Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Wzmacniacz monofoniczny klasy D o mocy 1 kW+, część 2

Article Image
Elmax
W artykule przedstawiamy potężny wzmacniacz monoblokowy klasy D zbudowany na układzie sterującym International Rectifier IRS2092S i czterech tranzystorach MOSFET IRFB4227. Gotowy moduł, dostępny w ofercie DigiKey, osiąga imponującą moc ponad 1000 W RMS. Po omówieniu zasady działania i konfiguracji przechodzimy do montażu oraz praktycznych testów.
Uwaga! Wzmacniacz wykorzystuje połączenia z zasilaniem sieciowym 230 V, dlatego należy zwrócić uwagę na izolację i uziemienie. Realizacji tego projektu powinny podejmować się tylko osoby posiadające doświadczenie z urządzeniami zasilanymi z sieci. Upewnij się, że postępujesz zgodnie ze wszystkimi naszymi instrukcjami dotyczącymi okablowania sieciowego. Podczas prac uruchomieniowych, a także później będzie dostęp do wysokich napięć DC (150 V), a na wyjściach głośnikowych mogą występować napięcia do 60 V AC. Podczas obsługi urządzenia i bezpośrednio po jej zakończeniu należy unikać fizycznego kontaktu z odsłoniętymi powierzchniami metalowymi. Przed umieszczeniem lub wyjęciem sond pomiarowych należy wyłączyć zasilanie i pozwolić na rozładowanie napięć zasilających.
Light icon
Specyfikacja modułu wzmacniacza:
  • THD+N: typowo <0,1% do 1 kW na 2 Ω, 500 W na 4 Ω, 270 W na 8 Ω
  • Moc wyjściowa, 1% THD+N: 1,2 kW na 2 Ω, 575 W na 4 Ω, 315 W na 8 Ω
  • Impedancja obciążenia: 2 Ω...8 Ω
  • Zakres dynamiki: 99,4 dB
  • Szum resztkowy 20 Hz...20 kHz: 290 μV
  • Współczynnik tłumienia (Dumping factor): 81,9 (1 kHz, obciążenie 2 Ω)
  • Pasmo przenoszenia: ±1,25 dB, 20 Hz...20 kHz (1 W, obciążenie 2 Ω)
  • Częstotliwość przebiegu PWM: 300 kHz (regulowana)
  • Wzmocnienie: 33 dB
  • Czułość wejściowa: 1 V RMS dla 1 kW na 2 Ω
  • Modulacja: delta-sigma drugiego rzędu, z własnym generatorem
  • Zasilanie: ±48 V do ±80 V DC
  • Prąd zasilania biegu jałowego: +67 mA, –105 mA
  • Moc zasilania na biegu jałowym przy ±72 V: 13,2 W
  • Sprawność: 74% @ 100 W, 94% @ 1000 W, 97% @ 1700 W
  • Temperatura radiatora (niezmodyfikowany): 56°C @ idle, 104°C @ 125 W, 118°C przy 1,2 kW (wyłącza się po 130 s)

Największym wyzwaniem przy budowie tak potężnego wzmacniacza okazuje się układ zasilania. Przy rozsądnych kosztach jedynym realnym rozwiązaniem jest wykorzystanie kilku gotowych zasilaczy impulsowych. W opisywanym układzie połączono sześć zasilaczy 25 V/20 A DC, uzyskując łącznie 150 V lub ±75 V przy zastosowaniu odczepu środkowego.

Należy wziąć pod uwagę, że do zapewnienia napięć ±75 V DC przy obciążalności 18 A konieczne byłoby zastosowanie co najmniej sześciu transformatorów o mocy 500 VA każdy. Byłaby to konstrukcja nie tylko niezwykle kosztowna i ciężka (ponad 1000 USD i 25 kg), ale początkowy skok napięcia po włączeniu powodowałby przepalanie bezpiecznika lub zadziałanie wyłącznika automatycznego. Aby temu zapobiec, należałoby zastosować układ miękkiego startu.

Dla porównania, sześć zasilaczy impulsowych kosztowało nas 347 USD, łącznie z dostawą, a ich łączna waga to około 4 kg.

Nasza konfiguracja zapewnia ±72 V przy maksymalnym natężeniu 20 A DC. Każdy zasilacz to niezależna przetwornica regulowana do 25 V, co daje zalecane ±75 V. Nie było to jednak konieczne, gdyż uzyskaliśmy dużą moc przy zasilaniu ±72 V. Jedyną regulacją zasilania, jakiej dokonaliśmy, było dopasowanie dodatniego i ujemnego zasilania w zakresie 0,1 V, co pozwoliło zmaksymalizować PSRR (współczynnik odrzucenia zasilania).

Nasze testy wydajności nie zostały przeprowadzone z żadną dodatkową pojemnością, chociaż opiszemy, jak można ją dodać, jeśli uważasz, że powinna znaleźć się w układzie. Według IR, obniży to szumy, ale wymagane duże kondensatory są dość drogie.

Sygnał akustyczny doprowadzany jest przez gniazdo RCA, a następnie trafia do regulatora głośności na panelu przednim (klasyczny potencjometr logarytmiczny). Połączenie realizowane jest przewodem zakończonym wtyczką RCA, a kolejnym takim przewodem sygnał przekazywany jest do modułu wzmacniacza. Dodatkowy potencjometr umieszczony na płytce drukowanej modułu umożliwia ustawienie maksymalnego poziomu wzmocnienia, co skutecznie ogranicza zapędy amatorów nadmiernej głośności.

Wyjście głośnikowe modułu wzmacniacza połączono z zaciskami głośnikowymi w obudowie krótkimi odcinkami przewodu o dużym przekroju. Alternatywą jest zastosowanie całkowicie zamkniętego gniazda typu Speakon. To rozwiązanie wydaje się szczególnie korzystne, ponieważ przy pełnej mocy napięcie wyjściowe może przekraczać 58 V RMS, co stwarza realne ryzyko porażenia prądem.

Opcjonalny wskaźnik wysterowania montuje się nad regulatorem głośności. Wskazówka wchodzi w czerwoną strefę, gdy moc wyjściowa przekracza 1000 W na 2 Ω, 500 W na 4 Ω lub 250 W na 8 Ω.

Aby przeczytać ten artykuł kup e-wydanie
Kup teraz
Firma:
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich wrzesień 2025
Udostępnij
Zobacz wszystkie quizy
Quiz weekendowy
Poziomy logiczne
1/10 Jakie rodziny układów logicznych są najczęściej stosowane współcześnie?
UK Logo
Elektronika dla Wszystkich
Zapisując się na nasz newsletter możesz otrzymać GRATIS
najnowsze e-wydanie magazynu "Elektronika dla Wszystkich"