خانه / دانش و مهارت / الکترونیک / آمپلی فایر کلاس D چیست و چه ویژگی هایی دارد؟

آمپلی فایر کلاس D چیست و چه ویژگی هایی دارد؟

قبلاً در ساختنی آموزش ساخت مدار آمپلی فایر کلاس D را یاد گرفته اید. اگر می‌خواهید بدانید این آمپلی فایر با آمپلی فایرهای دیگر چه تفاوتی دارد و از چه اجزایی تشکیل شده، این پست را از دست ندهید. با مطالعه این راهنما ساخت آمپلی فایر کلاس D هم برایتان ساده تر می‌شود. با ساختنی همراه باشید.

آمپلی فایر کلاس D چیست؟

آمپلی فایر یا تقویت کننده کلاس D در واقع یک آمپلیفایر سوئیچینگ یا آمپلی فایر PWM است. این آمپلی فایر در مقایسه با آمپلی فایرهای کلاس A، AB و B اتلاف انرژی کمتری در مرحله خروجی دارد و به همین خاطر بازده آن بیش از ۹۰ درصد است. همین تفاوت آمپلی فایر کلاس D را برای استفاده از سیستم‌های صوتی پرتابل مناسب کرده است؛ چون اتلاف انرژی کمتر:

  • گرمای کمتری ایجاد می‌کند؛
  • فضای برد مدار را کمتر اشغال می‌کند؛
  • عمر باتری را افزایش می‌دهد.

اجزای مدار آمپلی فایر کلاس D

مدار آمپلی فایر کلاس D از چند جزء کاربردی مهم تشکیل می‌شود. در ادامه این اجزا و کارکرد آنها را به صورت جداگانه معرفی می‌کنیم.

فیلتر ورودی

فیلتر ورودی این امکان را به آمپلی فایر می‌دهد که برای کارایی بهتر، سیگنال ورودی را به سطح DC مناسب بایاس کند. فیلتر ورودی یک فیلتر‌های پس است که اجزای DC را از سیگنال ورودی حذف می‌کند. فیلتر ورودی روی قطب فرکانس پایین و بهره و قدرت سیگنال خروجی تاثیر می‌گذارد.

انتگرال گیر

انتگرال گیر عملیات ریاضی جمع کردن ولتاژ ورودی و ولتاژ فیدبک را اجرا می‌دهد. مدارهای انتگرال گیری آمپلی فایرها روی قطب فرکانس پایین و پهنای باند خروجی تاثیر می‌گذارند.

ژنراتور مرجع

مدار ژنراتور مرجع یک مدار تقسیم کننده ولتاژ است که دو ولتاژ مرجع برای تغذیه دو اپ آمپ مقایسه کننده در مدار کنترل پل H را تولید می‌کند. این مدار یک ولتاژ حالت مشترک هم برای مدار انتگرال گیر تولید می‌کند. هرچه مقدار دو ولتاژ مرجع نزدیک تر باشند، تحریف‌هارمونیک کلی (THD) بهتر خواهد بود.

مدار PoR – پاور در ریست

مدار PoR امکان ریست داخلی در حین راه اندازی اولیه را برای تمام مدار فراهم می‌کند. همچنین منابع تغذیه آی سی را مانیتور می‌کند، خروجی را قطع می‌کند و وقتی ولتاژ کمتر از حداقل لازم باشد، ریست را اجرا می‌کند. مدار PoR مسئول تامین برق در حین رسیدن شیفتر سطح به ولتاژ مورد نیاز است.

پل H

پل H از یک جفت PMOS و یک جفت NMOS تشکیل می‌شود. دروازه‌های این چهار ترانزیستور توسط چهار خروجی کنترلر پل H فعال می‌شوند. مدار پل H کامل معمولاً با یک منبع تغذیه تکی (VDD) راه اندازی می‌شود و اتصال به زمین برای ترمینال منفی منبع تغذیه (VSS) استفاده می‌شود. ماهیت تفاضلی پل H برای VDD و VSS به این معنی است که می‌تواند دوبرابر سیگنال خروجی و چهار برابر برق خروجی پیاده سازی یک طرفه را عبور بدهد. تنها دو جفت از تراتزیستورها همزمان روشن هستند. این ویژگی مصرف انرژی را کاهش می‌دهد و کارایی آمپلی فایر کلاس D را بیشتر می‌کند.

جریان Shoot Through در پل H

مشکلی به نام Shoot Through می‌تواند کارایی آمپلی فایرهای کلاس D را کاهش بدهد و منجر به توقف عملکرد احتمالی بشود. این مشکل در حین انتقال و وقتی پیش می‌آید که یک دستگاه قطع شده و دستگاه دیگر روشن است. در حین انتقال، هر دو دستگاه برای مدت خیلی کوتاهی روشن هستند و یک پالس جریان بزرگ می‌تواند از آن دو عبور کند. راه حل این مشکل فعال کردن دروازه‌های ماسفت‌ها با موج‌های مربعی نامتقارن از طریق دو مقایسه کننده است. طوری که یکی از دستگاه‌ها قبل از روشن شدن دستگاه دیگری، قطع بشود.

هدررفت انرژی در پل H

یکی از جنبه‌های مهم طراحی پل‌های مبتنی بر ماسفت، سایز ماسفت است. بهینه سازی سایز die برای حداقل هدررفت انرژی به امپدانس بار، خروجی برق مورد نیاز و فرکانس ساعت بستگی دارد. هرچه سایز die ترانزیستور بیشتر باشد، سوئیچینگ و هدررفت دروازه بیشتر خواهد بود. سایز بزرگتر هم هدررفت انتقال و رسانایی را کاهش می‌دهد. هدررفت‌های انتقال ماسفت به RDS – مقاومت تخلیه منبع بستگی دارد. RDS به حرارت بستگی دارد و با افزایش دمای اتصال (RDS) افزایش می‌یابد. در حین فعالیت آمپلی فایر، تخلیه جریان مطابق معادله زیر انجام می‌شود:

(P(conduction) = (ID RMS)2•RDS(on

کارایی آمپلی فایر به هدررفت انرژی کلی ماسفت بستگی دارد. هدررفت انرژی در ماسفت‌ها نتیجه انتقال، سوئیچینگ و هدررفت شارژ دوازه است که در معادله زیر نشان داده شده است:

(Total Power Loss = P (switching)+P(conduction

برای به حداقل رساندن هدررفت سوئیچینگ و تحریف، از یک مدار PoR استفاده می‌شود. اگر شیفتر سطح خازن به درستی شارژ نشود، مدار PoR در حالت high قرار می‌گیرد و برعکس.

علاوه براین، هدررفت انرژی ماسفت روی دمای اتصال ماسفت (TJ) تاثیر می‌گذارد چون اکثر هدررفت انرژی به گرما تبدیل می‌شود. دمای اتصال یکی از مهمترین نکات طراحی آمپلی فایر است چون سایز هیت سینک مورد استفاده را مشخص می‌کند. هدررفت انرژی زیاد TJ و در نیجه اندازه هیت سینک را افزایش می‌دهد.

کنترل پل H

کنترلر پل H ولتاژ ورودی اعمال شده به سرتاسر پل را کنترل می‌کند. پل H دو مقایسه کننده دارد: فلیپ فلاپ D و مدار سوئیچینگ نیم پل که پالس‌های قطب‌های مخالف ماسفت‌ها را تامین می‌کنند. این دو مقایسه کننده با ولتاژ مرجع ژنراتور مرجع تغذیه می‌شوند. به این ترتیب یک خروجی موج مربعی تولید می‌شود که به عنوان ورودی فلیپ فلاپ D استفاده می‌شود. فلیپ فلاپ D به عنوان ضامن خروجی مقایسه کننده برای همگام سازی آن با ساعت تکی که بهش وصل می‌شود، عمل می‌کند. بافرها هم نمی‌گذارند شیفتر سطح مدار کنترلر پل H را دشارژ کند.

شیفتر سطح

شیفتر سطح ولتاژ، دروازه ولتاژ PMOS را فعال می‌کند. مدار PoR مسئول تامین ولتاژ در حین رسیدن شیفتر سطح به ولتاژ مورد نیاز است. خیلی مهم است که ظرفیت خازنی ورودی شیفتر سطح کوچک باشد تا ظرفیت خازنی دروازه PMOS هم به حداقل برسد. ظرفیت خازنی دروازه ماسفت باید کم باشد تا اتلاف انرژی و گرما در شیفتر سطح به حداقل برسد.

فیلتر فیدبک

مدار فیلتر فیدبک یک سیستم فیدبک نسبی است. فیلترهای فیدبک به این خاطر در آمپلی فایر کلاس D استفاده می‌شوند که بهره با حلقه بالا کارایی آمپلی فایر را بیشتر می‌کند (با حذف انحراف ناشی از غیرخطی‌ها در مسیر رو به جلو و کاهش نویز منبع تغذیه و افزایش ریجکشن منبع تغذیه (PSR)). ولتاژ فیدبک در نسبت با ولتاژ تفاضلی ولتاژهای نود چپ و راست پل H مشخص می‌شود.

ژنراتور ساعت

مدار ژنراتور ساعت یک سیگنال تایمینگ (که به عنوان سیگنال ساعت شناخته می‌شود) تولید می‌کند که برای همگاه سازی فعالیت مدار استفاده می‌شود. این مدار یک سیگنال مربعی از ۰V-5V تولید می‌کند. فرکانس این سیگنال موج مربعی به عنوان فرکانس نمونه برای سیگنال ورودی عمل می‌کند. هرچه فرکانس نمونه بالاتر باشد، انحراف سیگنال خروجی کمتر خواهد بود.

منبع

خلاصه مطلب
آمپلی فایر کلاس D چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟
عنوان مطلب
آمپلی فایر کلاس D چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟
توضیح کوتاه
در این پست با اجزای مدار آمپلی فایر کلاس D آشنا می‌شوید.
نویسنده

بیشتر بخوانید:

معرفی تخته مدار چاپی (PCB) به زبان ساده هر دستکاه الکترونیکی از چندین قطعه الکترونیکی مختلف مانند آی سی ، ترانزیستور ، دیود ، خازن ، مقاومت ، نمایشگر ، نشانگر ، دکمه ، درگاه اتصال و ... تشکی...
چطور مدار الکترونیکی را از برد بورد به بورد اصلی منتقل کنیم؟... اگر ساختنی های الکترونیکی سایت را دنبال کرده باشید، حتماً می دانید بهتر است ابتدا مدار را روی برد بورد بسازید و سپس آن را به بورد اصلی منتقل کنید. با ...

درباره عاطفه اسدزاده

عاطفه اسدزاده
عاطفه اسدزاده،یکی از نویسندگان وبسایت ساختنی است.

پیشنهاد می کنیم

آمپلی فایر کلاس D ساده اما قدرتمند بسازید

در این ساختنی آموزش ساخت آمپلی فایر کلاس D را یاد می‌گیرید. ساخت این مدار …

پاسخ دهید