AMPLIFIER CLASS D
1.
Giớ i thiêu: ̣
Các mạch khuếch đại Lớp D, hay còn gọi là các mạch khuếch đại điều biến độ rộng xung, sử dụng kỹ thuật chuyển mạch để đạt được hiệu suất rất cao (hơn 90% ở các mạch khuếch đại hiện đại). Vì nó chỉ cho phép các linh kiện chỉ ở dạng hoàn toàn dẫn hoặc không dẫn, tiêu tán trên linh kiện sẽ là tối thiểu. Một số loại mạch khuếch đại điều biến độ rộng xung đơn giản vẫn còn được tiếp tục sử dụng. Tuy nhiên, các mạch khuếch đại kiểu đóng ngắt hiện đại sử dụng kỹ thuật số, thí dụ như kỹ thuật điều biến sigma-delta, cho độ trung thực tối tối ưu. Trước đây, lớp D được sử dụng trong các mạch khuếch đại loa siêu trầm vì giới hạn của băng thông và khả năng không gây méo dạng, sau này các tiến bộ kỹ thuật chất bán dẫn đã cho phép chế tạo các mạch khuếch đại có độ trung thực cao, dải tần rộng, với tỷ số nhiễu trên tín hiệu và hệ số méo dạng thấp tương đương với những mạch khuếch đại tuyến tính cùng loại.
2.
Cấ u trúc cơ bản:
1
a)
Sơ đồ khối nguyên lý:
PWM ( Điều biến độ rộng xung xung PWM Pulse Width Modulation) Modulation):
Kỹ thuật Ampli D dùng PWM cần có : - Một nguồn xung tam giác (Triangle Generator) có tần số ổn định. - Một nguồn âm tiêu chuẩn cần khuếch đại (đơn giản là nguồn âm thanh được cân bằng, sạch nhiễu và cài đặt được âm chất nhờ vào các mạch tone control control hay equalyser, thậm chí không cần những thứ đó cũng được tuỳ theo nhu cầu âm chất của người nghe).
2
- Một mạch khuếch đại tuyến tính hai ngã vào (in+ và in-), xung tam giác vào ngõ in+ và tín hiệu từ nguồn âm vào ngã in-. Ngã ra là xung vuông. Lúc đó nguồn âm thanh sẽ điều biến độ rộng (tính theo đơn vị thời gian) của xung vuông ở ngã ra thành một chuỗi xung vuông có độ rộng xung thay đổi tuyến tính với biên độ nguồn âm thanh. Nói khác đi, nguồn âm thanh được xem như một nguồn điện điện áp để điều biến độ độ rộng xung ở ngõ ra của bộ điều biến độ rộng xung (PWMC / Pulse Width Modulation Control). Ngày nay đã có các IC chuyên dùng làm nhiệm vụ PWM. Ở đây đây chúng ta đề cập đến các IC PWM đơn biên (như họ UC384x với UC3842 làm tiêu biểu) và các IC song biên phục vụ PWM đẩy kéo (như một số họ SG và đặc biệt thông dụng là TL494). Tuy nhiên cũng cần chú ý khả năng PWM của IC 555 (đặc biệt là 7555 của Maxim), có thể nói là không hề thua kém các IC PWM đắt tiền khác.
3
b)
Sơ đồ chi tiết:
Thiết kế dưới đây chỉ dùng 1 IC 555 + cặp bổ phụ 2383/1013. Công suất hiệu dụng 2W --> 3W, công suất đỉnh 3,5W, PMOP 4W. Hiệu suất ~92%. Trong mạch : - Q2 khuếch đại điện áp tín hiệu. Q1 khuếch đại dòng tín hiệu để có điện áp modulation trên R8 đưa vào chân 5 của IC 555. - U1 (555) chạy PWM, dao động cơ bản ~ 75 KHz xuất ra chân 3. Khi điện áp trên chân 5 thay đổi thì độ rộng xung ở chân 3 thay đổi nghịch biến với điện áp này. Nghĩa là độ rộng xung sẽ thay đổi theo điện áp tín hiệu âm thanh ngõ vào (audio in). - Điện áp xung ở chân 7 được đưa về qua R5-R6 hồi tiếp để ổn định độ sâu điều biến. - Xung PWM xuất ra từ chân 3 được U5 và U6 khuếch đại đệm, xuất ra mạch D Class demodulation đơn giản như một LPF (LowPass Filter) do L1 (60uH) và C5 (4uF) đảm nhiệm để hồi dạng tìn hiệu ngõ vào với công suất đã nói trên. C (330uF) làm nhiệm vụ thu hút điện áp DC trên loa. Mạch hoạt động với tần số lý tưởng 1 KHz, rất hợp với âm sắc trầm ấm hay loa siêu trầm. Hiệu suất rất lớn nên các transistor không cần tản nhiệt (*) và cẩn thận kẻo cháy loa. Dĩ nhiên đây không phải là mạch tốt nhất. 4
Trong mạch có L1, nếu không mua được thì phải dùng ferrite xuyến nhỏ (hình vành khăn) trong ballast điện tử đèn ống, quấn 65 vòng, cỡ dây d = 0,3 mm. Lõi không khí thì D = 10mm, quấn 360 vòng dây d = 0,3 mm.
5
