Penguat kelas D. PWM - modulasi lebar pulsa Contoh penggunaan regulator PWM

Bagikan ke:
Saat ini sudah saatnya untuk membuka bagian “Lakukan sendiri” yang setengah terlupakan di era defisit sosial. Devaluasi rubel telah menyebabkan kenaikan harga barang elektronik impor, dan membeli power amplifier baru menjadi mahal. Selain itu, perangkat Hi-Fi klasik yang beroperasi di kelas A dan A-B sayangnya memiliki efisiensi yang rendah - hal ini disebabkan oleh listrik yang mahal. Oleh karena itu, amplifikasi “digital” di kelas D merupakan solusi anti-krisis. Saat mengontrol volume di mixer kartu audio, Anda dapat memasang amplifier digital meskipun Anda memegang besi solder di tangan untuk pertama kalinya. Hal utama adalah mendapatkan sirkuit mikro yang "benar"...

NXP, yang baru-baru ini meluncurkan Kelas D TDA8950E yang memecahkan rekor di pasar, didirikan oleh Philips yang dihormati dengan fokus pada produksi semikonduktor. Jadi tidak diragukan lagi produk selanjutnya akan luar biasa.Respon frekuensi amplitudo dari output "akustik" dari sirkuit mikro, seperti yang diharapkan, bergantung pada resistansi beban. Sirkuit mikro mulai melorot pada frekuensi tinggi dengan beban 8 ohm. Sedangkan 4 dan 6 Ohm hanyalah sebuah kesenangan untuk sirkuit mikro ini. Rollover pada frekuensi rendah tidak signifikan, dan besarnya beban tidak mempengaruhinya. Menghubungkan melalui rangkaian jembatan dalam mode mono secara seragam meningkatkan respons frekuensi tepat 6 dB. Ketika tingkat daya meningkat, distorsi harmonik berperilaku berbeda pada frekuensi berbeda. Pada frekuensi menengah, distorsi biasanya meningkat di hampir seluruh rentang daya. Pada 10 W untuk 1 kHz, distorsi 0,1% masih belum bisa disebut kecil. Distorsi minimum pada 100 Hz pada 10 W: 0,007%. Dengan beban 4 ohm, lonjakan distorsi global terjadi pada tanda 100 W. Penetrasi saluran kecil, minimal pada 100 Hz (-68 dB). Respons frekuensi yang diambil dalam mode “Mute” bersifat indikatif: ketergantungan pada beban tidak relevan, namun peningkatan eksponensial pada tingkat latar belakang dalam rentang frekuensi ultrasonik mengkhawatirkan.

Menemukan sirkuit mikro seri TDA secara eceran tidaklah sulit. Papan siap pakai juga dijual, dan Anda hanya perlu membeli catu daya. Kami menerima sirkuit mikro TDA8950E terbaru untuk pengujian, ditempatkan pada papan "demonstrasi" mini dengan kabel yang sesuai. Radiator logam kecil dengan sirip yang dikembangkan untuk pembuangan panas alami dipasang ke sirkuit mikro (ditekan dengan braket penutup). Untuk menguji perangkat ini, tidak ada lagi yang bisa dilakukan selain segera membuat amplifier dengan tangan Anda sendiri.

Semakin rendah tegangan suplai sirkuit mikro, semakin rendah daya keluarannya. Secara elektrik, 150 W per saluran dicapai dengan pasokan kutub ±37 V. Dalam hal ini trafo harus kuat agar dapat menahan arus 2 A tanpa mengalami pembengkokan. Idealnya, ini adalah toroidal, dan dengan dua belitan keluaran, untuk mendapatkan daya polar tanpa masalah. Lebih baik mengambil jembatan dioda yang sudah jadi, di mana semuanya ada dalam satu rumahan, hanya empat kaki yang menonjol - kami menyuplai tegangan bolak-balik ke dua yang internal, dan menghilangkan tegangan konstan dari dua yang eksternal. Kemudian kami mengambil sepasang kapasitor polar dengan kapasitas 2000 μF untuk tegangan 50–60 V (dengan margin) (10.000 μF adalah yang diperintahkan dokter) dan, dengan memperhatikan polaritasnya dengan ketat (jika tidak, “kapasitor khan”), kita menyalakannya secara paralel dengan titik persekutuan yang membentuk inti tengah belitan keluaran trafo. Satu "conder" dengan kapasitas 10.000 uF akan berharga 150 rubel.

Untuk memuluskan pulsa frekuensi tinggi, termasuk yang menembus soket, kami menyolder (juga secara paralel) kapasitor keramik dengan kapasitas sekitar 0,1 μF (polaritas tidak penting). Untuk memastikan keamanan, diperlukan sakelar sakelar yang mematikan "fase" dan "bumi". Sekring diinginkan (untuk arus 1–2 A, sesuai konsumsi). Tidak ada salahnya untuk memasang satu kapasitor 630 V berkapasitas 0,047 μF tepat di belakang sekring (yang disolder secara seri, yaitu ke celah salah satu kabel) sejajar dengan steker. Mari kita jelaskan: kapasitor yang disolder paralel dengan beban adalah filter orde pertama yang menekan semua komponen di atas frekuensi tertentu yang ditentukan oleh kapasitansi kapasitor tersebut. Semakin besar kapasitansinya, semakin rendah frekuensi cutoffnya. Kami menghubungkan kabel daya terpolarisasi negatif ke terminal papan amplifier bertanda Vss, dan kabel positif ke terminal Vdd. Kami menghubungkan kabel yang berasal dari titik bersama ke terminal ground (Gnd). Semua! Amplifier sudah siap.

Sebelum menerapkan 220 V, masuk akal untuk melakukan penyolderan, "membunyikan" dengan penguji untuk korsleting yang tidak disengaja. Pertama kali, gunakan 220 V selama beberapa detik, idealnya dengan menyambungkan bukan speaker, tetapi resistor kuat minimal 4,7 Ohm untuk 10–15 W. Yang lemah (hingga ~5 W) akan mati dengan cepat atau bahkan seketika. Pada awalnya, ada baiknya mengirimkan sinyal lemah, mengurangi level volume di kartu audio hingga hampir nol. Jika tidak ada elemen yang memanas terlalu cepat, trafo tidak berdengung, dll., amplifier dapat digunakan. Hampir tidak mungkin untuk membakar sirkuit mikro itu sendiri berkat perlindungan listrik terhadap korsleting, perlindungan termal terhadap panas berlebih, perlindungan terhadap muatan listrik statis, dan kunci “anti bodoh” lainnya. Sistem speaker pasif dihubungkan sesuai dengan fase: satu speaker di Out1 dengan terminal “+” dan “–”, yang lain di Out2 dengan terminal “+” dan “–” yang sama. Jika Anda mengganti posisi “+” dan “–” (polaritas) pada salah satu speaker, maka tidak ada yang akan terbakar, tetapi Anda tidak akan mendapatkan efek stereo yang bagus.


Mengukur parameter penguat kelas D menggunakan program RMAA yang populer dan kartu suara yang tersedia, tanpa filter analog berkualitas tinggi (lebih dari 40 dB) yang memotong semua serpihan ultrasonik, adalah tugas yang bodoh. Frekuensi pembawa PWM yang terkenal (untuk TDA8950E adalah 345 kHz) hanyalah puncak gunung es. Tentu saja, menekan frekuensi yang menembus output sirkuit mikro ini memerlukan filter yang kuat. Tidak merusak sinyal yang berguna tidaklah semudah kelihatannya. Tugas tersebut diperburuk oleh aktivitas impuls, waktunya singkat, tetapi amplitudonya tidak lemah. Oleh karena itu, dalam hal ini, jelas tidak ada gunanya khawatir untuk melakukan pengukuran di rumah.


Mendengarkan secara ahli terjadi dibandingkan dengan amplifier stereo Hi-Fi terintegrasi Harman-Kardon HK970 dengan daya 120 W pada 4 Ohm (0,3% THD), yang memiliki sirkuit klasik dengan transistor efek medan yang kuat dan mengkonsumsi 410 W. Sistem akustik pasif adalah pasangan stereo Hi-Fi (dipilih dengan cermat oleh pabrikan sesuai dengan rentang parameter teknologi) DALI Suite, buatan Denmark. Ini adalah kombinasi sukses yang dapat dikonfirmasi oleh banyak audiofil. Akustik berfungsi seperti monitor studio yang tidak memihak, tidak memaafkan kekurangan rekaman sedikit pun. Distorsi pada unit amplifikasi apa pun, jika kritis, juga mudah terlihat oleh telinga.

Tenaga yang dihasilkan TDA8950E bekas ini jujur ​​saja mengejutkan. Di ruangan seluas 12 meter persegi. Jendela mulai bergetar pada "kecepatan rendah". Tidak perlu menaikkan level volume di mixer kartu audio. Namun, saluran kiri dan kanan tidak sepenuhnya identik; gambar stereo yang direkonstruksi mungkin kabur. Namun, saat memutar format terkompresi seperti MP3, hal ini tidak penting. Dibandingkan dengan amplifier Hi-Fi sejati yang dipadukan dengan akustik sensitif, distorsi yang ditimbulkan oleh “digital” kami tidak akan luput dari perhatian audiophile berpengalaman.

Jadi, amplifier stereo "digital", yang dibuat berdasarkan TDA8950E, ternyata bertenaga dan ekonomis. Jika Anda tidak menyalahgunakan volume ekstrem, kualitas suara secara umum dapat diterima (menurut standar akustik multimedia). Perhatian khusus harus diberikan pada filter keluaran - filter tersebut tidak diterapkan dengan cara terbaik di papan "paus". Pilihan paling optimal untuk menggunakan chip TDA8950E adalah mode mono dengan koneksi jembatan, yaitu pada subwoofer aktif. Patut dipuji karena amplifier tidak menyerah pada beban impedansi rendah dan tidak menekan frekuensi rendah pada volume rendah.

Prinsip pengoperasian amplifier kelas D

Teknologi amplifikasi suara modulasi lebar pulsa (PWM), yang memunculkan apa yang disebut kelas D, mulai diperkenalkan lebih dari sepuluh tahun yang lalu, meskipun idenya sendiri sudah muncul lebih awal. Amplifier Kelas D baru-baru ini hadir lebih dari sekadar perangkat audio digital portabel. TV, sistem stereo, home theater dalam kotak, perangkat audio mobil, dan banyak sistem speaker multimedia mengandung chip berukuran cukup kecil yang menghasilkan panas yang sangat sedikit. Efisiensi sirkuit modern meningkat pesat seiring dengan daya, mencapai 90% pada setengah maksimumnya. Pada saat yang sama, efisiensi penguat transistor, hingga saat ini kelas A-B yang paling umum, tidak mencapai 40%. Pada kekuatan penuh, tidak ada gunanya membandingkannya, karena amplifier mana pun sudah mendekati maksimum yang diinginkan dan pecah menjadi kliping, menghasilkan harmonik frekuensi tinggi. Kelas A hanya dapat membanggakan efisiensi 25%, dan kelas B murni - 78% (secara teoritis, dengan daya yang mendekati maksimum).

Topologi Kelas A, yang memberikan kualitas suara tertinggi, melibatkan penggunaan setiap transistor sebagai sumber arus konstan yang mampu menyuplai speaker dengan arus yang diperlukan baik pada setengah gelombang positif dan negatif (sinyal suara secara alami bersifat polar). Penguat seperti itu, secara kasar, harus mengeluarkan setengah daya untuk mempertahankan komponen arus konstan pada “level netral”, yaitu, bahkan ketika tidak ada sinyal input. Dalam topologi Kelas B, mempertahankan komponen arus konstan diabaikan dengan memaksa transistor beroperasi secara push-pull untuk setengah gelombang positif dan negatif. Harga yang harus dibayar tidak bisa dihindari: meminimalkan distorsi menjadi tantangan teknis yang serius. Topologi hybrid kelas A-B memungkinkan komponen arus konstan pada keluaran transistor, tetapi nilainya jauh lebih kecil daripada di kelas A, agar tidak menyentak transistor setidaknya pada daya rendah (tidak sepertikelas B). Artinya, amplifier kelas A-B beroperasi di kelas A dengan daya rendah, dan pada daya sedang dan maksimum - di kelas B. Secara alami, pada daya rendah, efisiensi amplifikasi di kelas A-B rendah, tetapi tidak ada masalah dengan distorsi.

Keunikan topologi kelas D adalah, berkat konversi awal lebar pulsa dari sinyal audio, transistor beroperasi dalam mode pulsa pada frekuensi tinggi, selalu dalam keadaan terbuka. Secara kiasan, mereka tidak punya waktu untuk "terjebak" pada arus searah, dan kebutuhan akan kontrol apa pun hilang - pencatatan jam kerja secara otomatis diatur oleh frekuensi modulasi.

Amplifier kelas D sering disebut amplifier digital. Faktanya adalah bahwa inti dari sirkuit mikro, secara umum, tidak peduli dengan sinyal mana yang akan digunakan: sinyal PWM analog (secara lahiriah sangat mengingatkan pada pengkodean DSD untuk SACD) atau sinyal satu bit digital murni (dengan pengambilan sampel berlebihan). Faktanya, keduanya merupakan modulasi kode, dan sinyal yang dikodekan memiliki amplitudo puncak yang konstan sepanjang waktu (baik nol atau satu). Memperkuat sinyal seperti itu lebih mudah daripada lobak kukus. Benar, hasil amplifikasi seperti itu harus dilakukan “pembersihan” tertentu, tapi lain ceritanya.


Bagian: [Penguat daya frekuensi rendah (tabung)]
Simpan artikel ke:

PWM atau PWM (Modulasi Lebar Pulsa) - modulasi lebar pulsa- Metode ini dirancang untuk mengontrol besarnya tegangan dan arus. Tindakan PWM adalah mengubah lebar pulsa dengan amplitudo konstan dan frekuensi konstan.

Sifat regulasi PWM digunakan dalam konverter pulsa, di sirkuit kontrol motor DC, atau kecerahan LED.

Prinsip operasi PWM

Prinsip pengoperasian PWM, sesuai dengan namanya, adalah mengubah lebar pulsa sinyal. Saat menggunakan metode modulasi lebar pulsa, frekuensi dan amplitudo sinyal tetap konstan. Parameter terpenting dari sinyal PWM adalah siklus kerja, yang dapat ditentukan dengan rumus berikut:

Dapat juga dicatat bahwa jumlah waktu sinyal tinggi dan rendah menentukan periode sinyal:

Di mana:

• Ton - waktu tingkat tinggi
• Toff - waktu tingkat rendah
• T—periode sinyal

Waktu tinggi dan waktu rendah sinyal ditunjukkan pada gambar di bawah. Tegangan U1 adalah keadaan sinyal tingkat tinggi, yaitu amplitudonya.

Gambar berikut merupakan contoh sinyal PWM dengan interval waktu tinggi dan rendah tertentu.

Perhitungan siklus kerja PWM

Perhitungan duty cycle PWM menggunakan contoh:

Untuk menghitung persentase faktor pengisian, Anda harus melakukan perhitungan serupa dan mengalikan hasilnya dengan 100%:

Sebagai berikut dari perhitungan, dalam contoh ini, sinyal (level tinggi) ditandai dengan pengisian sebesar 0,357 atau sebaliknya 37,5%. Faktor pengisian adalah nilai abstrak.

Karakteristik penting dari modulasi lebar pulsa juga dapat berupa frekuensi sinyal, yang dihitung dengan rumus:

Nilai T, dalam contoh kita, harus diambil dalam hitungan detik agar satuan dalam rumusnya cocok. Karena rumus frekuensinya adalah 1/detik, maka mari kita ubah 800 ms menjadi 0,8 detik.

Berkat kemampuan untuk menyesuaikan lebar pulsa, dimungkinkan untuk mengubah, misalnya, nilai tegangan rata-rata. Gambar di bawah menunjukkan siklus kerja yang berbeda dengan tetap mempertahankan frekuensi sinyal dan amplitudo yang sama.

Untuk menghitung tegangan rata-rata PWM, Anda perlu mengetahui siklus kerjanya, karena tegangan rata-rata adalah produk dari siklus kerja dan amplitudo tegangan sinyal.
Misalnya, siklus kerja sama dengan 37,5% (0,357) dan amplitudo tegangan U1 = 12V akan menghasilkan tegangan rata-rata Uav:

Dalam hal ini, tegangan rata-rata sinyal PWM adalah 4,5 V.

PWM memberikan kemampuan yang sangat sederhana untuk menurunkan tegangan dalam rentang tegangan suplai U1 hingga 0. Hal ini dapat digunakan, misalnya, untuk kecepatan putaran motor DC (arus searah) yang ditenagai oleh nilai tegangan rata-rata.

Sinyal PWM dapat dihasilkan oleh mikrokontroler atau rangkaian analog. Sinyal dari rangkaian tersebut dicirikan oleh tegangan rendah dan arus keluaran yang sangat rendah. Jika perlu untuk mengatur beban kuat, sebaiknya digunakan sistem kendali, misalnya menggunakan transistor.

Ini bisa berupa transistor bipolar atau efek medan. Dalam contoh berikut ini akan digunakan.

Contoh pengontrolan LED menggunakan PWM.

Sinyal PWM disuplai ke basis transistor VT1 melalui resistor R1, dengan kata lain transistor VT1 hidup dan mati seiring dengan perubahan sinyal. Hal ini mirip dengan situasi di mana transistor dapat diganti dengan saklar biasa, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Ketika sakelar ditutup, LED ditenagai melalui resistor R2 (pembatas arus) dengan tegangan 12V. Dan ketika saklar terbuka, rangkaian terputus dan LED padam. Peralihan dengan frekuensi rendah seperti itu akan menghasilkan .

Namun jika diperlukan untuk mengontrol intensitas LED maka perlu dilakukan peningkatan frekuensi sinyal PWM agar dapat menipu mata manusia. Secara teori, peralihan pada frekuensi 50 Hz sudah tidak terlihat lagi oleh mata manusia, sehingga berdampak pada penurunan kecerahan LED.

Semakin rendah siklus kerja, LED akan semakin lemah karena LED akan menyala lebih sedikit dalam satu periode.

Prinsip yang sama dan skema serupa dapat digunakan. Namun dalam kasus motor, perlu menggunakan frekuensi switching yang lebih tinggi (di atas 15-20 kHz) karena dua alasan.

Yang pertama berkaitan dengan suara yang dihasilkan mesin (derit yang tidak menyenangkan). Frekuensi 15-20 kHz merupakan batas teoritis pendengaran telinga manusia, sehingga frekuensi di atas batas tersebut tidak akan terdengar.

Pertanyaan kedua menyangkut kestabilan mesin. Saat menggerakkan mesin dengan sinyal frekuensi rendah dengan siklus kerja rendah, kecepatan mesin akan menjadi tidak stabil atau dapat mengakibatkan berhenti total. Oleh karena itu, semakin tinggi frekuensi sinyal PWM, semakin tinggi pula kestabilan tegangan keluaran rata-rata. Riak tegangan juga lebih sedikit.

Namun, Anda tidak boleh meningkatkan frekuensi sinyal PWM terlalu banyak, karena pada frekuensi tinggi transistor mungkin tidak punya waktu untuk membuka atau menutup penuh, dan rangkaian kontrol tidak akan berfungsi dengan benar. Hal ini terutama berlaku untuk transistor efek medan, yang waktu pengisiannya bisa relatif lama, tergantung pada desainnya.

Frekuensi sinyal PWM yang terlalu tinggi juga menyebabkan peningkatan rugi-rugi pada transistor, karena setiap peralihan menyebabkan rugi-rugi energi. Saat mengontrol arus besar pada frekuensi tinggi, penting untuk memilih transistor berkecepatan tinggi dengan resistansi konduksi rendah.

Saat mengontrol, ingatlah untuk menggunakan dioda untuk melindungi transistor VT1 dari lonjakan induksi yang muncul ketika transistor dimatikan. Berkat penggunaan dioda, pulsa induksi dan resistansi internal motor dilepaskan melaluinya, sehingga melindungi transistor.

Diagram sistem kendali kecepatan motor DC dengan dioda pelindung.

Untuk memperlancar lonjakan daya di antara terminal motor, Anda dapat menghubungkan kapasitor kecil (100nF) secara paralel ke terminal tersebut, yang akan menstabilkan tegangan antara peralihan transistor secara berurutan. Ini juga akan mengurangi kebisingan yang disebabkan oleh seringnya perpindahan transistor VT1.

Amplifier audio tradisional kelas A, B, dan AB untuk perangkat seluler mandiri telah lama tidak lagi cocok untuk pengembang karena efisiensinya yang rendah dan, sebagai akibatnya, konsumsi daya baterai atau baterai yang tinggi. Amplifier Kelas D memiliki efisiensi yang jauh lebih tinggi, sehingga paling memenuhi persyaratan peralatan portabel modern. Amplifier ini juga digunakan pada peralatan stasioner (TV, komputer pribadi, sistem stereo rumah atau mobil, dan bahkan peralatan amplifikasi yang kuat untuk teater dan ruang konser) karena pengurangan ukuran, berat dan harga dengan parameter kualitas yang sebanding dengan perangkat generasi sebelumnya. kelas A, B dan AB. Kemajuan teknologi semikonduktor dalam beberapa tahun terakhir telah memungkinkan Texas Instruments mengembangkan chip untuk membuat amplifier audio Kelas D berkualitas tinggi dengan daya keluaran maksimum berkisar antara beberapa hingga beberapa ratus watt.

Disipasi daya penguat yang beroperasi di kelas D secara signifikan lebih kecil dibandingkan perangkat kelas AB serupa yang beroperasi dalam mode yang sama. Hal ini diilustrasikan pada Gambar. 1 (Chip Texas Instruments TPA2012D2, yang dirancang untuk amplifier portabel, diambil sebagai contoh).

Beras. 1.

Dari Gambar 1 terlihat jelas bahwa dengan daya keluaran yang sama, penguat kelas D mempunyai rugi-rugi daya yang beberapa kali lebih kecil dibandingkan dengan penguat sejenis kelas AB pada seluruh rentang daya keluaran. Keuntungan terbesar diperoleh pada daya keluaran sedang. Dalam mode inilah peralatan reproduksi suara paling sering digunakan. Properti yang dicatat dilengkapi dengan Gambar. 2, mengilustrasikan ketergantungan efisiensi pada daya keluaran penguat yang sama dalam mode pengukuran yang mirip dengan Gambar. 1. Pada daya rendah dan menengah, efisiensi penguat kelas D dua sampai tiga kali lebih tinggi dibandingkan penguat kelas AB.

Beras. 2.

Perbandingan efisiensi dan disipasi daya untuk amplifier dengan daya keluaran yang sangat rendah mungkin tidak mendukung amplifier Kelas D karena daya modulator frekuensi tinggi yang relatif tinggi yang mengubah sinyal analog menjadi pulsa gelombang persegi dengan modulasi lebar pulsa (PWM). Oleh karena itu, penguat linier kelas AB dengan daya keluaran yang sangat rendah terkadang lebih disukai daripada penguat kelas D. Prinsip pengoperasian penguat kelas D paling sederhana tanpa umpan balik diilustrasikan pada Gambar 3.

Beras. 3.

Sinyal masukan preamplifier dimodulasi gelombang segitiga untuk mengubahnya menjadi pulsa termodulasi lebar pulsa, yang diperkuat oleh tahap keluaran mode sakelar. Selanjutnya, filter low-pass LC mengintegrasikan pulsa dengan durasi berbeda dan memotong komponen spektrum frekuensi tinggi, hanya menyisakan sinyal frekuensi audio yang dipilih. Osilogram proses PWM untuk penguat kelas D yang dibuat menggunakan rangkaian jembatan ditunjukkan pada Gambar. 4. Modulasi pada amplifier kelas D dapat dilakukan dengan berbagai cara, tetapi PWM adalah yang paling umum.

Beras. 4.

Sinyal audio dibandingkan dengan bentuk gelombang gigi gergaji atau segitiga dengan frekuensi tetap. Penguat pertama pada Gambar 3 diperlukan untuk pra-penguatan dan bias sinyal ke level yang diinginkan. Penguat kedua dan generator tegangan segitiga membentuk modulator PWM. Pada Gambar 4, durasi pulsa termodulasi lebar sebanding dengan level sinyal analog input. Rangkaian jembatan memerlukan pulsa PWM dengan polaritas berlawanan untuk mengontrol kaki jembatan lainnya. Gambar 3 dan 4 menunjukkan versi rangkaian yang disederhanakan. Dalam rangkaian nyata penguat kelas D, generator waktu jeda antara pulsa harus dipasang untuk mencegah aktivasi dua transistor keluaran secara bersamaan dan menghilangkan arus yang mengalir. Frekuensi modulasi dan cutoff dari low-pass filter biasanya dipilih beberapa kali lebih tinggi dari frekuensi cutoff atas amplifier. Pemilihan elemen filter LC harus dilakukan dengan sangat hati-hati. Masalah ini mendapat perhatian khusus dalam dokumentasi pabrikan dan petunjuk penggunaan.

Texas Instruments memproduksi IC untuk membuat amplifier Kelas D berdaya rendah, sedang, dan tinggi. Parameter untuk amplifier kelas D daya rendah ditunjukkan pada Gambar. 5 dan dalam tabel. 1.

Beras. 5.

Tabel 1. IC Texas Instruments untuk amplifier Kelas D dengan daya keluaran rendah dan menengah (input analog)

Nama	Keterangan	Stereo/mono	Cemberut, W	Memuat (menit), Ohm	Tegangan catu daya,B		Setengah Daya THD+N* (%), F = 1 kHz	PSSR**dB	Perumahan
					(menit)	(maks)
TPA2017D2	SmartGain, AGC/DRC, antarmuka GPIO	Stereo	2,8	4	2,5	5,5	0,2	80	QFN-20
TPA2000D2	penguat daya sedang	Stereo	2,5	3	4,5	5,5	0,05	77	TSSOP-24
TPA2000D4	amplifier untuk telepon stereo	Stereo	2,5	4	3,7	5,5	0,1	70	TSSOP-32
TPA2012D2	amplifier di housing WCSP 2 x 2 mm	Stereo	2,1	4	2,5	5,5	0,2	75	WCSP-16, QFN-20
TPA2016D2	Antarmuka SmartGain, AGC/DRC, I2C	Stereo	1,7	8	2,5	5,5	0,2	80	WCSP-16
TPA2001D2	penguat daya rendah	Stereo	1,25	8	4,5	5,5	0,08	77	TSSOP-24
TPA2100P1	untuk emitor piezoceramic	Mono	19 hal	1,5 μF (piezo)	2,5	5,5	0,2	90	WCSP-16
TPA2035D1	masukan diferensial, 1,5 x 1,5 mm	Mono	2,75	4	2,5	5,5	0,2	75	WCSP-9
TPA2032/3/4D1	masukan diferensial, tetap memperoleh	Mono	2,75	4	2,5	5,5	0,2	75	WCSP-9
TPA2013D1		Mono	2,7	4	1,8	5,5	0,2	95	WCSP-16, QFN-20
TPA2036D1	perlindungan sirkuit pendek dengan pemulihan otomatis	Mono	2,5	4	2,5	5,5	0,2	75	WCSP-9
TPA2031D1	mirip dengan TPA2010D1, tetapi dengan soft start	Mono	2,5	4	2,5	5,5	0,2	75	WCSP-9
TPA2010D1	masukan diferensial; 1,45 x 1,45 mm	Mono	2,5	4	2,5	5,5	0,2	75	WCSP-9
TPA2018D1	SmartGain AGC/DRC, antarmuka I2C	Mono	1,7	8	2,5	5,55	0,2	80	WCSP
TPA2014D1	konverter DC/DC penambah bawaan.	Mono	1,5	8	2,5	5,5	0,1	91	WCSP-16, QFN-20
TPA2006D1	masukan diferensial	Mono	1,45	8	2,5	5,5	0,2	75	QFN-8
TPA2005D1	masukan diferensial	Mono	1,4	8	2,5	5,5	0,2	75	MSOP-8, QFN-8, BGA-15
*Setengah Daya THD+N - (distorsi harmonik + noise) pada setengah daya maks. nilai (diukur pada frekuensi 1 kHz). **PSSR - Catu Daya Rasio Penolakan - koefisien penekanan kebisingan di sepanjang sirkuit daya

Pertama-tama, chip ini dimaksudkan untuk diintegrasikan ke dalam perangkat seluler. Sebagian besar amplifier tersebut dirancang untuk tegangan suplai dari 2,5 hingga 5,5 V, namun chip amplifier saluran tunggal TPA2013D1 memiliki rentang tegangan suplai yang diperluas dari 1,8 hingga 5,5 V berkat konverter DC/DC boost bawaan ( DC/DC yang ditingkatkan). Hal ini memungkinkan untuk memastikan daya keluaran yang konstan pada seluruh rentang tegangan suplai operasi dibandingkan dengan amplifier kelas D konvensional, yang diilustrasikan dengan jelas pada Gambar. 6.

Beras. 6.

Dengan daya keluaran sekitar 1,5 W pada rentang tegangan suplai 2,3 hingga 4,8 V, karakteristiknya berada dalam kisaran ±0,1 W. Kebanyakan amplifier konvensional di kelas ini memiliki ketergantungan yang hampir linier antara daya keluaran maksimum pada tegangan suplai. Keuntungan amplifier dengan konverter DC/DC step-up bawaan adalah kemampuannya untuk beroperasi pada tegangan baterai yang jauh lebih rendah (atau dengan debit yang lebih dalam), yang meningkatkan tingkat penggunaan sumber daya otonom.

Diagram blok sirkuit mikro TPA2013D1 dan TPA2014D1 dengan konverter DC/DC boost bawaan ditunjukkan pada Gambar. 7.

Beras. 7.

Sirkuit mikro memberikan perlindungan terhadap peralihan yang tidak diinginkan saat mengganti konverter DC/DC boost. Stabilizer internal memastikan stabilitas karakteristik pada rentang tegangan suplai yang luas. Jika perlu, keluaran konverter DC/DC boost dapat digunakan untuk memberi daya pada sirkuit tambahan berdaya rendah di perangkat portabel. Jika Anda perhatikan lebih dekat parameter PSSR (rasio penekanan kebisingan catu daya) pada tabel. 1, sungguh mengejutkan bahwa amplifier dengan boost DC/DC bawaan yang memiliki nilai parameter ini jauh lebih baik (91...95 dB) dibandingkan dengan amplifier lain di kelas ini.

Di antara amplifier dengan daya keluaran rendah dan menengah, ada juga yang khusus untuk bekerja dengan emitor piezoceramic dengan kapasitansi yang diizinkan hingga 1,5 µF. Dalam hal ini, ayunan tegangan keluaran pada beban kapasitif mencapai 19 V (puncak ke puncak) dengan tegangan suplai minimum yang diizinkan hanya 2,5 V. Perlu diperhatikan bahwa parameter (THD + N), yang mencirikan distorsi harmonik total bersama dengan komponen kebisingan, diukur pada frekuensi 1 kHz dengan setengah daya dari nilai maksimum yang diizinkan.

Pada Gambar. Gambar 8 menunjukkan navigator untuk memilih sirkuit mikro amplifier Kelas D berdaya tinggi (penghitungan daya tinggi untuk amplifier Texas Instruments kelas ini dimulai dari 3 W).

Beras. 8.

Parameter utama dari sirkuit mikro ini dirangkum dalam tabel. 2. Beberapa sirkuit mikro yang ditunjukkan pada Gambar. 8 dan dalam tabel. 2 hanya mengacu pada produk yang diumumkan, sehingga ketersediaan sampel harus diperiksa di situs web produsen.

Meja 2. IC Texas Instruments untuk Amplifier Kelas D Output Tinggi (Input Analog)

Nama	Keterangan	cemberut W	Memuat (menit), Ohm	Tegangan catu daya,B		Setengah Daya THD+N* (%), F = 1 kHz	PSSR**,dB	Perumahan
				(menit)	(maks)
TAS5630	Penguat 300 W (stereo) dengan sistem operasi	300	TBD***	TBD	50	TBD	80	QFP-64
TAS5615	Penguat 150 W (stereo) dengan sistem operasi	150	TBD	TBD	50	TBD	80	QFP-64
TAS5412		100	2	6	24	0,04	75	HTQFP-64
TAS5422	amplifier (stereo) dengan input seimbang	100	2	6	24	0,04	75	HTQFP-64
TAS5414A	amplifier (quad) dengan input tidak seimbang	45	2	8	22	0,04	75	SSOP-36, HTQFP-64
TAS5424A	amplifier (quad) dengan input seimbang	45	2	8	22	0,04	75	SSOP-44
TPA3106D1	amplifier (mono) dengan input sinkronisasi	40	4	10	26	0,2	70	HLQFP-32
TPA3123D2	amplifier (stereo) dengan input tidak seimbang	25	4	10	30	0,08	60	HTSSOP-24
TPA3100D2	penguat (stereo) 20 W	20	4	10	26	0,1	80	HTQFP-48, QFN-48
TPA3001D1	penguat (mono) 20 W	20	4	8	18	0,06	73	HTSSOP-24
TPA3110D2	amplifier (stereo) dengan batasan daya	15	4	8	26	<0,1	70	TSSOP-28
TPA3122D2		15	4	10	30	<0,15	60	PDIP-20
TPA3107D2	penguat (stereo) 15 W	15	6	10	26	0,08	70	HTQFP-64
TPA3124D2	penguat (stereo) 15 W dengan fungsi Bisu****	15	4	10	26	0,04	60	TSSOP-24
TPA3121D2	amplifier (stereo) dengan input tidak seimbang	15	4	10	26	0,04	60	TSSOP-24
TPA3004D2		12	4	8,5	18	0,1	80	HTQFP-48
TPA3125D2	amplifier (stereo) di rumah DIP-20	10	4	10	26	0,15	60	PDIP-20
TPA3101D2	penguat (stereo) 10 W	10	4	10	26	0,1	80	HTQFP-48, QFN-48
TPA3111D1	amplifier (mono) dengan batasan daya	10	4	8	26	<0,1	70	TSSOP-28
TPA3002D2	amplifier (stereo) dengan kontrol volume	9	8	8,5	14	0,06	80	HTQFP-48
TPA3007D2	penguat (stereo) 6,5 W	6,5	8	8	18	0,2	73	TSSOP-24
TPA3009D2	amplifier (stereo) dengan kontrol volume	6	8	8,5	14	0,045	80	HTQFP-48
TPA3005D2	penguat (stereo) 6 W	6	8	8	18	0,1	80	HTQFP-48
TPA3003D2	amplifier (stereo) dengan kontrol volume	3	8	8,5	14	0,2	80	TQFP-48
TPA2008D2	amplifier (stereo) dengan kontrol volume	3	3	4,5	5,5	0,05	70	HTSSOP-24
*Setengah Daya THD+N - (distorsi harmonik + noise) pada setengah daya maks. nilai (diukur untuk frekuensi 1 kHz) **PSSR - Rasio Penolakan Catu Daya - koefisien penekanan rangkaian catu daya ***TBD - Untuk Didokumentasikan - data akan ditentukan oleh pabrikan nanti ****Mute - mute suara

Berdasarkan chip Texas Instruments, dimungkinkan untuk merancang amplifier Kelas D dengan daya keluaran hingga 300 W pada tegangan suplai maksimum hingga 50 V.

Yang sangat menarik bagi pengembang mungkin adalah sirkuit mikro dua saluran baru untuk amplifier kelas TPA3122D2 dan TPA3125D2 dalam paket DIP20.

Beras. 9.

Beras. 10.

Paket ini lebih mudah untuk dipasang dan ditata dibandingkan paket BGA dengan timah bola mini. Diagram koneksi untuk amplifier stereo ini sederhana dan ditunjukkan pada Gambar. 11. Parameter yang sesuai dengan TPA3125D2 (daya hingga 10 W) disorot dengan warna biru, TPA3122D2 (daya hingga 15 W) disorot dengan warna merah.

Beras. sebelas.

Sirkuit mikro memiliki dua input kontrol penguatan (empat level), serta kemampuan untuk mematikan (Shutdown) dan mematikan suara (Mute). Pada Gambar. Gambar 11 menunjukkan opsi paling umum untuk menyalakan amplifier dua saluran dalam mode SE (Single Ended Output - beban terhubung ke setiap saluran - mode "stereo"). Untuk meningkatkan daya keluaran sirkuit mikro yang dipertimbangkan secara signifikan, dimungkinkan untuk membuat penguat jembatan saluran tunggal dari dua saluran dari satu sirkuit mikro (rangkaian BTL - Bridge Tied Load - menghubungkan beban ke sirkuit jembatan). Diagram skema untuk menghubungkan sirkuit mikro TPA3125D dan TPA3122D untuk versi jembatan penguat kelas D diberikan dalam dokumentasi pabrikan untuk penguat ini. Pada Gambar. Gambar 9 dan 10 menunjukkan ketergantungan daya keluaran pada tegangan suplai pada kondisi pengukuran yang sama untuk rangkaian dalam mode stereo (SE) dan untuk versi jembatan (rangkaian BTL).

Pengukuran daya keluaran maksimum dievaluasi pada nilai tertentu dari jumlah semua komponen distorsi harmonik dan kebisingan (THD + N). Ketika beralih ke rangkaian jembatan menggunakan tegangan suplai, resistansi beban, dan distorsi sinyal total yang sama, daya keluaran meningkat beberapa kali lipat. Oleh karena itu, pada amplifier yang kuat, rangkaian jembatan biasanya digunakan. Hanya satu chip dalam paket DIP20 dengan koneksi ini memungkinkan Anda membuat amplifier dengan daya keluaran maksimum sekitar 50 W pada tegangan suplai 30 V.

Kebisingan dan distorsi nonlinier

Informasi dasar tentang sinyal audio dikodekan oleh lebar pulsa pada keluaran modulator. Kebutuhan untuk memberikan penundaan sebesar jumlah jeda menyebabkan distorsi nonlinier sebanding dengan penyimpangan dari durasi pasti pulsa modulasi. Koefisien redaman kebisingan dari catu daya PSSR memiliki pengaruh yang kuat terhadap kebisingan. Karena resistansinya yang rendah, kebisingan dari catu daya dapat langsung disalurkan ke speaker. Filter low-pass memotong komponen berfrekuensi tinggi, namun membiarkan noise berfrekuensi rendah melewatinya. Untuk suara berkualitas tinggi, Anda harus memilih sirkuit mikro dengan koefisien redaman interferensi yang tinggi dari sumber listrik. Solusi efektif untuk masalah ini adalah dengan memperkenalkan umpan balik yang dalam, seperti yang dilakukan pada banyak penguat linier. Umpan balik dari input filter low-pass sangat meningkatkan PSSR dan mengurangi distorsi total dan noise yang muncul sebelum filter LC. Distorsi pada filter itu sendiri dapat dikurangi dengan menghubungkan loudspeaker ke sirkuit OS. Pada amplifier Kelas D loop tertutup yang dirancang dengan baik, faktor distorsi harmonik total kurang dari 0,01% dapat dicapai secara realistis.

Kesimpulan utama

Semakin banyak perangkat audio baru yang dibuat berdasarkan amplifier Kelas D yang ekonomis dan efisien. Pengalaman Texas Instruments selama bertahun-tahun dan teknologi baru membuatnya merasa percaya diri di pasar yang sangat kompetitif ini. Amplifier Kelas D memungkinkan, sekaligus meningkatkan efisiensi, untuk mengurangi dimensi beberapa kali dengan menghilangkan atau secara signifikan mengurangi ukuran radiator di sirkuit berdaya tinggi. Diperlukan catu daya yang kurang kuat, yang selanjutnya mengurangi harga perangkat amplifikasi. Texas Instruments memproduksi papan demo untuk banyak chip yang dibahas dalam artikel ini. Anda dapat mengetahui solusi untuk membangun sistem audio di situs web produsen di bagian tersebut www.ti.com/audio, dan untuk sistem manajemen daya - di bagian www.power.ti.com.

Memperoleh informasi teknis, memesan sampel, pengiriman - email:

Ini adalah pengoperasian transistor dan penguat pada amplitudo kecil dari tegangan mati yang lebih rendah dari tegangan bias. Dalam hal ini, amplitudo sinyal audio lebih kecil dari tegangan bias. Dalam keadaan ini, transistor hanya menghantarkan bagian atas setengah gelombang positif, yang sangat mendistorsi sinyal. Oleh karena itu, pada amplifier audio, kelas ini tidak digunakan. Mode pengoperasian transistor ini memiliki efisiensi tinggi (sekitar 85%).

Modus operasi Kelas D- ini adalah penguat sinyal dengan modulasi lebar pulsa (PWM) dan modulasi frekuensi pulsa (PFM), di mana sinyal audio analog diubah menjadi bentuk digital, dan konversi sebaliknya terjadi pada tahap keluaran.

Dalam kasus pertama, lebar sinyal pulsa yang disintesis sebanding dengan amplitudo sinyal input (analog), dalam kasus kedua, nilai variabelnya adalah frekuensi pulsa. Bagaimanapun, ketika membuat penguat daya kelas "D", kami memperoleh koefisien distorsi nonlinier yang tinggi karena proses konversi tambahan dari sinyal yang diperkuat.

Untuk mentransfer penguat daya ke kelas "D", perlu untuk membuat mode operasi kunci untuk transistor keluaran - menutup dan membukanya. Untuk melakukan ini, sinyal PWM yang diproses oleh rangkaian periodik pulsa persegi panjang (sinyal persegi panjang) disuplai ke basis (gerbang) transistor. Gelombang persegi yang melewati transistor membuka dan menguncinya. Sebagai hasil dari proses pulsa (dalam waktu singkat), titik operasi transistor keluaran dibuat. Oleh karena itu, arus tidak akan mengalir melalui transistor jika tidak ada sinyal, hal ini menyebabkan distorsi suara yang merupakan ciri kelas “B”.

Diketahui bahwa proses elektronik multitasking dan kecepatan peralihan transistor tidak terjadi secara instan; hal ini mengubah bentuk sinyal dan menambah panjang jalurnya. Selain itu, distorsi suara intermodulasi pada amplifier PWM memiliki hubungan langsung antara frekuensi modulasi dan frekuensi sinyal yang diperkuat, sehingga membatasi penggunaannya dalam rentang audio.

Kelas "D" memiliki satu keunggulan yang tidak dapat disangkal - efisiensi tinggi - 90%.
Penguat subwoofer adalah aplikasi nyata kelas "D" dalam audio.
Sinyal PWM digunakan untuk merekam format disk audio - SACD. Namun dalam praktiknya, terdapat kekurangan signifikan dari format baru ini.

Modulasi lebar pulsa adalah metode untuk mengontrol perangkat ketika, dengan menyesuaikan durasi pulsa sehubungan dengan periodenya, nilai rata-rata yang diinginkan tercapai, yaitu kurang dari amplitudo.

Misal: terdapat sumber listrik dengan tegangan 100 volt, dan elemen pemanas dengan hambatan operasi 10 ohm. Jika Anda menghubungkan perangkat langsung ke sumbernya, Anda akan mendapatkan pelepasan panas sebesar 1000 watt, dan ini akan terjadi terus menerus hingga perangkat terputus dari sumbernya. Namun bagaimana jika Anda hanya perlu mendapatkan 500 Watt, atau katakanlah 200 Watt, dengan sumber dan beban yang sama. Di sinilah modulasi lebar pulsa, atau disingkat PWM, dapat membantu. Dimungkinkan untuk menempatkan saklar terkontrol tertentu antara sumber dan penerima, yang akan menghubungkan beban ke sumber atau memutusnya, dan ini akan terjadi sehingga durasi penyalaan sama dengan durasi penonaktifan, dan ini harus diulangi berkali-kali, maka beban hanya akan diberi daya selama setengah dari seluruh waktu kerja, dan kita akan menerima, seperti dalam contoh kita, bukan 1000 Watt panas, tetapi 500 Watt, sesuai kebutuhan. Jika sekarang durasi hidup dibuat lima kali lebih kecil dari periode pulsa (jumlah durasi hidup dan durasi mati pada setiap siklus adalah periode pulsa), maka rata-rata daya beban akan menjadi lima kali lebih kecil, yaitu 200 Watt. . Ini adalah contoh yang sangat kasar untuk memberikan gambaran umum tentang prinsip tersebut.

Dengan cara yang sama, elemen-elemen sirkuit elektronik dikontrol, di mana, melalui sirkuit mikro khusus - pengontrol PWM, mode modulasi lebar pulsa yang diperlukan untuk mengendalikan sakelar daya diatur; contoh pengontrol PWM yang dapat disesuaikan adalah sirkuit mikro TL494, yang banyak digunakan di pasar komponen radio.

Prinsip PWM - modulasi lebar pulsa adalah mengubah lebar pulsa dengan tetap mempertahankan laju pengulangan pulsa yang konstan. Amplitudo pulsa tetap tidak berubah.

Kontrol lebar pulsa digunakan jika diperlukan untuk mengatur daya yang disuplai ke beban. Misalnya pada rangkaian kendali motor listrik DC, pada konverter pulsa, untuk mengatur kecerahan lampu LED, layar monitor LCD, display pada smartphone dan tablet, dll.

Sebagian besar catu daya sekunder untuk perangkat elektronik saat ini dibuat berdasarkan konverter pulsa; modulasi lebar pulsa juga digunakan pada amplifier kelas D frekuensi rendah (audio), mesin las, pengisi daya aki mobil, inverter, dll. PWM memungkinkan Anda melakukannya meningkatkan efisiensi ( Efisiensi) catu daya sekunder dibandingkan dengan rendahnya efisiensi perangkat analog.

Modulasi lebar pulsa bisa analog atau digital.

Modulasi Lebar Pulsa Analog

Seperti disebutkan di atas, frekuensi sinyal dan amplitudonya dengan PWM selalu konstan. Salah satu parameter terpenting dari sinyal PWM adalah siklus kerja, yang sama dengan rasio durasi pulsa T ke periode pulsa T. D = t/T . Jadi, jika kita memiliki sinyal PWM dengan durasi pulsa 300 s dan periode pulsa 1000 s, siklus kerjanya adalah 300/1000 = 0,3. Faktor pengisian juga dinyatakan dalam persentase, yang mana faktor pengisian dikalikan dengan 100%. Dengan menggunakan contoh di atas, persentase faktor pengisian adalah 0,3 x 100% = 30%.

Siklus kerja pulsa adalah rasio periode pulsa dengan durasinya, mis. kebalikan dari faktor pengisian. S = T/t .

Frekuensi sinyal didefinisikan sebagai kebalikan dari periode pulsa dan mewakili jumlah pulsa lengkap dalam 1 detik. Contoh diatas, dengan periode 1000 µs = 0,001 s maka frekuensinya adalah F= 1/0,001 – 1000 (Hz).

Arti dari PWM adalah mengatur nilai tegangan rata-rata dengan cara mengubah duty cycle. Nilai tegangan rata-rata sama dengan produk siklus kerja dan amplitudo tegangan. Jadi, dengan duty cycle 0,3 dan amplitudo tegangan 12 V, nilai tegangan rata-rata adalah 0,3 x 12 = 3,6 (V). Ketika siklus kerja berubah dalam kisaran yang dimungkinkan secara teoritis dari 0% hingga 100%, tegangan akan berubah dari 0 hingga 12 V, yaitu. Modulasi lebar pulsa memungkinkan Anda menyesuaikan tegangan dalam kisaran dari 0 hingga amplitudo sinyal. Yang digunakan untuk mengatur kecepatan putaran motor listrik DC atau terangnya suatu lampu.

Sinyal PWM dihasilkan oleh mikrokontroler atau rangkaian analog. Sinyal ini biasanya mengontrol beban berdaya tinggi yang terhubung ke sumber daya melalui rangkaian switching bipolar atau transistor efek medan. Dalam mode peralihan, perangkat semikonduktor terbuka atau tertutup, dan keadaan perantara dihilangkan. Dalam kedua kasus tersebut, daya termal yang dapat diabaikan dihamburkan pada sakelar. Karena daya ini sama dengan produk arus yang melalui sakelar dan penurunan tegangan yang melewatinya, dan dalam kasus pertama arus yang melalui sakelar mendekati nol, dan yang kedua tegangan.

Dalam keadaan transisi, terdapat tegangan yang signifikan pada sakelar dengan aliran arus yang signifikan, mis. Daya panas yang hilang juga signifikan. Oleh karena itu, sebagai kuncinya, perlu menggunakan perangkat semikonduktor inersia rendah dengan waktu peralihan yang cepat, sekitar puluhan nanodetik.

Jika rangkaian kunci mengontrol LED, maka pada frekuensi sinyal rendah LED akan berkedip seiring dengan perubahan tegangan sinyal PWM. Pada frekuensi sinyal di atas 50 Hz, kedipan menyatu karena kelembaman penglihatan manusia. Kecerahan keseluruhan LED mulai bergantung pada faktor pengisian - semakin rendah faktor pengisian, semakin lemah cahaya LED.

Saat mengontrol kecepatan putaran motor DC menggunakan PWM, frekuensi PWM harus sangat tinggi, dan di luar rentang frekuensi audio yang terdengar, yaitu. melebihi 15-20 kHz, jika tidak, motor akan “berbunyi”, mengeluarkan bunyi mencicit yang mengganggu telinga pada frekuensi PWM. Stabilitas mesin juga bergantung pada frekuensi. Sinyal PWM frekuensi rendah dengan siklus kerja rendah akan menyebabkan pengoperasian motor tidak stabil dan bahkan kemungkinan matinya mesin.

Jadi, ketika mengendalikan motor, diinginkan untuk meningkatkan frekuensi sinyal PWM, tetapi bahkan di sini pun ada batasan yang ditentukan oleh sifat inersia sakelar semikonduktor. Jika kunci beralih dengan penundaan, rangkaian kontrol akan mulai bekerja dengan kesalahan. Untuk menghindari kehilangan energi dan mencapai efisiensi konverter pulsa yang tinggi, sakelar semikonduktor harus memiliki kecepatan tinggi dan resistansi konduktivitas rendah.

Sinyal dari keluaran PWM juga dapat dirata-ratakan menggunakan filter low-pass sederhana. Kadang-kadang Anda dapat melakukannya tanpa ini, karena ia memiliki induktansi listrik dan inersia mekanis tertentu. Pemulusan sinyal PWM terjadi secara alami ketika frekuensi PWM melebihi waktu respons perangkat yang dikontrol.

PWM dapat diimplementasikan menggunakan dua input, salah satunya disuplai dengan sinyal gigi gergaji periodik atau segitiga dari generator bantu, dan yang lainnya dengan sinyal kontrol modulasi. Durasi bagian positif dari pulsa PWM ditentukan oleh waktu di mana level sinyal kontrol yang disuplai ke satu input komparator melebihi level sinyal generator tambahan yang disuplai ke input komparator lainnya.

Ketika tegangan generator tambahan lebih tinggi dari tegangan sinyal kontrol, keluaran komparator akan memiliki bagian pulsa negatif.

Siklus kerja sinyal persegi panjang periodik pada keluaran komparator, dan dengan demikian tegangan rata-rata regulator, bergantung pada tingkat sinyal modulasi, dan frekuensi ditentukan oleh frekuensi sinyal generator tambahan.

Modulasi Lebar Pulsa Digital

Ada jenis PWM yang disebut PWM digital. Dalam hal ini, periode sinyal diisi dengan sub-pulsa persegi panjang, dan jumlah sub-pulsa dalam periode tersebut diatur, yang menentukan nilai sinyal rata-rata untuk periode tersebut.

Dalam PWM digital, subpulsa pengisian periode (atau “satuan”) dapat muncul di mana saja dalam periode tersebut. Nilai tegangan rata-rata selama suatu periode hanya ditentukan oleh jumlahnya, sedangkan sub-pulsa dapat mengikuti satu demi satu dan bergabung. Sub-pulsa yang terpisah menyebabkan mode pengoperasian kunci yang lebih ketat.

Sebagai sumber sinyal PWM digital, Anda dapat menggunakan port COM komputer dengan sinyal keluaran 10-bit. Dengan mempertimbangkan 8 bit informasi dan 2 bit start/stop, sinyal port COM berisi 1 hingga 9 "satu", yang memungkinkan Anda mengatur tegangan dalam kisaran 10-90% dari tegangan suplai dalam langkah 10% .