Proje: D-Class Amplifikatör Yapıyoruz!!

[FxDev]

Arkadaşlar merhabalar,

Daha önceki başlıklarda, projelerden çıkarılan derslerden sonra isteyenin istediği yerde dahil olabileceği, merak ettiğini sorabileceği bir proje başlatalım dedik ve sonucunda bir proje ismi ortaya koyduk: D-Class Amplifikatör!

Öncelikle şunu belirtmek isterim, projenin amacı kesinlikle bir şeyler öğrenmektir, sonucunda profesyonel bir ürün çıkmayabilir!!

Proje özellikle donanımını geliştirmek isteyen kişiler için güzel olacağı kanısındayız! Yazılım konusunda ise fantezileri zorlayabilirsiniz!

Peki nedir bu D-Class Amplifikatör avantajı nedir, neden bu proje!?

Öncelikle günümüzde çoğu amp. devresi aşağıdakine benzer AB-Class ile kuruluyor. Bu güzel, kolay yıllarca denenmiş bir tasarım ama bir sorunu var! VERİMSİZ! Günümüzde ise verim her şey demek! Avrupa standartları bu anlamda her geçen gün seviyeyi zorlayıcı değerlere indiriyor!

Aşağıdaki tasarım klasik bir AB sınıf yükselticinin devresi. Bunu kullanarak isterseniz çıkışı güçlü sinyal jenetörü bile yapabilirsiniz ama tek eksiği çok verimsiz. Aslında bu bir lineer regülatöre benziyor iyice bakıldığında. Transistör tam iletime geçse dahi Vce gerilimi yüzünden büyük oranda verimsizlik söz konusu. Herhangi bir 4+1, 5+1 sistemin kontrolcüsü (genelde TDA serisi oluyor) küçücükken soğutucusu kocaman olabilir. En son bunu Creative (ki bilenler bilir bu konuda uzmandır) 2+1 ve 4+1 sistemimde görmüştüm. Sadece 30W olmasına karşın 1kg ağırlığında adaptörü ise ben verimsizim diye bağırıyordu.



Peki bu D sınıfı yükseltici nedir?
Aşağıda genel mantık şeması görülen D sınıfı yükselticide her şey sesi örnekleme ile başlar, gelen sinyal bir testere dişi sinyalle karşılaştırılır, bunun sonucunda elimize bir kare dalga elde edilir (sinyal dijitale dönüştürülmüş gibi görülebilir) daha sonra bu sinyal çıkışı push-pull yapıda olan bir Fetli güç katına yönlendirilir, böylelikle akım yükseltilir. Fakat elimizde yüksek akım kapasiteli bir kare dalga ile ses çıkmaz, dolayısı ile kare dalga LC filtre ile yumuşatılır ve bingo! Verimleri ise iyi bir tasarımda %90 üzerine bulmak mümkündür.



Öncelikle buradan sonraki kısmını okumak isteyenlere söylüyorum; bu konuda ucuza hazır entegreler mevcut, THD oranları vb. leri oldukça iyi olan. Ama biz burada bir şey öğrenmek için kolları sıvadık, o yüzden "ne gerek var XXX adında bir entegre bunu yapıyor" demeyin, zaten yaptığını biliyoruz

Öncelikle proje adımlarını dijital ve analog olarak ikiye ayıralım, yapmak istediğimiz olay şu, bir ses kaynağından küçük genlikli bir sesi alıp, bunu işleyip, gerekli kontrol birimlerine sunduktan sonra güçlendirip 4 ya da 8ohm bir hoparlörden ses elde etmek.

Projeyi kapsayan yerler sırasıyla şunlar:

1) Giriş katı: Sesin alınması
2) Sesin bir ADC birimi tarafından okunması: Bu işlemci ya da harici olur, herkes kendi imkanıyla bu kısmı yapabilir.
3) Mikrodenetleyici, FPGA vb ile ses değerlerini işleme: Ses kısma, tonlama, sağ/sol ayarı vb.
4) Dijital fanteziler: Bluetooth, USB, Wi-Fi kontrol, OLED ekran vb.
5) Power katı: Mosfet, sürücüler, kısa devre korumaları, LC eleman seçimleri, gerçek RMS güç ölçümleri..
6) Mekanik montaj: Her türlü kutu tasarımı

Ben kendi şahsıma STM32F072 kullanmayı düşünüyorum, böylelikle küçük bir Wi-Fi'li kutu yapıp kullanmayı düşünüyorum. Mosfetler olarak DPAK mosfetler kullanmayı düşünüyorum, alanı olabildiğince daraltmayı küçük alandan maksimum gücü elde etmeyi amaçlayacağım.

Katılım, soru sorma, konu ile ilgili toplantı yapma, malzeme temini, yazılım, donanım, güç aklınıza takılan her şeyi burada tartışalım. Projenin sonlanmasını beklemiyorum, fakat çalışırken bir çok şey öğreniriz diye düşünüyorum. Proje belirli dönemlerde hızlı belirli dönemlerde yavaş geçecektir. 3 ay sonra sıkılıp başka bir projeye de dallanabiliriz fakat en azından burada ne öğrendiysek kardır hesabı güdüyorum ben.

Haydi rasgele

[K46]

Güzel proje
Takip

[robomaster]

Ben SMPS kısmı ile uğraşayım mı?
Kaç watt lık bir şey olsun.

[FxDev]

Ben kendi tasarımımda 12V/5A ya da 3A gibi bir SMPS kullanacağım, yalnız amfinin içinde de ESR'si düşük giriş ve çıkış kapasiteleri kullanılması gerekiyor bazen ses için yüksek akımlara ihtiyaç duyuluyor çünkü. Gerilim aralığı 230V +-%20 alınabilir. Yalnız çıkışındaki ripple seviyesi düşük olmalı bence.

[robomaster]

    Anlaşıldı herkes kendi anfisini kendi yapacak. Kolay gelsin. Herkes kendi istedigi islemci ve supply kullansin demek herkes kendisi yapsin demek. PROJE olan kismi neresi firat bunun      

[mistek]

Bende sizle birlikte projeyi uzaktan yürütmeyi planlıyorum.

İşlemci olarak Stm32L152 NUCLEO kiti kullanacağım. Becerebilirsem mbed kütüphaneleri ile yapacağım olmazsa standart library ile çalışırım.

Birbirine çok yakın modeller kullansak takıldığımız yerde kolay yardım alabiliriz aslında.

Burada sanırım projenin adı koyuldu geri kalanını herkes kendi yapacak aynı zamanda burada ortak yardımlaşmamı olacak?
Yoksa sabit bir tasarım üzerinden mi gidilecek ? (Mikroişlemci vs farklı olabilir)

Ben daha önce hiç ses içeren bişeylerle uğraşmadım saçma sorulara hazırlıklı olursanız memnun olurum.

[FxDev]

@robomaster: Hocam sanki herkes kendi başının çaresine baksın gibi bir durum olmuş, yanlış anlattım sanırım. Şöyle ki hocam, sizde STM32 yoktur da PIC ya da Atmel vardır. Şimdi bunun içinde koşacak kod değişecek mi hayır, algoritmalar da aynı olacak. ADC çözünürlüğü ben 12bit kullanırken size 24bit kullanacaksınız diyelim. Hiç bir şey değişmeyecek, hatta sonucunda karşılaştırma bile yapabiliriz, aynı algoritmalar, devreler varken 12bit ile 24bit arasında ne kadar kalite bozulması oluyor gibi. Besleme ve işlemci seçimi özgür ama analog devreleri birlikte tasarlayacağız.

@mistek hocam topluca yanıt verelim o halde yanlış anlaşılmaları gidermek adına:

- Besleme ve mikrodenetleyici kısımlarını özgür bırakıyorum, çünkü birimizde trafolu bir besleme vardır diğerimizde SMPS. İşlemci konusu da böyle tek kuralımız C yazalım ve ses ile ilgili algoritmaları fonksiyonlara dökelim. Ben STM32 seçtim çünkü elimin altında atılan bir tane vardı değerlendirmek istedim, sizde NXP'de olabilir, PIC, Atmel, MSP430 vs. Konumuz şudur, donanımızı sabit tutmak! Sonuçta bu iş 10bit ADC'si olan 40-50MHz altında hızı olan ortalama bir işlemci ile yapılabilir gözüküyor. Zaten yapılamadığını görürsek bile bize bir katkıdır, proje budur herkes ne yaparsa yapsın değil durum ki zaten iş bölümü de yaparız. Her türlü soruya da açığız.

Bu konuda bugün içerisinde girişteki 3.5mm stereo jack'ın verebileceği maksimum gerilim ne olabilir bu konuda araştırma yapabilir miyiz? Ona göre girişte ilk analog devremizi oluşturalım.

Bu arada benim kafamda 2+1 bir sistem var başlangıç için ve güç olarak gerçek 2x15W, 1x30W center düşünüyorum. Aşağıdaki örnekler gibi, sizlerin düşüncesi nedir acaba?

http://www.ebay.com/itm/YJ-TPA3116-2-1-2-50W-100W-Class-D-amplifier-completed-board-/151489812784?pt=UK_Sound_Vision_Amplifier_Parts&hash=item23457f1930

Güzel bir video buldum, kullanılan işlemciye bir bakın derim!
Güzel bir kaynak ve temel oluşturablir bize.

http://rdimitrov.twistedsanity.net/blog/show.php?entry=Microcontroller%20Class%20D%20Amplifier

DIY 70W Class D Power Amplifier

[mistek]

Bu konuda bugün içerisinde girişteki 3.5mm stereo jack'ın verebileceği maksimum gerilim ne olabilir bu konuda araştırma yapabilir miyiz? Ona göre girişte ilk analog devremizi oluşturalım.

Line Level diye geçiyor sanırım. http://en.wikipedia.org/wiki/Line_level

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/46/Line_levels.svg/500px-Line_levels.svg.png



Kullanacağımız konektörlerin adı : http://en.wikipedia.org/wiki/Phone_connector_%28audio%29

[FxDev]

Muhteşem oldu bu, o halde girişe küçük bir level shifter yapacağız ve ne olur ne olmaz küçük bir de kırpıcı ekleyeceğiz. Shifter ile bile neredeyse direkt işlemciye girebiliriz gözüküyor bu çok iyi oldu!!

[robomaster]

Muhteşem oldu bu, o halde girişe küçük bir level shifter yapacağız ve ne olur ne olmaz küçük bir de kırpıcı ekleyeceğiz. Shifter ile bile neredeyse direkt işlemciye girebiliriz gözüküyor bu çok iyi oldu!!

Dostum level shifter kullanılabilir. Ancak gerek yok.
mistek in verdiği grafikten şu sonucu çıkarabiliriz. Mesela microchip için
VREF+ = 1.736Volt      VREF- = -1.736Volt  hassas referans gerilimleri ile beslenmeli.
Ne düşünüyorsunuz ?

[Karamel]

fxdev hocam. forumda baska bir projenize rastlamistim. ondada ayni tutumu sergilemissiniz ve sanirim onu tamamlamamissiniz?(yazilan mesajlardan bunu cikarttim. birde sizin ilk mesajiniz --- seklinde degistirilmis. konudada baska mesajiniz yok?) https://www.picproje.org/index.php/topic,32637.105.html

halbuki burada hocalarim isi cok guzel basarmislar. https://www.picproje.org/index.php/topic,18790.0.html devre semalarina birlikte karar verip. tek bir pcb yapmislar.

sahsi gorusum. eger proje sen sundan kullan. ben bundan kullanayim vs gibi olacaksa. buyuk ihtimal sonuc husran olabilir. birlikte karar verip tek birsey yapmak daha dogru olabilir. bir onceki projeyi tamamlayan hocalarimizdan yardim almak gerekli. onlar bizi daha iyi yonlendirirler.

bu arada bende projeye dahil olmak isterim ama ben bu sene universte sinavlarina hazirlaniyorum. bu yuzden. su siralar ne yazikki elektronik ile ilgilenemiyorum.... ama elimden geldigince projenize yardimci olmaya calisirim. ayak islerini falan halledebilirim. fotokopi vs....

[JKramer]

Dostum level shifter kullanılabilir. Ancak gerek yok.
mistek in verdiği grafikten şu sonucu çıkarabiliriz. Mesela microchip için
VREF+ = 1.736Volt      VREF- = -1.736Volt  hassas referans gerilimleri ile beslenmeli.
Ne düşünüyorsunuz ?

Öyle bir denetleyici var mı bilmiyorum ama muhtemelen VREF- o değerlere inemez. Kataloglardaki "Electrical Characteristics" bölümü incelenebilir.

[robomaster]

Öyle bir denetleyici var mı bilmiyorum ama muhtemelen VREF- o değerlere inemez. Kataloglardaki "Electrical Characteristics" bölümü incelenebilir.

18f4550 için vref- değeri maximum (vdd-3) volt olarak verilmiş.
Ama kafam karıştı bu değer negatif değer olarakmı alınacak.
Denemem lazım.
mesaj birleştirme:: 30 Kasım 2014, 04:30:51
* Denemedim ama sanırım haklısın o değere inmiyor.
mesaj birleştirme:: 29 Kasım 2014, 14:35:49
Vss- 0.3 volta kadar inebiliyor...

[asma]

Merhaba
Güzel konu , ben de takipteyim.

Aklımda bağzı sorular var:
1) Mikrokontrolör kullanmadan (isteğe bağlı) amplifikatör dizaynı yapabilirmiyiz.
Ben ton kontrolü amfiden önce kullanmayı tercih ederim.
İşlemci kullanmak bana zor geliyor. (bilmediğim için)
2) İki farklı dizaynda amfi tasarlamamız daha öğretici olmaz mı?
Tek besleme , tercihen 12Vdc ile düşük güçlü bir model ve simetrik beslemeli daha güçlü farklı yapıda başka bir model.
düşük güç< 50W<yüksek güç   
3) Her ne kadar çeşit olsun desem de blok şema olarak sabit kalması daha iyi olmaz mı? Ve içinden bağzı bölümleri bizler öneri olarak değiştirebilir veya deneyebiliriz. Eklenebilir ya da sadeleştirilebilir olması ile asıl yapı hakkında söz sahibi bu işin başındaki kişi olmalıdır.

Line input level bilgisine ilave olarak 0dBV yani 1Veff sinyal uygulandığında amfi tam güçte çalışmalı. (kazanç vs. buna göre hesaplanmalı)

Kolay gelsin.

[FxDev]

@Karamel: Zamanındaki konu ilgisizlik üzerine sürdürülemedi. Ben o projeye ait devre şeması dahi paylaşmıştım, kimse ilgilenmeyince forumdan daha önce ayrılışımdan ötürü mesajlar silinmiş olabilir.

@robomaster: Bir adet level shifter gerekli diye düşünüyorum ben hala. Yarın biraz araştırma yapacağım bu konu ile ilgili. Bu arada mp3 player ya da bir telefonun jack çıkışının dalga şeklini alabilecek var mı? Ben ancak pazartesi günü görebilirim bu görüntüyü kendim.

@asma: Konumuzun içinde mikrodenetleyici olmak zorunda, amacımız çok kaliteli bir yükselteci yapmak değil, bu işi manuel olarak yapmak olduğundan hazır bir entegre kullanmak istemiyoruz.

Bir blok şema hazırlayacağım o halde, esneklik payı istenmiyor madem. Herkes bu blok şema üzerinden giderse herhangi bir problem çıkmaz!