادة الأحمال مثل مكبر الصوت. من أجل منع ذلك ، استخدمنا محث 26uH ​​مع مكثف غير مستقطب 1 فائق التوهج لعمل مرشح تمرير منخفض يُشار إليه بـ C11. هذه هي الطريقة التي تعمل بها الدائرة البسيطة.

اختبار دائرة مكبر الصوت من الفئة D

كما ترون من الصورة أعلاه ، لقد استخدمت محول طاقة بجهد 12 فولت لتشغيل الدائرة. نظرًا لأنني أستخدم جهازًا صينيًا ميسور التكلفة ، فإنه يعطي ما يزيد قليلاً عن 12 فولت ، إنه 13.5 فولت على وجه الدقة ، وهو مثالي لمنظم الجهد LM7812 على متن الطائرة. كتحميل ، أستخدم مكبر صوت 4 أوم ، 5 وات. بالنسبة لإدخال الصوت ، أستخدم جهاز الكمبيوتر المحمول الخاص بي بمقبس صوت طويل مقاس 3.5 مم.

عند تشغيل الدائرة ، لا يوجد صوت طنين ملحوظ كما قد تحصل عليه من أنواع أخرى من مكبرات الصوت ، ولكن كما ترون في الفيديو ، هذه الدائرة ليست مثالية ولديها مشكلة في القص عند مستويات الإدخال الأعلى ، لذلك هذا الدائرة لديها مجال كبير للتحسينات. نظرًا لأنني كنت أقود أحمالًا منخفضة بشكل معتدل ، لم تسخن الدوائر الكهروضوئية على الإطلاق ، وبالتالي بالنسبة لهذه الاختبارات ، لا تتطلب أي بالوعة حرارة.

مزيد من التحسينات

هذه الفئة D دائرة مكبر للصوت السلطة هو نموذج بسيط ويحتوي على الكثير من الغرفة لإدخال تحسينات، وكانت مشكلتي الرئيسية مع هذه الدائرة تقنية أخذ العينات، والتي تحتاج إلى تحسين. من أجل تقليل قطع مكبر الصوت ، يجب حساب قيم الحث والسعة المناسبة للحصول على مرحلة مرشح تمرير منخفض مثالي. كما هو الحال دائمًا ، يمكن عمل الدائرة على PCB للحصول على أداء أفضل. يمكن إضافة دائرة حماية تحمي الدائرة من الحرارة الزائدة أو ظروف ماس كهربائى.

أتمنى أن تكون قد أحببت هذه المقالة وتعلمت شيئًا جديدًا منها. إذا كان لديك أي شك ، يمكنك أن تسأل في التعليقات أدناه أو يمكنك استخدام منتدياتنا لمناقشة مفصلة.