Amplifikaturi tal-Awdjo tal-Klassi D: X'inhu, għaliex, u kif

L-amplifikaturi tal-Klassi D, l-ewwel proposti fl-1958, saru dejjem aktar popolari f'dawn l-aħħar snin. X'inhuma l-amplifikaturi tal-Klassi D? Kif iqabblu ma 'tipi oħra ta' amplifikaturi? Għaliex il-Klassi D ta 'interess għall-awdjo? X'inhu meħtieġ biex tagħmel amplifikatur "tajjeb" tal-klassi D awdjo? X'inhuma l-karatteristiċi tal-prodotti tal-amplifikatur tal-Klassi D tal-ADI? Sib it-tweġibiet għal dawn il-mistoqsijiet kollha fil-paġni li ġejjin.

Sfond ta 'amplifikatur awdjo

L-għan tal-amplifikaturi tal-awdjo huwa li jirriproduċu sinjali awdjo tal-input f'elementi tal-ħruġ li jipproduċu l-ħoss, bil-volum mixtieq u l-livelli tal-qawwa fid-diżgwid, b'mod effiċjenti, u b'distorsjoni baxxa. Il-frekwenzi tal-awdjo jvarjaw minn madwar 20 Hz sa 20 kHz, u għalhekk l-amplifikatur għandu jkollu rispons ta 'frekwenza tajba fuq din il-firxa (inqas meta ssuq kelliem limitat tal-medda, bħalWooferjew aTweeter). Il-kapaċitajiet ta 'l-enerġija jvarjaw ħafna skont l-applikazzjoni, minn milliwatts fil-headphones, għal ftit watts fit-TV jew awdjo tal-PC, sa għexieren ta' watts għal stereos tad-dar "mini" u awdjo tal-karozzi, għal mijiet ta 'watts u lil hinn għal sistemi ta' ħoss aktar b'saħħithom u kummerċjali u biex jimlew teatri jew awditorji bil-ħoss.

Implimentazzjoni analoga sempliċi ta 'amplifikatur awdjo tuża transistors fil-modalità lineari biex toħloq vultaġġ tal-ħruġ li huwa kopja skalata tal-vultaġġ tal-input. Il-qligħ tal-vultaġġ 'il quddiem huwa ġeneralment għoli (mill-inqas 40 dB). Jekk il-qligħ 'il quddiem huwa parti minn linja ta' feedback, il-kumplessivqligħ tal-linjase jkun ukoll għoli. Ir-rispons spiss jintuża minħabba li l-qligħ b'ċirkwit għoli jtejjeb id-distorsjoni li jrażżan il-prestazzjoni kkawżata minn non-linearitajiet fil-passaġġ 'il quddiem u tnaqqas il-ħoss tal-provvista tal-enerġija billi żżid ir-rifjut tal-provvista tal-enerġija (PSR).

Il-Vantaġġ tal-Amplifikatur tal-Klassi D

F'amplifikatur ta 'transistor konvenzjonali,stadju tal-ħruġFih transistors li jfornu l-kurrent tal-ħruġ kontinwu istantanju. Il-ħafna implimentazzjonijiet possibbli għal sistemi awdjo jinkludu klassijiet A, AB, u B. meta mqabbla ma 'Klassi D.disinji, id-dissipazzjoni tal-qawwa fl-istadju tal-ħruġ hija kbira anke fl-iktar effiċjentilinearistadji tal-ħruġ. Din id-differenza tagħti vantaġġi sinifikanti tal-Klassi D f'ħafna applikazzjonijiet minħabba li d-dissipazzjoni tal-enerġija aktar baxxa tipproduċi inqas sħana, tiffranka l-ispazju u l-ispiża tal-bord taċ-ċirkwiti, u testendi l-ħajja tal-batterija f'sistemi portabbli.

Amplifikaturi lineari, amplifikaturi tal-klassi D, u dissipazzjoni tal-qawwa

L-istadji tal-ħruġ lineari-amplifikatur huma konnessi direttament mal-kelliem (f'xi każijiet permezz ta 'kondensaturi). Jekk transistors tal-junction bipolari (BJTs) jintużaw fl-istadju tal-ħruġ, ġeneralment joperaw fil-mod lineari, b'voltaġġi kbar tal-kollettur-emittent. L-istadju tal-ħruġ jista 'jiġi implimentat ukoll bit-transistors MOS, kif muri fil-Figura 1.

Figura 1. L-istadju tal-ħruġ lineari CMOS.

L-enerġija tinħela fl-istadji kollha tal-ħruġ lineari, minħabba l-proċess tal-ġenerazzjoniV_Barra inevitabbilment jikkawża mhux żeroI_Ds uV_Ds F’mill-inqas transistor tal-ħruġ wieħed. L-ammont ta 'dissipazzjoni ta' l-enerġija jiddependi ħafna fuq il-metodu użat biex ixaqleb it-transistors tal-ħruġ.

IlKlassi A.It-topoloġija tuża wieħed mit-transistors bħala sors kurrenti DC, li kapaċi jforni l-kurrent awdjo massimu meħtieġ mill-kelliem. Kwalità tajba tal-ħoss hija possibbli bl-istadju tal-ħruġ tal-Klassi A, iżda d-dissipazzjoni tal-qawwa hija eċċessiva minħabba li kurrent kbir ta 'preġudizzju DC ġeneralment flussi fl-istadju tal-ħruġtransistors(fejn ma rridux), mingħajr ma jiġu kkonsenjati lill-Speaker(fejn irriduha).

IlKlassi B.It-topoloġija telimina l-kurrent ta 'preġudizzju DC u tinħela inqas poter. It-transistors tal-ħruġ tiegħu huma kkontrollati individwalment b'mod push-pull, li jippermettu lill-apparat MH jipprovdi kurrenti pożittivi lill-kelliem, u ML jegħreq kurrenti negattivi. Dan inaqqas id-dissipazzjoni tal-qawwa tal-istadju tal-ħruġ, bil-kurrent tas-sinjal biss imwettaq permezz tat-transistors. Iċ-ċirkwit tal-klassi B għandu kwalità tal-ħoss inferjuri, madankollu, minħabba mġieba mhux lineari (Distorsjoni ta 'crossover) Meta l-kurrent tal-ħruġ jgħaddi minn żero u t-transistors jinbidlu bejn il-kundizzjonijiet ON u OFF.

Klassi AB, kompromess ibridu tal-klassijiet A u B, juża xi kurrent ta 'preġudizzju DC, iżda ħafna inqas minn disinn ta' klassi A pur. Il-kurrent żgħir ta 'preġudizzju DC huwa biżżejjed biex jipprevjeni tgħawwiġ ta' crossover, li jippermetti kwalità tajba tal-ħoss. Id-dissipazzjoni tal-enerġija, għalkemm bejn il-limiti tal-Klassi A u tal-Klassi B, hija tipikament eqreb lejn il-Klassi B. Xi kontroll, simili għal dak taċ-ċirkwit tal-klassi B, huwa meħtieġ biex jippermetti li ċ-ċirkwit tal-klassi AB jipprovdi jew jegħreq kurrenti kbar tal-ħruġ.

Sfortunatament, anke amplifikatur tal-klassi AB iddisinjat sew għandu dissipazzjoni ta 'enerġija sinifikanti, minħabba li l-vultaġġi tal-ħruġ midrange tiegħu huma ġeneralment' il bogħod mill-linji tal-provvista pożittivi jew negattivi. Il-vultaġġ kbir tas-sors tal-fossa jinżel u għalhekk jipproduċi sinifikantiI_Ds × V_DsDisipazzjoni tal-qawwa istantanja.

Grazzi għal topoloġija differenti (Figura 2),Klassi D.L-amplifikatur jinħela ħafna inqas qawwa minn kwalunkwe minn hawn fuq. L-istadju tal-ħruġ tiegħu jaqleb bejn il-provvisti ta 'enerġija pożittivi u negattivi sabiex jipproduċu ferrovija ta' impulsi ta 'vultaġġ. Din il-forma tal-mewġ hija beninna għad-dissipazzjoni tal-enerġija, minħabba li t-transistors tal-ħruġ għandhom kurrent żero meta ma jinbidlux, u għandhom baxxiV_Ds Meta jkunu qed imexxu kurrenti, u b'hekk jagħtu iżgħarI_Ds × V_Ds.

Figura 2. Klassi D Dijagramma tal-blokka tal-amplifikatur miftuħ tal-klassi D.

Peress li l-biċċa l-kbira tas-sinjali awdjo mhumiex ferroviji tal-polz, għandu jkun inkluż modulatur biex jikkonverti l-input tal-awdjo f'impulsi. Il-kontenut ta 'frekwenza tal-impulsi jinkludi kemm is-sinjal awdjo mixtieq kif ukoll l-enerġija sinifikanti ta' frekwenza għolja relatati mal-proċess ta 'modulazzjoni. Filtru tal-pass baxx ħafna drabi jiddaħħal bejn l-istadju tal-ħruġ u l-ispiker biex jimminimizza l-interferenza elettromanjetika (EMI) u jevita li jsuq il-kelliem b'enerġija ta 'frekwenza għolja wisq. Il-filtru (Figura 3) jeħtieġ li jkun bla telf (jew kważi hekk) sabiex iżomm il-vantaġġ ta 'dissipazzjoni ta' l-enerġija mill-istadju tal-ħruġ tal-bidla. Il-filtru normalment juża kapaċitaturi u indutturi, bl-uniku element li jinħela intenzjonalment ikun il-kelliem.

Figura 3

Il-Figura 4 tqabbel id-dissipazzjoni tal-qawwa ideali fl-istadju tal-ħruġ (P_Diss) għall-amplifikaturi tal-Klassi A u tal-Klassi B bid-dissipazzjoni mkejla għall-amplifikatur tal-Klassi D AD1994, ippreżentat kontra l-qawwa mogħtija lill-kelliem (P_Tagħbija), minħabba sinjal tal-mewġ sine-frekwenza awdjo-frekwenza. In-numri tal-qawwa huma normalizzati sal-livell tal-qawwa,P_Tagħbijamassimu, li fih is-sine huwa mqaxxar biżżejjed biex jikkawża 10% distorsjoni armonika totali (THD). Il - linja vertikali tindikaP_Tagħbijali jibda l-qtugħ.

Figura 4. Disipazzjoni tal-qawwa fl-istadji tal-ħruġ tal-Klassi A, tal-Klassi B, u tal-Klassi D.

Differenzi sinifikanti fid-dissipazzjoni tal-qawwa huma viżibbli għal firxa wiesgħa ta 'tagħbijiet, speċjalment f'valuri għoljin u moderati. Fil-bidu tal-qtugħ, id-dissipazzjoni fl-istadju tal-ħruġ tal-Klassi D hija madwar 2.5 darbiet inqas mill-Klassi B, u 27 darba inqas mill-Klassi A. Innota li aktar enerġija tiġi kkunsmata fl-istadju tal-ħruġ tal-Klassi A milli titwassal lill-ispiker - konsegwenza ta 'l-użu tal-kurrent kbir ta' preġudizzju DC.

Effiċjenza tal-enerġija fl-istadju tal-ħruġ,Eff, huwa definit bħala

Fil-bidu tal-qtugħ,Eff= 25% għall-amplifikatur tal-Klassi A, 78.5% għall-amplifikatur tal-Klassi B, u 90% għall-amplifikatur tal-Klassi D (ara l-Figura 5). Dawn il-valuri tal-aħjar każ għall-Klassi A u l-Klassi B huma dawk li spiss jiġu kkwotati fil-kotba tat-test.

Figura 5. Effiċjenza tal-enerġija tal-istadji tal-ħruġ tal-Klassi A, tal-Klassi B, u tal-Klassi D.

Id-differenzi fid-dissipazzjoni tal-qawwa u l-effiċjenza jitwessgħu f'livelli ta 'enerġija moderata. Dan huwa importanti għall-awdjo, minħabba li l-livelli medji fit-tul għall-mużika qawwija huma ħafna inqas (b'fatturi ta 'ħamsa sa 20, skont it-tip ta' mużika) mill-livelli tal-quċċata istantanja, liema approċċP_Tagħbijamassimu- Għalhekk, għall-amplifikaturi tal-awdjo, [P_Tagħbija = 0.1 × P_Tagħbijamassimu] huwa livell ta 'qawwa medja raġonevoli li fih jiġi evalwatP_Diss- F'dan il-livell, id-dissipazzjoni tal-istadju tal-ħruġ tal-Klassi D hija disa 'darbiet inqas mill-Klassi B, u 107 darbiet inqas mill-Klassi A.

Għal amplifikatur awdjo b '10- wP_Tagħbijamassimu, medjaP_Tagħbijata '1 W jista' jitqies bħala livell ta 'smigħ realistiku. Taħt din il-kundizzjoni, 282 MW jinħela fl-istadju tal-ħruġ tal-Klassi D, vs 2.53 W għall-Klassi B u30.2 WGħall-Klassi A. F'dan il-każ, l-effiċjenza tal-Klassi D hija mnaqqsa għal 78% - minn 90% b'qawwa ogħla. Iżda anke 78% huwa ħafna aħjar mill-effiċjenzi tal-Klassi B u tal-Klassi A -28% u 3%, rispettivament.

Dawn id-differenzi għandhom konsegwenzi importanti għad-disinn tas-sistema. Għal-livelli ta 'enerġija' l fuq minn 1 W, id-dissipazzjoni eċċessiva ta 'stadji ta' ħruġ lineari teħtieġ miżuri ta 'tkessiħ sinifikanti biex tevita s-sħana mhux aċċettabbli-tipikament billi tuża ċangaturi kbar ta' metall bħala bjar tas-sħana, jew fannijiet biex jisplodu l-arja fuq l-amplifikatur. Jekk l-amplifikatur huwa implimentat bħala ċirkwit integrat, jista 'jkun hemm bżonn ta' pakkett goff u għalja li jissaħħaħ termalment biex jiffaċilita t-trasferiment tas-sħana. Dawn il-kunsiderazzjonijiet huma onerużi fi prodotti tal-konsumatur bħal televiżjonijiet bi skrin ċatt, fejn l-ispazju jinsab fi awdjo premium-jew tal-karozzi, fejn ix-xejra hija lejn it-tfassil tal-għadd tal-kanali ogħla fi spazju fiss.

Għal-livelli ta 'enerġija taħt 1 W, l-enerġija moħlija tista' tkun aktar ta 'diffikultà mill-ġenerazzjoni tas-sħana. Jekk jitħaddem minn batterija, stadju ta 'ħruġ lineari jiskula l-ħlas tal-batterija aktar malajr minn disinn tal-klassi D. Fl-eżempju ta 'hawn fuq, l-istadju tal-ħruġ tal-Klassi D jikkonsma 2.8 darbiet inqas provvista kurrenti mill-Klassi B u 23.6 darbiet inqas mill-Klassi A-Resulting f'differenza kbira fil-ħajja tal-batteriji użati fi prodotti bħal telefowns ċellulari, PDAs, u plejers tal-MP3.

Għas-sempliċità, l-analiżi s’issa ffokat esklussivament fuq l-amplifikaturoutputstadji. Madankollu, meta s-sorsi kollha ta 'dissipazzjoni ta' l-enerġija fis-sistema ta 'l-amplifikatur huma kkunsidrati, l-amplifikaturi lineari jistgħu jqabblu b'mod aktar favorevoli ma' amplifikaturi tal-klassi D f'livelli baxxi ta 'enerġija tal-ħruġ. Ir-raġuni hija li l-qawwa meħtieġa biex tiġġenera u timmodula l-forma tal-mewġ tal-bidla tista 'tkun sinifikanti f'livelli baxxi. Għalhekk, id-dissipazzjoni kwieta tas-sistema kollha ta 'amplifikaturi AB ta' klassi AB ta 'enerġija baxxa għal moderata mfassla sew tista' tagħmilhom kompetittivi ma 'amplifikaturi tal-Klassi D. Id-dissipazzjoni tal-enerġija tal-Klassi D hija bla dubju superjuri għall-meded ta 'enerġija tal-ħruġ ogħla.

Terminoloġija tal-Amplifikatur tal-Klassi D, u verżjonijiet differenzjali vs waħedhom

Il-Figura 3 turi implimentazzjoni differenzjali tat-transistors tal-ħruġ u tal-filtru LC f'amplifikatur tal-Klassi D. DanH-Bridgegħandu tnejnnofs pontIċ-ċirkwiti li jaqilbu li jfornu impulsi ta 'polarità opposta għall-filtru, li jinkludi żewġ indutturi, żewġ kondensaturi, u l-ispiker. Kull nofs pont fih żewġ transistors tal-ħruġ-transistor tal-ġenb għoli (MH) konness mal-provvista pożittiva tal-enerġija, u transistor tan-naħa baxxa (ML) konness mal-provvista negattiva. Id-dijagrammi hawn juru naħa għoljapTransistors MOS. Naħa għoljanTransistors MOS ħafna drabi jintużaw biex inaqqsu d-daqs u l-kapaċitanza, iżda tekniki speċjali ta 'drive gate huma meħtieġa biex jikkontrollawhom (aktar qari 1).

Iċ-ċirkwiti sħaħ tal-pont H ġeneralment jaħdmu minn provvista waħda (V_Dd), bl-art użata għat-terminal tal-provvista negattiv (V_SS). Għal v partikolari_Ddu v_SS, in-natura differenzjali tal-pont tfisser li tista 'twassal darbtejn is-sinjal tal-ħruġ u erba' darbiet il-qawwa tal-ħruġ ta 'implimentazzjonijiet singoli. Iċ-ċirkwiti ta 'nofs pont jistgħu jiġu mħaddma minn provvisti ta' enerġija bipolari jew provvista waħda, iżda l-verżjoni ta 'provvista waħda timponi vultaġġ ta' preġudizzju DC potenzjalment ta 'ħsara, v_Dd\/ 2, madwar il-kelliem, sakemm ma jiġix miżjud kapaċitatur tal-imblukkar.

Ix-xarabanks tal-vultaġġ tal-provvista tal-enerġija taċ-ċirkwiti ta 'nofs pont jistgħu jiġu "ppumpjati" lil hinn mill-valuri nominali tagħhom minn kurrenti kbar tal-indutturi mill-filtru LC. Id-dv \/ dt tat-transitorju tal-ippumpjar jista 'jkun limitat billi jiżdiedu kondensaturi ta' diżakkoppjar kbar bejn v_Ddu v_SS- Iċ-ċirkwiti full-bridge ma jbatux mill-ippumpjar tax-xarabank, minħabba li l-kurrent tal-induttur jiċċirkola f'waħda mill-flussi tan-nofs-pontijiet barra mill-ieħor, u joħloq linja ta 'kurrent lokali li tfixkel minimament il-provvisti tal-enerġija.

Fatturi fid-Disinn tal-Amplifikatur tal-Klassi Audjo D

Id-dissipazzjoni tal-enerġija aktar baxxa tipprovdi motivazzjoni qawwija biex tuża l-Klassi D għal applikazzjonijiet awdjo, iżda hemm sfidi importanti għad-disinjatur. Dawn jinkludu:

Għażla tad-daqs tat-transistor tal-ħruġ

Protezzjoni tal-istadju tal-ħruġ

Kwalità tal-ħoss

Teknika tal-modulazzjoni

Emi

Disinn tal-filtru LC

Spiża tas-sistema

Għażla tad-daqs tat-transistor tal-ħruġ

Id-daqs tat-transistor tal-ħruġ huwa magħżul biex jottimizza d-dissipazzjoni tal-enerġija fuq firxa wiesgħa ta 'kundizzjonijiet tas-sinjal. Tiżgura dakV_Dstibqa 'żgħira meta tmexxi kbirI_Ds teħtieġ ir-reżistenza fuq (R_Fuq) tat-transistors tal-ħruġ li jkunu żgħar (tipikament {{0}}. 1 ohm sa 0.2 ohm). Iżda dan jirrikjedi transistors kbar b'kapaċitanza ta 'bieb sinifikanti (C_G). Iċ-ċirkwiti tad-drajv tal-bieb li jaqleb il-kapaċitanza jikkonsma l-enerġijaCv²f, fejnC hija l-kapaċitanza,V hija l-bidla fil-vultaġġ waqt l-iċċarġjar, uf hija l-frekwenza tal-bidla. Dan it- "telf ta 'bidla" isir eċċessiv jekk il-kapaċitanza jew il-frekwenza huma għoljin wisq, u għalhekk jeżistu limiti ta' fuq prattiċi. L-għażla tad-daqs tat-transistor hija għalhekk kompromess bejn il-minimizzazzjoniI_Ds × V_Ds Telf waqt il-konduzzjoni vs minimizzazzjoniQlibtelf. Telf konduttiv jiddomina d-dissipazzjoni u l-effiċjenza tal-enerġija f'livelli għoljin ta 'enerġija tal-ħruġ, filwaqt li d-dissipazzjoni hija ddominata billi tinbidel it-telf f'livelli baxxi ta' ħruġ. Il-manifatturi tat-transistor tal-enerġija jippruvaw jimminimizzaw il -R_Fuq × C_G Prodott tat-tagħmir tagħhom biex inaqqas id-dissipazzjoni tal-enerġija ġenerali fl-applikazzjonijiet tal-bdil, u biex jipprovdi flessibilità fl-għażla tal-frekwenza tal-qlib.

Protezzjoni tal-istadju tal-ħruġ

L-istadju tal-ħruġ għandu jkun protett minn numru ta 'kundizzjonijiet potenzjalment perikolużi:

Sħana żejda: Il-Klassi D's Output-Stage Power Dispation, għalkemm inqas minn dik ta 'amplifikaturi lineari, xorta tista' tilħaq livelli li jipperikolaw it-transistors tal-ħruġ jekk l-amplifikatur huwa mġiegħel jagħti qawwa għolja ħafna għal żmien twil. Biex tipproteġi kontra sħana żejda perikoluża, hemm bżonn ta 'ċirkwiti ta' kontroll ta 'monitoraġġ tat-temperatura. Fi skemi ta 'protezzjoni sempliċi, l-istadju tal-ħruġ jintefa meta t-temperatura tagħha, kif imkejla minn senser fuq iċ-ċippa, taqbeż aShutdown termaliLimitu ta 'sigurtà, u jinżamm' il barra sakemm jiksaħ. Is-senser jista 'jipprovdi informazzjoni dwar it-temperatura addizzjonali, apparti mill-indikazzjoni binarja sempliċi dwar jekk it-temperatura qabżitx il-limitu ta' għeluq. Billi tkejjel it-temperatura, iċ-ċirkwiti tal-kontroll jistgħu jnaqqsu gradwalment il-livell tal-volum, inaqqsu d-dissipazzjoni tal-enerġija u jżommu t-temperatura sew fil-limiti ta 'l-istad li jisforzaw perjodi perċettibbli ta' silenzju waqt avvenimenti ta 'shutdown termali.

Fluss ta 'kurrent eċċessiv fit-transistors tal-ħruġ: Il-baxxfuqIr-reżistenza tat-transistors tal-ħruġ mhix problema jekk l-istadju tal-ħruġ u t-terminali tal-kelliem huma konnessi sewwa, iżda kurrenti enormi jistgħu jirriżultaw jekk dawn l-għoqiedi huma bi żball maqbudin għal xulxin, jew għall-provvisti ta 'enerġija pożittivi jew negattivi. Jekk mhux ikkontrollati, kurrenti bħal dawn jistgħu jagħmlu ħsara lit-transistors jew iċ-ċirkwiti tal-madwar. B'konsegwenza ta 'dan, hemm bżonn ta' ċirkwiti ta 'protezzjoni tat-transistor tal-ħruġ li jħossu l-kurrent. Fi skemi ta 'protezzjoni sempliċi, l-istadju tal-ħruġ huwa mitfi jekk il-kurrenti tal-ħruġ jaqbżu l-limitu tas-sigurtà. Fi skemi aktar sofistikati, il-ħruġ tas-sensur kurrenti jiġi mdaħħal lura fit-tfittxija tal-amplifikatur biex tillimita l-kurrent tal-ħruġ għal livell massimu sikur, filwaqt li tippermetti lill-amplifikatur jimxi kontinwament mingħajr ma jagħlaq. F’dawn l-iskemi, l-għeluq jista ’jkun sfurzat bħala l-aħħar rimedju jekk l-attentat li jillimita jkun ineffettiv. Il-limitaturi tal-kurrent effettivi jistgħu wkoll iżommu l-amplifikatur jaħdem mingħajr periklu fil-preżenza ta 'kurrenti temporanji kbar momentarjament minħabba reżonanzi tal-kelliem.

Tensjoni baxxa: Il-biċċa l-kbira taċ-ċirkwiti tal-istadju tal-ħruġ tal-bidla jaħdmu tajjeb biss jekk il-vultaġġi pożittivi tal-provvista tal-enerġija huma għoljin biżżejjed. Problemi jirriżultaw jekk hemmundervoltagekundizzjoni, fejn il-provvisti huma baxxi wisq. Din il-kwistjoni hija komunement immaniġġjata minnLockout ta 'taħt il-vultaġġĊirkuwitu, li jippermetti li l-istadji tal-ħruġ joperaw biss jekk il-vultaġġi tal-provvista tal-enerġija huma 'l fuq mil-limitu ta' l-irfid ta 'taħt il-vultaġġ.

Transistor Output Turn-on Time: It-transistors tal-istadju tal-ħruġ MH u ML (Figura 6) għandhom baxxi ħafnafuqreżistenza. Huwa għalhekk importanti li jiġu evitati sitwazzjonijiet li fihom kemm MH kif ukoll ML huma fl-istess ħin, minħabba li dan joħloq triq ta 'reżistenza baxxa minn V_Ddsa v_SSmit-transistors u kbirgħaqqadkurrent. Fl-aqwa, it-transistors se jsaħħnu u jaħlu l-enerġija; Fl-agħar każ, it-transistors jistgħu jiġu mħassra.Break-qabel ma tagħmelIl-kontroll tat-transistors jipprevjeni l-kundizzjoni tar-rimja billi jisforza liż-żewġ transistors barra qabel ma jinxtegħlu. L-intervalli ta 'ħin li fihom huma msejħa ż-żewġ transistorsĦin li ma jrażżanxjewħin mejjet.

Figura 6. Qlib ta 'break-before-make ta' transistors fl-istadju tal-ħruġ.

Kwalità tal-ħoss

Diversi kwistjonijiet għandhom jiġu indirizzati biex tinkiseb kwalità tajba tal-ħoss ġenerali fl-amplifikaturi tal-Klassi D.

Klikks u pops, li jseħħu meta l-amplifikatur jinxtegħel jew jintefa jista 'jkun tedjanti ħafna. Sfortunatament, madankollu, huma faċli biex jiġu introdotti f'amplifikatur tal-Klassi D sakemm ma tingħatax attenzjoni bir-reqqa lill-istat tal-modulatur, l-iskedar tal-istadju tal-ħruġ, u l-istat tal-filtru LC meta l-amplifikatur ikun siekta jew mhux imħallat.

Proporzjon sinjal-ħoss (SNR):Biex tevita HISS li tinstema 'mill-art tal-istorbju tal-amplifikatur, SNR għandu tipikament jaqbeż id-90 dB f'amplifikaturi ta' enerġija baxxa għal applikazzjonijiet portabbli, 100 dB għal disinji ta 'enerġija medja, u 110 dB għal disinji ta' enerġija għolja. Dan jista 'jinkiseb għal varjetà wiesgħa ta' implimentazzjonijiet ta 'amplifikatur, iżda sorsi ta' ħoss individwali għandhom jiġu rintraċċati waqt id-disinn ta 'amplifikatur biex jiġi żgurat SNR ġenerali sodisfaċenti.

Mekkaniżmi ta 'distorsjoni:Dawn jinkludu nonlinearitajiet fit-teknika tal-modulazzjoni jew l-implimentazzjoni tal-modulatur - u l-ħin mejjet użat fl-istadju tal-ħruġ biex issolvi l-problema attwali tal-isparar.

L-informazzjoni dwar il-livell tas-sinjal awdjo hija ġeneralment ikkodifikata fil-wisa 'tal-impulsi tal-ħruġ tal-modulatur tal-Klassi D. Iż-żieda ta 'ħin mejjet biex tipprevjeni l-istadju tal-ħruġ ta' kurrenti ta 'l-isparar jintroduċi żball ta' ħin mhux lineari, li joħloq tgħawwiġ fil-kelliem fi proporzjon għall-iżball tal-ħin fir-rigward tal-wisa 'tal-polz ideali. L-iqsar żmien mejjet li jevita r-rimja ta 'spiss huwa l-aħjar għall-minimizzazzjoni tad-distorsjoni; Ara aktar Qari 2 għal metodu ta 'disinn dettaljat biex tiġi ottimizzata l-prestazzjoni tad-distorsjoni tal-istadji tal-ħruġ tal-bidla.

Sorsi oħra ta 'tgħawwiġ jinkludu: nuqqas ta' qbil ta 'żieda u waqgħa fil-legumi tal-ħruġ, nuqqas ta' qbil fil-karatteristiċi tal-ħin għaċ-ċirkwiti tal-output transistor gate-drive, u n-non-linearitajiet fil-komponenti tal-filtru tal-pass baxx LC.

Ċaħda tal-provvista tal-enerġija (PSR):Fiċ-ċirkwit tal-Figura 2, koppji tal-istorbju tal-provvista tal-enerġija kważi direttament mal-kelliem bi ftit rifjut. Dan iseħħ minħabba li t-transistors fi stadju tal-ħruġ jgħaqqdu l-provvisti tal-enerġija mal-filtru tal-pass baxx permezz ta 'reżistenza baxxa ħafna. Il-filtru jirrifjuta l-istorbju ta 'frekwenza għolja, iżda huwa ddisinjat biex jgħaddi l-frekwenzi tal-awdjo kollha, inkluż l-istorbju. Ara aktar Qari 3 għal deskrizzjoni tajba tal-effett tal-istorbju tal-provvista tal-enerġija fiċ-ċirkwiti tal-istadju tal-ħruġ wieħed u differenzjali.

Jekk la t-tgħawwiġ u lanqas il-kwistjonijiet tal-provvista tal-enerġija huma indirizzati, huwa diffiċli li tinkiseb PSR aħjar minn 1 0 DB, jew distorsjoni armonika totali (THD) aħjar minn 0.1%. Saħansitra agħar, it-THD għandu tendenza li jkun it-tip ta 'ordni għolja li jdoqq ħażin.

Fortunatament, hemm soluzzjonijiet tajbin għal dawn il-kwistjonijiet. L-użu ta 'feedback bi qligħ ta' linja għolja (kif isir f'ħafna disinji ta 'amplifikatur lineari) jgħin ħafna. Ir-rispons mill-input tal-filtru LC se jtejjeb ħafna l-PSR u jtaffi l-mekkaniżmi kollha ta 'distorsjoni mhux fil-filtru. In-non-linearitajiet tal-filtru LC jistgħu jiġu attenwati billi jiġi inkluż l-ispiker fil-linja ta 'feedback. Kwalità tal-ħoss ta 'grad audiophile bi PSR> 6 0 DB u THD <0.01% tista' tinkiseb f'amplifikaturi tal-klassi D-linja magħluqa ddisinjati sew.

Ir-rispons jikkomplika d-disinn tal-amplifikatur, madankollu, minħabba li l-istabbiltà tal-linja għandha tiġi indirizzata (konsiderazzjoni mhux privata għal disinn ta 'ordni għolja). Ukoll, feedback analogu f'ħin kontinwu huwa meħtieġ biex tinqabad informazzjoni importanti dwar żbalji fil-ħin tal-polz, u għalhekk il-linja ta 'kontroll għandha tinkludi ċirkwiti analogi biex tipproċessa s-sinjal ta' feedback. Fl-implimentazzjonijiet ta 'amplifikatur taċ-ċirkwiti integrati, dan jista' jżid mal-ispiża tad-die.

Sabiex timminimizza l-ispiża IC, xi bejjiegħa jippreferu jimminimizzaw jew jeliminaw il-kontenut ta 'ċirkwit analogu. Xi prodotti jużaw modulatur diġitali b'ċirkwit miftuħ, flimkien ma 'konvertitur analogu għal diġitali biex iħossu varjazzjonijiet ta' provvista ta 'enerġija u jaġġustaw l-imġieba tal-modulatur biex jikkumpensaw, kif propost fil-qari ulterjuri tat-3. Dan jista' jtejjeb il-PSR, iżda mhux se jindirizza l-ebda problema ta 'distorsjoni. Modulaturi diġitali oħra jippruvaw jippreċensaw għall-iżbalji tal-iskedar tal-istadju tal-ħruġ mistennija, jew jikkoreġu għal nonidealitajiet tal-modulatur. Dan jista 'għall-inqas parzjalment jindirizza xi mekkaniżmi ta' tgħawwiġ, iżda mhux kollha. Applikazzjonijiet li jittolleraw rekwiżiti ta 'kwalità tal-ħoss rilassati pjuttost jistgħu jiġu mmaniġġjati minn dawn it-tipi ta' amplifikaturi tal-klassi D-loop miftuħa, iżda xi forma ta 'feedback tidher neċessarja għall-aħjar kwalità awdjo.

Teknika tal-modulazzjoni

Modulaturi tal-Klassi D jistgħu jiġu implimentati b'ħafna modi, appoġġjati minn kwantità kbira ta 'riċerka relatata u proprjetà intellettwali. Dan l-artikolu se jintroduċi biss kunċetti fundamentali.

It-tekniki kollha tal-modulazzjoni tal-Klassi D jikkodifikaw l-informazzjoni dwar is-sinjal awdjo fi fluss ta 'impulsi. Ġeneralment, il-polzwisa 'huma marbuta mal-amplitudni tas-sinjal awdjo, u l-ispettru tal-impulsi jinkludi s-sinjal awdjo mixtieq flimkien ma 'kontenut ta' frekwenza għolja mhux mixtieq (iżda inevitabbli). Il-qawwa totali integrata ta 'frekwenza għolja fl-iskemi kollha hija bejn wieħed u ieħor l-istess, peress li l-qawwa totali fil-forom tal-mewġ tad-dominju tal-ħin hija simili, u mit-teorema ta' Parseval, il-poter fid-dominju tal-ħin għandu jkun ugwali għall-qawwa fid-dominju tal-frekwenza. Madankollu, id-distribuzzjoni ta 'l-enerġija tvarja ħafna: f'xi skemi, hemm toni ta' enerġija għolja fuq art ta 'ħoss baxx, filwaqt li fi skemi oħra, l-enerġija hija ffurmata sabiex it-toni jiġu eliminati iżda l-art tal-ħoss hija ogħla.

L-iktar teknika ta 'modulazzjoni komuni hijamodulazzjoni tal-wisa 'tal-polz(PWM). Kunċettwalment, PWM iqabbel is-sinjal awdjo tal-input ma 'forma ta' mewġ trijangulari jew ramping li taħdem f'fissatrasportaturfrekwenza. Dan joħloq nixxiegħa ta 'impulsi fil-frekwenza tat-trasportatur. F'kull perjodu tat-trasportatur, il-proporzjon tad-dazju tal-polz PWM huwa proporzjonali għall-amplitudni tas-sinjal awdjo. Fl-eżempju tal-Figura 7, l-input tal-awdjo u l-mewġa trijangulari huma t-tnejn iċċentrati madwar 0 V, tant li għal input 0, il-proporzjon tad-dazju tal-pulsazzjonijiet tal-ħruġ huwa 5 {0%. Għal input pożittiv kbir, huwa qrib 100%, u huwa qrib 0% għal input negattiv kbir. Jekk l-amplitudni tal-awdjo taqbeż dik tal-mewġa tat-trijanglu,modulazzjoni sħiħaiseħħ, fejn il-ferrovija tal-polz tieqaf taqleb, u l-proporzjon tad-dazju fil-perjodi individwali huwa jew 0% jew 100%.

Figura 7. Kunċett u eżempju PWM.

PWM huwa attraenti minħabba li jippermetti 100- DB jew aħjar SNR tal-banda awdjo fil-frekwenzi tat-trasportatur PWM ta 'ftit mijiet ta' kilohertz-baxxi biżżejjed biex jillimitaw it-telf tal-bidla fl-istadju tal-ħruġ. Ukoll, ħafna modulaturi PWM huma stabbli sa kważi 100% modulazzjoni, fil-kunċett li jippermetti poter ta 'produzzjoni għolja sal-punt ta' tagħbija żejda. Madankollu, PWM għandu diversi problemi: l-ewwel, il-proċess PWM inerenti jżid tgħawwiġ f'ħafna implimentazzjonijiet (aktar qari 4); Sussegwentement, l-armoniċi tal-frekwenza tat-trasportatur PWM jipproduċu EMI fil-medda tar-radju AM; U fl-aħħar, il-wisa 'tal-polz PWM isiru żgħar ħafna qrib il-modulazzjoni sħiħa. Dan jikkawża problemi fil-biċċa l-kbira tal-ħruġ ta 'ċirkwiti ta' sewwieq ta 'gate-stage-stadju - bil-kapaċità ta' sewqan limitat tagħhom, ma jistgħux jaqilbu sewwa bil-veloċitajiet eċċessivi meħtieġa biex jirriproduċu impulsi qosra b'wisa 'ta' ftit nanosekondi. Konsegwentement, il-modulazzjoni sħiħa ħafna drabi ma tistax tintlaħaq fl-amplifikaturi bbażati fuq il-PWM, li tillimita l-qawwa tal-ħruġ massima li tista 'tinkiseb għal xi ħaġa inqas mill-massimu teoretiku - li jqis biss il-vultaġġ tal-provvista tal-enerġija, transistorfuqIr-reżistenza, u l-impedenza tal-kelliem.

Alternattiva għall-PWM hijaModulazzjoni tad-densità tal-polz(PDM), li fih in-numru ta 'impulsi f'tieqa ta' ħin partikolari huwa proporzjonali għall-valur medju tas-sinjal awdjo ta 'input. Il-wisa 'tal-polz individwali ma jistgħux ikunu arbitrarji bħal fil-PWM, iżda minflok huma "kwantifikati" għall-multipli tal-perjodu tal-arloġġ tal-modulatur. 1- Bit Sigma-Delta Il-modulazzjoni hija forma ta 'PDM.

Ħafna mill-enerġija ta 'frekwenza għolja f'Sigma-Delta hija mqassma fuq firxa wiesgħa ta' frekwenzi - mhux ikkonċentrati f'toni b'ħafna frekwenza ta 'trasportatur, bħal fil-modulazzjoni Sigma-Delta li tipprovdi PWM b'vantaġġ potenzjali ta' l-EMI fuq PWM. L-enerġija għadha teżisti f'immaġini tal-frekwenza tal-arloġġ tal-kampjunar PDM; Iżda bi frekwenzi tipiċi tal-arloġġ minn 3 MHz sa 6 MHz, l-immaġini huma barra l-faxxa tal-frekwenza tal-awdjo u huma attenwati sew mill-filtru tal-pass baxx LC.

Vantaġġ ieħor ta 'Sigma-Delta huwa li l-wisa' minimu tal-polz huwa perjodu ta 'arloġġ ta' kampjunar, anke għal kundizzjonijiet ta 'sinjal li jersqu lejn modulazzjoni sħiħa. Dan itaffi d-disinn tal-bieb tax-xufier u jippermetti operazzjoni sigura għal qawwa sħiħa teoretika. Minkejja dan 1- Modulazzjoni tal-bit Sigma-delta ma tintużax spiss fl-amplifikaturi tal-Klassi D (aktar qari 4) minħabba li l-modulaturi tal-bit konvenzjonali {6}} huma stabbli biss għal 50% modulazzjoni. Ukoll, mill-inqas 64 × kampjunar żejjed huwa meħtieġ biex jinkiseb SNR tal-awdjo-banda biżżejjed, u għalhekk ir-rati tipiċi tad-dejta tal-ħruġ huma ta 'l-anqas 1 MHz u l-effiċjenza tal-enerġija hija limitata.

Reċentement,awto-oscillatingL-amplifikaturi ġew żviluppati, bħal dak fil-qari ulterjuri 5. Dan it-tip ta 'amplifikatur dejjem jinkludi linja ta' feedback, bi proprjetajiet tal-linja li tiddetermina l-frekwenza tal-bidla tal-modulatur, minflok arloġġ provdut esternament. L-enerġija ta 'frekwenza għolja ħafna drabi titqassam b'mod aktar ugwali milli fil-PWM. Kwalità awdjo eċċellenti hija possibbli, grazzi għar-rispons, iżda l-linja hija awto-oxxillanti, u għalhekk huwa diffiċli li tissinkronizza ma 'kwalunkwe ċirkwiti oħra li jaqilbu, jew li tikkonnettja ma' sorsi ta 'awdjo diġitali mingħajr ma l-ewwel tikkonverti d-diġitali għal Analog.

Iċ-ċirkwit full-bridge (Figura 3) jista 'juża modulazzjoni "3- state" biex tnaqqas l-EMI differenzjali. B'operazzjoni differenzjali konvenzjonali, il-polarità tal-ħruġ ta 'nofs-pont A trid tkun opposta għal dik ta' nofs-pont B. Jeżistu biss żewġ stati operattivi differenzjali: l-output A għoli bi produzzjoni B baxxa; u baxx b'B għoli. Żewġ stati addizzjonali tal-modalità komuni jeżistu, madankollu, li fihom iż-żewġ outputs ta 'nofs pont huma l-istess polarità (kemm għolja jew kemm baxxi). Wieħed minn dawnmodalità komuniL-istati jistgħu jintużaw flimkien ma 'l-istati differenzjali biex jipproduċu {{0}} modulazzjoni tal-istat fejn l-input differenzjali għall-filtru LC jista' jkun pożittiv, {0, jew negattiv. L-istat 0 jista 'jintuża biex jirrappreżenta livelli baxxi ta' enerġija, minflok ma jaqleb bejn l-istat pożittiv u negattiv bħal fi skema ta 'stat 2-. Ftit attività differenzjali sseħħ fil-filtru LC matul l-istat 0, li tnaqqas l-EMI differenzjali, għalkemm fil-fatt iżżid l-EMI tal-modalità komuni. Il-benefiċċju differenzjali japplika biss f'livelli baxxi ta 'enerġija, minħabba li l-istati pożittivi u negattivi għad iridu jintużaw biex iwasslu saħħa sinifikanti lill-kelliem. Il-livell ta 'vultaġġ ta' mod komuni li jvarja fi skemi ta 'modulazzjoni tal-istat 3- jippreżenta sfida tad-disinn għal amplifikaturi b'ċirkwit magħluq.

Emi taming

Il-komponenti ta 'frekwenza għolja ta' outputs ta 'amplifikatur tal-klassi D jistħoqqilhom konsiderazzjoni serja. Jekk mhux mifhuma u ġestiti sewwa, dawn il-komponenti jistgħu jiġġeneraw ammonti kbar ta 'EMI u jfixklu l-operazzjoni ta' tagħmir ieħor.

Żewġ tipi ta 'EMI huma ta' tħassib: sinjali li huma rradjati fl-ispazju u dawk li jitmexxew permezz ta 'wajers tal-provvista tal-kelliem u tal-enerġija. L-iskema ta 'modulazzjoni tal-Klassi D tiddetermina alinja bażispettru tal-komponenti ta 'EMI immexxija u rradjati. Madankollu, xi tekniki ta 'disinn fil-livell tal-bord jistgħu jintużaw biex inaqqsu l-EMI emessa minn amplifikatur tal-Klassi D, minkejja l-ispettru tal-linja bażi tiegħu.

Prinċipju utli huwa li timminimizza l-erja tal-linji li jġorru kurrenti ta 'frekwenza għolja, peress li s-saħħa tal-EMI assoċjata hija relatata maż-żona tal-linja u l-prossimità tal-linji għal ċirkwiti oħra. Pereżempju, il-filtru LC kollu (inkluż il-wajers tal-kelliem) għandu jkun imqiegħed bl-iktar mod kompatt, u jinżamm viċin l-amplifikatur. Traċċi għal mogħdijiet ta 'sewqan kurrenti u ta' ritorn għandhom jinżammu flimkien biex jimminimizzaw iż-żoni tal-linja (bl-użu ta 'pari mibrumin għall-wajers tal-kelliem huwa ta' għajnuna). Post ieħor biex tiffoka huwa fuq it-transitorji ta 'ħlas kbir li jseħħu waqt li jaqilbu l-kapaċitanza tal-bieb tat-transistors tal-istadju tal-ħruġ. Ġeneralment din it-tariffa ġejja minnĠibjunKapaċitanza, li tifforma linja kurrenti li fiha ż-żewġ kapaċitajiet. L-impatt tal-EMI ta 'transitorji f'din il-linja jista' jonqos billi titnaqqas iż-żona tal-linja, li jfisser li tpoġġi l-kapaċitanza tal-ġibjun kemm jista 'jkun mill-qrib biex tiċċarġja t-transistor (i) tal-IT.

Xi drabi huwa utli li tiddaħħal ċowk RF f'serje mal-provvisti tal-enerġija għall-amplifikatur. Imqiegħed sewwa, jistgħu jillimitaw kurrenti temporanji ta 'frekwenza għolja għal linji lokali ħdejn l-amplifikatur, minflok ma jitmexxew għal distanzi twal fil-wajers tal-provvista tal-enerġija.

Jekk il-ħin ta 'nonverlap ta' Gate-Drive huwa twil ħafna, kurrenti induttivi mill-ispiker jew filtru LC jistgħu 'l quddiem bias diodi parassitiċi fit-terminali tat-transistors tal-istadju tal-ħruġ. Meta l-ħin mhux overlap jintemm, il-preġudizzju fuq id-dijodu jinbidel minn quddiem għal reverse. Spikes kbar ta 'kurrent ta' rkupru ta 'reverse jistgħu joħorġu qabel ma d-dijodu jintefa kompletament, u joħloq sors inkwetanti ta' EMI. Din il-problema tista 'tiġi mminimizzata billi tinżamm il-ħin ta' nonverlap qasir ħafna (irrakkomandat ukoll biex titnaqqas it-tgħawwiġ tal-awdjo). Jekk l-imġieba ta 'rkupru b'lura għadha inaċċettabbli, id-dijodi ta' Schottky jistgħu jiġu paralleli mad-dijodi parassitiċi tat-transistor, sabiex jiddevjaw il-kurrenti u jipprevjenu d-dijodu parassitiku milli jinxtegħlu. Dan jgħin minħabba li l-junctions tal-metall-semikondutturi tad-dijodi ta 'Schottky huma intrinsikament immuni għal effetti ta' rkupru b'lura.

Filtri tal-LC bi qlub tal-indutturi toroidali jistgħu jimminimizzaw linji tal-kamp mitluq li jirriżultaw minn kurrenti ta 'amplifikatur. Ir-radjazzjoni mill-orħostanburIl-qlub jistgħu jitnaqqsu billi l-ilqugħ, hemm kompromess tajjeb bejn l-ispiża u l-prestazzjoni tal-EMI - jekk tingħata attenzjoni biex jiġi żgurat li l-ilqugħ ma jiddegradax b'mod inaċċettabbli l-linearità tal-indutturi u l-kwalità tal-ħoss fil-kelliem.

Disinn tal-filtru LC

Biex tiffranka l-ispejjeż u l-ispazju tal-bord, ħafna filtri LC għall-amplifikaturi tal-Klassi D huma disinji tat-tieni ordni, pass baxx. Il-Figura 3 turi l-verżjoni differenzjali ta 'filtru LC tat-tieni ordni. Il-kelliem iservi biex niedja r-reżonanza inerenti taċ-ċirkwit. Għalkemm l-impedenza tal-kelliem xi kultant hija approssimata bħala reżistenza sempliċi, l-impedenza attwali hija iktar kumplessa u tista 'tinkludi komponenti reattivi sinifikanti. Għall-aħjar riżultati fid-disinn tal-filtru, wieħed għandu dejjem ifittex li juża mudell ta 'kelliem preċiż.

Għażla komuni tad-disinn tal-filtru hija li timmira għall-inqas wisa 'tal-frekwenza li għalihaDroopFir-rispons tal-filtru bl-ogħla frekwenza awdjo ta 'interess huwa mminimizzat. Filtru tipiku għandu rispons ta 'Butterworth 40- kHz (biex tinkiseb faxxa ta' pass massimu ċatt), jekk droop ta 'inqas minn 1 dB huwa mixtieq għal frekwenzi sa 20 kHz. Il-valuri tal-komponenti nominali fit-tabella jagħtu rispons approssimattiv ta 'Butterworth għal impedenzi komuni ta' kelliem u valuri standard L u C:

Jekk id-disinn ma jinkludix feedback mill-kelliem, THD fil-kelliem se jkun sensittiv għal-linearità tal-komponenti tal-filtru LC.

Fatturi tad-Disinn tal-Induttur:Fatturi importanti fit-tfassil jew l-għażla tal-induttur jinkludu l-klassifikazzjoni u l-forma attwali tal-qalba, u r-reżistenza għall-istralċ.

Klassifikazzjoni tal-Kurrent: Il-qalba li tintgħażel għandu jkollha klassifikazzjoni kurrenti 'l fuq mill-ogħla kurrent tal-amplifikatur mistenni. Ir-raġuni hija li ħafna qlub tal-indutturi jissaturaw b'mod manjetiku jekk il-kurrent jaqbeż il-limitu tal-klassifikazzjoni tal-kurrent u d-densità tal-fluss issir risultazzjoni għolja wisq fit-tnaqqis drastiku mhux mixtieq ta 'induttanza.

L-induttanza hija ffurmata billi tgeżwir wajer madwar il-qalba. Jekk hemm ħafna dawriet, ir-reżistenza assoċjata mat-tul totali tal-wajer hija sinifikanti. Peress li din ir-reżistenza tinsab f'serje bejn in-nofs pont u l-ispiker, ftit mill-qawwa tal-ħruġ se tinħela fiha. Jekk ir-reżistenza hija għolja wisq, uża wajer eħxen jew ibdel il-qalba għal materjal differenti li jeħtieġ inqas dawriet ta 'wajer biex jagħti l-induttanza mixtieqa.

Fl-aħħarnett, m'għandux jintesa li l-forma ta 'induttur użat tista' taffettwa l-EMI, kif innotat hawn fuq.

Spiża tas-sistema

X'inhuma l-fatturi importanti fl-ispiża ġenerali ta 'sistema awdjo li tuża amplifikaturi tal-klassi D? Kif nistgħu nimminimizzaw l-ispiża?

IlattivKomponenti tal-amplifikatur tal-Klassi D huma l-istadju tal-ħruġ tal-bidla u l-modulatur. Dan iċ-ċirkwiti jistgħu jinbnew għal bejn wieħed u ieħor l-istess spiża bħal amplifikatur lineari analogu. Il-kompromessi reali jseħħu meta jiġu kkunsidrati komponenti oħra tas-sistema.

Id-dissipazzjoni aktar baxxa tal-Klassi D tiffranka l-ispiża (u l-ispazju) ta 'apparat li jkessaħ bħal bjar tas-sħana jew fannijiet. Amplifikatur taċ-ċirkwit integrat tal-Klassi D jista 'jkun jista' juża pakkett iżgħar u orħos milli huwa possibbli għal dak lineari. Meta jkun immexxi minn sors awdjo diġitali, amplifikaturi lineari analogi jeħtieġu konvertituri D \/ A (DACs) biex jikkonvertu l-awdjo f'forma analoga. Dan jgħodd ukoll għal amplifikaturi tal-klassi D analog-input, iżda tipi ta 'input diġitali jintegraw b'mod effettiv il-funzjoni DAC.

Min-naħa l-oħra, l-iżvantaġġ tal-ispejjeż prinċipali tal-Klassi D huwa l-filtru LC. Il-komponenti - speċjalment l-ispazju tal-bord tal-indutturi u jżidu spejjeż. Fl-amplifikaturi ta 'enerġija għolja, l-ispiża ġenerali tas-sistema għadha kompetittiva, minħabba li l-ispiża tal-filtru LC hija kkumpensata minn iffrankar kbir f'apparat tat-tkessiħ. Iżda f'applikazzjonijiet ta 'enerġija baxxa sensittivi għall-ispejjeż, l-ispiża tal-induttur issir oneruża. F'każijiet estremi, bħal amplifikaturi rħas għat-telefowns ċellulari, amplifikatur IC jista 'jkun irħas mill-ispiża totali tal-filtru LC. Ukoll, anke jekk l-ispiża monetarja tiġi injorata, l-ispazju tal-bord okkupat mill-filtru LC jista 'jkun kwistjoni f'applikazzjonijiet ta' fatturi ta 'forma żgħira.

Biex tindirizza dan it-tħassib, il-filtru LC xi kultant jiġi eliminat għal kollox, biex jinħoloqbla filteramplifikatur. Dan jiffranka l-ispejjeż u l-ispazju, għalkemm jitlef il-benefiċċju ta 'filtrazzjoni ta' pass baxx. Mingħajr il-filtru, l-EMI u d-dissipazzjoni tal-qawwa ta 'frekwenza għolja jistgħu jiżdiedu b'mod mhux aċċettabbli, l-ispiker huwa induttiv u miżmum viċin ħafna tal-amplifikatur, iż-żoni taċ-ċirku tal-kurrent huma minimi, u l-livelli ta' enerġija jinżammu baxxi. Għalkemm ħafna drabi jkun possibbli f'applikazzjonijiet portabbli bħal telefowns ċellulari, mhuwiex fattibbli għal sistemi ta 'enerġija ogħla bħal stereos tad-dar.

Approċċ ieħor huwa li jitnaqqas in-numru ta 'komponenti tal-filtru LC meħtieġ għal kull kanal awdjo. Dan jista 'jitwettaq bl-użu ta' stadji ta 'ħruġ ta' nofs pont wieħed, li jeħtieġu nofs in-numru ta 'LS u Cs meħtieġa għal ċirkwiti differenzjali u full-pont. Iżda jekk in-nofs pont jirrikjedi provvisti ta 'enerġija bipolari, l-ispiża assoċjata mal-ġenerazzjoni tal-provvista negattiva tista' tkun projbittiva, sakemm provvista negattiva tkun diġà preżenti għal xi skop ieħor jew l-amplifikatur ikollu biżżejjed kanali awdjo, biex jammortizza l-ispiża tal-provvista negattiva. Alternattivament, in-nofs pont jista 'jitħaddem minn provvista waħda, iżda dan inaqqas il-qawwa tal-ħruġ u ħafna drabi jirrikjedi kapaċitatur kbir ta' imblukkar ta 'DC.

Amplifikaturi tal-Klassi D Analog Devices

L-isfidi kollha tad-disinn diskussi jistgħu jżidu għal proġett pjuttost impenjattiv. Biex tiffranka l-ħin għad-disinjatur, Analog Devices joffri varjetà ta 'ċirkwiti integrati tal-amplifikatur tal-klassi D, li jinkorporaw amplifikaturi, modulaturi u stadji tal-ħruġ ta' enerġija programmabbli. Biex tissimplifika l-evalwazzjoni, bordijiet ta 'dimostrazzjoni huma disponibbli għal kull tip ta' amplifikatur biex tissimplifika l-evalwazzjoni. It-tqassim tal-PCB u l-kont tal-materjali għal kull wieħed minn dawn il-bordijiet iservu bħala disinn ta 'referenza li jista' jitħaddem, li jgħin lill-klijenti jiddisinjaw malajr sistemi ta 'awdjo li jaħdmu, kosteffikaċi mingħajr ma jkollhom "jerġgħu jivvintaw ir-rota" biex isolvu l-isfidi tad-disinn tal-amplifikatur tal-Klassi D maġġuri.

Ikkunsidra, pereżempju, l-AD1990, l-AD1992, u l-AD 1994- Familja ta 'ICs ta' amplifikatur doppju, immirati lejn applikazzjonijiet stereo jew mono moderati ta 'poter li jeħtieġu żewġ kanali li jirrispettaw il-ħruġ ta' l-output ta '{5-, 10-, u 25- w, rispettivament. Hawn xi proprjetajiet ta 'dawn l-ICs:

L-amplifikatur tal-enerġija awdjo AD1994 tal-Klassi D jgħaqqad żewġ amplifikaturi ta 'qligħ programmabbli, żewġ modulaturi Sigma-Delta, u żewġ stadji ta' power-output biex isuqu tagħbijiet sħaħ marbuta mal-pont H fit-teatru tad-dar, karozzi- u applikazzjonijiet awdjo tal-PC. Jiġġenera forom tal-mewġ li jaqilbu li jistgħu jsuqu kelliema stereo sa 25 W kull kelliem, jew kelliem wieħed għal 50 W monofoniku, b'effiċjenza ta '90%. L-inputs waħedhom huma applikati għal amplifikatur ta 'qligħ programmabbli (PGA) bi qligħ li jista' jinqala 'għal 0-, {6-, {12-, u 18 dB, biex jimmaniġġa sinjali ta' livell baxx.

The device has integrated protection against output-stage hazards of overheating, overcurrent, and shoot-through current. There are minimal clicks and pops associated with muting, thanks to special timing control, soft start, and dc offset calibration. Specifications include 0.001% THD, 105-dB dynamic range, and >60 dB PSR, bl-użu ta 'feedback analogu f'ħin kontinwu mill-istadju tal-ħruġ tal-iswiċċ u l-istadju ottimizzat tal-istadju tad-drajv. Il-modulatur tagħha 1- bit Sigma-Delta huwa msaħħa b'mod speċjali għall-applikazzjoni tal-Klassi D biex tinkiseb frekwenza medja tad-dejta ta '500 kHz, bi qligħ b'ċirkwit għoli għal modulazzjoni ta '90%, u stabbiltà għal modulazzjoni sħiħa. AwaħduIl-modalità tal-modulatur tippermettilha ssuq FETs esterni għal qawwa tal-ħruġ ogħla.

Juża {{0}} V provvista għall-PGA, il-modulatur, u l-loġika diġitali, u provvista ta 'vultaġġ għoli minn 8 V sa 20 V għall-istadju tal-ħruġ tal-bidla. Id-disinn ta 'referenza assoċjat jissodisfa r-rekwiżiti tal-EMI tal-Klassi B FCC. Meta ssuq 6 ohm tagħbijiet b '5- V u 12- V provvisti, l-AD1994 jinħela 487 MW quiescently, 710 MW fil-livell 2 × × × 1- W, u 0.27 MW fiPower-downmod. Disponibbli fil-pakkett 64- LFCSP taċ-ċomb, huwa speċifikat minn –40 grad sa +85 grad

Aktar informazzjoni teknika dwar l-amplifikaturi tal-Klassi D - inklużi l-implimentazzjonijiet ma 'proċessuri Blackfin jistgħu jinstabu fit-taqsima tal-qari ulterjuri.