Penguat Amplifier Kelas D

Dalam dunia terbaru ini, tujuan utama amplifikasi audio dalam tata cara audio merupakan untuk secara akurat mereproduksi dan memperkuat sinyal input yang diberikan. Dan salah satu tantangan paling besar merupakan mempunyai daya output tinggi dengan jumlah daya yang hilang seminimal mungkin.

Teknologi penguat Kelas D menciptakan imbas yang meningkat pada dunia bunyi pribadi dengan mengobrol daya tinggi dengan disipasi daya nol dan lebih minim berat ketimbang sebelumnya. Saat ini, perangkat musik portabel menjadi lebih terkenal dengan meningkatnya undangan akan bunyi eksternal dalam perangkat musik portabel.

Amplifikasi audio seringkali dilaksanakan dengan teknologi penguat tabung tapi ini berskala besar dan tidak sesuai untuk tata cara bunyi elektronik portabel. Untuk sebagian besar keperluan amplifikasi audio, insinyur teknik menegaskan untuk menggunakan transistor dalam mode linier untuk menciptakan output skala menurut pada input kecil.

Ini bukan rancangan terbaik untuk amplifier audio alasannya Transistor dalam operasi linier akan terus berjalan, menciptakan panas, dan menyantap daya. Kehilangan panas ini merupakan argumentasi utama mengapa mode linear tidak maksimal untuk aplikasi audio portabel yang dioperasikan dengan baterai.

Ada banyak kelas amplifier audio ; A, B, AB, C, D, E, dan F. Ini diklasifikasikan ke dalam dua mode operasi yang berbeda, linear dan switching.

Mode Power Amplifier Linear - Kelas A, Kelas B, Kelas AB dan Kelas C merupakan semua penguat mode linier yang mempunyai output yang seimbang dengan input mereka. Penguat mode linier tidak jenuh, nyala sepenuhnya atau mati total.

Karena transistor senantiasa berjalan, panas dihasilkan dan daya terus menerus dikonsumsi. Ini merupakan argumentasi mengapa penguat linier mempunyai efisiensi yang lebih rendah kalau dibandingkan dengan switching penguat.

Switching Penguat Kelas D, E dan F merupakan Switching penguat. Mereka mempunyai efisiensi yang lebih tinggi, yang secara teoritis semestinya 100%. Ini alasannya tidak ada energi yang hilang akhir disipasi panas.

Apa itu Rangkaian Amplifier Kelas D?

Rangkaian Amplifier Kelas D merupakan penguat switching dan di saat dalam kondisi "ON" itu akan menghantarkan arus tapi mempunyai tegangan nyaris nol di seluruh sakelar, oleh alasannya itu tidak ada panas yang hilang alasannya konsumsi daya.

Ketika berada dalam mode "OFF" tegangan supply akan melintasi MOSFET, tapi alasannya tidak ada pedoman arus, sakelar tidak menyantap daya apa pun. Penguat cuma akan menyantap daya selama transisi on/off kalau arus kebocoran tidak diperhitungkan. Rangkaian Amplifier Kelas D berisikan tahapan berikut:

Modulator PWM
Rangkaian switching
Output low pass Filter

Modulator PWM

Kita memerlukan blok bangunan rangkaian yang dipahami selaku pembanding (komparator). Komparator mempunyai dua input, yakni Input A dan Input B. Ketika Input A mempunyai tegangan lebih tinggi ketimbang Input B, output dari komparator akan menuju ke tegangan konkret maksimum (+ Vcc).

Ketika Input A mempunyai tegangan lebih rendah ketimbang Input B, output komparator akan menuju ke tegangan negatif maksimum (-Vcc). Gambar di bawah ini menampilkan cara kerja komparator dalam amplifier Kelas-D. Satu input (biarkan terminal Input A) disertakan dengan sinyal yang mau diamplifikasi. Input lain (Input B) diberikan dengan gelombang segitiga yang dihasilkan secara tepat.

Ketika tingkat sinyal secara instan lebih tinggi ketimbang gelombang segitiga, outputnya menjadi positif. Ketika level sinyal secara instan lebih rendah ketimbang gelombang segitiga, output menjadi negatif. Hasilnya merupakan rantai pulsa di mana lebar pulsa seimbang dengan tingkat sinyal sesaat. Ini dipahami selaku Modulasi Lebar Pulsa atau PWM.

Rangkaian Switching (beralih)

Meskipun output komparator merupakan representasi digital dari sinyal audio input, itu tidak mempunyai daya untuk menggerakkan beban (speaker). Tugas dari rangkaian switching ini merupakan untuk mengobrol penguatan daya yang cukup, yang sungguh penting untuk amplifier.

Rangkaian switching lazimnya dirancang dengan menggunakan MOSFET. Sangat penting untuk mendesain bahwa rangkaian switching menciptakan sinyal yang tidak tumpang tindih atau Anda mengalami perkara korsleting supply Anda pribadi ke ground atau kalau menggunakan supply split korsleting supply.

Ini dipahami selaku tembakan, tapi sanggup dicegah dengan memasukkan sinyal gerbang yang tidak tumpang tindih ke MOSFET. Waktu yang tidak tumpang tindih dipahami selaku Waktu Mati (dead time).

Dalam mendesain sinyal-sinyal ini, kita mesti menjaga waktu mati sesingkat mungkin untuk menjaga sinyal output distorsi rendah yang akurat tapi mesti cukup usang untuk menjaga kedua MOSFET dari menjalankan pada waktu yang sama.

Waktu MOSFET berada dalam mode linier juga mesti dikurangi yang mau menolong menegaskan bahwa MOSFET melakukan pekerjaan secara bersama-sama ketimbang keduanya menjalankan pada di saat yang sama.

Untuk aplikasi ini, MOSFET daya mesti digunakan alasannya penambahan daya dalam desain. Rangkaian Amplifier Kelas D digunakan untuk efisiensi tinggi, tapi MOSFET mempunyai body dioda bawaan yang bersifat benalu dan akan memungkinkan arus terus freewheel selama waktu mati.

Dioda Schottky sanggup disertakan secara paralel ke susukan dan sumber MOSFET untuk menghemat kerugian lewat MOSFET. Ini menghemat kerugiannya alasannya dioda Schottky lebih singkat dari body dioda MOSFET menegaskan bahwa body dioda tidak menjalankan selama waktu mati.

Untuk menghemat kerugian akhir frekuensi tinggi, dioda Schottky yang paralel dengan MOSFET simpel dan diperlukan. Dioda Schottky ini menegaskan bahwa tegangan melintasi MOSFET sebelum dimatikan.

Operasi keseluruhan MOSFET dan tahap output analog dengan operasi konverter Buck sinkron. Input dan output bentuk gelombang dari rangkaian switching ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Output Low Pass Filter

Tahap terakhir dari rangkaian amplifier Kelas D merupakan filter output yang menghemat dan menetralisir harmonik dari frekuensi sinyal switching. Ini sanggup dilaksanakan dengan pengaturan Low Pass Filter umum, tapi yang paling biasa merupakan variasi Induktor dan Kapasitor.

Filter orde 2 dikehendaki sehingga kami mempunyai roll -40dB/Decade. Kisaran frekuensi cut-off merupakan antara 20 kHz sampai sekitar 50 kHz alasannya fakta bahwa insan tidak sanggup mendengar apa pun di atas 20 kHz.

Gambar di bawah ini menampilkan filter Butterworth orde 2. Alasan utama kami menegaskan Filter Butterworth merupakan alasannya memerlukan komponen paling sedikit dan mempunyai respons datar dengan frekuensi terputus yang tajam.

Aplikasi Rangkain Penguat Amplifier Kelas D

Ini lebih cocok untuk perangkat portabel alasannya tidak mengandung pengaturan pendingin ekstra. Sangat mudah dibawa. Rangkaian amplifier kelas D daya tinggi sudah menjadi tolok ukur dalam banyak aplikasi elektronik pelanggan seperti