Усилитель D-класса на микроконтроллере

Рейтинг пользователей: / 20
ХудшийЛучший 
Проекты - Электроника

Усилитель D-класса
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,

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.

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

Схема усилителя D-классаСхема 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

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.

Файлы для загрузки:
ФайлОписаниеРазмер файла
Скачать файл (src.zip)src.zipИсходник программы для усилителя (WinAVR)1 Kb
 Обсудить на форуме (2 комментариев).

Добавить комментарий

Правила комментирования

Запрещается вводить оскорбительные тексты, использовать нецензурные выражения, публиковать экстремистские призывы, давать ссылки на сайты, не имеющие отношения к теме обсуждения. Все сообщения, нарушающие данные требования, будут удалены без уведомлений, а их авторы - заблокированы.
Незарегистрированные посетители не могут вводить ссылки, BB-коды и т.п., зарегистрированные - могут. Подробности о возможностях, доступных зарегистрированным посетителям, см. в разделе Помощь.


Защитный код
Обновить

Возможно, вас так же заинтересует:



Комментарии
Статистика
Просмотров:
mod_vvisit_counterСегодня563
mod_vvisit_counterВчера3882
mod_vvisit_counterНа этой неделе19207
mod_vvisit_counterНа прошлой неделе29120
mod_vvisit_counterВ этом месяце129307
mod_vvisit_counterЗа все время11354433

Ваш IP: 107.22.34.37
 , 
29 Апр. 2017