Come Funziona un Amplificatore Audio Auto? – Lo Stadio di Uscita Classe D

Mentre continuiamo il nostro sguardo su come funzionano gli amplificatori audio auto, dobbiamo discutere ciò che è diventato il design più popolare sul mercato oggi: amplificatori che usano uno stadio di uscita Classe D. In ambito audiofilo, i design Classe D spesso portano una reputazione sfavorevole. I loro svantaggi superano i benefici? Diamo un'occhiata!

Come Funziona uno Stadio di Uscita Classe D?

Una volta che lo stadio d'ingresso ha gestito eventuali necessità di elaborazione segnale, il segnale audio passa allo stadio d'uscita così che aumenti in tensione e i MOSFET possano fornire adeguate quantità di corrente per pilotare i nostri altoparlanti a bassa impedenza relativamente bassa. In un amplificatore Classe D moderno, i dispositivi MOSFET d'uscita sono pilotati da un driver IC che gestisce la conversione del segnale analogico in un segnale modulato in larghezza d'impulso.

Cos'è un Segnale Modulato in Larghezza d'Impulso (PWM)?

Immagina, se vuoi, una lampadina a incandescenza. Colleghiamo la lampadina a una fonte di alimentazione e inseriamo un interruttore controllato da computer in serie col circuito. Se lasciamo l'interruttore spento, la luce resta spenta. Se accendiamo l'interruttore, la luce si illumina a piena luminosità. Tuttavia, se accendiamo e spegniamo l'interruttore molto velocemente, e l'interruttore è acceso per quanto è spento, la lampadina brillerà a metà della sua luminosità possibile. Questa variazione di tempo acceso-contro-spento è chiamata duty cycle. Quando il tempo acceso-contro-spento è uguale, quello è un duty cycle 50%. Usare un segnale onda quadra con duty cycle diversi è chiamato modulazione larghezza d'impulso (PWM).

Il driver Classe D analizza il segnale audio a velocità estremamente alte (alcuni fino a 800 kHz) e crea un segnale PWM a bassa tensione relativamente che alimenta i dispositivi d'uscita. I dispositivi d'uscita commutano completamente accesi e completamente spenti molto velocemente. Poiché i dispositivi passano pochissimo tempo in uno stato parzialmente acceso, presentano resistenza molto bassa e, successivamente, consumano pochissima energia. I migliori amplificatori Classe D sul mercato offrono efficienze complessive che superano il 92% a piena potenza. Questa eccellente efficienza contrasta con amplificatori Classe AB che convertono tra 35% e 50% dell'energia immessa nell'amplificatore in calore.

I compact disc usano una versione di PWM dove il duty cycle dell'impulso d'uscita è memorizzato in una parola digitale 16-bit. Questo ci dà 65.536 possibili livelli ampiezza. A differenza dei moderni driver Classe D, il nostro audio è memorizzato a 44.100 campioni al secondo. Questo è ancora più che sufficiente per riprodurre l'intero spettro audio.

Disposizione Circuito Classe D

Infine, gli amplificatori Classe D tipicamente hanno i loro dispositivi d'uscita disposti in una configurazione Classe AB, dove un dispositivo guida la parte negativa della forma d'onda e l'altro guida la positiva. Come tale, Classe D descrive come i dispositivi d'uscita sono usati, piuttosto che il loro orientamento elettrico nel circuito.

Svantaggi dei Design Amplificatori Classe D

Se hai letto gli articoli BestCarAudio.com sulla distorsione, sai che un segnale AC onda quadra è composto da un grande numero di armoniche ad alta frequenza. Probabilmente hai sentito questo fenomeno a casa se hai un dimmer su alcune luci. Il filamento nelle luote suonerà occasionalmente, a seconda del livello del dimmer. Poiché vogliamo solo far passare un segnale audio all'altoparlante, i progettisti amplificatori aggiungono una rete di filtro passivo all'uscita dei MOSFET. Questa rete include un induttore in serie col carico così come un condensatore e resistenza in parallelo e agisce come un filtro passa-basso per rimuovere questo rumore di commutazione ad alta frequenza.

Uno svantaggio di un design Classe D è che questi componenti del filtro d'uscita interagiscono con le variazioni dipendenti dalla frequenza dell'impedenza di carico per alterare la risposta in frequenza dell'amplificatore. Mentre l'effetto è minimo, può dare agli amplificatori Classe D un diverso bilanciamento tonale complessivo di quello che otterresti da un design AB. Naturalmente, una piccola manipolazione con un processore segnale digitale (DSP) rimetterà a posto la cosa in un attimo.

Un altro problema con tutta questa energia ad alta frequenza è il potenziale interferenza elettrica con altri sistemi nel veicolo. Più comunemente, la ricezione radio AM o FM può essere spazzata via o drammaticamente ridotta. Mentre i migliori produttori amplificatori fanno tutto possibile per mitigare l'interferenza radio-frequenza, problemi possono ancora verificarsi – il piano migliore è tenere l'amplificatore il più lontano possibile dall'antenna radio.

Perché Vorresti un Amplificatore Classe D?

Il lungo e il corto è che le aziende hanno investito nello sviluppo amplificatori Classe D nel tentativo di ridurre i requisiti di dimensioni fisiche degli amplificatori, suppostamente per rendere più facile per i tecnici d'installazione trovare posizioni di montaggio. La realtà è, i dissipatori di calore per amplificatori sono uno dei componenti singoli più costosi in un amplificatore. Se la dimensione del dissipatore può essere ridotta, anche il costo dell'amplificatore può esserlo. I giorni di amplificatori stereo 40-50 watt per canale con ingombro di più di un piede quadrato sono finiti, grazie ai moderni design Classe D. Ora, puoi ottenere più di 1000 watt di potenza da quello stesso spazio fisico.

Gli amplificatori Classe D sono una buona soluzione per sistemi subwoofer perché offrono efficienza aumentata sui loro omologhi Classe AB, e quasi tutti i produttori amplificatori hanno almeno una serie di amplificatore Classe D nel loro catalogo. Il tuo rivenditore specialista mobile enhancement locale può aiutarti a scegliere una soluzione con il giusto livello di potenza, numero di canali e funzioni per far suonare benissimo il tuo stereo auto.