Di dunia modern ini, tujuan utama amplifikasi audio dalam sistem audio adalah mereproduksi dan memperkuat sinyal input yang diberikan secara akurat. Dan salah satu tantangan terbesar adalah memiliki daya keluaran tinggi dengan jumlah kehilangan daya sesedikit mungkin. Teknologi amplifier Kelas D membuat dampak yang meningkat pada dunia live sound dengan menawarkan daya tinggi dengan disipasi daya nol dan bobot yang lebih ringan daripada sebelumnya. Saat ini, perangkat musik portabel menjadi lebih populer dengan meningkatnya permintaan suara eksternal pada perangkat musik portabel.

Amplifikasi audio terkadang dilakukan dengan teknologi penguat tabung tetapi ukurannya besar dan tidak cocok untuk sistem suara elektronik portabel. Untuk sebagian besar kebutuhan amplifikasi audio, teknisi memilih untuk menggunakan transistor dalam mode linier untuk membuat keluaran berskala berdasarkan masukan kecil. Ini bukan desain terbaik untuk penguat audio karena transistor dalam operasi linier akan terus berjalan, menghasilkan panas, dan mengonsumsi daya. Kehilangan panas ini adalah alasan utama mengapa mode linier tidak optimal untuk aplikasi audio portabel yang dioperasikan dengan baterai. Ada banyak kelas penguat audio A, B, AB, C, D, E, dan F. Ini diklasifikasikan menjadi dua mode operasi yang berbeda, linier dan sakelar.

Penguat Kelas D.

Penguat Daya Mode Linear - Kelas A, B, AB dan kelas C semua penguat mode linier yang memiliki keluaran yang sebanding dengan masukannya. Amplifier mode linier tidak jenuh, sepenuhnya menyala atau mati sepenuhnya. Karena transistor selalu melakukan, panas dihasilkan dan terus menerus mengkonsumsi daya. Inilah alasan mengapa penguat linier memiliki efisiensi yang lebih rendah jika dibandingkan dengan penguat switching. Switching Amplifier-Class D, E dan F adalah Switching amplifier. Mereka memiliki efisiensi yang lebih tinggi, yang secara teoritis harus 100%. Ini karena tidak ada energi yang hilang akibat pembuangan panas.

Apa itu Amplifier Kelas D?

Penguat Kelas D adalah penguat switching dan ketika berada dalam keadaan 'ON' ia akan mengalirkan arus tetapi memiliki tegangan hampir nol di seluruh sakelar, oleh karena itu tidak ada panas yang hilang karena konsumsi daya. Ketika dalam mode 'OFF' tegangan suplai akan melintasi yang MOSFET , namun karena tidak ada aliran arus, sakelar tidak mengonsumsi daya apa pun. Amplifier hanya akan mengkonsumsi daya selama transisi hidup / mati jika arus bocor tidak diperhitungkan. Penguat kelas D terdiri dari tahapan sebagai berikut:

Modulator PMW
Sirkuit switching
Output filter lowpass

Diagram Blok Penguat Kelas D.

“chip konverter analog ke digital ”

Modulator PMW

Kami membutuhkan blok pembangun sirkuit yang dikenal sebagai komparator. Sebuah komparator memiliki dua input yaitu Input A dan Input B. Ketika Input A lebih tinggi tegangannya daripada Input B, output dari komparator akan menuju tegangan positif maksimum (+ Vcc). Ketika Input A lebih rendah tegangannya daripada Input B, output komparator akan menuju tegangan negatif maksimum (-Vcc). Gambar di bawah ini menunjukkan bagaimana komparator beroperasi di amplifier Kelas-D. Satu input (biarkan terminal Input A) disuplai dengan sinyal yang akan diperkuat. Input lainnya (Input B) disuplai dengan gelombang segitiga yang dihasilkan dengan tepat. Ketika sinyal secara instan lebih tinggi levelnya daripada gelombang segitiga, outputnya menjadi positif. Ketika sinyal secara instan lebih rendah levelnya daripada gelombang segitiga, hasilnya menjadi negatif. Hasilnya adalah rangkaian pulsa di mana lebar pulsa sebanding dengan level sinyal sesaat. Ini dikenal sebagai 'Modulasi lebar pulsa', atau PWM .

Modulator PMW

Sakelar Sirkuit

Meskipun keluaran komparator adalah representasi digital dari sinyal audio masukan, ia tidak memiliki daya untuk menggerakkan beban (speaker). Tugas rangkaian switching ini adalah memberikan penguatan daya yang cukup, yang penting untuk penguat. Sirkuit switching umumnya dirancang dengan menggunakan MOSFET. Sangat penting untuk merancang bahwa rangkaian switching menghasilkan sinyal yang tidak tumpang tindih atau Anda mengalami masalah korsleting pasokan Anda langsung ke ground atau jika menggunakan pasokan terpisah korsleting pasokan. Ini dikenal sebagai tembakan tembus, tetapi dapat dicegah dengan memasukkan sinyal gerbang yang tidak tumpang tindih ke MOSFET. Waktu yang tidak tumpang tindih dikenal sebagai Waktu mati. Dalam mendesain sinyal ini, kita harus menjaga waktu mati sesingkat mungkin untuk mempertahankan sinyal keluaran distorsi rendah yang akurat tetapi harus cukup lama untuk menjaga agar kedua MOSFET tidak bekerja pada saat yang sama. Waktu MOSFET berada dalam mode linier juga harus dikurangi yang akan membantu memastikan bahwa MOSFET bekerja secara sinkron daripada keduanya berjalan pada waktu yang sama.

Untuk aplikasi ini, MOSFET daya harus digunakan karena penguatan daya dalam desain. Penguat Kelas D digunakan karena efisiensinya yang tinggi, tetapi MOSFET memiliki dioda tubuh bawaan yang bersifat parasit dan akan memungkinkan arus untuk terus berputar selama waktu mati. Dioda Schottky dapat ditambahkan secara paralel ke drain dan sumber MOSFET untuk mengurangi kerugian melalui MOSFET. Ini mengurangi kerugiannya karena dioda Schottky lebih cepat daripada dioda tubuh MOSFET yang memastikan bahwa dioda tubuh tidak bekerja selama waktu mati. Untuk mengurangi kerugian akibat frekuensi tinggi, dioda Schottky yang paralel dengan MOSFET praktis dan diperlukan. Schottky ini memastikan bahwa tegangan melintasi MOSFET sebelum dimatikan. Operasi keseluruhan MOSFET dan tahap keluaran analog dengan operasi sinkron Konverter uang . Bentuk gelombang input dan output dari rangkaian switching ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Sakelar Sirkuit

Output Filter Low Pass

Tahap terakhir dari penguat Kelas D adalah filter keluaran yang melemahkan dan menghilangkan harmonisa dari frekuensi sinyal switching. Ini dapat dilakukan dengan pengaturan filter lolos rendah yang umum, tetapi yang paling umum adalah kombinasi induktor dan kapasitor. Filter urutan ke-2 diinginkan sehingga kita memiliki roll-off -40dB / Dekade. Rentang frekuensi cutoff adalah antara 20 kHz hingga sekitar 50 kHz karena manusia tidak dapat mendengar apapun di atas 20 kHz. Gambar di bawah ini menunjukkan filter Butterworth orde-2 kedua. Alasan utama kami memilih filter Butterworth adalah karena filter tersebut memerlukan komponen paling sedikit dan memiliki respons datar dengan frekuensi pemotongan yang tajam.

Output Filter Low Pass

Aplikasi penguat Kelas D.

Ini lebih cocok untuk perangkat portabel karena tidak mengandung pengaturan heat sink tambahan. Sangat mudah dibawa. Amplifier kelas D daya tinggi telah menjadi standar dalam banyak aplikasi elektronik konsumen seperti

Perangkat televisi dan sistem home theater.
Elektronik konsumen volume tinggi
Amplifier headphone
Teknologi seluler
Otomotif

Jadi, ini semua tentang operasi dan aplikasi amplifier kelas D. Kami berharap Anda mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang konsep ini. Selanjutnya, pertanyaan apa pun tentang konsep ini atau untuk menerapkan apa pun proyek listrik dan elektronik , tolong beri tanggapan Anda dengan berkomentar di bagian komentar di bawah. Ini pertanyaan untukmu, Apa saja aplikasi penguat Kelas D?