Пилообразное напряжение с конденсатора С1 поступает на один вход компаратора DA2. На второй вход компаратора поступает звуковой сигнал. На выходе компаратора образуется готовый прямоугольный сигнал, который теперь нужно просто усилить. Этим занимается выходной каскад на транзисторах VT2—VT4.
Примечание.
Обращаю внимание читателя — в усилителях класса D обратных связей, как правило, не бывает.
Поясню почему:
♦ во-первых, «испортить» сигнал, имеющий всего два значения, — это нужно суметь (!);
♦ во-вторых, в силу абсолютной непохожести выходного сигнала усилителя на входной, требуются довольно серьезные схемно-технические усилия, чтобы выделить из выходного сигнала нужную для обеспечения обратной связи компоненту.
Для обеспечения малых искажений сигнала в усилителях класса D бывает достаточно выполнить два требования.
Требование 1. Пилообразное (или треугольное) напряжение должно быть максимально линейным. В этом случае обеспечивается максимальная линейность преобразования входного сигнала в выходной (именно по этой причине в схеме и применен генератор тока на транзисторе VT1 вместо обычного резистора).
Требование 2. Величина сигнала, поступающего на компаратор, должна быть как можно большей. Это относится и к пилообразному, и к звуковому сигналу. Причина — любой компаратор имеет некоторую погрешность сравнения (в районе единиц или десятков милливольт), поэтому, чем больше входной сигнал, тем в меньшей степени сказывается эта погрешность на точность преобразования сигнала.
Следствием второго требования является очень низкая чувствительность усилителя. Если для обычных усилителей «стандартной» чувствительностью является 100–250 мВ, то для нормальной работы нашего усилителя потребуется 1–1,5 В, а то и больше. Поэтому усилитель класса D требует наличия, как минимум, одного дополнительного каскада усиления.
Печатная плата. Усилитель собран на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 45x35 мм.
Разводку печатной платы (в зеркальном изображении) можно скачать с диска, прилагаемого к книге («Видеоурок 4», файл 1.DXF) и посмотреть на рис. 4.4.
Рис. 4.4. Разводка печатной платы (45x35 мм, в зеркальном изображении)
Схема расположения деталей приведена на рис. 4.5
.
Рис. 4.5. Схема расположения деталей
Внешний вид устройства приведен на рис. 4.6.
Рас. 4.6. Внешний вид усилителя класса D на микросхемах
Наладка. Настройка усилителя достаточно проста — нужно вместо динамической головки подсоединить к выходу лампу накаливания на напряжение не ниже напряжения питания усилителя, и, вращая резистор R3, добиться минимальной яркости ее свечения.
Примечание.
Собранный нами усилитель— это, скорее, игрушка, призванная продемонстрировать возможности усилителя класса D, поэтому по ней даже не снят ролик.
Дело в том, что биполярные транзисторы в выходных каскадах усилителя класса D ведут себя не лучшим образом — у них достаточно большое падение напряжения в открытом состоянии, и достаточно большое время перехода из открытого состояния в закрытое.
Гораздо лучше в выходных каскадах усилителей класса D ведут себя полевые транзисторы, специально спроектированные для работы в ключевом режиме.
Принципиальная схема. Схема такого варианта усилителя приведена на рис. 4.7.
Рис. 4.7. Принципиальная схема с выходным каскадом на полевом транзисторе
В ней пришлось применить одну импортную микросхему — драйвер полевых ключей IR2104 (аналогов ее наша отечественная промышленность не выпускает). Этот вариант усилителя ничем, кроме выходного каскада, не отличается от предыдущей схемы. Выходной каскад же собран по типовой схеме для микросхемы IR2104 и, в свою очередь, тоже никаких особенностей не имеет.
Печатная плата. Усилитель собран на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 50x35 мм.
Разводку печатной платы (в зеркальном изображении) можно скачать с диска, прилагаемого к книге («Видеоурок 4», файл 2.DXF) и посмотреть на рис. 4.8.
Рис. 4.8. Разводка печатной платы (50x35 мм, в зеркальном изображении)
Схема расположения деталей приведена на рис. 4.9.
Рис. 4.9. Схема расположения деталей
Налаживание. Настройку усилителя выполняют так же, как это делалось в предыдущей схеме.
Радиаторы для усилителя. Во многих случаях усилитель класса D может обойтись без радиаторов. Если же они все-таки необходимы, расчет их ведется так же, как расчет радиаторов для обычных усилителей, но рассеиваемая мощность принимается равной не 25 % от выходной, а 5 % от выходной для частоты генератора до 80 кГц, и 10 % для частоты генератора более 80 кГц. Более точный расчет начинающему радиолюбителю выполнить будет трудно.
Внешний вид устройства приведен на рис. 4.10.
Рис. 4.10. Внешний вид усилителя класса D с выходным каскадом на полевом транзисторе
Смотрим ролик. Работу усилителя демонстрирует ролик «Видеоурок 4» — > «Усилитель класса D на микросхемах» на прилагаемом диске.
Принципиальная схема. Это почти невероятно, но это так! Конечно, в микроконтроллере нет ни генератора пилообразного напряжения, ни компаратора, но зато в нем есть аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и управляемый генератор, у которого можно изменять ширину импульса при неизменной частоте следования импульсов (ШИМ-генератор).
Схема этого усилителя приведена на рис. 4.11.
Рис. 4.11. Принципиальная схема усилителя класса D на микроконтроллере
Принцип работы усилителя достаточно прост:
♦ с помощью АЦП измеряется величина звукового сигнала на входе микроконтроллера;
♦ в соответствии с измеренной величиной устанавливается ширина импульсов генератора;
♦ цикл измерения и установки повторяется снова.
Сигнал с выхода генератора поступает на точно такой же выходной каскад, какой был применен во втором варианте усилителя класса D на микросхемах.
Печатная плата. Усилитель собран на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 47,5x25 мм.
Разводку печатной платы (в зеркальном изображении) можно скачать с диска, прилагаемого к книге («Видеоурок 4», файл 3.DXF) и посмотреть на рис. 4.12.
Рис. 4.12. Разводка печатной платы (47,5x25 мм, в зеркальном изображении)
Схема расположения деталей приведена на рис. 4.13.
