NEDBAL, J. Audio výkonový zesilovač ve třídě D s mikroprocesorovým řízením [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2012.
Úkolem studenta bylo navrhnout a realizovat audio výkonový zesilovač ve třídě D, včetně korekčního předzesilovače a napájecí jednotky spínané koncepce, s funkcemi ovládánými mikroprocesorem. Mohu konstatovat, že všechny požadavky zadání byly zcela splněny. Student navrhnul zapojení předzesilovače, koncového stupně i spínaného napájecího zdroje na bázi integrovaných obvodů (Philips, Texas Instruments a Power Integrations). Řídicí jednotka je tvořena mikrokontrolérem ATmega128 firmy Atmel, jehož program pro řízení funkcí předzesilovače byl napsán v jazyku C. Řídicí jednotka je opatřena klávesnicí a LCD displejem. Spínaný napájecí zdroj byl navržen v programu PIExpert, nechybí podrobný návrh transformátoru zdroje a potřebného chlazení. Vybraná zapojení byla podrobena počítačové simulaci v PSpice, měření vlastností zhotoveného zesilovače prokázala jeho správnou funkci i očekávané parametry. Nad rámec zadání byla měřena pomocí termokamery teplotní pole při reálném provozu zesilovače. Práce je doplněna přílohami s návrhy desek plošných spojů z programu Eagle, seznamy součástek, včetně fotodokumentace vyrobených a osazených desek. Po formální stránce má práce vysokou úroveň, je přehledná a vykazuje jen drobné chyby. Zmínil bych snad několik výskytů pojmu „modulační charakteristika“ namísto „modulová charakteristika“, „řídící“ namísto „řídicí“, některé fyzikální jednotky jsou psány kurzívou, jiné správně normálním stylem. Student pracoval na projektu se zájmem o problematiku a samostatně, dle mého názoru prokázal vysoké návrhářské i konstruktérské schopnosti z oblasti analogové a digitální techniky.
Úkolem diplomanta bylo seznámení se s problematikou audio výkonových zesilovačů spínané koncepce, přičemž se měl dle zadání podrobněji zaměřit na třídu D, zmapovat vhodná obvodová řešení a provést rešerši vhodných typů mikroprocesorů pro řízení funkcí předzesilovače. Dále se měl diplomant zaobírat návrhem a realizací audio výkonového zesilovače ve třídě D včetně předzesilovače, ovládání pomocí mikroprocesoru a napájecího zdroje procujícího ve spínaném režimu. V předložené diplomové práci diplomant prokázal schopnost splnit zadaný úkol. V úvodu práce lze ocenit dobré porovnání jednotlivých tříd audio výkonových zesilovačů spínané koncepce a to zejména z pohledu rozdílnosti patetovaných řešení od jednotlivých výrobců těchto zesilovačů či výrobců polovodičových součástek. V této práci mi chybí detailnější rozbor zesilovače ve třídě D, který by ukázal vliv jednotlivých parametrů zvolených komponent (případně i parazitních efektů) v koncovém stupni zesilovače třídy D na jeho očekávané vlastnosti. Zajímavé je srovnání jednotlivých tříd zesilovačů v tabulce 1.1, kde však chybí jakékoliv parametry ke třídě S, která je popsána jako „moderní filterless metoda“, což je z hlediska porovnávání metod nic neříkající teze. V další části práce se diplomant zaobírá návrhem předzesilovače s řízením pomocí mikrokontroléru ATmega128. Dle zadání práce měl provést rešerši vhodných typů mikroprocesorů, která v práci uvedena není. Zřejmě z důvodu, že mikrokontoléry pro svou funkci nepotřebují na rozdíl od mikroprocesorů další pouzdra integrovaných obvodů jako třeba periferní porty. Ale bylo by možné očekávat, že autor diplomové práce srovná alespoň 2 typy mikrokontrolérů např. ATMEL (použitý typ ATmega128) s Microchipem (známé PICy) či produkty od Texas Instruments (např. rodina obvodů MSP430). Výběr obvodu pro předzesilovač s TDA9859 považuji za správný, jedná se o obvod hojně požívaný v audio částech spotřební elektroniky s řízením pomocí sběrnice I2C. Velmi dobře oceňuji popis programu pro řízení přezesilovače i s uvedením vývojových diagramů. Diplomant nad rámec zadání využil vnitřního A/D převodníku v mikrokontroléru ATmega128 a vytvořil na použitém LCD displeji i indikátor vybuzení audio zesilovače. Následující část práce popisuje řešení koncového audio zesilovače ve třídě D s využitím integrovaného obvodu TAS5613. V tomto obvodu jsou naintegrovány jak PWM modulátory, budiče a koncové stupně pro 4 kanály zesilovače v zapojení polovičního mostu či 2 kanály v plném mostu, obvody zpětné vazby a její kompenzace a dále také obvody ochran. V této části práce se diplomant věnoval především simulacím vstupních a výstupních filrů zesilovače v simulačním programu Orcad Pspice a také návrhu plošného spoje, kde správně vycházel z aplikačních poznámek od výrobce obvodu. Kapitola 4 popisuje řešení napájecího zdroje ve spínacím režimu, který využívá plně intergované řešení řízení primární časti společně s primárním výkonovým spínačem v jednom pouzdře integrovaného obvodu. Jedná se o obvod z rodiny TOPSwitch od výrobce Power Integrations. Tímto byla dána i topologie výkonové části tohoto napájecího zdroje, která je typu blokující měnič. Tato topologie již není pro zvolený výkon 290 W nejvýhodnější z hlediska objemného transformátoru, velkého zvlnění proudu na vstupu i výstupu. Autor zde použil pro návrh program PIExpert, proto se při výpočtech věnuje pouze požadovanému výkonu zdroje a návrhu chlazení primárního spínacího obvodu přičemž věří výrobci, že vše doporučil správně. Tomu odpovídá, že v kapitole o měření není jediný oscilogram z oživování napájecího zdroje. V poslední části diplomové práce se diplomant věnuje především podrobnému měření přenosových vlastností zesilovače a předzesilovače. Ke kompletnosti zprávy o měření vzorku celého zesilovače však chybí ověřovací oscilogramy na výstupech jednotlivých kanálů audiozesilovače, ověření velikosti zvlnění na pracovním kmitočtu na výstupu zesilovače, ověření zvlnění na napájecím zdroji, testy nadproudových ochran a podobná ověřovací měření. Grafická a vnější úprava práce je velmi dobrá. V práci je minimum formálních a věcných nedostatků. Písemná zpráva je zpracována v logickém sledu, rozsahy jednotlivých kapitol odpovídají důležitosti. Práce je přehledná a obsahuje také veškeré náležitosti včetně seznamu použité literatury s uvedením všech důležitých pramenů. Výsledkem práce je realizovaný a funkční vzorek výkonového audiozesilovače. Diplomant prokázal schopnost inženýrského přístupu k řešení problému, protože se nezabývá řešením již vyřešených věcí. Velmi pěkně vypadají i návrhy plošných spojů. Práci chybí pouze důkladnější teoretický rozbor a realizovaný vzorek je nedostatečně proměřen a není provedeno porovnání výsledků získaných simulací a následným měřením. Přes všechny vytknuté nedostatky diplomant splnil zadání práce. Po zodpovědném zvážení všech kladů i záporů navrhuji hodnotit tuto práci 85 body.
eVSKP id 52347