تقویت کننده کلاس D

 انسان از دیرباز به فکر تقویت صدا بوده است . زیرا برای سخنرانی نیاز است که عده ای بتوانند صدای سخنران را بشنوند  .  در گذشته های نه چندان دور با قرار دادن نفراتی در

میان جمعیت که کار تکرار صدای سخنران را بر عهده داشتند این امر میسر بود . بعدها با استفاده از وسیله ای به نام شیپور کار اطلاع رسانی به جمعیتی انبوه انجام می شد . در

صده اخیر که الکترونیک پا به عرصه ظهور گذاشت و حضور آن را در زندگی روزمره انسان لمس گردید دستگاههایی جهت تقویت صداا توسط وسائل الکترونیکی ساخته شد  . 

اکنون به طبقه بندی این سیستم ها پرداخته ، تفاوت ، معایت ومحاسن هر کدام را بر می شماریم .

تقويت کننده کلاسA  :

اين تقويت کننده درصورت طراحي صحيح و در نظرگرفتن تمام المان هاي مورد نياز داراي 25% راندمان ميباشد و 75% انرژي مصرفي را به گرما تبديل ميکنند.

کيفيت پخش (خروجي صدا ) اين کلاس (A) مطلوب بوده ولي جهت بالا بردن توان دستگاه بسيار حجيم وپرمصرف ميباشد.

تقويت کننده کلاس B  :

اين تقويت کننده نيز درحالت ايده آل داراي 50 % راندمان بوده ولي با اشکال بزرگي به عنوان نقطه کراس اور  درآن مطرح است عملا در طراحي حرفه اي جايگاهي ندارد ،

مگر با استفاده ازالمانهاي جديد که با سرعت بالاي دارند نقطه کراس اور را تا حدودي بهبود بخشيده  و قابل استفاده باشند.

تقويت کننده کلاسAB  :

به دنبال مشکلاتي که  2 کلاس طرح شده قبلي يعني (A,B) در برداشت تقويت کننده هاي کلاس AB  وارد عرصه صدا شد و زماني طولاني تري براي بقاي خود گذاشت. اين

سيستم در شرايط ايده آل داراي 43%  راندمان بوده و معايب قابل توجهي به لحاظ تکنيکي داشت. ولي به دليل فقدان طرحي بهتر نزديک به 5  دهه در راس تمامي سيستم ها قرار

گرفت. 

باظهورعصرديجيتال وتحول عظيمي که دراين زمينه رخ داد، طراحان را برآن داشت که با بررسي درمورد کميت وکيفيت اين تکنيک تاجايي که مي توانندآن را با سايروسايل

الکترونيکي تعميم داده تا به راندماني  بي سابقه وکيفيتي متفاوت با آنچه تاکنون بوده است  دست يابند.

اما اشکال اساسي که برسر راه تقويت کننده ها بود ، اين بود که در ديجيتال (0،1)معنا دارد اماتقويت (0،1)به لحاظ دامنه،امري است بي معني.چرا که باتقويت  دامنه(0،1) توقع

تقويت صدا رانميتوان داشت، با کمي تغيير زاويه ديد  دانشمندان دريافتند که بااستفاده از تکنيک قديمي مدولاسيون صدا معروف به PWM که سرکلمات

Pulse width modulatorميباشد  ميتوانند تغييرات دامنه صدا را تبديل به تغييرات  Duty cycle نموده و سپس با با تقويت دامنه و جريان وقرار دادن يک فيلتردرپايان

کارخواهند توانست اين رويا رامحقق سازند.

درموازات  تلاش دانشمندان خارجي ما (طراحان اين شرکت) نيز توانستيم ، با وجود مشکلات  بسيارزيادي که برسرراه مان بود اين طرح رااز راه بسيار مطمئن وعلمي به ثمر

برسانيم.

درتقويت کننده کلاس D سيگنال صدا  پس از تقويت اوليه  که بسيار ضعيف ميباشد، با يک موج مثلثي مقايسه شده (Compare)  ودر خروجي  ما شاهد يک موج

مربعي با ديوتي هايي متناسب با شکل موج ورودي صدا روبرو هستيم.

اين نوع مدولاسيون را  Pwm مي ناميم. (  Pulse Width Modulator   )

دراين نوع مدولاسيون فرکانس موج مثلثي رابطه مستقيم با نوع نمونه برداري(Sampling) داشته و با بالابردن اين فرکانس (مثلثي) کيفيتي مطلوب ازنمونه برداري ها خواهيم

داشت، ما براي کيفيت صداي مطلوب از فرکانس 400KHz استفاده کرده ايم.پس از اينکه اين مدولاسيون انجام گرفت، تغييرات دامنه به تغييرات پهناي پالس تبديل مي شود

ودراين مرحله است که ميتوان با يک تقويت کننده جريان ودامنه اين شکل موج را تقويت کرد.

ازآنجاييکه  بالاترين راندمان  ترانزيستورها حتي(BJT) درحالت استفاده  ترانزيستور به صورت سوئيچ ميباشد ، که به اين حداقل ولتاژمابين  کلکتور و اميتر، يا سورس و درين

بوده و ترانزيستورکمترين انرژي را به دما تبديل ميکند وازطرفي ترانزيستورهاي پاور ماسفت به دليل مقاومت پائيني که مابين  پايه هاي سورس و درين دارند، ايده آل است  که

از اين ترانزيستورها جهت سوئيچ کردن شکل موج توليد شده توسط  pWM استفاده شود.

اين امرموجب مي شود تاآمپلي فاير کلاسDراندماني معادل 93% داشته باشد.

 پيچيده ترين قسمت آمپلي فاير کلاس D تغذيه داخلي آنها ميباشد که با توليد 9  تغذيه متفاوت جهت قسمتهاي مختلف دستگاه تعبيه گرديده و بايدازثبات خاصي برخوردار باشند.

تغذيه هاي داخلي آمپلي فايرطراحي شده  دراين شرکت ازنوع سوئيچينگ بوده واين امر سبب بهبود راندمان اين دستگاه شده است.

درضمن جهت جلوگيري ازحوادث احتمالي، مانند اتصال کوتاه وآنبالانس شدن تغذيه و ازدياد  بار مدار، محافظي  با سرعت  1ns   طراحي شده  که از2 طريق  مدار را کنترل

ميکند.

اول از راه مبد ل PWM   که  همان   1ns  عمل ميکند ، دوم از طريق قطع رله  که به علت مکانيکي بودن رله تقريبا 5 ms  در اين مرحله زمان ميبرد واين استاندارد خوبي

 براي دستگاه محسوب ميشود.

دامنه خروجي  اين دستگاه تا    120 V پيک تو پيک افزايش پيدا ميکند،  جريان خروجي اين دستگاه نيز حداکثر  4/5  A   آمپرميباشد، اين امرسبب ميشود تا دستگاه به طورعادي

 بتواند 400 وات خروجي داشته باشد.

اتصالات ورودي اين دستگاه به صورت استاندارد بوده وبه شکل بالانس وآنبالانس قادربه دريافت صدا ميباشد.

خروجي اين دستگاه نيزقابليت استفاده به صورت  پلBridge  داشته  که در صورت نياز به توان بسياربالا ميتواند از اين تکنيک استفاده نماييد. 

آمپلی فایر یاد شده یکی از محصولات این شرکت بوده است .