Amplificador de potência classe D 555 [130144

Oct 27, 2023

Com este projeto, gosto de construir um pequeno amplificador classe D baseado em um IC temporizador 555. Também gosto de usar apenas componentes “comuns”, por isso este projeto tem grande valor educacional e é fácil de construir. Meu objetivo é produzir cerca de 5W RMS de potência em 4ohm. O nível de distorção deve ser inferior a 1%. Descrição do circuito VERSÃO 1 (veja o diagrama do circuito abaixo)

Com este projeto, gosto de construir um pequeno amplificador classe D baseado em um IC temporizador 555. Também gosto de usar apenas componentes “comuns”, por isso este projeto tem grande valor educacional e é fácil de construir.

Meu objetivo é produzir cerca de 5W RMS de potência em 4ohm. O nível de distorção deve ser inferior a 1%.

Descrição do circuito VERSION1 (veja o diagrama do circuito abaixo)

Para construir um amplificador classe D, devemos converter o sinal analógico em digital. Na verdade gostamos de usar um pulso com sinal modulado que segue o sinal de áudio analógico. Desta forma, podemos ligar e desligar 2 MOSFETs de potência de uma forma muito eficiente.

Eu uso o NE555 como coração do codificador PWM. Na entrada, temos uma entrada de transistor NPN padrão (Q4) polarizada por R10 e R9. C1 bloqueia todos os DC na entrada. A ideia é modular a forma como o capacitor de carga C3 carrega o sinal de áudio analógico.

Na maioria das configurações de temporização 555 padrão, o capacitor de temporização é carregado com uma tensão constante, resultando em graves não linearidades, especialmente em altos níveis de saída. Para melhorar a linearidade, carrego o capacitor de temporização com corrente constante. Portanto utilizo uma fonte de corrente na entrada (Q3, R2 e R7) e um conversor de tensão para corrente no circuito de feedback do 555. (Q1, Q2, R1 e R3) Desta forma obtemos uma onda triangular real em C3. (veja a imagem abaixo “sinal em C3 sem sinal.jpg”)

A frequência de oscilação do 555 é de cerca de 300 kHz.

O sinal de saída é um sinal PWM de 0V – 18V que liga e desliga M1 e M2.

D1, D2, R4 e R5 estão lidando com temporizações “on” e “off” e evitam que M1 e M2 estejam “on” ao mesmo tempo (e evitando curto-circuito na fonte de alimentação). R12, R14 e Q5 formam um circuito de feedback que melhora ainda mais os níveis de linearidade e distorção. L1 e C4 são LPF em torno de 25 kHz, removendo todos os componentes de comutação de alta frequência.

Eu uso uma fonte de alimentação de laptop SMPS de 18V para testar (barata). Inicialmente tive ruído de comutação no alto-falante. Portanto adiciono uma bobina de 100µH para filtrar isso. Trabalhando bem!

Construí este circuito em uma placa de teste padrão e estou muito feliz com o resultado. O áudio soa “direto” e “claro” para mim, com graves firmes! Obtenho cerca de 6 W RMS de potência, o que é bom para minha primeira tentativa. Não tenho nenhum equipamento de medição de distorção, então não tenho certeza se minha meta de <1% foi alcançada.

Sobre eficiência, o dissipador de calor é frio em todos os níveis, então tudo bem.

Anexei algumas imagens e claro o esquema e também alguns prints do osciloscópio da onda quadrada de saída e da onda do capacitor de carga. Também adicionei um pequeno vídeo do amplificador @ work. Não se preocupe com a má qualidade do som do filme; é a má qualidade do microfone da minha câmera J

Possíveis melhorias (VERSION2 a confirmar)

Qualquer ajuda, sugestão ou sugestão é bem-vinda para melhorar este projeto!