Uživatel:Krasepav
(→Fotografie) |
|||
| (Není zobrazeno 35 mezilehlých verzí od 1 uživatele.) | |||
| Řádka 6: | Řádka 6: | ||
==Princip funkce== | ==Princip funkce== | ||
| − | [[image: | + | [[image:PWM.gif|right|thumb|Princip funkce PWM modulace. Zdroj: maxim-ic.com]] |
| + | Zesilovače třídy D (nebo také spínané zesilovače) se odlišují od ostatních tříd v tom, že koncové tranzistory nepracují v lineárním režimu, ale čistě v režimu spínacím. Zatímco u konvenční třídy AB je na koncových tranzistorech napětí a zároveň jimi teče proud (P=U*I -> tím se vytváří teplo), je u třídy D na tranzistorech pouze napětí (rozepnuto) nebo pouze proud (sepnuto). Jejich <B>teoretická účinnost</B> je tedy <B>až 100%</B>, v praxi vzhledem k nedokonalosti součástek a limitní rychlosti přepínání lze dosáhnout účinnosti asi <B>95%</B>. | ||
| − | + | [[image:zakladni_zapojeni.gif|right|thumb|Základní zapojení D-class zesilovače. Zdroj: maxim-ic.com]] | |
| − | Koncové tranzistory jsou buzeny obdélníkovým signálem, který je po přivedení audiosignálu modulován buď pulzně-šířkovou modulací (PWM) nebo některým z pokročilejších druhů modulace (Sigma-delta I. nebo II. řádu...), někteří výrobci mají patentované vlastní techniky modulace. Často se používá také rozprostření spektra nosného kmitočtu, které napomáhá snížení amplitud EM rušení a v některých případech umožňuje provozovat zesilovač bez výstupního filtru. | + | Koncové tranzistory jsou buzeny obdélníkovým signálem, který je po přivedení audiosignálu modulován buď <B>pulzně-šířkovou modulací (PWM)</B> nebo některým z pokročilejších druhů modulace (Sigma-delta I. nebo II. řádu...), někteří výrobci mají patentované vlastní techniky modulace. Často se používá také <B>rozprostření spektra</B> nosného kmitočtu, které napomáhá <B>snížení amplitud EM rušení</B> a v některých případech umožňuje provozovat zesilovač bez výstupního filtru. |
| + | [[image:Ucinnost.jpg|right|thumb|Srovnání účinnosti reálného zesilovače třídy D oproti ideálnímu zesilovači třídy AB. Zdroj: bang-olufsen.com]] | ||
| − | + | Jako koncové tranzistory se nejčastěji používají <B>MOSFET</B>, přičemž jsou na ně kladeny vysoké nároky. Musí mít <B>malý odpor v sepnutém stavu (Rdson)</B>, aby nevznikaly velké tepelné ztráty a zesilovač měl velkouo účinnost, ale zároveň musí mít <B>dobré dynamické vlastnosti</B>, aby mohly pracovat na vysokých frekvencích. Požadujeme malé parazitní kapacity a rychlé spínací časy, zde jdou však naše požadavky proti sobě, proto je volba tranzistorů vždy kompromisem. | |
==Nejčastější použití== | ==Nejčastější použití== | ||
*Kapesní zařízení - smartphone, mp3 přehrávače | *Kapesní zařízení - smartphone, mp3 přehrávače | ||
*PA zesilovače velkých výkonů | *PA zesilovače velkých výkonů | ||
| + | |||
| + | [[image:ztraty.jpg|right|thumb|Srovnání výkonových ztrát reálného zesilovače třídy D oproti ideálnímu zesilovači třídy AB. Zdroj: bang-olufsen.com]] | ||
==Rozdělení== | ==Rozdělení== | ||
| Řádka 40: | Řádka 44: | ||
==Výhody a nevýhody proti zesilovačům třídy AB== | ==Výhody a nevýhody proti zesilovačům třídy AB== | ||
| − | + | ||
| + | ===Výhody=== | ||
*Výrazně vyšší účinnost (v praxi až 95%) | *Výrazně vyšší účinnost (v praxi až 95%) | ||
*Menší rozměry - až desítky kW v 1U | *Menší rozměry - až desítky kW v 1U | ||
*Menší hmotnost (zvláště ve spojení se spínaným napájecím zdrojem) | *Menší hmotnost (zvláště ve spojení se spínaným napájecím zdrojem) | ||
| − | |||
| − | + | ===Nevýhody=== | |
*Při špatném návrhu mohou vysílat EM rušení | *Při špatném návrhu mohou vysílat EM rušení | ||
*Zatím nedosahují zvukových kvalit nejlepších AB zesilovačů | *Zatím nedosahují zvukových kvalit nejlepších AB zesilovačů | ||
| − | < | + | <BR><BR> |
| − | + | ||
| − | === | + | ==Fotografie== |
| − | http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1071.pdf | + | |
| + | Srovnání velikosti PA zesilovačů v třídě AB oproti třídě D: | ||
| + | |||
| + | [[image:srovnani.jpg|Srovnání velikosti PA zesilovačů v třídě AB oproti třídě D. Zdroj: audioweb.cz]] | ||
| + | <BR><BR><BR> | ||
| + | Profesionální spínaný zesilovač Powersoft Digam K10: | ||
| + | |||
| + | [[image:powersoft zvenku.jpg|Profesionální spínaný zesilovač Powersoft Digam K10]] | ||
| + | <BR><BR><BR> | ||
| + | Powersoft K10 - pohled dovnitř: | ||
| + | |||
| + | [[image:powersoft uvnitr.jpg|Powersoft K10 - pohled dovnitř]] | ||
| + | |||
| + | ==Literatura== | ||
| + | |||
| + | [http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1071.pdf International Rectifier: Class D Audio Amplifier Basics] | ||
Bob Cordell - Designing Audio Power Amplifiers | Bob Cordell - Designing Audio Power Amplifiers | ||
Petr Štál: Výkonové audio zesilovače ve třídě D | Petr Štál: Výkonové audio zesilovače ve třídě D | ||
Aktuální verze z 21. 12. 2011, 22:47
Obsah |
Zesilovače třídy D
Semestrální práce
Pavel Krásenský
Princip funkce
Zesilovače třídy D (nebo také spínané zesilovače) se odlišují od ostatních tříd v tom, že koncové tranzistory nepracují v lineárním režimu, ale čistě v režimu spínacím. Zatímco u konvenční třídy AB je na koncových tranzistorech napětí a zároveň jimi teče proud (P=U*I -> tím se vytváří teplo), je u třídy D na tranzistorech pouze napětí (rozepnuto) nebo pouze proud (sepnuto). Jejich teoretická účinnost je tedy až 100%, v praxi vzhledem k nedokonalosti součástek a limitní rychlosti přepínání lze dosáhnout účinnosti asi 95%.
Koncové tranzistory jsou buzeny obdélníkovým signálem, který je po přivedení audiosignálu modulován buď pulzně-šířkovou modulací (PWM) nebo některým z pokročilejších druhů modulace (Sigma-delta I. nebo II. řádu...), někteří výrobci mají patentované vlastní techniky modulace. Často se používá také rozprostření spektra nosného kmitočtu, které napomáhá snížení amplitud EM rušení a v některých případech umožňuje provozovat zesilovač bez výstupního filtru.
Jako koncové tranzistory se nejčastěji používají MOSFET, přičemž jsou na ně kladeny vysoké nároky. Musí mít malý odpor v sepnutém stavu (Rdson), aby nevznikaly velké tepelné ztráty a zesilovač měl velkouo účinnost, ale zároveň musí mít dobré dynamické vlastnosti, aby mohly pracovat na vysokých frekvencích. Požadujeme malé parazitní kapacity a rychlé spínací časy, zde jdou však naše požadavky proti sobě, proto je volba tranzistorů vždy kompromisem.
Nejčastější použití
- Kapesní zařízení - smartphone, mp3 přehrávače
- PA zesilovače velkých výkonů
Rozdělení
Podle vstupního signálu
- S analogovým vstupem
- S digitálním vstupem (SPDIF, I2S...) - zesilovač zároveň zastává úlohu D/A převodníku
Podle provedení
- Jednočipové - nejmenší rozměry a výkony
- Napůl diskrétní - integrovaný budič a koncový stupeň zvlášť
- Plně disrétní - pro největší výkony
Podle výstupního filtru
- Zesilovače s LC filtrem (klasická koncepce)
- "Filterless" zesilovače - časté u miniaturních zesilovačů v kapesních zařízeních
Podle topologie koncového stupně
- Poloviční můstek
- Plný můstek
Výhody a nevýhody proti zesilovačům třídy AB
Výhody
- Výrazně vyšší účinnost (v praxi až 95%)
- Menší rozměry - až desítky kW v 1U
- Menší hmotnost (zvláště ve spojení se spínaným napájecím zdrojem)
Nevýhody
- Při špatném návrhu mohou vysílat EM rušení
- Zatím nedosahují zvukových kvalit nejlepších AB zesilovačů
Fotografie
Srovnání velikosti PA zesilovačů v třídě AB oproti třídě D:
Profesionální spínaný zesilovač Powersoft Digam K10:
Powersoft K10 - pohled dovnitř:
Literatura
International Rectifier: Class D Audio Amplifier Basics
Bob Cordell - Designing Audio Power Amplifiers
Petr Štál: Výkonové audio zesilovače ve třídě D
