Tutorial amplificatore in Classe D
I design degli amplificatori elettronici cadono in un insieme di classi generali, chiamate Classe A, Classe AB, Classe B e così via. Un amplificatore Classe D base ha una migliore efficienza energetica della comune Classe AB trovata negli stereo, anche se ha una distorsione severa. Miglioramenti recenti al circuito Classe D hanno aggirato il problema della distorsione, creando un amplificatore con alta efficienza e buona fedeltà.
Circuito Classe D
Un circuito Classe D ha un ingresso per accettare un segnale, un'uscita per pilotare un altoparlante o altro carico e una coppia di MOSFET o altri transistor. A differenza dei circuiti Classe A e AB, che usano una corrente di polarizzazione per mantenere i transistor accesi attraverso il ciclo di un segnale, un design Classe D non usa corrente di polarizzazione. Durante la metà positiva del ciclo del segnale di ingresso, un transistor si accende e l'altro è spento. Nella metà negativa del ciclo, i transistor invertono i ruoli. L'uscita dell'amplificatore è un'onda di impulso che ha la frequenza del segnale di ingresso. Da solo, la Classe D è adatta ad amplificare impulsi ma non musica o altro materiale audio - la distorsione rende la musica irriconoscibile.
Amplificazione non lineare ed efficienza
A differenza delle altre classi di amplificatori, i transistor in un amplificatore Classe D sono o completamente accesi o spenti - il segnale di uscita non è un'immagine speculare dell'ingresso. La Classe D, quindi, è un esempio di amplificazione non lineare, poiché l'uscita non è in proporzione all'ingresso. Teoricamente, la Classe D permette il 100% di efficienza, consegnando tutta la sua potenza agli altoparlanti. In pratica, i transistor dissipano il dieci percento o più della potenza di ingresso dell'amplificatore, producendo efficienze che vanno dal 78 al 90 percento circa. Gli amplificatori Classe A e AB gestiscono circa il 20 e il 50 percento, rispettivamente.
Oscillatore ad alta frequenza
Sorprendentemente, trovi amplificatori Classe D in molti sistemi di intrattenimento domestici e auto. Un design innovativo usa il segnale di ingresso per modulare la frequenza di un oscillatore la cui frequenza nominale è 200 kHz o superiore. Il circuito Classe D amplifica questo segnale misto, poi rimuove il componente ad alta frequenza con un filtro passa-basso. Fatto con cura, la fedeltà audio dell'amplificatore rivaleggia con quella dei design Classe AB.
Complessità e costo
Con l'aggiunta dell'oscillatore, filtro e altri circuiti, l'amplificatore Classe D diventa molto più complesso di una Classe A o AB, che usano una manciata di componenti. Se implementassi una Classe D con componenti discreti, sarebbe un amplificatore costoso e complicato. Fortunatamente, i circuiti integrati riducono la complessità a poche parti più una coppia di transistor di potenza, e l'amplificatore non deve essere più costoso di un design più convenzionale.