在过去的几十年中，音频内容已经走了很长一段路，从经典的电子管放大器到现代媒体播放器，技术进步已经改变了数字媒体的消费方式。在所有这些创新中，便携式媒体播放器因其充满活力的音质和较长的电池寿命而成为消费者的首选之一。那么它是如何工作的，以及听起来如何好。作为电子发烧友，这个问题总是浮现在我脑海。尽管扬声器技术取得了进步，但放大器方法的改进仍然发挥了重要作用，而针对这一问题的明显答案就是D类放大器。因此，在这个项目中，我们将借此机会讨论D类放大器，并了解其优缺点。最后，我们将构建放大器的硬件原型并测试其性能。听起来很有趣吧！因此，让我们开始吧。
如果您对音频放大器电路感兴趣，则可以查阅有关使用运算放大器，MOSFET和TDA2030，TDA2040和TDA2050之类的IC构建电路的主题的文章。
D类放大器的基础
什么是D类音频放大器？最简单的答案就是开关放大器。但是，为了了解其工作原理，我们需要了解其功能以及如何产生开关信号，为此，您可以按照下面给出的框图进行操作。
那么为什么要使用开关放大器呢？这个问题的明显答案是效率。与A类，B类和AB类放大器相比，D类音频放大器的效率可高达90-95％。在AB类放大器的最大效率为60-65％的情况下，因为它们在有源区域上工作并且功耗低，所以如果将集电极-发射极电压乘以电流，就可以发现这一点。要了解有关该主题的更多信息，请查看有关功率放大器类别的文章，其中讨论了所有相关的损耗因子。
现在，回到我们的D类音频放大器的简化框图，如您所见，在同相端子上，我们有音频输入，在反相端子上，我们有高频三角信号。此时，当输入音频信号的电压大于三角波的电压时，比较器的输出变高，而当信号为低电平时，输出为低。通过这种设置，我们仅使用高频载波信号调制了输入音频信号，然后将其连接到MOSFET栅极驱动器IC，顾名思义，该驱动器用于驱动两个MOSFET的栅极。一侧和低侧一次。在输出端，我们在输出端得到一个强大的高频方波，该信号通过低通滤波器级以获得最终的音频信号。
构建D类音频放大器电路所需的组件
现在，我们已经了解了D类音频放大器的基础知识，我们可以找到组成DIY D类放大器的组件。由于这是一个简单的测试项目，因此组件要求非常通用，您可以从本地的业余爱好商店中找到大多数组件。下面给出了带有图片的组件列表。
零件清单用于构建D类功率放大器：
- IR2110 IC-1
- LM358运算放大器-1
- NE555计时器IC-1
- LM7812 IC-1
- LM7805 IC-1
- 102 pF电容器-1
- 103 pF电容器-1
- 104 pF电容器-2
- 105 pF电容器-1
- 224 pF电容器-1
- 22uF电容器-1
- 470uF电容器-1
- 220uF电容器-1
- 100uF电容器-2
- 2.2K电阻-1
- 10 K电阻器-2
- 10R电阻器-2
- 3.5毫米音频插孔-1
- 5.08 mm螺丝端子-2
- UF4007二极管-3
- IRF640 MOSFET-2
- 10K Trim POT-1
- 26uH电感器-1
- 3.5毫米耳机插孔-1
D类音频放大器-原理图
我们的D类放大器电路 的示意图如下所示：
在PerfBoard上构建电路
从主图像可以看到，我们在一块穿孔板上制作了电路。因为，首先，电路非常简单，其次，如果出现问题，我们可以快速轻松地对其进行修改。我们在铜线的帮助下完成了大多数连接，但是在某些最后阶段，我们不得不使用一些连接线来完成构建。完整的穿孔板电路如下所示。
D类音频放大器的工作
在本节中，我们将遍历电路的每个主要模块并解释每个模块。这款基于运算放大器的D类音频放大器由非常通用的组件组成，您可以在当地的业余爱好商店中找到它们。
输入稳压器：
我们首先使用5V稳压器LM7805和12伏稳压器LM7812来调节输入电压。这很重要，因为我们将使用13.5V直流适配器为电路供电，并为NE555和IR2110 IC供电，需要5V和12V电源。
带有555非稳态多谐振荡器的三角波发生器：
从上图可以看到，我们使用了带有2.2K电阻的555定时器来生成260KHz三角信号，如果您想了解更多关于Astable Multivibrator的信息，可以查看我们之前关于555基于定时器的Astable Multivibrator的文章。电路，我们已经描述了所有必要的计算。
调制电路：
从上图可以看到，我们使用了一个简单的LM358运算放大器来调制输入音频信号。说到传入的音频信号，我们使用了两个10K输入电阻来获取音频信号，并且由于使用的是单电源，因此我们连接了一个电位计来抵消输入音频中出现的零信号。当输入音频信号的值大于输入三角波时，该比较器的输出将为高，并且在输出处，我们将获得调制的方波，然后将其馈送到MOSFET栅极驱动器IC。
IR2110 MOSFET栅极驱动器IC：
当我们使用一些中等高频时，我们使用了MOSFET栅极驱动器IC来正确驱动MOSFET。按照IR2110 IC数据手册的建议放置所有必需的电路。为了正常工作，该IC需要输入信号的反相信号，这就是为什么我们使用高频晶体管BF200生成输入信号的反相方波的原因。
MOSFET输出级：
从上图可以看到，我们有MOSFET输出级，它也是主要的输出驱动器，因为我们要处理高频和电感器，总是涉及瞬态，这就是为什么我们使用UF4007作为反激的原因防止MOSFET损坏的二极管。
LC低通滤波器：
MOSFET驱动器级的输出是高频方波，此信号绝对不适合驱动扬声器等负载。为了防止这种情况，我们使用了一个26uH的电感器和一个1uF的非极化电容器来制作一个低通滤波器，其表示为C11。这就是简单电路的功能。
测试D类放大器电路
从上图可以看到，我使用了12V电源适配器为电路供电。由于我使用的是负担得起的中文电源，它发出的电压比12V多一点，确切地说是13.5V，非常适合我们的板载LM7812稳压器。作为负载，我正在使用4欧姆5瓦扬声器。对于音频输入，我使用的笔记本电脑带有3.5mm长的音频插孔。
电路通电时，没有其他类型的放大器发出的嗡嗡声，但正如您在视频中看到的那样，该电路并不完美，并且在较高输入电平时存在削波问题，因此电路有很大的改进空间。当我在中等负载下行驶时，MOSFET根本没有变热，因此对于这些测试，它不需要任何散热器。
进一步增强
这种D类功率放大器电路是一个简单的原型，还有很多改进的余地。我的电路的主要问题是采样技术，有待改进。为了减少放大器的削波，需要计算适当的电感和电容值以获得理想的低通滤波器级。与往常一样，该电路可以在PCB上制成以获得更好的性能。可以添加保护电路，以保护电路免受过热或短路情况的影响。
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