उच्च दक्षता वर्ग का निर्माण कैसे करें

पिछले कुछ दशकों में ऑडियो सामग्री ने एक लंबा रास्ता तय किया है, एक क्लासिक ट्यूब amp से आधुनिक मीडिया खिलाड़ियों के लिए, तकनीकी प्रगति ने डिजिटल मीडिया का उपभोग करने के तरीके को बदल दिया है। इन सभी नवाचारों के बीच, पोर्टेबल मीडिया प्लेयर अपनी जीवंत ध्वनि गुणवत्ता और लंबी बैटरी जीवन के कारण उपभोक्ताओं के बीच पहली पसंद बन गए हैं। तो यह कैसे काम करता है, और यह कैसे अच्छा लगता है। एक इलेक्ट्रॉनिक उत्साही के रूप में, यह सवाल हमेशा मेरे दिमाग में आता है। स्पीकर तकनीक में प्रगति के बावजूद, एम्पलीफायर कार्यप्रणाली में सुधार ने एक बड़ी भूमिका निभाई और इस सवाल का स्पष्ट जवाब क्लास डी एम्पलीफायर है।इसलिए इस परियोजना में, हम एक क्लास डी एम्पलीफायर पर चर्चा करने और इसके पेशेवरों और विपक्षों को जानने का अवसर लेंगे। अंत में, हम एम्पलीफायर के एक हार्डवेयर प्रोटोटाइप का निर्माण करेंगे और इसके प्रदर्शन का परीक्षण करेंगे। दिलचस्प सही लगता है! तो चलिए इसे सही करते हैं।

यदि आप ऑडियो एम्पलीफायर सर्किट में रुचि रखते हैं, तो आप उस विषय पर हमारे लेख देख सकते हैं, जहां हमने op-amps, MOSFETs और IC जैसे TDA2030, TDA2040 और TDA2050 का उपयोग कर सर्किट बनाया है।

क्लास डी एम्पलीफायर की मूल बातें

क्लास-डी ऑडियो एम्पलीफायर क्या है? सबसे सरल उत्तर होगा, यह एक स्विचिंग एम्पलीफायर है । लेकिन इसके काम को समझने के लिए, हमें यह सीखने की जरूरत है कि यह कैसे कार्य करता है और स्विचिंग सिग्नल कैसे उत्पन्न होता है, इसके लिए, आप नीचे दिए गए ब्लॉक आरेख का पालन कर सकते हैं।

तो एक स्विचिंग एम्पलीफायर क्यों? इस प्रश्न का स्पष्ट उत्तर है दक्षता। क्लास ए, क्लास बी और क्लास एबी एम्पलीफायरों की तुलना में, क्लास डी ऑडियो एम्पलीफायर 90-95% तक की दक्षता तक पहुंच सकता है। जहां एक क्लास एबी एम्पलीफायर की अधिकतम दक्षता 60-65% है, क्योंकि वे सक्रिय क्षेत्र पर काम करते हैं और कम बिजली नुकसान को प्रदर्शित करते हैं, यदि आप वर्तमान-कलेक्टर वोल्टेज को वर्तमान के साथ गुणा करते हैं, तो आप यह पता लगा सकते हैं। विषय के बारे में अधिक जानने के लिए, पावर एम्पलीफायरों की कक्षाओं पर हमारे लेख को देखें जहां हमने सभी संबंधित नुकसान कारकों पर चर्चा की।

अब, कक्षा डी ऑडियो amp के हमारे सरलीकृत ब्लॉक आरेख पर वापस जाएं, जैसा कि आप गैर-इनवर्टिंग टर्मिनल पर देख सकते हैं, हमारे पास हमारा ऑडियो इनपुट है, और इनवर्टिंग टर्मिनल पर, हमारे पास हमारा उच्च-आवृत्ति त्रिकोणीय संकेत है। इस बिंदु पर, जब इनपुट ऑडियो सिग्नल का वोल्टेज त्रिकोणीय लहर के वोल्टेज से अधिक होता है, तो तुलनित्र का आउटपुट उच्च होता है, और जब संकेत कम होता है, तो आउटपुट कम होता है। इस सेटअप के साथ, हमने एक उच्च-आवृत्ति वाहक सिग्नल के साथ इनपुट ऑडियो सिग्नल को संशोधित किया, जो तब एक MOSFET गेट ड्राइव IC से जुड़ता है, और जैसा कि नाम से पता चलता है, ड्राइवर का उपयोग दोनों उच्च के दो MOSFETs के गेट को चलाने के लिए किया जाता है। साइड और लो साइड एक बार। आउटपुट पर, हमें आउटपुट पर एक शक्तिशाली उच्च-आवृत्ति वर्ग तरंग मिलती है, जिसे हम अपने अंतिम ऑडियो सिग्नल प्राप्त करने के लिए एक कम पास फिल्टर चरण से गुजरते हैं।

क्लास-डी ऑडियो एम्पलीफायर सर्किट के निर्माण के लिए आवश्यक घटक

अब, हम क्लास-डी ऑडियो एम्पलीफायर की मूल बातें समझ गए हैं और हम DIY क्लास डी एम्पलीफायर आर बनाने के लिए घटकों को खोजने के लिए आगे बढ़ सकते हैं । जैसा कि यह एक सरल परीक्षण परियोजना है, घटक की आवश्यकता बहुत सामान्य है और आप उनमें से अधिकांश को स्थानीय शौक की दुकान से पा सकते हैं। एक तस्वीर के साथ घटकों की एक सूची नीचे दी गई है।

कक्षा डी पावर एम्पलीफायर बनाने के लिए पार्ट्स-सूची:

1. IR2110 आईसी - 1
2. एलएम 358 ओपी-एम्प - 1
3. NE555 टाइमर आईसी - 1
4. LM7812 आईसी - 1
5. LM7805 आईसी - 1
6. 102 पीएफ कैपेसिटर - 1
7. 103 पीएफ कैपेसिटर - 1
8. 104 पीएफ कैपेसिटर - 2
9. 105 पीएफ कैपेसिटर - 1
10. 224 पीएफ कैपेसिटर - 1
11. 22uF संधारित्र - 1
12. 470uF संधारित्र - 1
13. 220uF संधारित्र - 1
14. 100uF संधारित्र - 2
15. २.२ के रेसिस्टर - १
16. 10 के रेसिस्टर - 2
17. 10R रेसिस्टर - 2
18. 3.5 मिमी ऑडियो जैक - 1
19. 5.08 मिमी स्क्रू टर्मिनल - 2
20. UF4007 डायोड - 3
21. IRF640 MOSFETs - 2
22. 10K ट्रिम पॉट - 1
23. २६ यूएच इंडक्टर - १
24. 3.5 मिमी हेडफोन जैक - 1

क्लास डी ऑडियो एम्पलीफायर- योजनाबद्ध आरेख

हमारे क्लास-डी एम्पलीफायर सर्किट के लिए योजनाबद्ध आरेख नीचे दिखाया गया है:

PerfBoard पर सर्किट का निर्माण

जैसा कि आप मुख्य छवि से देख सकते हैं, हमने सर्किट को इत्र के टुकड़े पर बनाया है। क्योंकि, पहला सर्किट बहुत सरल है, और दूसरा अगर कुछ गलत होता है, तो हम इसे जल्दी और आसानी से संशोधित कर सकते हैं। हमने ज्यादातर कनेक्शन तांबे के तार की मदद से बनाए, लेकिन कुछ अंतिम चरणों में, हमें निर्माण पूरा करने के लिए कुछ हुकअप तारों का उपयोग करना पड़ा। पूरा परफेक्ट सर्किट नीचे दिखाया गया है।

क्लास-डी ऑडियो एम्पलीफायर का कार्य करना

इस खंड में, हम सर्किट के प्रत्येक प्रमुख ब्लॉक से गुजरेंगे और प्रत्येक ब्लॉक को समझाएंगे। यह Op-amp आधारित Class-D ऑडियो एम्पलीफायर बहुत ही जेनेरिक घटकों से बना है जिसे आप अपने स्थानीय शौक स्टोर में पा सकते हैं।

इनपुट वोल्टेज नियामक:

हम LM7805, 5V वोल्टेज नियामक और एक LM7812, 12 वोल्ट वोल्टेज नियामक के साथ इनपुट वोल्टेज को विनियमित करके शुरू करते हैं। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि हम 13.5V डीसी एडाप्टर के साथ सर्किट को पावर करने जा रहे हैं, और एनई 555 और आईआर 2110 आईसी, 5 वी और 12 वी बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता है।

त्रिकोणीय वेव जेनरेटर 555 Astable Multivibrator के साथ:

जैसा कि आप ऊपर की छवि से देख सकते हैं, हमने 260KHz त्रिकोणीय संकेत उत्पन्न करने के लिए 2.2K रोकनेवाला के साथ 555 टाइमर का उपयोग किया है, यदि आप Astable Multivibrator के बारे में अधिक जानना चाहते हैं, तो आप 558 टाइमर आधारित Astable Multivibrator पर हमारी पिछली पोस्ट देख सकते हैं सर्किट, जहां हमने सभी आवश्यक गणनाओं का वर्णन किया है।

मॉड्यूलेशन सर्किट:

जैसा कि आप ऊपर की छवि से देख सकते हैं, हमने इनपुट ऑडियो सिग्नल को मॉड्यूलेट करने के लिए एक साधारण LM358 Op-Amp का उपयोग किया है। इनकमिंग ऑडियो सिग्नल की बात करें तो हमने ऑडियो सिग्नल पाने के लिए दो 10K इनपुट रेसिस्टर्स का इस्तेमाल किया है और जैसा कि हम सिंगल सप्लाई का इस्तेमाल कर रहे हैं, हमने इनपुट ऑडियो में मौजूद जीरो सिग्नल को ऑफसेट करने के लिए एक पोटेंशियोमीटर को अटैच किया है। इस तुलनित्र का आउटपुट तब अधिक होगा जब इनपुट ऑडियो सिग्नल का मान इनपुट त्रिकोणीय तरंग से अधिक होता है, और आउटपुट पर, हमें एक मॉड्यूलेटेड स्क्वायर वेव मिलेगा, जिसे हम तब MOSFET गेट ड्राइवर IC को फीड करते हैं।

IR2110 MOSFET गेट ड्राइवर आईसी:

जैसा कि हम कुछ मध्यम उच्च आवृत्तियों के साथ काम कर रहे हैं, हमने MOSFET गेट ड्राइवर IC का उपयोग MOSFET को ठीक से चलाने के लिए किया है। सभी आवश्यक सर्किटरी को IR2110 IC के डेटशीट के अनुसार अनुशंसित किया गया है। उचित संचालन के लिए, इस आईसी को इनपुट सिग्नल के इनवर्टेड सिग्नल की आवश्यकता होती है, यही वजह है कि हमने इनपुट सिग्नल के उल्टे स्क्वायर वेव को जेनरेट करने के लिए एक हाई-फ्रीक्वेंसी ट्रांजिस्टर BF200 का उपयोग किया है।

MOSFET आउटपुट स्टेज:

जैसा कि आप ऊपर की छवि से देख सकते हैं, हमारे पास MOSFET आउटपुट स्टेज है, जो मुख्य आउटपुट ड्राइवर भी है, जैसा कि हम उच्च आवृत्ति और इंडिकेटर्स के साथ काम कर रहे हैं, इसमें हमेशा ट्रांज़िस्टर शामिल होते हैं, यही वजह है कि हमने फ्लाईबैकबैक में कुछ UF4007 का उपयोग किया है डायोड जो MOSFETs को क्षतिग्रस्त होने से रोकते हैं।

LC लो-पास फ़िल्टर:

MOSFET चालक चरण से आउटपुट एक उच्च आवृत्ति वर्ग तरंग है, यह सिग्नल लाउडस्पीकर की तरह ड्राइविंग भार के लिए बिल्कुल अनुचित है। इसे रोकने के लिए, हमने एक कम पास फिल्टर बनाने के लिए 1uF गैर-ध्रुवीकृत संधारित्र के साथ 26uH ​​प्रारंभ करनेवाला का उपयोग किया है जिसे C11 के रूप में दर्शाया गया है। यह कैसे सरल सर्किट फ़ंक्शन है।

क्लास-डी एम्पलीफायर सर्किट का परीक्षण

जैसा कि आप ऊपर की छवि से देख सकते हैं, मैंने सर्किट को पावर देने के लिए 12V पावर एडॉप्टर का उपयोग किया है। जैसा कि मैं एक सस्ती चीनी का उपयोग कर रहा हूं, यह 12 वी से थोड़ा अधिक देता है, यह सटीक होने के लिए 13.5V है, जो हमारे ऑनबोर्ड LM7812 वोल्टेज नियामक के लिए एकदम सही है। एक लोड के रूप में, मैं 4 ओम, 5 वाट स्पीकर का उपयोग कर रहा हूं। ऑडियो इनपुट के लिए, मैं अपने लैपटॉप का उपयोग लंबे 3.5 मिमी ऑडियो जैक के साथ कर रहा हूं।

जब सर्किट चालू होता है, तो कोई ध्यान देने योग्य गुनगुनाहट नहीं होती है क्योंकि आप अन्य प्रकार के एम्पलीफायरों से प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन जैसा कि आप वीडियो पर देख सकते हैं, यह सर्किट सही नहीं है और इसमें उच्च इनपुट स्तरों पर क्लिपिंग मुद्दा है, इसलिए यह सर्किट में सुधार के लिए बहुत जगह है। जैसा कि मैं मध्यम कम भार चला रहा था, MOSFETs बिल्कुल गर्म नहीं हुआ, और इस तरह इन परीक्षणों के लिए, इसे किसी भी गर्मी सिंक की आवश्यकता नहीं है।

इसके अलावा संवर्द्धन

यह क्लास डी पावर एम्पलीफायर सर्किट एक सरल प्रोटोटाइप है और इसमें सुधार के लिए बहुत जगह है, इस सर्किट के साथ मेरी मुख्य समस्या नमूना तकनीक थी, जिसे सुधारने की आवश्यकता है। एम्पलीफायर की कतरन को कम करने के लिए, एक उचित कम पास फिल्टर चरण प्राप्त करने के लिए उचित प्रेरण और समाई मूल्यों की गणना करने की आवश्यकता है। हमेशा की तरह, सर्किट को बेहतर प्रदर्शन के लिए पीसीबी पर बनाया जा सकता है। एक सुरक्षा सर्किट जोड़ा जा सकता है जो सर्किट को ओवरहीट या शॉर्ट सर्किट स्थितियों से बचाएगा।

मुझे उम्मीद है कि आपको यह लेख पसंद आया होगा और इसमें से कुछ नया सीखा जाएगा। यदि आपको कोई संदेह है, तो आप नीचे टिप्पणी में पूछ सकते हैं या विस्तृत चर्चा के लिए हमारे मंचों का उपयोग कर सकते हैं।