سنسور حسگر اثر انگشت FPM10A یکی از ماژولهای رایج برای تشخیص و پردازش اثر انگشت است که در پروژههای امنیتی و احراز هویت بیومتریک مورد استفاده قرار میگیرد. این ماژول دارای یک سنسور نوری با قابلیت ثبت تصویر دقیق از اثر انگشت و پردازش داخلی آن به کمک پردازندهی تعبیهشده در ماژول است. همچنین، از الگوریتمهای پردازش تصویر پیشرفته برای استخراج ویژگیهای منحصربهفرد اثر انگشت و تطبیق آن با دادههای ذخیرهشده استفاده میکند. ارتباط این سنسور از طریق UART یا TTL انجام شده و با استفاده از دستورات سادهی سریال، میتوان عملیاتهایی نظیر ثبت، حذف و تطبیق اثر انگشت را کنترل کرد.
FPM10A به دلیل سادگی در راهاندازی، مصرف توان پایین و دقت مناسب، در کاربردهای مختلفی مانند قفلهای هوشمند، سیستمهای کنترل دسترسی، حضور و غیاب و پروژههای مبتنی بر Arduino و Raspberry Pi مورد استفاده قرار میگیرد. این سنسور دارای حافظه داخلی برای ذخیرهی اثر انگشتهای ثبتشده است و میتواند دادهها را با سرعت و دقت بالا پردازش کند. همچنین، به دلیل طراحی ماژولار و پشتیبانی از پروتکلهای استاندارد، یک انتخاب ایدهآل برای پروژههای امنیتی و سیستمهای تشخیص هویت محسوب میشود.
اساس تقویت کننده کلاس D
ساده ترین پاسخ این است که امپلی فایر کلاس D در واقع یک تقویت کننده سوئیچینگ است. اما برای درک عملکرد آن باید ببینیم که چگونه کار میکند وهمچنین سیگنال سوئیچینگ چگونه تولید میشود. برای این منظور، میتوانید بلوک دیاگرام زیر را دنبال کنید.

حال چرا این تقویت کننده، یک تقویت کننده سوئیچینگ است؟ پاسخ این سوال به میزان بازدهی مربوط است. در مقایسه با تقویت کننده های کلاس A، B، AB، تقویت کننده صوتی کلاس D میتواند به بازدهی 90 تا 95 درصد دست پیدا کند. این درحالی است که حداکثر بازده یک تقویت کننده کلاس AB میتواند از 60 تا 65 درصد تغییر کند. زیرا که تقویت کننده کلاس D در محدوده فعال و active کار کرده و توان اتلافی کمی دارد. با ضرب کردن ولتاژ کلکتور-امیتر در جریان و محاسبه توان، میتونید این امر را بهتر درک کنید. برای مطالعه بیشتر، مقاله “کلاس های تقویت کننده توان” را بررسی کنید. ما در این مقاله تمام ضرایب اتلاف مربوطه را بررسی کرده ایم.
حال به بلوک دیاگرام ساده شده امپلی فایر کلاس D خود برمیگردیم. همانگونه که مشاهده میکنید، در ترمینال non-inverting ورودی صوتی و در ترمینال inverting، سیگنال مثلثی فرکانس بالا را داریم. در این نقطه، زمانیکه ولتاژ سیگنال صوتی ورودی بیشتر از ولتاژ موج مثلثی است، خروجی مقایسه کننده HIGH میشود و زمانیکه سیگنال LOW است، خروجی نیز LOW است. ما در واقع با این روش سیگنال صوتی ورودی را با یک سیگنال حامل فرکانس بالا مدل کردیم که در ادامه به تراشه ای متصل خواهد شد که وظیفه درایو کردن گیت ماسفت را بر عهده دارد. همانطور که از نام آن پیداست، درایور برای درایو کردن دو ماسفت برای هر دو low sideو high side به کار گرفته میشود. در خروجی یک موج مربعی فرکانس بالا و قوی داریم که از یک فیلتر پایین گذر عبور کرده و سیگنال صوتی نهایی را به ما تحویل میدهد.
قطعات مورد نیاز
حال که اصول و اساس یک امپلی فایر کلاس D را آموختیم، میتوانیم به سراغ لیست قطعات موردنیاز برای ساخت یک تقویت کننده کلاس D خانگی برویم. از آنجاییکه این پروژه، آزمایشی ساده است، قطعات موردنیاز نیز بسیار معمولی هستند. به طوریکه میتوانید آن ها را به راحتی در فروشگاه های سرگرمی محله خود بیابید. میتوانید لیست قطعات موردنیاز را در تصویر زیر مشاهده کنید.

یک عدد تراشه IR2110
یک عدد آپ امپ LM358
یک عدد تراشه تایمر NE555
یک عدد تراشه LM7812
یک عدد تراشه LM7805
یک عدد خازن 102 پیکوفارادی
یک عدد خازن 103 پیکوفارادی
دو عدد خازن 104 پیکوفارادی
یک عدد خازن 105 پیکوفارادی
یک عدد خازن 224 پیکوفارادی
یک عدد خازن 22 میکروفارادی
یک عدد خازن 470 میکروفارادی
یک عدد خازن 220 میکروفارادی
دو عدد خازن 100 میکروفارادی
یک عدد مقاومت 2.2 کیلواهمی
دو عدد مقاومت 10 کیلواهمی
دو عدد مقاومت 10R
یک عدد جک صوتی 3.5 میلی متر
دو عدد کانکتور با فاصله 5.08 میلی متر
سه عدد دیود UF4007
دو عدد ماسفت IRF640
یک عدد پتانسیومتر 10 کیلواهمی
یک عدد سلف 26 میکروهانری
یک عدد جک هدفون 3.5 میلی متر
شماتیک- تقویت کننده صوتی کلاس D

رگولاتورهای ولتاژ ورودی:

ژنراتور موج مثلثی با مولتی ویبراتور

مدار مدلاسیون:

تراشه درایور گیت ماسفت IR2110

خروجی ماسفت:

فیلتر پایین گذر LC:

خروجی درایور ماسفت، یک موج مربعی فرکانس بالاست. این سیگنال برای درایو کردن بارهایی مانند بلندگو مناسب نیست. برای جلوگیری از این موضوع، از یک سلف 26 میکروفارادی به همراه یک خازن الکترولیتی غیرپلاریزه 1 میکروفارادی برای ساخت فیلتر پایین گذر استفاده کرده ایم. این خازن با C11 نشان داده شده است.
تا اینجا نحوه عملکرد مدار ساده خود را توضیح دادیم.
تست مدار تقویت کننده کلاس D

همانگونه که میتوانید در تصویر بالا مشاهده کنید، از یک آداپتور 12 ولتی برای تغذیه مدار استفاده کرده ام. از آداپتور چینی مقرون به صرفه استفاده میکنم که میتواند ولتاژ کمی بالاتر از 12 ولت، 13.5 ولت به صورت دقیق را فراهم کند که برای رگولاتور ولتاژ LM7812 ما عالی است. از یک اسپیکر 5 وات 4 اهمی به عنوان بار استفاده کردم. همچنین ورودی صوتی را با جک صوتی 3.5 میلی متری از لپ تاپ خود گرفتم. زمانیکه مدار روشن شد، هیچگونه صدایی که ممکن در انواع دیگر تقویت کننده ها به گوش برسد وجود ندارد، اما همانگونه که میتوانید در ویدیو مشاهده کنید، این مدار آنچنان هم عالی و کامل نیست و در ورودی های سطح بالاتر با مشکل کلیپینگ روبه روست. به همین دلیل است که میگویم این مدار میتواند بسیار رشد کند. هنگامیکه بارهای پایین را درایو میکردم، ماسفت ها به هیچ عنوان داغ نشده و درنتیجه برای این آزمایش به هیچگونه هیت سینکی (فرآیند گرمازدایی) نیاز نیست.