Einleitung
Bei dem Klasse D Verstärker handelt es sich um eine Schaltung/ein Verfahren welche das Ziel hat ein Signal zu verstärken. In diesem Artikel soll der Aufbau und die Funktionsweise des Klasse D Verstärkers näher erklärt werden. Zudem sollen die Vor- und Nachteile näher betrachtet werden, sowie der Vergleich zu anderen Verstärkerarten gezogen werden. ⇨ Verstärker einfach erklärt
Einfach und schnell erklärt
Die Wellenform wird in eine PWM-Wellenform umgewandelt. Das PWM-Signal kann einfacher stark verstärkt werden. Danach wird das verstärkte PWM-Signal wieder in eine Wellenform konvertiert. Der Vorteil durch dieses Vorangehen besteht darin das Signal sehr stark verstärken zu können. Bei anderen Verstärkerformen musste darauf geachtet werden das der Transistor nicht übersteuert. So musste das Signal in der Bandbreite des Transistors passen. Class d verstärker schaltplan electric. Aufbau
Der Klasse D Verstärker besteht aus mehreren Komponenten. Diese sind wie unten gezeigt zusammengeschaltet. → PWM-Modulator
→ Oszillator zur Takterzeugung für PWM-Modulator
→ Leistungsverstärker
→ Filter
Mit den konkreten Aufgaben der einzelnen Komponenten wird sich im Folgenden näher beschäftigt.
Class D Verstärker Schaltplan De
Verstärker der Klasse A, B und AB sind lineare Schaltungen und vergleichsweise einfach aufgebaut. Sie stellen die Klassiker unter den Endstufen dar. Ihr Nachteil ist der geringe Wirkungsgrad. Die meiste Energie geht als Wärme verloren. Ein Klasse-D-Verstärker hat mit einer einfachen Transistorschaltung nichts mehr zu tun. Klasse-D-Verstärker – Elektor hält die Tradition hoch! | Elektor Magazine. Es handelt sich um einen digitalen Verstärker. Hier wird der Ausgangsstrom ständig zwischen Maximum und Null umgeschaltet. Klasse-A-Verstärker (Class A)
Ein Klasse-A-Verstärker ist eine Transistor-Schaltung mit einem Transistor, der im linearen Teil seiner Kennlinie betrieben wird. Sein Arbeitspunkt liegt in der Mitte der Kennlinie. Die Betriebsspannung teilt sich am Kollektorwiderstand und Emitterwiderstand auf. Dadurch ist die Linearität des Verstärkers sehr gut. Der Wirkungsgrad liegt jedoch oft nur im einstelligen Prozentbereich. Durch den ständig fließenden Ruhestrom ist die Leistungsaufnahme des Verstärkers nahezu unabhängig von der Leistung, die im Lautsprecher umgesetzt wird.
Class D Verstärker Schaltplan 2
Vorteile der Class-D Technik: Es entsteht kaum Verlustleistung, die Effizienz ist also sehr hoch. Durch diese hohe Effizienz kann die Stromversorgung kleiner dimensioniert werden – dadurch resultiert ein Platz- und Kostenvorteil. Des Weiteren können (meist teure) Kühlkörper wesentlich kleiner ausfallen oder sogar ganz gespart werden. Daraus folgt, dass das Gehäusedesign ebenfalls nicht zwingend üppig ausfallen muss- ein weiterer Kostenvorteil. Nachteile der Class-D Technik: Häufig werden Class-D Schaltungen als klanglich nicht ebenbürtig im Vergleich zu solchen mit Class-A oder Class-AB-Technik angesehen. Class-D Verstärker Eigenbau mit TL074, Elektronik - HIFI-FORUM. Die Hauptursache für ein nicht-lineares Verhalten dürfte in Timing-Fehlern zu sehen sein – bei dieser "Hochfrequenztechnik" geht es um Werte im Nanosekunden-Bereich und Fehler, die hier entstehen, verursachen letztlich Verzerrungen. Es gibt aber auch High-End-Anwendungen, die klanglich sehr überzeugen können. Auch bei Class-D kommt es schließlich auf die saubere Umsetzung des jeweiligen Schaltungsdesigns an.
Class D Verstärker Schaltplan Electric
Verwenden der Pulspositionsmodulation PPM wird aufgrund seiner spezifischen Funktionsweise auch als Pulsdichtemodulation bezeichnet. Hier wird der Modulationseingang mit hochfrequenten Dreieckswellen verglichen und der Ausgang durch Variieren der Position oder der Dichte des erzeugten / verglichenen Impulsausgangs optimiert. Wie im folgenden Verstärkerschaltungsdesign der Klasse D zu sehen ist, ist der IC 555 als standardmäßiger astabiler MV-Modus konfiguriert, bei dem die Widerstände Ra, Rb und C die Frequenz der Dreieckwellen bestimmen, die an Pin 6/7 des IC erzeugt werden. Class-D-Verstärker, Schaltverstärker, PWM-Verstärker - HiFi-Lexikon. Die obigen hochfrequenten Dreieckswellen werden mit dem Musikeingang verglichen, der am Steuereingang Pin 5 des IC angelegt wird. Hier wird das Niederspannungsmusiksignal zuerst auf einen optimalen Spannungspegel verstärkt und dann am Steuereingangspin Nr. 5 des IC555 angelegt. Dies führt zu dem diskutierten PPM-Ausgang an Pin 3 des IC. Dies wird durch T1 auf einen Hochstromausgang verstärkt und einem Lautsprecher für die erforderliche Verstärkung vom Typ Klasse D zugeführt.
Class D Verstärker Schaltplan B
Um alle Drähte auf der Platine anzuschließen, ist Platz für die Klemmenleiste. Nach dem Löten sollten die benachbarten Leiterbahnen auf Kurzschluss überprüft werden, bevor das restliche Flussmittel von der Platine entfernt wird. Besondere Aufmerksamkeit sollte dem Bereich unter dem Chip gewidmet werden, unter dem kein flüssiger Fluss verbleiben darf, der den ordnungsgemäßen Betrieb des Verstärkers beeinträchtigen kann. Erste Aufnahme und Prüfung Vor der ersten Inbetriebnahme muss ein Amperemeter in die Lücke des Versorgungskabels gesteckt werden. Prüfen Sie dann nach dem Einschalten die Amperemeter-Messwerte - ohne ein Signal an den Eingang zu liefern, sollte der Mikrokreis nicht mehr als 10 mA verbrauchen. Wenn der Ruhestrom normal ist, können Sie einen Lautsprecher anschließen, ein Signal an den Eingang anlegen, z. Class d verstärker schaltplan 2. B. von einem Player, Computer oder Telefon, und den Verstärker unter Last bei hoher Lautstärke sollte sich der Mikrokreis nicht merklich erwärmen. Dies erscheint auf den ersten Blick erstaunlich - ein so kleiner Mikrokreis liefert leise eine Ausgangsleistung von einem Dutzend Watt, ohne sich vollständig aufzuheizen.
Dies verursacht viel Wärmeerzeugung und Leistungsverlust Bei einem Verstärker der Klasse D wird der Musikeingang mit hochfrequenten Dreieckswellen verglichen und am Ausgang in eine PWM-Sprache umgewandelt. Der PWM-Inhalt speichert alle Informationen der Musik und übersetzt sie verstärkt in den angeschlossenen Lautsprecher zurück. Class d verstärker schaltplan de. Da die PWMs jedoch aus nicht exponentiellen Impulsen bestehen, bei denen die Impulse die Form rechteckiger Säulen haben, kann ein plötzliches Ein- und Ausschalten ohne Übergänge zu erheblichen Verzerrungen am Ausgang führen. Um das obige Problem zu glätten, wird im Allgemeinen ein Tiefpassfilter eingebaut, bei dem die Spitzen geglättet werden, um eine einigermaßen gute und klar verstärkte Replikation zu erzeugen. Das vorgeschlagene Design einer digitalen Verstärkerschaltung der Klasse D verwendet den berühmten 555 IC für die beabsichtigten Vergleiche. Anstelle der PWM-Methode verwenden wir hier einen alternativen Modus, der als PPM oder Pulspositionsmodulation bezeichnet wird und als so gut wie eine PWM angesehen werden kann.
Hierin liegt der Grund für die hohe Effizienz dieses Schaltungsdesigns: Ist der Transistor geschlossen, fließt kein Strom. Ist er (ganz) offen und somit quasi widerstandslos, fließt der Strom, aber es kann zu keinem nennenswerten Spannungsabfall kommen. Somit ist in beiden Fällen die Verlustleistung sehr gering – die Effizienz von Class-D Verstärkern liegt in der Praxis bei 90% bis 95%. Übliche Class-AB-Designs erreichen meist nur 50%, Class-A sogar lediglich 20% bis 25%. Das Schalten der Transistoren muss zeitlich sehr genau erfolgen und es muss streng darauf geachtet werden, dass zu keinem Zeitpunkt beide Transistoren (Annahme: je einer für die positive und die negative Halbwelle des Signals) gleichzeitig geöffnet sind. Sonst würde es zu einem Kurzschluss kommen und der dann fließende hohe Strom hätte die Zerstörung der Bauteile zur Folge. Um dies zu vermeiden, wird bewusst eine Zeitverzögerung – die sogenannte "dead time" – in die Schaltung eingebaut, die dafür verantwortlich ist, dass für einen sehr kurzen Augenblick beide Transistoren geschlossen sind.