Усилитель класса D на Attiny15L

October 6, 2012 by admin Комментировать »

В последнее время широкое использование получили усилители с высоким
КПД – 90% и более. В них звуковой сигнал преобразуется в ШИМ
(широтно-импульсно  модулированный), что и обуславливает  их высокий
КПД, так как выходные каскады при этом работают в ключевом режиме.
Современные промышленные образцы таких усилителей  — это монолитные
микросхемы, объединяющие процессор и мощные выходные каскады.
Поэкспериментировать с ними, например, поменять алгоритм ШИМ
преобразования, затруднительно.
Рассматриваемое устройство позволяет ознакомиться с одним из
вариантов реализации усилителя класса D. Контроллер ATtiny15L семейства
AVR фирмы Atmel как нельзя лучше подходит для этой цели, так как
содержит десятиразрядный аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и
таймер с широтно-импульсным модулятором (ШИМ).
Схема, благодаря применению микроконтроллера, получается очень простой рис. 1.

Рис. 1

Опорным напряжением АЦП выбирается напряжение питания (биты регистра
ADMUX REFS1=0, REFS0=0) . Сигнальный вход контроллера – один из входов
АЦП, в данном случае, вход – 3 (РВ 4). Выходом сигнала ШИМ служит –
выход таймера ОС 1 (РВ 1). Вспомогательные выходы: РВ0 и РВ2 коммутируют
  положительную и отрицательную волну сигнала – соответственно.
Для предварительного усиления сигнала необходим линейный усилительный
каскад с коэффициентом усиления К=10, причем напряжение на его выходе в
отсутствие сигнала должно составлять половину напряжения питания,
поэтому величины резисторов R1 и R2 равны, а операционный усилитель (ОУ)
TL071 имеет большое входное сопротивление.
Программа использует два прерывания: по переполнению таймера Т1 и по
окончанию цикла работы АЦП. АЦП конфигурируется на выравнивание
результата по правому краю. При прерывании от АЦП результат считывается
в рабочие регистры и сдвигается на один разряд вправо, таким образом,
нулевой разряд старшего байта служит критерием коммутации положительной
и отрицательной полуволн. По переполнению таймера обновляется
содержимое регистра ШИМ.
Для формирования сигнала необходимого для управления мостовым
выходным усилителем предназначен логический элемент 4И-НЕ (561ЛА7). В
усилителе применены составные  транзисторы КТ972А, КТ973А.
Наладку усилителя следует начинать со сборки предварительного
усилителя, прежде всего, необходимо убедиться, что на выходе ОУ
присутствует напряжение близкое к 2,5В  при питании от 5В.
Следующий этап – прошивка микроконтроллера. Для прошивки
микроконтроллера Tiny15L использовался программатор PonyProg. Он удобен
тем, что не требует дополнительного источника питания (питается от СОМ
порта компьютера) и не содержит микроконтроллеров.  После
программирования контроллера подаем тестовый сигнал  1кГц от
генератора на вход ОУ, так чтобы на его выходе амплитуда была не более
2В. На выходах микроконтроллера РВ0 и РВ2 должен быть меандр с той же
частотой, на РВ1 –  ШИМ сигнал с частотой примерно 100кГц.
Требовать высокого качества звучания от усилителя не следует,
контроллер, применяемый в нем, не предназначен для обработки аудио
сигнала.
Файл прошивки имеет имя: Amp_t15.hex,  файл листинга (для любителей программирования) Amp_t15.asm.

Для написания программы использовалась стандартная
программа фирмы Atmel – AVRStudio версия 4.12, отладка производилась с
помощью VMLAB версии 3.14.

Скачать архив с файлами схемы и прошивки контроллера можно тут.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты