⚡️Усилитель звука класса D 1250Вт

По моему мнению, усилитель D класса является оптимальным решением по соотношению стоимости и мощности устройства. Высокое КПД сочетается с невысоким тепловыделением радиатора, что позволяет экономить на использовании больших по своему размеру радиаторов. Собрав такой усилитель мощности, я не беспокоюсь по поводу перегрева и при этом получаю максимально высокое качество звучания.

Предлагаю вам достаточно простую схему усилителя звука, по которой я собрал усилитель D класса. Этот усилитель звука обеспечивает максимально качественный звук и при этом используемые компоненты отличаются минимальной стоимостью. Возможно изготовление усилителя с мощностью в 25-1250 Вт. В приведенной таблице вы можете увидеть какие необходимы радиодетали для конкретного показателя мощности.

Усилитель на любую мощность от 25 до 1250 Вт

Печатная и монтажная плата усилителя звука класса D 1250Вт

Выходная мощность Рвых УМЗЧ рассчитывается по таблице

При наладке УМЗЧ приходится многократно измерять его выходную мощность, особенно если хочется “выжать” из схемы максимум. Выходная мощность Рвых рассчитывается по формуле, связывающей выходное напряжение усилителя Uвыx и сопротивление нагрузки Rн.

Учитывая квадратичную зависимость Рвых от Uвых, приходится постоянно держать под рукой калькулятор. Для упрощения расчетов можно воспользоваться таблицей. В столбцах указаны значения Rн, в строках — значения Uвых, а соответствующие им значения Рвых — в последнем столбце. Для вычислений необходимо мощность брать в ваттах, сопротивление — в омах, напряжение — в вольтах.

 

Простые устройства — Усилитель D-класса на микроконтроллере

Усилители D-класса очень просты в изготовлении, обладают высоким КПД и позволяют получить большие мощности при малых затратах. Они используют ключевые режимы работы выходных каскадов, превращая сигнал в последовательность мощных импульсов, {ads2} которые затем, проходя через фильтр, частью которого может быть сам динамик или аккустическая система, освобождаются от высокочастотных составляющих, превращаясь в звук.

Наш американский коллега болгарского происхождения, Руслан Димитров, разработал усилитель мощностью 70 Вт при питании всего 12 вольт, причем поступил крайне нестандартно: в качестве основного элемента усилителя он применил микроконтроллер attiny45. 

Выходные транзисторы, включенные по мостовой схеме, не нуждаются в радиаторах, в схеме нет никаких обратных связей. Мощность ограничена двумя факторами:

1. точность цифрового тракта. увеличение усиления в «цифре» снизит качество при малых уровнях.
2. ток стока MOSFET. применены транзисторы на 6 ампер, что дает в идеале 144 Вт мощности на нагрузке 4 Ом, или 72 Вт на нагрузке 2 Ома.

Для управления мостовым выходным каскадом использованы два имеющихся в микроконтроллере attiny45 аппаратных 8-битных ШИМ-модуля. На полной мощности используются все 8 бит, что дает весьма неплохое качество звука, однако на малых мощностях происходит резкое ухудшение, ведь при мощности 1% от максимальной реально используется всего 2 бита!

Чтобы обойти эту проблему, автор использовал прием, давно применяемый в компьютерной графике, называемый размазыванием (dithering). В графике таким способом получат визуально более богатую палитру изображения путем определенного перемешивания пикселей более бедной палитры (кстати, автор работает в компании nVidia — это о чем-то да говорит!). Руслан счел, что этот прием даст положительный эффект и для звука, и, по его словам, не ошибся.

Реализацию этого метода он сделал путем несимметричного управления плечами выходного моста: одно плечо управляется непосредственно ШИМ-сигналом, получаемым из АЦП водного сигнала, а вот второе плечо управляется «размазанным» ШИМ-сигналом. Рисунок поясняет сказанное.

Автор утверждает, что этот прием на слух дает очень заметный эффект: отказ от размазывания дает очень искаженный звук на малых сигналах.

Схема приведена на следующем рисунке (кликабельно). Как видите, она очень проста и практически не нуждается в пояснениях. Автор использовал светодиоды в качестве стабилитронов — это возможно, хотя и с моей точки зрения не является необходимым.

L1C4 — это выходной фильтр. Индуктивность образована 6 витками толстого провода на кольце из блока питания компьютера. Выходной ШИМ работает на частоте 64 КГц, по которой и можно провести расчет выходного фильтра.

R9C6 это входной фильтр, необходимый для качественной работы АЦП микроконтроллера, работающего на частоте 78 КГц. Исходный текст управляющей программы очень прост, скачать его можно с нашего сайта.

Оригинал статьи находится на сайте автора:
http://rdimitrov.info/blog/show.php?entry=Microcontroller%20Class%20D%20Amplifier{ads1}

Усилитель собран на макетной плате, т.е. печатная не разрабатывалась. При повторении, с моей точки зрения, следует разработать печатную плату, тщательно разделив цепи силового питания и земли от слаботочной части схемы — входа и микроконтроллера. Очевидно, светодиоды в схеме моста можно заменить на стабилитроны, а для питания микроконтроллера использовать обычный стабилизатор на микросхеме 7805 или аналогичной. Автор не имеет приборов для измерения параметров качества звука, но утверждает, что на слух усилитель звучит весьма достойно — он применил его для фронтальных колонок своего автомобиля.

Все рисунки и фотографии сделаны автором, права на них принадлежат ему.

Вложения:

Файл	Описание	Размер файла:
src.zip	Исходник программы для усилителя (WinAVR)	1 Кб

Цифровой усилитель мощности звука — усилитель класса D 1260Вт

Цифровой усилитель мощности звука — универсальный усилитель класса D

Цифровой усилитель мощности звука — с уверенностью можно утверждать, что усилитель работающий в классе D это идеальная пропорция в отношении выходной мощности и стоимостью аппарата. Класс D — это специализированный класс созданный на основе Широтно-импульсной модуляции. Все элементы оконечного каскада работают абсолютно в режиме ключа. Звуковой сигнал полученный с помощью ШИМ-контроллера проходит обработку специальным фильтром нижних частот.

Основным преимуществом такой схемы является значительная экономичность. Цифровой усилитель мощности звука, имеющий такую конструкцию, не нуждается в массивных радиаторах охлаждения в отличие от устройств работающих в классе АВ. Используя такую технологию, можно конструировать сверхмощные усилители при этом не придавая большого значения для отвода тепла и установки больших теплоотводов. В конечно итоге, используя такую схему, можно получить компактный аппарат с большой мощностью на выходе при небольших затратах.

В этой публикации предлагаю к повторению несложную схему усилителя класса D. Представленная здесь конструкция, собранная на недорогих электронных компонентах, в состоянии обеспечить предельно качественное звучание и надежность в работе. Выходной каскад, которого выполнен на высокоскоростных полевых транзисторах с использованием высоковольтного драйвера ключей нижнего и верхнего уровней — IR2110. На снимке ниже представлена схема данного усилителя. Там предельно все ясно и понятно даже для не очень опытных радиолюбителей.

Цифровой усилитель на любую мощность звука от 20 до 1260 Вт

Отличительной чертой этой схемы является ее универсальность. Дело в том, что не изменяя саму принципиальную схему, можно получить различные мощности на выходе, а именно от 20 Вт до 1260 Вт. При этом нужно всего лишь устанавливать соответствующие требуемой мощности номиналы деталей, которые определяются по таблице приведенной ниже.

Печатная плата со стороны установленных компонентов

Печатная плата со стороны разводки дорожек

Мощность усилителя звуковой частоты можно рассчитать по таблице показанной ниже:

Во время налаживания УМЗЧ приходится довольно часто измерять его электрические параметры. В том числе и выходную мощность, в особенности когда нужно «выдавить» из схемы все, на что она способна. Для удобства подсчета мощности на выходе усилителя Рвых, нужно определять по данной формуле:

В столбцах таблицы заданы значения Rн (сопротивление нагрузки), в строках — значения Uвых (выходное напряжение), а в крайнем столбце указаны соответствующие им значения Рвых (выходная мощность).

Усилитель 500Вт класс D на TL494

Построить мощный усилитель для сабвуферного канала хотят многие, но чем больше мощность тем сложнее схемы, нужны мощные двухполярные источники питания, хорошие системы охлаждения зачастую принудительные.

В этой статье представлен довольно простой и мощный усилитель D класса на дешевых деталях которые можно легко купить в любом радио магазине. Такой усилитель под силу собрать каждому, как и начинающему так и опытному радиолюбителю. Усилитель питается от постоянного однополярного источника питания от 30В до 100В и способен отдать в нагрузку до 500Вт.

Схема усилителя:

Схема усилителя построена на ШИМ драйвере TL494, на выходе используются N-Channel MOSFET транзисторы, для большой выходной мощности следует использовать мощные выходные транзисторы такие как IRF250 или IRF460 установив их на небольшой радиатор.

Источник питания должен быть с большим выходным током и напряжением 30-100В, для питания микросхемы TL494 используется маломощный источник питания 8-12В. При правильной сборке усилитель начинает работать сразу.

Печатная плата усилителя:

Список деталей:

R1=1K
R2,R5=47K
R3=10K
R4=470R
R6=8K2
R7=56R
R8=2R2
R9=470R
R10=56R
C1=1uF/16V
C2, C3=1N
C4, C6=10uF/50V
C5=2N2
C7, C9, C10=220uF-1000uF/100V
C8= 100N/400V
C11, C12= 1uF — 4u7F / 400V
Q1= MJE350
Q2, Q3=MJE340
Q4, Q5= IRF540, IRF460, IRF250, IRF 4227 N-Channel Mosfet
U1= TL494, TL494CN
L1= 22uH — 35uH
J1= Вход усилителя
J2= Напряжение питания TL494 8-12V
J3= Напряжение питания выходного каскада +30 — 100В
J4= Выход на динамик

Фото собранного усилителя:

Печатная плата

Источник: elcircuit.com

Модули современных усилителей мощности D-класса — Меандр — занимательная электроника

Благодаря высокому КПД импульсная техника все более широко входит в современную жизнь. Не исключением стали и оконечные аудиоусилители мощности: на смену громоздким, сильно греющимся аналоговым усилителям А/В-класса пришли усилители D-класса. Эффективность современных усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) D-класса намного выше аналоговых УМЗЧ класса АВ иногда с тем же качеством звучания. Для охлаждения выход D необходим радиатор небольшой площади. Главная особенность усилителей D-класса заключается в том, что выходные каскады работают в ключевом режиме на высокой частоте (обычно больше 200 кГц) и практически не выделяют тепловую мощность. Для этого сигнал звука кодируется методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Поэтому на выходе УМЗЧ класса D перед громкоговорителем нужен фильтр низких частот, подавляющий высокочастотную составляющую ШИМ-сигнала.

Цель данной статьи познакомить читателей с наиболее распространенными готовыми электронными модулями усилителей D-класса. Как правило, такие модули не комплектуются принципиальными схемами. Поэтому в статье приведены блок-схемы и типовые схемы включения используемых в этих модулях микросхем.

Модуль стереоусилителя 2хЗW D-класса на базе микросхемы РАМ8403 (фото 1)

Основные параметры стереоусилителя

Выходная мощность при напряжении питания 5 В, нагрузке 4 Ом	2×3 Вт
Напряжение питания	2,5…5,5 В
Нагрузка	4 или 8 Ом
Выходная мощность при нагрузке 8 Ом	2×1,8 Вт
Соотношение сигнал/шум	80 дБ
Коэффициент нелинейных искажений при выход­ной мощности 1 Вт, нагрузке 4 Ом, напряжении питания 5 В, не более	0,15%;
КПД	до 90%;
Диапазон рабочих температур	-40…+85″С
Размеры модуля	19x21x3 мм

Фото 1

Микросхема (МС) РАМ8403 — это 2×3 Вт стерео-усилитель D-класса. Низкий коэффициент нелинейных искажений позволяет получить высокое качество звучания при достаточной выходной мощности. Новая бесфильтровая архитектура микросхемы РАМ8403 с непосредственным подключением динамиков сильно упрощает обвязку и схему усилителя в целом и уменьшает его стоимость.

Для снижения электромагнитных помех желательно применение ферритовых колец на проводах подключения громкоговорителей.

Основное применение — портативная электроника с автономным питанием (акустические системы в ноутбуках, планшетах, мониторах, переносных телевизорах и т.д.).

На рис.1 показана блок-схема, а рис.2 — типовая схема включения МС типа РАМ8403.

Рис. 1

Рис. 2

Модуль стереоусилителя 2x50W D-класса на базе микросхемы TDА7492 (фото 2)

МС ТDА7492 — стереоусилитель 2×50 Вт D-класса с однополярным питанием.

Эта МС имеет достаточно сложную внутреннюю архитектуру, обеспечивающую высокоэффектив­ную защиту и значительную выходную мощность. Применение выходных фильтров обязательно.

Фото 2

Основные параметры стереоусилителя

Выходная мощность при напряжении питания 25 В, нагрузке 6 Ом	2×50 Вт
Напряжение питания при нагрузке 4 Ом	8…2Є В
Нагрузка	4…8 Ом
Выходная мощность при сопротивлении нагрузки 8 Ом	2×40 Вт
Типовая нагрузка модуля	6 Ом
Диапазон частот	20 Гц.,.20 кГц
Неравномерность АЧХ типовая, менее	2 ДБ
Фиксированные коэффициенты усиления	есть
Усилитель малошумящий: типовой коэффи­циент нелинейных искажений при выходной мощности до 20 Вт, сопротивлении нагрузки 8 Ом и напряжении питании 25 В, не более	0,1%
Защита выходов от короткого замыкания	есть
Защита по напряжению питания	есть
Защита от перегрева	есть
КПД	до 90%
Выделяемая тепловая мощность при выходной мощности 2×40 Вт	8 Вт
Частота ШИМ приблизительно	300 кГц
Диапазон рабочих температур	0…+70Т
Размеры модуля	60x70x24 мм

Основное применение — высококачественные усилители (телевизоры, мониторы, магнитолы, приемники и т.д.). На рис.3 показана блок-схема одного канала микросхемы TDА7492, а на рис.4 — типовая схе­ма включения этой МС.

Рис. 3

Рис. 4

Модуль стереоусилителя 2×100W D-класса на базе ТDА7498 (фото 3)

Блок-схема и схема включения МС TDА7498 практически аналогичны соответствующим схе­мам МС TDА7492.

Фото 3

 

Особенности усилителя

Выходная мощность при напряжении питания 36 В, нагрузке 6 Ом	2×100 Вт
Напряжение питания при нагрузке 6 Ом	14…39 В
Нагрузка	6…8 Ом
Выходная мощность при типовой нагрузке 8 Ом	2×80 Вт
КПД	до 90%

Стереоусилитель 2х50W D-класса на базе ТРА3116D2 (фото 4)

Особенность микросхемы ТРА3116D2 — это изменяемая частота ШИМ с целью уменьшения электромагнитных помех в АМ диапазоне. Кроме того, возможно каскадное включение этих МС с общей синхронизацией (ведущий/ведомый) частоты ШИМ.

На фото 4 показан модуль с сабвуфером (2.1-стерео 2×50 Вт и моно 100 Вт).

На рис.5 показана блок-схема микросхемы ТРА3116D2, а на рис.6 — типовая схема включения этой МС.

Фото 4

Рис. 5

Рис. 6

Основные параметры стереоусилителя на базе ТРАЗ116D2

Выходная мощность при напряжении питания 21 В и сопротивлении нагрузки 4 Ом	2×50 Вт
Напряжение питания при нагрузке 4 Ом	4,5…2б В
Нагрузка	4…8 Ом
Диапазон частот	20 ГЦ….20 кГц
Неравномерность АЧХ, менее	2 дБ
Улучшенная схема модуляторов	есть
Фиксированные коэффициенты усиления	есть
Типовой коэффициент нелинейных искажений при выходной мощности до 20 Вт, нагрузке 8 Ом и напряжении питания 24 В во всем диапазоне частот, не более	0,3%
Защита от короткого замыкания на выходах	есть
Защита по напряжению питания	есть
Защита от перегрева	есть
КПД	до 90%
Частота переключения ШИМ	400 кГц …1,2 МГц (выставляется)
Диапазон рабочих температур	-40…+85°С