Разработка последних стала возможной благодаря появлению современных мощных полупроводниковых приборов В англоязычной литературе такие усилители называются PWM- усилителями (Pulse Width Modulation — модуляция широты импульса), в русскоязычной — усилителями с ШИМ (широтно-импульсной модуляцией). При использовании модуляции ширины импульса можно создать усилители с очень большим коэффициентом полезного действия (свыше 80%). Такие усилители необходимы, в частности, для автомобилей, где при выходной мощности в сотни ватт требуются небольшие габариты и малое потребление тока DT аккумуляторов.

[info]Обязательным условием жизни современного человека является качественное освещение городов, парковок, автомобильных магистралей, вокзалов и стадионов. Металлические опорные столбы, которые обеспечивают освещение территорий, отличаются функциональностью, эстетичностью и долговечностью. Кронштейны  для светильников позволяют обеспечить качественную фиксацию непосредственно осветительных элементов к опорам освещения и другим вертикальным поверхностям. [/info]

Принцип действия таких усилителей состоит в том, что с помощью генератора формируется серия импульсов постоянной частоты, которые модулируются входным сигналом так, чтобы их длительность (ширина) зависела от мгновенной амплитуды входного сигнала. Этот сигнал усиливается и пропускается через фильтр низких частот, после которого вновь получается входной сигнал, но уже существенно более мощный.

Выходной каскад усилителей работает в ключевом режиме Силовые транзисторы (в настоящее время, как правило, мощные MOSFET-транзисторы) или закрыты, или находятся в проводящем состоянии. В закрытом состоянии мощность на них практически не рассеивается, в проводящем состоянии благодаря исключительно низкому сопротивлению открытых каналов рассеиваемая мощность также мала.

Потери на силовых ключах возникают только при переключениях из одного состояния в другое (понятно, что время переключения не может быть нулевым). Современные полевые транзисторы в этом отношении достаточно быстродействующие, поэтому нагрев оконечных транзисторов будет совсем незначительным по сравнению с традиционными усилителями классов А или В.

Схема усилитель класса d

Схема ключевого усилителя представлена на рис.1. Необходимые для модуляции треугольные импульсы вырабатываются функциональным генератором NE566. Времязадающими элементами генератора служат R10, Р2 и Сб. Импульсы треугольной формы подаются на входы элемента G1. Конденсатор С7 служит для устранения возникающих помех. Делитель напряжения R8-R9 устанавливает фиксированную амплитуду выходных импульсов.

Входной сигнал складывается с треугольными импульсами на входе элемента G1, который используется в качестве компаратора. Остальные три элемента этой микросхемы, соединенные для увеличения выходного тока параллельно, «раскачивают» оптроны ОС1 и ОС2.

Порог срабатывания компаратора устанавливается настройкой Р1. Оптроны ОС1 и ОС2, с помощью которых в данной схеме осуществляется гальваническая развязка входных (низковольтных) и выходных (высоковольтных) каскадов, должны быть достаточно быстодействующими (с временами переключения порядка 0,2 … 0,4 мс).

Для работы полевых транзисторов без искажений на высоких частотах требуются весьма мощные коммутирующие импульсы с крутыми фронтами. Это условие обеспечивают элементы микросхем IC1 (G5…G8) и IC2 (G9…G12), которые, как и элементы IC3 (G2…G4), соединены для увеличения выходного тока параллельно. Выходной фильтр низких частот L-C14 препятствует попаданию на нагрузку сигнала коммутации частотой около 30 кГц. На громкоговорителе остаточный высокочастотный сигнал после фильтрации имеет величину порядка 1 В, и громкоговорители выдерживают его без повреждения.

Схема блока питания не приводится, поскольку она никаких особенностей не имеет. Максимальный входной сигнал усилителя — 300 мВ при входном импедансе около 5 кОм, номинальный импеданс нагрузки 8…16 Ом. Усилитель размещен на печатной плате размерами 84×86 мм, чертеж платы представлен на рис.2, а схема размещения деталей на ней на рис.3. При монтаже на плате сначала устанавливаются пассивные элементы, начиная с самых малогабаритных.

При пайке активных элементов особое внимание обращаем на соответствующие технические предписания (защиту от статического электричества, перегрева и т.д.). Полевые транзисторы устанавпиваются на общий радиатор с использованием слюдяных прокладок. Перед сборкой их соприкасающиеся поверхности рекомендуется покрыть силиконово-жировой смазкой. Размеры радиатора составляют 50×100 мм, его желательно покрасить в черный цвет.

Для наладки усилителя необходимы вольтметр (мультиметр) и осциллограф. После сборки тщательно проверяем все пайки и дорожки печатной платы нет пи где замыканий или разрывов. Если все в порядке, подключаем усилитель класса d к блоку питания. При первом включении нужно непременно позаботиться об ограничении тока в блоке питания!

Мой опыт показывает, что очень простым и хорошим решением этой задачи является подключение лампочки накаливания мощностью40…60 Вт последовательно с первичной обмоткой сетевого трансформатора. Проверяем напряжения на клеммах усилителя. Если все в порядке, лампочку отключаем.

Устанавливаем движок потенциометра Р1 в среднее положение, вход усилителя класса d заземляем. После подачи питания проверяем осциллографом треугольный сигнал на выходе ИС4 (вывод 4), частоту которого с помощью Р2 нужно установить порядка 30 кГц (эта частота не критична). Проверяем управляющий сигнал на затворах Т1 и Т2. Максимальная величина сигнала должна составлять 12 В.

Если таковой есть, то на выходе мы должны получить симметричный треугольный сигнал максимальной величины 60 В. Точную симметрию регулируем при помощи Р1. напряжение после фильтра на эквиваленте нагрузки должно быть минимально возможной величины (близким к нулю). Важным элементом усилителя класса d является выходной фильтр. В качестве L можно использовать катушку индуктивностью 250…300 мГн без сердечника. В принципе, величина индуктивности не критична.

Конденсатор С14 требуется хорошего качества. В целях экономии места катушка и конденсатор фильтра на печатную плату не устанавливаются. Громкоговоритель подключается к усилителю проводами сечением не менее 1,5 мм². Входной сигнал подается коротким заземленным кабелем. Желаю успехов! Читайте также статьи: усилитель своими руками