如何使用MOSFET构建高效的D类音频放大器
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在过去的几十年里，音频内容已经走过了漫长的道路，从经典的电子管放大器到现代的媒体播放器，技术进步改变了数字媒体的消费方式。在所有这些创新中，便携式媒体播放器已成为消费者的首选之一，因为它们具有充满活力的音质和长电池寿命。那么它是如何工作的，它听起来是多么的好。作为一个电子发烧友，这个问题总是出现在我的脑海里。尽管扬声器技术取得了进步，但放大器方法的改进发挥了重要作用，这个问题的明显答案是D类放大器。因此，在本项目中，我们将借此机会讨论D类放大器，并了解其优点和缺点。最后，我们将构建放大器的硬件原型并测试其性能。听起来很有趣，对吗?让我们开始吧。
如果您对音频放大器电路感兴趣，您可以查看我们关于该主题的文章，其中我们使用运算放大器，mosfet和IC(如TDA2030， TDA2040和TDA2050)构建电路。
D类放大器的基础知识
什么是d类音频放大器?最简单的答案是，它是一个开关放大器。但是为了理解它的工作原理，我们需要了解它是如何工作的以及开关信号是如何产生的，为此，您可以按照下面给出的框图进行操作。
那么为什么是开关放大器呢?这个问题显而易见的答案是效率。与A类、B类和AB类放大器相比，D类音频放大器的效率可达90-95%。其中AB类放大器的最高效率为60-65%，因为它们工作在有源区域并且表现出低功率损耗，如果将集电极-发射极电压与电流相乘，您可以发现。要了解更多有关该主题的信息，请查看我们关于功率放大器类别的文章，其中我们讨论了所有相关的损耗因素。
现在，回到我们D类音频放大器的简化框图，正如你所看到的，在非反相端，我们有音频输入，在反相端，我们有高频三角形信号。此时，当输入音频信号的电压大于三角波的电压时，比较器输出变高，当信号变低时，输出变低。通过这种设置，我们只是用高频载波信号调制输入音频信号，然后连接到MOSFET栅极驱动IC，顾名思义，驱动器用于驱动两个MOSFET的高侧和低侧栅极一次。在输出端，我们得到一个强大的高频方波，我们通过一个低通滤波器得到我们最终的音频信号。
构建d类音频放大电路所需的元件
现在，我们已经了解了D类音频放大器的基础知识，我们可以开始寻找构建DIY D类放大器的组件。由于这是一个简单的测试项目，组件需求非常通用，您可以从当地的业余爱好商店找到其中的大部分。下面给出了一个组件列表，并附有图片。
构建D类功率放大器的零件清单：
•Ir2110 IC - 1
•Lm358运算放大器- 1
•定时器IC - 1
•Lm7812 IC - 1
•Lm7805 IC - 1
•102pf电容器- 1
•103pf电容器- 1
•104pf电容器- 2
•105pf电容器- 1
•224pf电容器- 1
•22uF电容器- 1
•470uF电容器- 1
•220uF电容器- 1
•100uF电容器- 2
•2.2K电阻- 1
•10 K电阻- 2
•10R电阻- 2
•3.5毫米音频插孔- 1
•5.08 mm螺钉端子- 2
•UF4007二极管- 3
•IRF640 mosfet - 2
•10K修剪锅- 1
•26uH电感器- 1
•3.5毫米耳机插孔- 1
D类音频放大器原理图
我们的d类放大电路原理图如下所示：
在PerfBoard上构建电路
正如你从主图中看到的，我们已经在一块板子上做了电路。因为，首先，电路非常简单，其次，如果出现问题，我们可以快速，轻松地修改它。我们在铜线的帮助下进行了大部分连接，但在一些最后阶段，我们不得不使用一些连接线来完成构建。完成的perfboard电路如下所示。
d类音频放大器的工作原理
在本节中，我们将介绍电路的每个主要模块并解释每个模块。这个基于运算放大器的d类音频放大器是由非常通用的组件组成的，你可以在当地的业余爱好商店找到它们。
输入稳压器：
我们首先用LM7805 (5V稳压器)和LM7812(12伏稳压器)调节输入电压。这一点很重要，因为我们将使用13.5V直流适配器为电路供电，并为NE555和IR2110 IC供电，需要5V和12V电源。
带555稳定多谐振荡器的三角波发生器
从上图中可以看到，我们使用了一个带有2.2K电阻的555定时器来产生一个260KHz的三角形信号，如果你想了解更多关于不稳定多振子的信息，你可以查看我们之前关于基于555定时器的不稳定多振子电路的文章，在那里我们描述了所有必要的计算。
调制电路：
从上图可以看到，我们使用了一个简单的LM358运算放大器来调制输入音频信号。说到输入音频信号，我们使用两个10K输入电阻来获得音频信号，因为我们使用单个电源，我们附加了一个电位器来抵消输入音频中存在的零信号。当输入音频信号的值大于输入三角波时，这个比较器的输出将是高的，并且在输出处，我们将得到一个调制的方波，然后我们将其馈送到MOSFET栅极驱动IC。
IR2110 MOSFET栅极驱动IC：
由于我们正在使用一些中等高频，我们使用MOSFET栅极驱动IC来正确驱动MOSFET。所有必要的电路都按照IR2110 IC数据表的建议放置。为了正常工作，该IC需要输入信号的反转信号，这就是为什么我们使用BF200高频晶体管来产生输入信号的反转方波。
MOSFET输出级：
从上图中可以看到，我们有MOSFET输出级，这也是主要的输出驱动器，因为我们正在处理高频和电感，总是涉及瞬态，这就是为什么我们使用一些UF4007作为反激二极管，防止MOSFET受到损坏。
LC低通滤波器：
MOSFET驱动级的输出是高频方波，这个信号绝对不适合驱动像扬声器这样的负载。为了防止这种情况，我们使用了26uH的电感和1uF的非极化电容来制作低通滤波器，记为C11。这就是简单电路的工作原理。
d类放大电路测试
正如你可以从上面的图像中看到的，我已经使用了一个12V电源适配器来为电路供电。由于我使用的是价格合理的中国产品，它发出的比12V多一点，确切地说，它是13.5V，这对于我们的板载LM7812稳压器来说是完美的。作为负载，我使用4欧姆，5瓦扬声器。至于音频输入，我用的是3.5毫米插孔的笔记本电脑。
当电路接通电源时，没有明显的嗡嗡声，因为你可能从其他类型的放大器得到，但正如你在视频中看到的，这个电路并不完美，它在更高的输入电平有一个裁剪问题，所以这个电路有很大的改进空间。当我驾驶适度低负载时，mosfet根本没有发热，因此对于这些测试，它不需要任何散热器。
进一步增强
这个D类功率放大器电路是一个简单的原型，有很大的改进空间，我对这个电路的主要问题是采样技术，这需要改进。为了减少放大器的削波，需要计算适当的电感和电容值，以获得一个完美的低通滤波器级。与往常一样，电路可以在PCB上制作以获得更好的性能。可以加一个保护电路，防止电路过热或短路。
本文编译自circuitdigest
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