Усилитель звука класса D на КМОП инверторах

Сегодня я хотел бы рассказать о своем самодельном усилителе звука класса D с модулятором на КМОП инверторах

Этот усилитель я сконструировал сам, интересен он будет начинающим радиолюбителям у которых есть микросхема КМОП инверторов, моя схема это интересный вариант ее применения. Нынешняя схема еще не идеальна, но ее уже можно применить например в громкоговорителе. Главные плюсы этой схемы это: высокий КПД из за работы выходного каскада усилителя в ключевом режиме, следовательно низкое энергопотребление; относительная простота схемы, ее дешевизна; возможность легко повысить мощность в разы за счет добавления на выход усилителя двух N и P канальных полевых транзисторов. Схема хорошо подходит для показа принципа работы цифровых усилителей звука.

Схема пока находится в разработке. Основная проблема схемы - это "треск" в динамике при воспроизведении низких частот (в моем случае от 150 Гц и ниже) а также не очень громкий ВЧ писк. Недостаток с писком можно устранить добавлением перед разделительным конденсатором динамика ВЧ LC фильтра. В схеме которую я приложу этого фильтра нет, его использование я пока только проверяю. 

Свой вариант я собрал на микросхеме КМОП инверторов CD4069. В микросхеме 6 КМОП инверторов, что позволяет на одной такой микросхеме собрать стерео усилитель D класса. В качестве выходного каскада усилителя использованы 2 транзистора КТ817А и КТ816А.

Теперь о том как работает схема. Как вы наверное знаете усилитель D класса работает за счет широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В нем стоит задающий генератор с высокой частотой (выше 100 кГц) и этот сигнал сравнивается компаратором с усиленной синусоидой входного сигнала. На выходе компаратора получается ШИМ сигнал с частотной модуляцией, то есть чем выше синусоида входного сигнала, тем больше коэффициент заполнения ШИМ. За основу был взят генератор частоты на КМОП инверторах с регулировкой длинны импульса и паузы:

Как я произвел частотную модуляцию в этой схеме? Схема усилителя:

Как вы можете заметить одна из регулировок заменена на постоянный резистор R2. А вот для регулировки паузы между импульсами я применил интересное решение. Как можно заметить там стоит NPN транзистор 2N3904 (можно заменить на любой аналогичный, хоть на кт315) и поставленный параллельно ему резистор R3. Как мы знаем, от изменения тока и напряжения на базе транзистора, чем больше напряжение и ток на базе транзистора, тем меньше сопротивление его PN перехода, и наоборот. Выходит, что в схеме я сделал по сути электронно-управляемый резистор, который одновременно и усиливает входной сигнал, и изменяет паузу между импульсами несущего генератора на трёх КМОП инверторах. Резистор R3 нужен для наличия сопротивления даже при закрытом транзисторе. После транзистора стоит резистор R4 который создает большее сопротивление для нормальной работы генератора. После генератора стоит разделительный конденсатор для защиты генератора, а после установлен эмиттерный повторитель на двух транзисторах. На выходе лично у меня стоит динамик на 4Ом 2Ватта. Если нужно чтобы усилитель качал реально мощную нагрузку, после эмиттерного повторителя нужно поставить по такой же схеме 2 мощных полевых транзистора на частоту не менее 150 кГц. Вот фото уже готового усилителя:

Ваши идеи по улучшению схемы пишите в комментарии.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• УНЧ