D-luokan audiovahvistin

Abstract

Työssä toteutettiin D–luokan audiovahvistin, käyttäen A/D–muunninta ja FPGA–kehitysalustaa. Työn tarkoitus oli osoittaa, että on mahdollista toteuttaa audiovahvistin hyvällä hyötysuhteella, ja FPGA–piirille ohjelmoituna. Hyvä hyötysuhde minimoi jäähdytyslevyille tarvittavan pinta–alan, jolloin vahvistin voidaan toteuttaa kompaktissa koossa. Sisääntuloon toteutettiin analogisena kaksi toisen asteen suodinta. Suotimet ovat tyypiltään yli– ja alipäästösuotimia. Suodinten tehtävä on poistaa signaalijohtimiin tulevaa audiotaajuuksien ulkopuolista häiriötä, ulkopuolisista lähteistä. Ulostulossa vahvistimella on neljännen asteen Butterworth alipäästösuodin, jonka tehtävä on muuttaa pulssimoduloitu signaali, diskreettiseksi signaaliksi, joka on toistettavissa kaiuttimilla. Yleisesti D–luokan vahvistimissa käytetään toisen asteen suodinta ulostulossa. FPGA–piirille ohjelmoitiin kolmitasoisen pulssileveysmodulaation ulostuloon toteuttava ratkaisu. Ohjelmointi jaettiin pieniä kokonaisuuksia toteuttaviin osiin, jotka yhdistelemällä saatiin lopullinen vahvistin. Vahvistimen toiminnan oikeellisuuden varmistamiseksi toteutettiin testipenkki, joka simuloi A/D–muuntimelta tulevia sini–muotoisen signaalin arvoja. Mittauksissa huomattiin vahvistimen toistavan vain yli 10 kHz:n taajuuksia täydellisesti, ja siitä alemmat taajuudet vääristyivät. Vääristymä paheni alemmille taajuuksille siirryttäessä. Sisääntulosuodin toimi moitteettomasti. FPGA–piirille ohjelmoitu pulssileveysmodulaatio toimi mittauksissa myös moitteettomasti. Käyttäen FPGA–piiriä on mahdollista toteuttaa audiovahvistin, joka on kooltaan pieni ja mahdollistaa useampikanavaisen vahvistimen toteuttamisen vahvistimen osalta matalaan koteloon. Hyötysuhteessa päästiin yli 90 %:iin, mutta 95 %:in tavoite jäi saavuttamatta.