Коефіцієнт корисної дії є основним параметром для підсилювачів потужності звукової частоти. Особливо це важливо для портативної апаратури, такий як радіоприймачі, стільникові телефони. Підсилювачі з високим ККД застосовуються і в стаціонарних пристроях, таких як комп'ютери або телевізори. Підсилювачі класу C дозволяє отримати досить великі значення к.к.д. але їх неможливо використовувати для посилення звукових сигналів.
Основним параметром, що визначає споживання енергії вихідним підсилювальним каскадом, є потужність, що розсіюється на його транзисторах. При цьому потужність не буде розсіюватися в двох випадках:
- струм через транзистор при ненулевом напрузі дорівнює нулю;
- напруга на транзисторі при ненулевом струмі дорівнює нулю.
Ці умови виконуються при роботі транзистора в ключовому режимі. Перша умова буде виконана, якщо транзистор повністю закрити (режим відсічення). Друга умова буде виконана, якщо транзистор повністю відкрити (режим насичення). Так працюють транзистори в цифрових мікросхемах, наприклад КМОП логіки.
Але ж в цьому випадку амплітуда сигналу на виході буде мати тільки два рівня. Для того щоб можна було отримати амплітуду сигналу, відповідну вхідний, на виході підсилювача звуку, в ключовому режимі використовується широтно-імпульсна модуляція - ШІМ.
Широтно-імпульсна модуляція реалізується за допомогою компаратора, на входи якого подаються корисний сигнал і Пікоподібне напруга. В результаті ширина імпульсу на його виході буде пропорційна амплітуді корисного сигналу. Даний процес ілюструється малюнком 1.
Малюнок 1. Процес формування ШІМ
Як видно з малюнка 1, середній рівень сигналу залежить від ширини імпульсів. Чим вона менша - тим менше буде середній рівень сигналу, чим більше - тим більше. В спектрі широтно-імпульсної модуляції присутній вихідний низькочастотний звуковий сигнал, тому зворотне перетворення ШІМ в аналоговий сигнал здійснюється будь-яким фільтром низької частоти. Досить відфільтрувати високочастотні складові дворівневого сигналу і посилений початковий сигнал можна подавати на гучномовець. Спектр широтно-імпульсної модуляції синусоїдального сигналу наведено на малюнку 2.
Малюнок 2. Спектр сигналу ШІМ
Так як потужність на виході підсилювача потужності зазвичай становить значення від одиниць до сотень ват, то зазвичай застосовуються LC фільтри. Завдання фільтра полягає в придушенні частоти пилкоподібної сигналу, модульованого корисним сигналом і його гармонік. Для того, щоб можна було застосувати найпростіший фільтр другого порядку, частоту пилкоподібної сигналу вибирають в межах двох мегагерц. Так як частота модулюючого сигналу перевищує верхню частоту звукового спектра в 100 раз, то фільтр другого порядку, що складається з індуктивності і конденсатора, здатний придушити заважають сигнали на 80 дБ (при відповідному конструктивному виконанні).
Структурна схема підсилювача низької частоти, що працює в режимі класу D, наведена на малюнку 3
Малюнок 3. Типова структурна схема підсилювача класу D
Дана схема складається з вхідного підсилювача, що забезпечує потрібний вхідний опір, компаратора напруги, на другий вхід якого подається Пікоподібне напруга і вихідного каскаду, зібраного на комплементарних польових транзисторах. Саме ці транзистори і забезпечують необхідну вихідну потужність. Їх швидкодія визначає к.к.д. підсилювача. Для оцінки коефіцієнта корисної дії можна скористатися залежністю розсіюється від вихідної потужності. На малюнку 4 наведено характеристики мікросхем підсилювача класу D фірми Texas Instruments TPA2012D2.
Малюнок 4. Порівняння розсіюється підсилювачів класу AB і D
Мікросхеми подібного класу призначені для застосування в портативній апаратурі. У таблиці 1 наведені деякі з таких мікросхем. Зверніть увагу на дуже низькі нелінійні спотворення цих мікросхем.
Найменування Опис Стерео / моно Pвих, Вт Rнагр. (Min), Ом Напруга живлення, B Нелін. искаж. на мощн. P / 2 THD + N * (%), f = 1 кГц Переходи. подавл. перешкод по ланцюгах харчування дБ Корпус (min) (max) TPA2017D2 SmartGain, AGC / DRC, GPIO інтерфейс Стерео 2,8 4 2,5 5,5 0,2 80 QFN-20 TPA2000D2 підсилювач середньої потужності Стерео 2,5 3, 4, 5 5,5 0,05 77 TSSOP-24 TPA2000D4 підсилювач для стерео телефонів стерео 2,5 4 3,7 5,5 0,1 70 TSSOP-32 TPA2012D2 підсилювач в корпусі WCSP 2 x 2 мм стерео 2,1 4 2, 5 5,5 0,2 75 WCSP-16, QFN-20 TPA2016D2 SmartGain, AGC / DRC, I2C інтерфейс Стерео 1,7 8 2,5 5,5 0,2 80 WCSP-16 TPA2001D2 підсилювач низької потужності Стерео 1,25 8 4,5 5,5 0,08 77 TSSOP-24 TPA2100P1 для пьзокерам. випромінювача Моно 19 Vpp 1,5 мкФ (пьезо) 2,5 5,5 0,2 90 WCSP-16 TPA2035D1 дифф. вхід, 1,5 х 1,5 мм Моно 2,75 4 2,5 5,5 0,2 75 WCSP-9
Дещо інший підхід для побудови підсилювачів класу D використовує фірма Analog devices. В її мікросхемах замість ШІМ модулятора використовується сигма-дельта модулятор. Це дозволяє підняти внутрішню частоту до такого значення, що зовнішній фільтр низької частоти не потрібно. Його функції виконує динамік. Внутрішня схема подібної мікросхеми наведена на малюнку 5.
Малюнок 5. Внутрішня схема мікросхеми SSM2317
В даний час випускається досить велика кількість мікросхем підсилювачів класу D великої потужності. Як приклад можна назвати розробки фірм MPS (Monolithic Power Systems) і Texas Instruments
Найменування Опис Pвих, Вт Rнагр. (Min), Ом Напруга живлення, B Нелінійні спотворення на половинній потужності THD + N * (%), f = 1 кГц Коефіцієнт придушення перешкод по ланцюгах харчування дБ Корпус (min) (max) TAS5630B 300 Вт підсилювач (стерео) з ОС 400 2 25 52,5 0,03 80 QFP-64, PSOP-44 TAS5615A 160 Вт підсилювач (стерео) з ОС 300 2 18 38 0,03 80 QFP-64, PSOP-44 MP7720 20 Вт підсилювач (моно) 20 4 9, 5 24 0,04 60 SOIC-8 MP7781 80 Вт підсилювач 80 4 18 38 0,1 60 SOIC-24
Слід зазначити, що подібні схеми практично не вимагають громіздких радіаторів, які розсіюють надлишкове тепло. На малюнку 6 приведена типова принципова схема підсилювача звукових частот класу D.
Малюнок 6. Принципова схема звукового підсилювача потужності класу D на мікросхемі МР7720
В даній схемі резистори R4 і R1 визначають глибину негативного зворотного зв'язку, яка впливає на коефіцієнт підсилення підсилювача і його нелінійні спотворення. Резистори R3 і R2 задають режим роботи диференціального підсилювача на вході мікросхеми по постійному струму (половина харчування). Діоди D1 і D2 захищають вихідний каскад від перенапруги. Фільтр, що виділяє з ШІМ звуковий сигнал зібраний на індуктивності L1 і конденсаторі C8. Ємності C1 і C9 є розділовими.
література:
- Підсилювачі класу D компанії Texas Instruments - compel.ru/
- Аудіо підсилювачі класу D - компанія Analog Devices
- Analog Input Class-D - Products - Texas Instruments Incorporated
- Single Ended Audio - Monolithic Power Systems Incorporated
- Сучасні мікросхеми УМЗЧ класу D - http://radio-hobby.org
- Звукові підсилювачі класу D: що, навіщо і як? - http://www.compitech.ru/
- Підсилювач класу D 100 Вт - http://cxem.net/
- Довідник по транзисторах біполярним низькочастотним середньої і великої потужності (radioman-portal.ru/)
Чи знаєте Ви,
що тільки в 1990-х доплеровские вимірювання радіотелескопами показали швидкість Маринова для CMB (космічного мікрохвильового випромінювання), яку він відкрив у 1974 Природно, про Маринова ніхто не хотів згадувати. Детальніше читайте в FAQ по ефірної фізиці . НОВИНИ ФОРУМУ 
Лицарі теорії ефіру 13.06.2019 - 5:11: ЕКОЛОГІЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЇ ЗАГИБЕЛІ бджіл ТА ІНШИХ запилювачів РОСЛИН - Карім_Хайдаров.
12.06.2019 - 9:05: ВІЙНА, ПОЛІТИКА І НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема державного тероризму - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ФІЗИКА - Experimental Physics -> Експерименти Серлі і його послідовників з магнітами - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від Андрія Маклакова - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від В'ячеслава Осієвського - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від Світлани Віслобоковой - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 6:28: Астрофізики - Astrophysics -> До 110 річчя Тунгускою катастрофи - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від Володимира Васильовича Квачкова - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВІСТЬ - Conscience -> Вищий розум - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВІЙНА, ПОЛІТИКА І НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ страви - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВІСТЬ - Conscience -> РОСІЙСЬКИЙ СВІТ - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 8:40: ЕКОНОМІКА І ФІНАНСИ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС СВІТОВОЇ ФІНАНСОВОЇ СИСТЕМИ - Карім_Хайдаров. 
