D-luokan vahvistin
Karjala, Jussi (2011)
Karjala, Jussi
Turun ammattikorkeakoulu
2011
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201104285082
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201104285082
Tiivistelmä
Turun ammattikorkeakoulun elektroniikkasuunnittelun suuntautumisvaihtoehdon opiskelijoille tarvittiin valmis D-luokan vahvistinmoduuli, jota voidaan käyttää harjoitustöissä. Tässä opinnäytetyössä suunniteltiin ja rakennettiin edellä mainittu audiokäyttöön tarkoitettu D-luokan vahvistin, jolla on lähes 90 %:n hyötysuhde ja pieni koko antotehoon nähden. Työssä verrattiin perinteisiä vahvistintyyppejä D-luokkaan ja käytiin läpi etuja ja haittoja.
Vahvistimen tehona tavoiteltiin 10−20 W:a 4−8 Ω:n kaiutinelementtiin, ja piirilevyn koko yritettiin saada mahdollisimman kompaktiksi. Työssä rakennettiin pelkkä vahvistinmoduuli ilman laitekoteloa ja teholähdettä.
D-luokan vahvistimen suunnitelu aloitettiin sen toimintaperiaatteen pohjalta, jonka jälkeen syvennyttiin tarkemmin vahvistimen eri toimintalohkoihin. Vahvistimen toimintaperiaatteen opiskelun jälkeen voitiin aloittaa varsinainen laitesuunnittelu. Suunnittelussa päädyttiin käyttämään integroitua vahvistinpiiriä työn yksinkertaistamiseksi. D-luokan vahvistinpiirinä käytettiin Texas Instrumentsin valmistamaa TPA3001D1-vahvistinpiiriä, jolle valmistaja ilmoittaa 20 W:n maksimitehon 4 Ω:n kaiuttimeen.
Vahvistimen rakentamisen jälkeen valmis laite testattiin ja mitattiin laboratoriossa. Maksimitehoksi saatiin 4 Ω:n kaiuttimeen 10 W:n teho ilman säröytymistä. Hyötysuhde 10 W:n teholla oli 89 %, mutta tehoa kasvattamalla 18 W:iin päästiin jopa 98 %:n hyötysuhteeseen. Kokonaisharmoninen särö oli vaihteli 0,5−0,7 % välillä 19 kHz:n taajuuteen asti.
Opinnäytetyössä tehty D-luokan vahvistin suoriutui testeistä toivotulla tavalla, joten sitä voidaan käyttää opiskelijaharjoitustöissä valmiina moduulina tai aktiivikauttimen vahvistimena kotistereoympäristössä.
Vahvistimen tehona tavoiteltiin 10−20 W:a 4−8 Ω:n kaiutinelementtiin, ja piirilevyn koko yritettiin saada mahdollisimman kompaktiksi. Työssä rakennettiin pelkkä vahvistinmoduuli ilman laitekoteloa ja teholähdettä.
D-luokan vahvistimen suunnitelu aloitettiin sen toimintaperiaatteen pohjalta, jonka jälkeen syvennyttiin tarkemmin vahvistimen eri toimintalohkoihin. Vahvistimen toimintaperiaatteen opiskelun jälkeen voitiin aloittaa varsinainen laitesuunnittelu. Suunnittelussa päädyttiin käyttämään integroitua vahvistinpiiriä työn yksinkertaistamiseksi. D-luokan vahvistinpiirinä käytettiin Texas Instrumentsin valmistamaa TPA3001D1-vahvistinpiiriä, jolle valmistaja ilmoittaa 20 W:n maksimitehon 4 Ω:n kaiuttimeen.
Vahvistimen rakentamisen jälkeen valmis laite testattiin ja mitattiin laboratoriossa. Maksimitehoksi saatiin 4 Ω:n kaiuttimeen 10 W:n teho ilman säröytymistä. Hyötysuhde 10 W:n teholla oli 89 %, mutta tehoa kasvattamalla 18 W:iin päästiin jopa 98 %:n hyötysuhteeseen. Kokonaisharmoninen särö oli vaihteli 0,5−0,7 % välillä 19 kHz:n taajuuteen asti.
Opinnäytetyössä tehty D-luokan vahvistin suoriutui testeistä toivotulla tavalla, joten sitä voidaan käyttää opiskelijaharjoitustöissä valmiina moduulina tai aktiivikauttimen vahvistimena kotistereoympäristössä.