D Sınıfı amplifikatör PWM - darbe genişliği modülasyonu Bir PWM regülatörü kullanma örneği.

Şurada paylaş:
Öyle bir dönem geldi ki artık sosyal açık çağının yarı unutulmuş “Kendin Yap” bölümünü açmanın zamanı geldi. Rublenin devalüasyonu ithal elektroniklerin fiyatında artışa yol açtı ve yeni bir güç amplifikatörü satın almak pahalı hale geldi. Üstelik A ve A-B sınıflarında çalışan klasik Hi-Fi cihazları ne yazık ki düşük verimliliğe sahip - bu pahalı elektrikle oluyor. Bu nedenle, D sınıfındaki “dijital” güçlendirme bir nevi kriz karşıtı çözümdür. Ses kartı mikserindeki ses seviyesini kontrol ederken, elinizde ilk kez bir havya tutuyor olsanız bile dijital amplifikatörü monte edebilirsiniz. Önemli olan "doğru" mikro devreyi elde etmektir...

Yakın zamanda rekor kıran güçlü Class D TDA8950E'yi piyasaya süren NXP, yarı iletken üretimine odaklanan saygın Philips tarafından kuruldu. Dolayısıyla bir sonraki ürünün olağanüstü olacağına şüphe yok.Mikro devrenin "akustik" çıkışlarının genlik-frekans tepkisi beklendiği gibi yük direncine bağlıdır. Mikro devre, 8 ohm'luk bir yük ile yüksek frekanslarda sarkmaya başlar. Oysa 4 ve 6 Ohm bu mikro devre için sadece bir keyiftir. Düşük frekanslardaki devrilme önemsizdir ve yükün büyüklüğü onu etkilemez. Mono modda bir köprü devresi üzerinden bağlanmak, frekans tepkisini eşit şekilde tam olarak 6 dB artırır. Güç seviyesi arttıkça harmonik bozulma farklı frekanslarda farklı davranır. Orta frekanslarda distorsiyon neredeyse tüm güç aralığında tipik olarak yükselir. 1 kHz için 10 W'ta %0,1'lik distorsiyonun hala küçük olduğu söylenemez. 10 W'ta 100 Hz'de minimum bozulma: %0,007. 4 ohm'luk bir yükte distorsiyondaki genel sıçrama 100 W işaretinde meydana gelir. Kanal nüfuzu küçüktür, 100 Hz'de (-68 dB) minimum düzeydedir. "Sessiz" modda alınan frekans tepkisi gösterge niteliğindedir: yüke bağımlılık önemsizdir, ancak ultrasonik frekans aralığında arka plan seviyesindeki üstel artış endişe vericidir.

Perakendede TDA serisi mikro devreleri bulmak zor değil. Yalnızca bir güç kaynağı satın almanız gereken hazır kartlar da satılmaktadır. Test için en son TDA8950E mikro devresini uygun kablolamayla minyatür bir "gösteri" panosuna yerleştirdik. Mikro devreye, doğal ısı dağılımı için geliştirilmiş kanatlara sahip küçük bir metal radyatör takılmıştır (bir kelepçe braketi ile bastırılmıştır). Bu cihazı test etmek için kendi ellerinizle hızlıca bir amplifikatör yapmaktan başka yapacak bir şey kalmamıştı.

Mikro devrenin besleme voltajı ne kadar düşük olursa, çıkış gücü de o kadar düşük olur. Elektriksel olarak ±37 V polar besleme ile kanal başına 150 W elde edilir. Bu durumda transformatörün bükülmeden 2 A akım tutabilmesi için güçlü olması gerekecektir. İdeal olarak, kutupsal gücü sorunsuz bir şekilde elde etmek için toroidaldir ve iki çıkış sargısına sahiptir. Her şeyin tek bir muhafazada olduğu, sadece dört bacağın dışarı çıktığı hazır bir diyot köprüsü almak daha iyidir - iki dahili olana alternatif voltaj sağlıyoruz ve iki harici olandan sabit voltajı kaldırıyoruz. Daha sonra 50-60 V voltaj için (marjlı) 2000 μF kapasiteli bir çift polar kapasitör alıyoruz (doktorun sipariş ettiği şey 10.000 μF'dir) ve polariteyi kesinlikle gözlemleyerek (aksi takdirde "han'ın kapasitörleri"), transformatörün çıkış sargılarının orta çekirdeğini oluşturan ortak noktaya paralel olarak açıyoruz. 10.000 uF kapasiteli bir "conder" 150 rubleye mal olacak. Hiç kimse, ucuz 2000 uF'leri paralelleştirerek istenen toplam kapasiteyi elde etmenizi yasaklamaz.

Soketten girenler de dahil olmak üzere yüksek frekanslı darbeleri yumuşatmak için, yaklaşık 0,1 μF kapasiteli bir seramik kapasitörü (ayrıca paralel olarak) lehimliyoruz (kutup önemli değil). Güvenliği sağlamak için hem "fazı" hem de "toprağı" kapatan bir geçiş anahtarı gereklidir. Bir sigorta arzu edilir (tüketime göre 1-2 A akım için). Fişe paralel olarak sigortanın hemen arkasına (seri halinde lehimlenmiş, yani tellerden birinin boşluğuna) 0,047 μF kapasiteli bir 630 V kapasitör takmanın zararı olmaz. Açıklayalım: Yüke paralel olarak lehimlenen bir kapasitör, bu kapasitörün kapasitansı tarafından belirlenen belirli bir frekansın üzerindeki tüm bileşenleri baskılayan birinci dereceden bir filtredir. Kapasitans ne kadar büyük olursa kesme frekansı o kadar düşük olur. Negatif polarize güç kablosunu amplifikatör kartının Vss işaretli terminaline, pozitif kabloyu ise Vdd terminaline bağlarız. Ortak noktadan gelen kabloyu toprak terminaline (Gnd) bağlıyoruz. Tüm! Amplifikatör hazır.

220 V uygulamadan önce, kazara kısa devre için bir test cihazı ile lehimleme, "çalma" işleminden geçmek mantıklıdır. İlk seferde, ideal olarak hoparlörleri değil, 10-15 W için en az 4,7 Ohm'luk güçlü dirençleri bağlayarak birkaç saniye boyunca 220 V uygulayın. Zayıf olanlar (~5 W'a kadar) hızlı bir şekilde, hatta anında ölecek. İlk başta, ses kartındaki ses seviyesini neredeyse sıfıra indirerek zayıf bir sinyal göndermeye değer. Elemanlardan hiçbiri çok hızlı ısınmıyorsa, transformatör gürültülü çalışmıyorsa vb. amplifikatör kullanılabilir. Kısa devrelere karşı elektriksel koruma, aşırı ısınmaya karşı termal koruma, statik elektrik yüklerine karşı koruma ve diğer "kusursuz" kilitler sayesinde mikro devrenin kendisini yakmak neredeyse imkansızdır. Pasif hoparlör sistemleri faza göre bağlanır: Out1'de bir hoparlör "+" ve "-" terminalleriyle, diğeri Out2'de aynı "+" ve "-" terminalleriyle. Hoparlörlerden birinin "+" ve "-" (kutupluluk) konumlarını değiştirirseniz, hiçbir şey yanmaz, ancak dürüst stereo efektleri elde edemezsiniz.


Popüler RMAA programını ve mevcut bir ses kartını kullanarak, tüm ultrasonik kalıntıları kesen yüksek kaliteli (40 dB'den fazla) bir analog filtreye sahip olmadan, D sınıfı bir amplifikatörün parametrelerini ölçmek aptalca bir iştir. Kötü şöhretli PWM taşıyıcı frekansı (TDA8950E için 345 kHz'dir) buzdağının sadece görünen kısmıdır. Elbette mikro devrenin çıkışlarına nüfuz eden bu frekansı bastırmak güçlü filtreler gerektirir. Yararlı bir sinyali bozmamak göründüğü kadar kolay değildir. Görev, süresi kısa olan ancak genliği zayıf olmayan dürtülerin aktivitesiyle daha da kötüleşir. Bu nedenle bu durumda evde ölçüm yapma konusunda endişelenmenize kesinlikle değmez.


Güçlü alan etkili transistörlere sahip klasik bir devreye sahip olan ve 410 W tüketen, 4 Ohm'da (%0,3 THD) 120 W güce sahip entegre Hi-Fi stereo amplifikatör Harman-Kardon HK970 ile karşılaştırıldığında uzman dinleme gerçekleşti. Pasif akustik sistemler, Danimarka'da üretilen bir Hi-Fi stereo çifti (üretici tarafından teknolojik parametre aralığına göre dikkatlice seçilmiş) DALI Suite idi. Bu, birçok müzik tutkununun onaylayabileceği başarılı bir kombinasyondur. Akustik, en ufak kayıt kusurlarını bile affetmeyen, tarafsız bir stüdyo monitörü gibi çalışır. Herhangi bir amplifikasyon ünitesindeki bozulmalar kritikse kulak tarafından da kolaylıkla fark edilebilir.

Kullanılan TDA8950E'nin ürettiği güç açıkçası şaşırtıcıydı. 12 metrekarelik bir odada. Pencereler zaten "düşük hızda" titremeye başladı. Ses kartı karıştırıcısındaki ses düzeyini artırmaya gerek yoktu. Ancak sol ve sağ kanalların tamamen aynı olmadığı ortaya çıktı; yeniden oluşturulan stereo görüntü bulanık olabilir. Ancak MP3 gibi sıkıştırılmış formatları oynatırken bu kritik değildir. Hassas akustikle birleştirilmiş gerçek bir Hi-Fi amplifikatörle karşılaştırıldığında, "dijital"imizin yarattığı bozulmalar deneyimli bir müzik tutkununun gözünden kaçmayacaktır.

Böylece TDA8950E temelinde yapılan "dijital" stereo amplifikatörün güçlü ve ekonomik olduğu ortaya çıktı. Aşırı ses seviyesini kötüye kullanmazsanız, ses kalitesi genel olarak kabul edilebilirdir (multimedya akustiği standartlarına göre). Çıkış filtrelerine özellikle dikkat edilmelidir - bunlar "balina" panosunda en iyi şekilde uygulanmamıştır. TDA8950E yongasını kullanmak için en uygun seçenek köprü bağlantılı mono moddur, yani aktif subwoofer'larda. Amplifikatörün düşük empedanslı yüklere boyun eğmemesi ve düşük ses seviyelerinde düşük frekansları bastırmaması övgüye değerdir.

D sınıfı amplifikatörlerin çalışma prensibi

D sınıfına yol açan darbe genişlik modülasyonu (PWM) ses yükseltme teknolojisi, fikrin kendisi daha önce ortaya çıkmasına rağmen, on yıldan fazla bir süre önce tanıtılmaya başlandı. D Sınıfı amplifikatörler son zamanlarda taşınabilir dijital ses cihazlarından daha fazlasına girmiştir. TV'ler, stereo sistemler, kutulu ev sinema sistemleri, araç ses cihazları ve birçok multimedya hoparlör sistemi, şaşırtıcı derecede az ısı üreten oldukça minyatür çipler içerir. Modern devrelerin verimliliği güçle birlikte hızlı bir şekilde artar ve halihazırda maksimum değerinin yarısı olan %90'a ulaşır. Aynı zamanda, yakın zamana kadar en yaygın A-B sınıfı olan transistörlü amplifikatörlerin verimliliği% 40'a ulaşmıyor. Tam güçte karşılaştırma yapmak anlamsızdır, çünkü herhangi bir amplifikatör zaten istenen maksimum değere yaklaşır ve kesintiye uğrayarak yüksek frekanslı harmonikler üretir. A Sınıfı yalnızca% 25 verimliliğe ve saf B sınıfı -% 78'e (teorik olarak, koşullu olarak maksimuma yakın bir güçle) sahip olabilir.

En yüksek kalitede ses sağlayan A Sınıfı topoloji, her bir transistörün hoparlöre hem pozitif hem de negatif yarım dalgalarda gerekli akımı sağlayabilen sabit bir akım kaynağı olarak kullanılmasını içerir (ses sinyali doğal olarak polardır). Kabaca konuşursak, böyle bir amplifikatör, "nötr seviyenin" sabit akım bileşenini, yani giriş sinyali olmadığında bile korumak için gücün yarısını harcamak zorundadır. B Sınıfı bir topolojide, transistörleri sırasıyla pozitif ve negatif yarım dalgalar için itme-çekme tarzında çalışmaya zorlayarak sabit bir akım bileşeninin korunması göz ardı edilir. Ödenecek bedel kaçınılmazdır: distorsiyonun en aza indirilmesi ciddi bir teknik zorluk haline gelir. A-B sınıfının hibrit topolojisi, transistörlerin çıkışında sabit bir akım bileşenine izin verir, ancak bu bileşen en azından düşük güçte (farklı olarak) transistörleri sarsmamak için A sınıfından çok daha küçük bir değere sahiptir.B sınıfı). Yani A-B sınıfı amplifikatörler A sınıfında düşük güçte, orta ve maksimum güçte - B sınıfında çalışır. Doğal olarak düşük güçte A-B sınıfındaki amplifikasyon verimliliği düşüktür, ancak bozulma ile ilgili herhangi bir sorun yoktur.

D sınıfı topolojinin püf noktası, ses sinyalinin ön darbe genişliği dönüşümü sayesinde, transistörlerin her zaman açık durumda kalarak yüksek frekansta darbe modunda çalışmasıdır. Mecazi anlamda konuşursak, doğru akıma "takılıp kalacak" zamanları yoktur ve herhangi bir kontrole olan ihtiyaç ortadan kalkar - saat, modülasyon frekansı tarafından otomatik olarak ayarlanır.

D Sınıfı amplifikatörlere genellikle dijital amplifikatörler denir. Gerçek şu ki, mikro devrenin çekirdeği genel olarak hangi sinyalle çalışılacağı konusunda hiçbir şey yapmıyor: analog PWM (SACD için DSD kodlamasına dışarıdan çok benzer) veya tamamen dijital bir bitlik sinyal (aşırı örneklemeyle) . Aslında her ikisi de kod modülasyonudur ve kodlanmış sinyalin zaman içinde sabit olan tepe genlikleri vardır (sıfır veya bir). Böyle bir sinyali yükseltmek, buharda pişirilmiş şalgamlardan daha kolaydır. Doğru, bu tür bir güçlendirmenin sonucunun belirli bir "temizliğe" tabi tutulması gerekecek, ancak bu farklı bir hikaye.


Bölüm: [Düşük frekanslı güç amplifikatörleri (tüp)]
Makaleyi şuraya kaydedin:

PWM veya PWM (Darbe Genişliği Modülasyonu) - darbe genişliği modülasyonu- Bu yöntem voltaj ve akımın büyüklüğünü kontrol etmek için tasarlanmıştır. PWM'nin eylemi, sabit genlik ve sabit frekanstaki bir darbenin genişliğini değiştirmektir.

PWM kontrolünün özellikleri darbe dönüştürücülerde, DC motorları kontrol eden devrelerde veya LED'lerin parlaklığında kullanılır.

PWM çalışma prensibi

Adından da anlaşılacağı gibi PWM'nin çalışma prensibi sinyalin darbe genişliğini değiştirmektir. Darbe genişliği modülasyonu yöntemini kullanırken sinyal frekansı ve genliği sabit kalır. PWM sinyalinin en önemli parametresi, aşağıdaki formülle belirlenebilen görev döngüsüdür:

Ayrıca yüksek ve düşük sinyal sürelerinin toplamının sinyalin periyodunu belirlediği de belirtilebilir:

Nerede:

• Ton - yüksek seviyeli zaman
• Toff - düşük seviye süresi
• T-sinyal periyodu

Sinyalin yüksek süresi ve düşük süresi alttaki şekilde gösterilmektedir. Gerilim U1, sinyalin yüksek seviye durumu, yani genliğidir.

Aşağıdaki şekil belirli bir yüksek ve düşük zaman aralığına sahip bir PWM sinyali örneğidir.

PWM görev döngüsü hesaplaması

Örnek kullanılarak PWM görev döngüsünün hesaplanması:

Yüzde doldurma faktörünü hesaplamak için benzer hesaplamalar yapmalı ve sonucu %100 ile çarpmalısınız:

Hesaplamadan da anlaşılacağı gibi, bu örnekte sinyal (yüksek seviye), 0,357'ye eşit veya %37,5'e eşit bir doluluk ile karakterize edilir. Doldurma faktörü soyut bir değerdir.

Darbe genişliği modülasyonunun önemli bir özelliği, aşağıdaki formülle hesaplanan sinyal frekansı da olabilir:

Formüldeki birimlerin eşleşebilmesi için örneğimizdeki T değerinin saniye cinsinden alınması gerekmektedir. Frekans formülü 1/sn olduğuna göre 800 ms'yi 0,8 saniyeye çevirelim.

Darbe genişliğini ayarlama imkanı sayesinde örneğin ortalama voltaj değerini değiştirmek mümkündür. Aşağıdaki şekil aynı sinyal frekansını ve aynı genliği korurken farklı görev döngülerini göstermektedir.

Ortalama PWM voltajını hesaplamak için, ortalama voltaj görev döngüsünün ve sinyal voltajı genliğinin çarpımı olduğundan görev döngüsünü bilmeniz gerekir.
Örneğin, görev döngüsü %37,5'e (0,357) eşitti ve U1 = 12V voltaj genliği, ortalama Uav voltajını verecektir:

Bu durumda PWM sinyalinin ortalama voltajı 4,5 V'tur.

PWM, U1 besleme voltajından 0'a kadar olan aralıktaki voltajı azaltma konusunda çok basit bir yetenek sağlar. Bu, örneğin ortalama voltaj değeriyle çalışan bir DC (doğru akım) motorun dönüş hızı için kullanılabilir.

PWM sinyali bir mikrodenetleyici veya analog devre tarafından üretilebilir. Bu tür devrelerden gelen sinyal, düşük voltaj ve çok düşük çıkış akımı ile karakterize edilir. Güçlü yüklerin düzenlenmesi gerekiyorsa, örneğin bir transistör kullanılarak bir kontrol sistemi kullanılmalıdır.

Bu, bipolar veya alan etkili bir transistör olabilir. Aşağıdaki örneklerde kullanılacaktır.

PWM kullanarak bir LED'i kontrol etmeye bir örnek.

PWM sinyali, transistör VT1'in tabanına R1 direnci üzerinden beslenir, yani sinyal değiştikçe transistör VT1 açılıp kapanır. Bu, aşağıda gösterildiği gibi transistörün normal bir anahtarla değiştirilebildiği duruma benzer:

Anahtar kapatıldığında, LED'e 12V voltajla R2 direnci (akım sınırlama) üzerinden güç verilir. Anahtar açıldığında devre kesilir ve LED söner. Düşük frekanslı bu tür anahtarlama .

Ancak LED'lerin yoğunluğunu kontrol etmek gerekiyorsa, insan gözünü yanıltacak şekilde PWM sinyalinin frekansını artırmak gerekir. Teorik olarak, 50 Hz frekansta geçiş artık insan gözüyle görülemez, bu da LED'in parlaklığının azalmasına neden olur.

Görev döngüsü ne kadar düşük olursa LED o kadar zayıf olur çünkü LED bir dönem boyunca daha az süre açık kalır.

Aynı prensip ve benzer bir şema için de kullanılabilir. Ancak motor durumunda, iki nedenden dolayı daha yüksek bir anahtarlama frekansının (15-20 kHz'in üzerinde) kullanılması gerekir.

Bunlardan ilki, motorun çıkarabileceği sesle (hoş olmayan bir gıcırtı) ilgilidir. 15-20 kHz frekansı, insan kulağının işitilebilirliğinin teorik sınırıdır, dolayısıyla bu sınırın üzerindeki frekanslar duyulamayacaktır.

İkinci soru motorun stabilitesi ile ilgilidir. Motoru düşük görev döngüsünde düşük frekanslı bir sinyalle çalıştırırken, motor devri dengesiz olacak veya tamamen durmasına neden olabilir. Bu nedenle, PWM sinyalinin frekansı ne kadar yüksek olursa, ortalama çıkış voltajının kararlılığı da o kadar yüksek olur. Ayrıca daha az voltaj dalgalanması vardır.

Ancak PWM sinyalinin frekansını çok fazla artırmamalısınız çünkü yüksek frekanslarda transistörün tamamen açılıp kapanacak zamanı olmayabilir ve kontrol devresi düzgün çalışmayacaktır. Bu, özellikle tasarıma bağlı olarak yeniden şarj etme sürelerinin nispeten uzun olabildiği alan etkili transistörler için geçerlidir.

PWM sinyalinin çok yüksek frekansı, her anahtarlama enerji kaybına neden olduğundan transistördeki kayıpların artmasına da neden olur. Yüksek frekanslarda büyük akımları kontrol ederken, düşük iletim direncine sahip yüksek hızlı bir transistörün seçilmesi gerekir.

Kontrol ederken, transistör VT1'i transistör kapatıldığında ortaya çıkan endüksiyon dalgalanmalarından korumak için bir diyot kullanmayı unutmamalısınız. Bir diyotun kullanılması sayesinde, endüksiyon darbesi onun içinden ve motorun iç direncinden boşaltılır ve böylece transistör korunur.

Koruyucu diyotlu bir DC motor hız kontrol sisteminin şeması.

Motor terminalleri arasındaki güç dalgalanmalarını yumuşatmak için, bunlara paralel olarak küçük bir kapasitör (100nF) bağlayabilirsiniz; bu, transistörün ardışık anahtarlaması arasındaki voltajı dengeleyecektir. Bu aynı zamanda transistör VT1'in sık sık değiştirilmesinden kaynaklanan gürültüyü de azaltacaktır.

Kendi kendine çalışan mobil cihazlar için A, B ve AB sınıflarının geleneksel ses amplifikatörleri, düşük verimlilikleri ve bunun sonucunda yüksek pil veya pil gücü tüketimi nedeniyle uzun süredir geliştiricilere uygun değildir. D Sınıfı amplifikatörlerin verimliliği çok daha yüksektir, bu nedenle modern taşınabilir ekipmanın gereksinimlerini en iyi şekilde karşılarlar. Bu amplifikatörler aynı zamanda önceki nesil cihazlarla karşılaştırılabilir kalite parametreleriyle boyut, ağırlık ve fiyattaki azalma nedeniyle sabit ekipmanlarda da (TV'ler, kişisel bilgisayarlar, ev veya araba stereo sistemleri ve hatta tiyatrolar ve konser salonları için güçlü amplifikasyon ekipmanları) kullanılır. A, B ve AB sınıflarından. Son yıllarda yarı iletken teknolojisindeki ilerlemeler, Texas Instruments'ın birkaç ila birkaç yüz watt arasında değişen maksimum çıkış gücüne sahip yüksek kaliteli D Sınıfı ses amplifikatörleri oluşturmak için çipler geliştirmesine olanak tanıdı.

D sınıfında çalışan bir amplifikatörün güç tüketimi, aynı modlarda çalışan benzer AB sınıfı cihazlardan önemli ölçüde daha azdır. Bu, Şekil 2'de gösterilmektedir. 1 (Örnek olarak taşınabilir amplifikatörler için tasarlanmış Texas Instruments TPA2012D2 çipi alınmıştır).

Pirinç. 1.

Şekil 1'den, aynı çıkış gücüyle, D sınıfı bir amplifikatörün, tüm çıkış gücü aralığı boyunca benzer AB sınıfı amplifikatörlerle karşılaştırıldığında birkaç kat daha küçük güç kayıplarına sahip olduğu açıkça görülmektedir. En büyük kazanç orta çıkış gücünde elde edilir. Ses üretimi için ekipman en sık bu modda kullanılır. Belirtilen özellikler Şekil 1 ile desteklenmiştir. Şekil 2, Şekil 2'ye benzer ölçüm modları altında verimliliğin aynı amplifikatörlerin çıkış gücüne bağımlılığını göstermektedir. 1. Düşük ve orta güçlerde, D sınıfı bir amplifikatörün verimliliği, AB sınıfı bir amplifikatörün verimliliğinden iki ila üç kat daha yüksektir.

Pirinç. 2.

Çok düşük çıkış gücüne sahip amplifikatörler için verimlilik ve güç dağılımı karşılaştırmaları, analog sinyali darbe genişliği modülasyonu (PWM) ile kare dalga darbelerine dönüştüren yüksek frekans modülatörünün nispeten yüksek gücü nedeniyle D Sınıfı amplifikatörleri tercih etmeyebilir. Bu nedenle, çok düşük çıkış güçlerine sahip AB sınıfı doğrusal amplifikatörler bazen D sınıfına tercih edilir. En basit D sınıfı amplifikatörün geri beslemesiz çalışma prensibi Şekil 3'te gösterilmektedir.

Pirinç. 3.

Ön amplifikatörün giriş sinyali, anahtar modu çıkış aşaması tarafından güçlendirilen darbe genişliği modülasyonlu darbelere dönüştürmek için üçgen dalga modülasyonludur. Daha sonra, LC alçak geçiş filtresi farklı sürelerdeki darbeleri entegre eder ve spektrumun yüksek frekanslı bileşenlerini keserek yalnızca seçilen ses frekansı sinyalini bırakır. Bir köprü devresi kullanılarak yapılan D sınıfı bir amplifikatör için PWM işleminin osilogramları, Şekil 2'de gösterilmektedir. 4. D sınıfı amplifikatörlerde modülasyon farklı şekillerde gerçekleştirilebilir, ancak PWM en yaygın olanıdır.

Pirinç. 4.

Ses sinyali, sabit bir frekansın testere dişi veya üçgen dalga biçimiyle karşılaştırılır. Şekil 3'teki ilk amplifikatör, sinyali istenen seviyeye önceden yükseltmek ve saptırmak için gereklidir. İkinci amplifikatör ve üçgen voltaj üreteci bir PWM modülatörü oluşturur. Şekil 4'te genişlik modülasyonlu darbelerin süresi, giriş analog sinyalinin seviyesiyle orantılıdır. Köprü devresi, köprünün diğer ayağını kontrol etmek için zıt kutuplu PWM darbelerine ihtiyaç duyar. Şekil 3 ve 4 devrelerin basitleştirilmiş versiyonlarını göstermektedir. D sınıfı amplifikatörlerin gerçek devrelerinde, iki çıkış transistörünün eşzamanlı aktivasyonunu önlemek ve geçiş akımlarını ortadan kaldırmak için darbeler arasındaki duraklama süresi üreteçleri zorunlu olarak tanıtılır. Alçak geçiren filtrenin modülasyonu ve kesme frekansı genellikle amplifikatörün üst kesme frekansından birkaç kat daha yüksek seçilir. LC filtre elemanlarının seçimi çok dikkatli yapılmalıdır. Üreticinin belgelerinde ve kullanım talimatlarında bu konuya özel önem verilmektedir.

Texas Instruments, düşük, orta ve yüksek güçlü D Sınıfı amplifikatörler oluşturmak için IC'ler üretir. Düşük güç sınıfı D amplifikatörlerin parametreleri Şekil 2'de gösterilmektedir. 5 ve tabloda. 1.

Pirinç. 5.

Tablo 1. Düşük ve orta çıkış gücüne (analog giriş) sahip D Sınıfı amplifikatörler için Texas Instruments IC'leri

İsim	Tanım	Stereo/mono	Surat asmak, W	Ryükle (dak), Ohm	Gerilim güç kaynağı, B		Yarım Güç THD+N* (%), F = 1 kHz	PSSR** dB	Konut(lar)
					(dakika)	(maks)
TPA2017D2	SmartGain, AGC/DRC, GPIO arayüzü	Müzik seti	2,8	4	2,5	5,5	0,2	80	QFN-20
TPA2000D2	orta güç amplifikatörü	Müzik seti	2,5	3	4,5	5,5	0,05	77	TSSOP-24
TPA2000D4	stereo telefonlar için amplifikatör	Müzik seti	2,5	4	3,7	5,5	0,1	70	TSSOP-32
TPA2012D2	WCSP 2 x 2 mm muhafazadaki amplifikatör	Müzik seti	2,1	4	2,5	5,5	0,2	75	WCSP-16, QFN-20
TPA2016D2	SmartGain, AGC/DRC, I2C arayüzü	Müzik seti	1,7	8	2,5	5,5	0,2	80	WCSP-16
TPA2001D2	düşük güç amplifikatörü	Müzik seti	1,25	8	4,5	5,5	0,08	77	TSSOP-24
TPA2100P1	piezoseramik emitör için	Mono	19 Vpp	1,5 µF (piezo)	2,5	5,5	0,2	90	WCSP-16
TPA2035D1	diferansiyel giriş, 1,5 x 1,5 mm	Mono	2,75	4	2,5	5,5	0,2	75	WCSP-9
TPA2032/3/4D1	diferansiyel giriş, sabit kazanmak	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	Otomatik kurtarma ile kısa devre koruması	Mono	2,5	4	2,5	5,5	0,2	75	WCSP-9
TPA2031D1	TPA2010D1'e benzer, ancak yumuşak başlatmalı	Mono	2,5	4	2,5	5,5	0,2	75	WCSP-9
TPA2010D1	diferansiyel giriş;1,45 x 1,45 mm	Mono	2,5	4	2,5	5,5	0,2	75	WCSP-9
TPA2018D1	SmartGain AGC/DRC, I2C arayüzü	Mono	1,7	8	2,5	5,55	0,2	80	WCSP
TPA2014D1	dahili boost DC/DC dönüştürücü.	Mono	1,5	8	2,5	5,5	0,1	91	WCSP-16, QFN-20
TPA2006D1	diferansiyel giriş	Mono	1,45	8	2,5	5,5	0,2	75	QFN-8
TPA2005D1	diferansiyel giriş	Mono	1,4	8	2,5	5,5	0,2	75	MSOP-8, QFN-8, BGA-15
*Yarım Güç THD+N - (harmonik bozulma + gürültü), maks. gücün yarısında. değerler (1 kHz frekansta ölçülmüştür). **PSSR - Güç Kaynağı Reddetme Oranı - güç devreleri boyunca gürültü bastırma katsayısı

Öncelikle bu çiplerin mobil cihazlara entegrasyonu amaçlanıyor. Bu tür amplifikatörlerin büyük çoğunluğu 2,5 ila 5,5 V besleme voltajı için tasarlanmıştır, ancak TPA2013D1 tek kanallı amplifikatör çipi, yerleşik DC/DC dönüştürücü sayesinde 1,8 ila 5,5 V arasında genişletilmiş bir besleme voltajı aralığına sahiptir ( Güçlendirilmiş DC/DC). Bu, Şekil 2'de açıkça gösterilen geleneksel D sınıfı amplifikatörlerle karşılaştırıldığında, tüm çalışma besleme voltajı aralığı boyunca sabit çıkış gücü sağlamayı mümkün kılmıştır. 6.

Pirinç. 6.

2,3 ila 4,8 V besleme voltajı aralığında yaklaşık 1,5 W çıkış gücüyle karakteristik ±0,1 W dahilindedir. Bu sınıftaki geleneksel amplifikatörlerin çoğu, maksimum çıkış gücünün besleme voltajına neredeyse doğrusal bir bağımlılığına sahiptir. Yerleşik bir yükseltici DC/DC dönüştürücüye sahip amplifikatörlerin avantajı, çok daha düşük bir akü voltajında ​​(veya daha derin bir deşarjla) çalışabilme yeteneğidir, bu da otonom bir güç kaynağının kullanımını artırır.

Yerleşik bir DC/DC güçlendirici dönüştürücüye sahip TPA2013D1 ve TPA2014D1 mikro devrelerinin blok şeması, Şekil 2'de gösterilmektedir. 7.

Pirinç. 7.

Mikro devreler, bir takviye DC/DC dönüştürücüyü değiştirirken istenmeyen anahtarlamaya karşı koruma sağlar. Yerleşik stabilizatör, geniş bir besleme voltajı aralığında özelliklerin stabilitesini sağlar. Gerekirse, güçlendirici DC/DC dönüştürücünün çıkışı, taşınabilir bir cihazdaki düşük güçlü ek devrelere güç sağlamak için kullanılabilir. Tablodaki PSSR parametresine (güç kaynağı gürültü bastırma oranı) yakından bakarsanız. Şekil 1'de, bu sınıftaki diğer amplifikatörlerle karşılaştırıldığında, bu parametrenin (91...95 dB) önemli ölçüde daha iyi değerlerine sahip olanların dahili DC/DC yükseltmeli amplifikatörler olması dikkat çekicidir.

Düşük ve orta çıkış gücüne sahip amplifikatörler arasında, 1,5 µF'a kadar izin verilen kapasitansa sahip bir piezoseramik yayıcı ile çalışmak için uzmanlaşmış bir tane de bulunmaktadır. Bu durumda, kapasitif bir yük boyunca çıkış voltajı salınımı, izin verilen minimum besleme voltajı yalnızca 2,5 V ile 19 V'a (tepeden tepeye) ulaşır. Toplam harmonik bozulmayı karakterize eden parametrenin (THD + N) olduğu unutulmamalıdır. gürültü bileşenleriyle birlikte izin verilen maksimum değerin yarısında 1 kHz frekansta ölçülür.

İncirde. Şekil 8, yüksek güçlü D Sınıfı amplifikatör çiplerini seçmek için bir navigatörü göstermektedir (Texas Instruments amplifikatörlerinin bu sınıfı için yüksek güç sayımı 3 W'tan başlar).

Pirinç. 8.

Bu mikro devrelerin ana parametreleri tabloda özetlenmiştir. 2. Şekil 2'de gösterilen mikro devrelerden bazıları. 8 ve tabloda. 2 yalnızca duyurulan ürünlere atıfta bulunur, bu nedenle numunelerin bulunabilirliği üreticinin web sitesinden kontrol edilmelidir.

Tablo 2. Yüksek Çıkışlı D Sınıfı Amplifikatörler için Texas Instruments IC'leri (Analog Giriş)

İsim	Tanım	Surat asmak W	Ryükle (dak), Ohm	Gerilim güç kaynağı, B		Yarım Güç THD+N* (%), F = 1 kHz	PSSR**, dB	Konut(lar)
				(dakika)	(maks)
TAS5630	300 W amplifikatör (stereo) işletim sistemi ile	300	TBD***	henüz bilinmiyor	50	henüz bilinmiyor	80	QFP-64
TAS5615	150 W amplifikatör (stereo) işletim sistemi ile	150	henüz bilinmiyor	henüz bilinmiyor	50	henüz bilinmiyor	80	QFP-64
TAS5412		100	2	6	24	0,04	75	HTQFP-64
TAS5422	dengeli girişli amplifikatör (stereo)	100	2	6	24	0,04	75	HTQFP-64
TAS5414A	dengesiz girişli amplifikatör (dörtlü)	45	2	8	22	0,04	75	SSOP-36, HTQFP-64
TAS5424A	dengeli girişli amplifikatör (dörtlü)	45	2	8	22	0,04	75	SSOP-44
TPA3106D1	senkronizasyon girişli amplifikatör (mono)	40	4	10	26	0,2	70	HLQFP-32
TPA3123D2	dengesiz girişli amplifikatör (stereo)	25	4	10	30	0,08	60	HTSSOP-24
TPA3100D2	amplifikatör (stereo) 20 W	20	4	10	26	0,1	80	HTQFP-48, QFN-48
TPA3001D1	amplifikatör (mono) 20 W	20	4	8	18	0,06	73	HTSSOP-24
TPA3110D2	güç sınırlamalı amplifikatör (stereo)	15	4	8	26	<0,1	70	TSSOP-28
TPA3122D2		15	4	10	30	<0,15	60	PDIP-20
TPA3107D2	amplifikatör (stereo) 15 W	15	6	10	26	0,08	70	HTQFP-64
TPA3124D2	amplifikatör (stereo) 15 W Sessiz**** fonksiyonu ile	15	4	10	26	0,04	60	TSSOP-24
TPA3121D2	dengesiz girişli amplifikatör (stereo)	15	4	10	26	0,04	60	TSSOP-24
TPA3004D2		12	4	8,5	18	0,1	80	HTQFP-48
TPA3125D2	DIP-20 muhafazasında amplifikatör (stereo)	10	4	10	26	0,15	60	PDIP-20
TPA3101D2	amplifikatör (stereo) 10 W	10	4	10	26	0,1	80	HTQFP-48, QFN-48
TPA3111D1	güç sınırlamalı amplifikatör (mono)	10	4	8	26	<0,1	70	TSSOP-28
TPA3002D2	ses seviyesi kontrollü amplifikatör (stereo)	9	8	8,5	14	0,06	80	HTQFP-48
TPA3007D2	amplifikatör (stereo) 6,5 W	6,5	8	8	18	0,2	73	TSSOP-24
TPA3009D2	ses seviyesi kontrollü amplifikatör (stereo)	6	8	8,5	14	0,045	80	HTQFP-48
TPA3005D2	amplifikatör (stereo) 6 W	6	8	8	18	0,1	80	HTQFP-48
TPA3003D2	ses seviyesi kontrollü amplifikatör (stereo)	3	8	8,5	14	0,2	80	TQFP-48
TPA2008D2	ses seviyesi kontrollü amplifikatör (stereo)	3	3	4,5	5,5	0,05	70	HTSSOP-24
*Yarım Güç THD+N - (harmonik bozulma + gürültü), maks. gücün yarısında. değerler (1 kHz frekans için ölçülmüştür) **PSSR - Güç Kaynağı Reddetme Oranı - güç kaynağı devresi bastırma katsayısı ***TBD - Belgelenecek - veriler üretici tarafından daha sonra belirtilecektir ****Sessiz - sessize alma ses

Texas Instruments çiplerine dayanarak, maksimum 50 V'a kadar besleme voltajında ​​\u200b\u200b300 W'a kadar çıkış gücüne sahip bir D Sınıfı amplifikatör tasarlamak mümkündür.

Geliştiricilerin büyük ilgisini çeken, bir DIP20 paketindeki TPA3122D2 ve TPA3125D2 sınıfı amplifikatörler için yeni iki kanallı mikro devreler olabilir.

Pirinç. 9.

Pirinç. 10.

Bu paketin montajı ve yerleşimi minyatür bilyeli BGA paketlerine göre daha kolaydır. Bu stereo amplifikatörlerin bağlantı şeması basittir ve Şekil 2'de gösterilmektedir. 11. TPA3125D2'ye (10 W'a kadar güç) karşılık gelen parametreler mavi renkle, TPA3122D2 (15 W'a kadar güç) kırmızı renkle vurgulanmıştır.

Pirinç. on bir.

Mikro devrelerde iki kazanç kontrol girişi (dört seviye) ve ayrıca sesi kapatma (Kapatma) ve susturma (Sessiz) özelliği bulunur. İncirde. Şekil 11, SE modunda iki kanallı bir amplifikatörü açmak için en yaygın seçeneği göstermektedir (Tek Uçlu Çıkış - yük her kanala bağlanır - "stereo" mod). Söz konusu mikro devrelerin çıkış gücünü önemli ölçüde artırmak için, bir mikro devrenin iki kanalından (BTL devresi - Köprü Bağlı Yük - bir yükü köprü devresine bağlayan) tek kanallı bir köprü amplifikatörü oluşturmak mümkündür. D sınıfı amplifikatörün köprü versiyonu için TPA3125D ve TPA3122D mikro devrelerini bağlamak için şematik diyagramlar, bu amplifikatörler için üreticinin belgelerinde verilmiştir. İncirde. Şekil 9 ve 10, stereo moddaki (SE) devreler ve köprülü versiyon (BTL devresi) için aynı ölçüm koşulları altında çıkış gücünün besleme voltajına bağımlılığını göstermektedir.

Maksimum çıkış gücü ölçümü, tüm harmonik distorsiyon ve gürültü bileşenlerinin (THD + N) toplamının belirli bir değerinde değerlendirilir. Aynı besleme voltajlarını, yük direncini ve toplam sinyal bozulmasını kullanan bir köprü devresine geçerken çıkış gücü birkaç kat artar. Bu nedenle güçlü amplifikatörlerde genellikle bir köprü devresi kullanılır. Bu bağlantıya sahip bir DIP20 paketindeki yalnızca bir çip, 30 V besleme voltajında ​​\u200b\u200byaklaşık 50 W maksimum çıkış gücüne sahip bir amplifikatör oluşturmanıza olanak tanır.

Gürültü ve doğrusal olmayan bozulma

Ses sinyali hakkındaki temel bilgiler, modülatör çıkışındaki darbe genişliği ile kodlanır. Duraklatma miktarı kadar bir gecikme ekleme ihtiyacı, modülasyon darbesinin tam süresinden sapmayla orantılı doğrusal olmayan bozulmalara neden olur. PSSR güç kaynağının gürültü azaltma katsayısının gürültü üzerinde güçlü bir etkisi vardır. Düşük direnç nedeniyle güç kaynağından gelen gürültü doğrudan hoparlöre iletilebilir. Alçak geçiren filtre, yüksek frekanslı bileşenleri keser ancak düşük frekanslı gürültünün geçmesine izin verir. Yüksek kaliteli ses için, güç kaynağından gelen paraziti azaltma katsayısı yüksek olan mikro devreleri seçmelisiniz. Bu sorunlara etkili bir çözüm, birçok doğrusal amplifikatörde yapıldığı gibi derin geri besleme sağlamaktır. Alçak geçiren filtre girişinden gelen geri bildirim, PSSR'yi büyük ölçüde artırır ve LC filtresinin önünde görünen toplam bozulmayı ve gürültüyü azaltır. Filtrenin kendisindeki bozulma, OS devresine bir hoparlör bağlanarak azaltılabilir. İyi tasarlanmış kapalı döngü D Sınıfı amplifikatörlerde, %0,01'den daha düşük bir toplam harmonik bozulma faktörüne gerçekçi bir şekilde ulaşılabilir.

Ana sonuçlar

Texas Instruments'ın uzun yıllara dayanan deneyimi ve yeni teknolojileri, ekonomik ve verimli D Sınıfı amplifikatörlere dayanarak giderek daha fazla yeni ses cihazı yaratılıyor ve bu son derece rekabetçi pazarda kendine güven duymasını sağlıyor. D Sınıfı amplifikatörler, yüksek güçlü devrelerdeki radyatörlerin boyutunu ortadan kaldırarak veya önemli ölçüde azaltarak verimliliği artırırken boyutları birkaç kez küçültmeyi mümkün kılar. Daha az güçlü bir güç kaynağı gereklidir, bu da amplifikasyon cihazının fiyatını daha da azaltır. Texas Instruments, bu makalede tartışılan çiplerin çoğu için demo kartları üretiyor. Üreticinin web sitesinde ses sistemleri oluşturmaya yönelik çözümler hakkında bilgi sahibi olabilirsiniz. www.ti.com/audio, ve güç yönetimi sistemleri için - bölümde www.power.ti.com.

Teknik bilgi alma, numune siparişi verme, teslimat - e-posta:

Bu, transistörün ve yükselticinin ön gerilimden daha düşük bir kapatma gerilimi genliğinde çalışmasıdır. Bu durumda ses sinyalinin genliği ön gerilimden daha azdır. Bu durumda, transistör pozitif yarım dalganın yalnızca üst kısmını iletir ve bu da sinyali büyük ölçüde bozar. Bu nedenle bu sınıf ses yükselticilerinde kullanılmaz. Transistörlerin bu çalışma modu yüksek bir verime sahiptir (yaklaşık% 85).

Çalışma modu D Sınıfı- bunlar, analog ses sinyalinin dijital forma dönüştürüldüğü ve çıkış aşamasında ters dönüşümün gerçekleştiği darbe genişlik modülasyonuna (PWM) ve darbe frekansı modülasyonuna (PFM) sahip sinyal amplifikatörleridir.

İlk durumda, sentezlenen darbe sinyallerinin genişliği giriş (analog) sinyalinin genliği ile orantılıdır, ikincisinde ise değişken değer darbe frekansıdır. Her durumda, "D" sınıfı bir güç amplifikatörü üretirken, güçlendirilmiş sinyalin ek dönüşüm süreçleri nedeniyle yüksek bir doğrusal olmayan bozulma katsayısı elde ederiz.

Güç amplifikatörünü "D" sınıfına aktarmak için, çıkış transistörleri için bir anahtar çalışma modu oluşturmak gerekir - bunları kapatıp açın. Bunu yapmak için, transistörün tabanına (kapısına) periyodik bir dikdörtgen darbe dizisi (dikdörtgen sinyal) tarafından işlenen bir PWM sinyali verilir. Transistörden geçen bu kare dalga sinyali onun kilidini açar ve kilitler. Darbe işlemi sonucunda (kısa süreli) çıkış transistörlerinin çalışma noktası oluşturulur. Bu nedenle, sinyal olmadığında transistörlerden akım akmayacaktır, bu durum “B” sınıfı ses bozulması özelliğine neden olur.

Çok görevli elektronik işlemlerin ve transistörlerin anahtarlama hızının anında gerçekleşmediği, bunun sinyalin şeklini değiştirdiği ve yolunun uzunluğunu arttırdığı bilinmektedir. Ek olarak, PWM amplifikatörlerindeki intermodülasyonlu ses distorsiyonu, modülasyon frekansından yükseltilmiş sinyalin frekansına kadar doğrudan bir ilişkiye sahiptir ve bu da bunların ses aralığında kullanımını sınırlar.

"D" sınıfının yadsınamaz bir avantajı vardır - yüksek verimlilik -% 90.
Bir subwoofer amplifikatörü, seste "D" sınıfının gerçek bir uygulamasıdır.
PWM sinyali, ses diski formatı SACD'yi kaydetmek için kullanılır. Ancak uygulamada bu yeni formatın önemli eksiklikleri ortaya çıkıyor.

Darbe genişliği modülasyonu, darbe süresini periyoduna göre ayarlayarak genlikten daha düşük olan istenen ortalama değere ulaşıldığında bir cihazı kontrol etme yöntemidir.

Örneğin: 100 volt gerilime sahip bir güç kaynağı ve 10 Ohm çalışma direncine sahip bir ısıtma elemanı vardır. Cihazı doğrudan kaynağa bağlarsanız 1000 watt'lık bir ısı salınımı elde edersiniz ve bu, cihazın kaynakla bağlantısı kesilene kadar sürekli olarak gerçekleşir. Peki ya aynı kaynağa ve aynı yüke sahip yalnızca 500 Watt veya örneğin 200 Watt almanız gerekiyorsa? Darbe genişliği modülasyonunun veya kısaca PWM'nin kurtarmaya gelebileceği yer burasıdır. Kaynak ile alıcı arasına, yükü kaynağa bağlayacak veya bağlantısını kesecek belirli bir kontrollü anahtar yerleştirmek mümkündür ve bu, açma süresinin kapanma süresine eşit olması için gerçekleşecektir ve bu birçok kez tekrarlanmalıdır, o zaman yük tüm çalışma süresinin yalnızca yarısı kadar çalıştırılacak ve örneğimizde olduğu gibi gerektiği gibi 1000 Watt değil, 500 Watt ısı alacağız. Şimdi açık kalma süresi darbe süresinden beş kat daha az yapılırsa (her döngüdeki açık kalma süresi ile kapalı kalma süresinin toplamı darbe süresidir), o zaman ortalama yük gücü beş kat daha az olacaktır, yani 200 Watt . Bu prensip hakkında genel bir fikir vermek açısından çok kaba bir örnektir.

Benzer şekilde, elektronik devrelerin elemanları, özel mikro devreler - PWM kontrolörleri aracılığıyla, güç anahtarlarını kontrol etmek için gerekli darbe genişliği modülasyon modunun ayarlandığı şekilde kontrol edilir; bu tür özelleştirilebilir bir PWM kontrol cihazının bir örneği, TL494 mikro devresidir; Radyo bileşenleri pazarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

PWM - darbe genişliği modülasyonunun prensibi, sabit bir darbe tekrarlama oranını korurken darbe genişliğini değiştirmektir. Darbelerin genliği değişmeden kalır.

Yüke sağlanan gücün düzenlenmesinin gerekli olduğu durumlarda darbe genişliği kontrolü kullanılır. Örneğin, DC elektrik motorlarının kontrol devrelerinde, darbe dönüştürücülerde, LED lambaların parlaklığını ayarlamak için, LCD monitör ekranlarında, akıllı telefon ve tabletlerdeki ekranlarda vb.

Elektronik cihazlara yönelik ikincil güç kaynaklarının çoğu şu anda darbe dönüştürücüler temelinde inşa edilmiştir; darbe genişliği modülasyonu aynı zamanda düşük frekanslı (ses) D sınıfı amplifikatörlerde, kaynak makinelerinde, araç aküsü şarj cihazlarında, invertörlerde vb. Analog cihazların düşük verimliliğine kıyasla ikincil güç kaynaklarının verimliliğini (Verimlilik) artırın.

Darbe genişliği modülasyonu analog veya dijital olabilir.

Analog Darbe Genişliği Modülasyonu

Yukarıda bahsedildiği gibi PWM ile sinyalin frekansı ve genliği her zaman sabittir. PWM sinyalinin en önemli parametrelerinden biri, darbe süresinin oranına eşit olan görev döngüsüdür. T nabız periyoduna T. D = t/T . Yani, darbe süresi 300 μs ve darbe periyodu 1000 μs olan bir PWM sinyalimiz varsa görev döngüsü 300/1000 = 0,3 olacaktır. Doldurma faktörü aynı zamanda doldurma faktörünün %100 ile çarpıldığı bir yüzde olarak da ifade edilir. Yukarıdaki örneği kullanırsak, yüzde doldurma faktörü 0,3 x %100 = %30'dur.

Darbe görev döngüsü, darbe periyodunun sürelerine oranıdır, yani. doldurma faktörünün tersi. S = T/t .

Sinyal frekansı, darbe periyodunun tersi olarak tanımlanır ve 1 saniyedeki tam darbe sayısını temsil eder. Yukarıdaki örnekte 1000 µs = 0,001 s'lik bir periyotta frekans şu şekildedir: F= 1/0,001 – 1000 (Hz).

PWM'nin anlamı görev döngüsünü değiştirerek ortalama voltaj değerini düzenlemektir. Ortalama voltaj değeri, görev döngüsü ve voltaj genliğinin çarpımına eşittir. Yani, 0,3'lük bir görev döngüsü ve 12 V'luk bir voltaj genliği ile ortalama voltaj değeri 0,3 x 12 = 3,6 (V) olacaktır. Görev döngüsü teorik olarak mümkün olan %0 ila %100 aralığında değiştiğinde, voltaj 0 ila 12 V arasında değişecektir, yani. Darbe genişliği modülasyonu, voltajı 0'dan sinyal genliğine kadar ayarlamanıza olanak tanır. Bu, bir DC motorun dönüş hızını veya bir lambanın parlaklığını düzenlemek için kullanılan şeydir.

PWM sinyali bir mikrodenetleyici veya analog devre tarafından üretilir. Bu sinyal tipik olarak iki kutuplu veya alan etkili transistör anahtarlama devresi aracılığıyla bir güç kaynağına bağlanan yüksek güçlü bir yükü kontrol eder. Anahtarlama modunda yarı iletken cihaz ya açık ya da kapalıdır ve ara durum ortadan kaldırılmıştır. Her iki durumda da anahtar üzerinde ihmal edilebilir düzeyde termal güç dağılır. Bu güç, anahtardan geçen akım ile üzerindeki voltaj düşüşünün çarpımına eşit olduğundan, ilk durumda anahtardan geçen akım sıfıra, ikincisinde ise voltaja yakındır.

Geçiş durumlarında, önemli bir akımın geçmesiyle anahtarda önemli bir voltaj vardır, yani. Dağıtılan termal güç de önemlidir. Bu nedenle, anahtar olarak, onlarca nanosaniye mertebesinde hızlı anahtarlama sürelerine sahip düşük ataletli yarı iletken cihazların kullanılması gereklidir.

Anahtar devresi LED'i kontrol ediyorsa, düşük sinyal frekansında LED, PWM sinyalinin voltajındaki değişiklikle zamanında yanıp sönecektir. 50 Hz'nin üzerindeki sinyal frekanslarında, insan görüşünün eylemsizliği nedeniyle göz kırpmalar birleşir. LED'in genel parlaklığı doldurma faktörüne bağlı olmaya başlar; doldurma faktörü ne kadar düşük olursa, LED o kadar zayıf yanar.

PWM kullanarak bir DC motorun dönüş hızını kontrol ederken, PWM frekansı çok yüksek olmalı ve duyulabilir ses frekansları aralığının ötesinde olmalıdır; 15-20 kHz'i aşmayın, aksi takdirde motor PWM frekansında kulakları rahatsız eden bir gıcırtı yayarak "ses çıkarır". Motorun stabilitesi aynı zamanda frekansa da bağlıdır. Düşük görev döngüsüne sahip düşük frekanslı bir PWM sinyali, motorun dengesiz çalışmasına ve hatta olası motor kapanmasına yol açacaktır.

Bu nedenle, bir motoru kontrol ederken PWM sinyalinin frekansının arttırılması arzu edilir, ancak burada bile yarı iletken anahtarın atalet özellikleri tarafından belirlenen bir sınır vardır. Anahtar gecikmeli olarak değişirse, kontrol devresi hatalarla çalışmaya başlayacaktır. Enerji kayıplarını önlemek ve darbe dönüştürücünün yüksek verimliliğini elde etmek için yarı iletken anahtarın yüksek hıza ve düşük iletkenlik direncine sahip olması gerekir.

PWM çıkışından gelen sinyalin ortalaması basit bir alçak geçiren filtre kullanılarak da alınabilir. Belirli bir elektriksel endüktansa ve mekanik atalete sahip olduğu için bazen bu olmadan da yapabilirsiniz. PWM sinyallerinin yumuşatılması, PWM frekansı kontrol edilen cihazın tepki süresini aştığında doğal olarak gerçekleşir.

PWM, biri yardımcı bir jeneratörden periyodik testere dişi veya üçgen sinyali, diğeri modülasyonlu kontrol sinyali ile beslenen iki giriş kullanılarak gerçekleştirilebilir. PWM darbesinin pozitif kısmının süresi, karşılaştırıcının bir girişine sağlanan kontrol sinyali seviyesinin, karşılaştırıcının diğer girişine sağlanan yardımcı jeneratör sinyalinin seviyesini aştığı süre ile belirlenir.

Yardımcı jeneratör voltajı kontrol sinyali voltajından yüksek olduğunda, karşılaştırıcı çıkışı darbenin negatif bir kısmına sahip olacaktır.

Karşılaştırıcının çıkışındaki periyodik dikdörtgen sinyallerin görev döngüsü ve dolayısıyla regülatörün ortalama voltajı, modülasyon sinyalinin seviyesine bağlıdır ve frekans, yardımcı jeneratör sinyalinin frekansı ile belirlenir.

Dijital Darbe Genişliği Modülasyonu

Dijital PWM adı verilen bir PWM türü vardır. Bu durumda sinyal periyodu dikdörtgen alt darbelerle doldurulur ve periyottaki alt darbe sayısı düzenlenir, bu da döneme ait ortalama sinyal değerini belirler.

Dijital PWM'de, dönemi dolduran alt darbeler (veya "birler") dönemin herhangi bir yerinde görünebilir. Bir periyottaki ortalama voltaj değeri yalnızca sayılarıyla belirlenirken, alt darbeler birbirini takip edip birleşebilir. Ayrı alt darbeler, tuşun daha zorlu bir çalışma moduna yol açar.

Dijital PWM sinyal kaynağı olarak, 10 bitlik çıkış sinyaline sahip bir bilgisayarın COM bağlantı noktasını kullanabilirsiniz. 8 bilgi biti ve 2 başlatma/durdurma biti dikkate alındığında, COM bağlantı noktası sinyali 1 ila 9 "bir" içerir; bu, voltajı besleme voltajının% 10-90'ı dahilinde% 10'luk adımlarla düzenlemenize olanak tanır.