Kako deluje avtomobilski avdio ojačevalnik? – Izhodna stopnja razreda D
Ko nadaljujemo s pregledovanjem delovanja avtomobilskih avdio ojačevalnikov, moramo razpravljati o tem, kaj je danes postalo najbolj priljubljen dizajn na trgu:o ojačevalnikih, ki uporabljajo izhodno stopnjo razreda D. V sferah avdiofilov imajo modeli razreda D pogosto slab sloves. Ali njihove slabosti odtehtajo njihove prednosti? Poglejmo!
Kako deluje izhodna stopnja razreda D?
Ko vhodna stopnja opravi vse potrebe po obdelavi signala, se zvočni signal prenese na izhodno stopnjo, tako da se poveča napetost in MOSFET-ji lahko zagotovijo ustrezne količine toka za pogon naših zvočnikov z relativno nizko impedanco. V sodobnem ojačevalniku razreda D se izhodne naprave MOSFET napajajo iz gonilnika IC, ki skrbi za pretvorbo analognega signala v impulzno širinsko moduliran signal.
Kaj je impulzno širinsko moduliran signal?
Če si želite, si predstavljajte žarnico z žarilno nitko. Žarnico priključimo na vir napajanja in zaporedno z vezjem vstavimo računalniško vodeno stikalo. Če pustimo stikalo ugasnjeno, ostane luč ugasnjena. Če stikalo prižgemo, lučka zasveti do polne moči. Če pa stikalo prižigamo in ugašamo zelo hitro in je stikalo prižgano toliko časa, da je ugasnjeno, bo žarnica svetila s polovico možne svetilnosti. Ta sprememba časa vklopa in izklopa se imenuje delovni cikel. Ko je čas vklopa in izklopa enak, je to 50-odstotni delovni cikel. Uporaba pravokotnega signala z različnimi delovnimi cikli se imenuje modulacija širine impulza (ali na kratko PWM).
Gonilnik razreda D analizira zvočni signal pri izjemno visokih hitrostih (nekaterih tudi do 800 kHz) in ustvari razmeroma nizkonapetostni signal PWM, ki napaja izhodne naprave. Izhodne naprave se zelo hitro vklopijo in izklopijo. Ker so naprave zelo malo časa v delno vklopljenem stanju, predstavljajo zelo majhen upor in posledično porabijo zelo malo energije. Najboljši ojačevalniki razreda D na trgu ponujajo splošno učinkovitost, ki pri polni moči presega 92 %. Ta odlična učinkovitost je v nasprotju z ojačevalniki razreda AB, ki pretvorijo med 35 % in 50 % energije, dovedene v ojačevalnik, v toploto.
Zgoščenke uporabljajo različico PWM, kjer je delovni cikel izhodnega impulza shranjen v 16-bitni digitalni besedi. To nam daje 65.536 možnih ravni amplitude. Za razliko od sodobnih gonilnikov razreda D je naš zvok shranjen pri 44.100 vzorcih na sekundo. To je še vedno več kot dovolj za reprodukcijo celotnega zvočnega spektra.
Razporeditev tokokroga razreda D
Nazadnje imajo ojačevalniki razreda D svoje izhodne naprave običajno urejene v konfiguraciji razreda AB, kjer ena naprava poganja negativni del valovne oblike, druga pa pozitivnega. Kot tak razred D opisuje, kako se uporabljajo izhodne naprave, ne pa njihove električne usmerjenosti v tokokrogu.
Slabosti zasnov ojačevalnikov razreda D
Če ste prebrali članke o popačenju na BestCarAudio.com, potem veste, da je pravokotni signal AC sestavljen iz veliko število visokofrekvenčnih harmonikov. Verjetno ste ta pojav že slišali v svojem domu, če imate zatemnitev nekaterih luči. Žarilna nitka v lučeh bo občasno zazvonila, odvisno od stopnje zatemnitve. Ker želimo samo prenesti zvočni signal nazaj v zvočnik, oblikovalci ojačevalnikov dodajo mrežo pasivnega filtra izhodu MOSFET-jev. This network includes an inductor in series with the load as well as a capacitor and resistor in parallel and acts as a low-pass filter to remove this high-frequency switching noise.
One drawback of a Class D design is that these output filter components interact with the frequency-dependent variations in load impedance to alter the frequency response of the amplifier. While the effect is minute, it can give Class D amps a different overall tonal balance than you’d get from an AB design. Of course, a little manipulation with a digital signal processor (DSP) will get that back in check in a jiffy.
Another issue with all this high-frequency energy is the potential for electrical interference with other systems in the vehicle. Most commonly, AM or FM radio reception can be washed out or dramatically reduced. While the better amplifier manufacturers do everything possible to mitigate radio-frequency interference, problems can still occur — the best plan to keep the amplifier as far away as possible from the radio antenna.
Why Would You Want a Class D Amplifier?
The long and the short of it is that companies have invested in developing Class D amplifiers in an effort to shrink the physical size requirements of amplifiers, supposedly to make it easier for installation technicians to find mounting locations for them. The reality is, heatsinks for amplifiers are one of the more expensive single components in an amplifier. If the size of the heatsink can be reduced, so can the cost of the amplifier. The days of 40- and 50-watts-per-channel stereo amps with a footprint of more than a square foot are long gone, thanks to modern Class D designs. Now, you can get more than 1,000 watts of power from that same physical space.
Class D amplifiers are a good solution for subwoofer systems because they do offer increased efficiency over their Class AB counterparts, and almost all amplifier manufacturers have at least one series of Class D amplifier in their catalog. Your local specialist mobile enhancement retailer can help you choose a solution with the right power level, number of channels and features to make your car stereo sound great.