555 Leistungsverstärker der Klasse D [130144

Oct 27, 2023

Bei diesem Projekt möchte ich einen kleinen Klasse-D-Verstärker auf Basis eines 555-Timer-ICs bauen. Außerdem verwende ich gerne nur „gewöhnliche“ Komponenten, daher hat dieses Projekt einen großen pädagogischen Wert und ist einfach aufzubauen. Mein Ziel ist es, etwa 5 W RMS-Leistung an 4 Ohm zu erzeugen. Der Verzerrungsgrad sollte weniger als 1 % betragen. Schaltungsbeschreibung VERSION1 (siehe Schaltplan unten)

Bei diesem Projekt möchte ich einen kleinen Klasse-D-Verstärker auf Basis eines 555-Timer-ICs bauen. Außerdem verwende ich gerne nur „gewöhnliche“ Komponenten, daher hat dieses Projekt einen hohen pädagogischen Wert und ist einfach zu erstellen.

Mein Ziel ist es, etwa 5 W RMS-Leistung an 4 Ohm zu erzeugen. Der Verzerrungsgrad sollte weniger als 1 % betragen.

Schaltungsbeschreibung VERSION1 (siehe Schaltplan unten)

Um einen Klasse-D-Verstärker zu bauen, müssen wir das analoge Signal in ein digitales Signal umwandeln. Tatsächlich verwenden wir gerne einen Impuls mit moduliertem Signal, das dem analogen Audiosignal folgt. Auf diese Weise können wir zwei Leistungs-MOSFETs sehr effizient ein- und ausschalten.

Ich verwende den NE555 als Herzstück des PWM-Encoders. Am Eingang haben wir einen Standard-NPN-Transistoreingang (Q4), der durch R10 und R9 vorgespannt ist. C1 blockiert den gesamten Gleichstrom am Eingang. Die Idee besteht darin, die Art und Weise zu modulieren, wie der Ladekondensator C3 mit dem analogen Audiosignal geladen wird.

In den meisten standardmäßigen 555-Timing-Konfigurationen wird der Timing-Kondensator mit einer konstanten Spannung geladen, was zu starken Nichtlinearitäten führt, insbesondere bei hohen Ausgangspegeln. Um die Linearität zu verbessern, lade ich den Zeitkondensator mit dem Konstantstrom auf. Deshalb verwende ich eine Stromquelle am Eingang (Q3, R2 und R7) und einen Spannungs-Strom-Wandler in der Rückkopplungsschleife des 555. (Q1, Q2, R1 und R3) Auf diese Weise erhalten wir eine echte Dreieckswelle auf C3. (siehe Bild unten „Signal auf C3 kein Signal.jpg“)

Die Schwingfrequenz des 555 liegt bei etwa 300 kHz.

Das Ausgangssignal ist ein 0V-18V-PWM-Signal, das M1 und M2 ein- und ausschaltet.

D1, D2, R4 und R5 kümmern sich um die „Ein“- und „Aus“-Zeiten und vermeiden, dass M1 und M2 gleichzeitig „Ein“ sind (und einen Kurzschluss der Stromversorgung vermeiden). R12, R14 und Q5 bilden einen Rückkopplungskreis, der die Linearität und den Verzerrungspegel noch weiter verbessert. L1 und C4 sind ein LPF um 25 kHz, der alle hochfrequenten Schaltkomponenten entfernt.

Ich verwende zum Testen ein SMPS-Laptop-Netzteil mit 18 V (billig). Anfangs hatte ich Schaltgeräusche im Lautsprecher. Deshalb füge ich eine Spule mit 100 µH hinzu, um dies herauszufiltern. Funktioniert gut!

Ich habe diese Schaltung auf einer Standard-Testplatine aufgebaut und bin mit dem Ergebnis recht zufrieden. Für mich klingt der Klang „direkt“ und „klar“, mit satten Bässen! Ich erhalte etwa 6 W RMS-Leistung, was für meinen ersten Versuch in Ordnung ist. Ich habe keine Verzerrungsmessausrüstung und bin mir daher nicht sicher, ob mein Ziel von <1 % erreicht wird.

Was die Effizienz betrifft, ist der Kühlkörper auf allen Ebenen kühl, also sollte das in Ordnung sein.

Ich habe einige Bilder und natürlich den Schaltplan sowie einige Oszilloskopausdrucke der Ausgangsrechteckwelle und der Ladekondensatorwelle beigefügt. Ich habe auch ein kurzes Video der amp@work hinzugefügt. Stören Sie nicht die schlechte Tonqualität des Films; Es liegt an der schlechten Mikrofonqualität meiner Kamera J

Mögliche Verbesserungen (VERSION2 wird noch bestätigt)

Jede Hilfe, Vorschläge oder Hinweise zur Verbesserung dieses Projekts sind willkommen!