Kako radi audio pojačalo za automobil? – Izlazni stupanj klase D
Dok nastavljamo promatrati kako rade audio pojačala u automobilu, moramo razgovarati o tome što je danas postalo najpopularniji dizajn na tržištu:pojačala koja koriste izlazni stupanj klase D. U audiofilskim područjima, dizajni klase D često imaju nepovoljnu reputaciju. Nadmašuju li njihove mane njihove prednosti? Pogledajmo!
Kako radi izlazni stupanj klase D?
Nakon što ulazni stupanj ispuni sve potrebe obrade signala, audio signal se prosljeđuje izlaznom stupnju tako da se povećava napon i MOSFET-ovi mogu osigurati odgovarajuće količine struje za pogon naših zvučnika relativno niske impedancije. U modernom pojačalu klase D, izlazne MOSFET uređaje napaja upravljački IC koji upravlja pretvorbom analognog signala u signal moduliran širinom pulsa.
Što je signal moduliran širinom pulsa?
Zamislite, ako želite, žarulju sa žarnom niti. Spojimo žarulju na izvor napajanja i umetnemo računalno kontrolirani prekidač u seriju sa strujnim krugom. Ako ostavimo prekidač isključen, svjetlo ostaje ugašeno. Ako uključimo prekidač, svjetlo svijetli punim sjajem. No, ako vrlo brzo palimo i gasimo prekidač, pa je prekidač uključen dok je isključen, žarulja će svijetliti upola manje od mogućeg. Ova varijacija vremena uključenja u odnosu na isključenje naziva se radni ciklus. Kada je vrijeme uključivanja i isključivanja jednako, to je radni ciklus od 50%. Korištenje pravokutnog signala s različitim radnim ciklusima naziva se modulacija širine pulsa (ili skraćeno PWM).
Drajver klase D analizira audio signal pri ekstremno velikim brzinama (neke i do 800 kHz) i stvara relativno niskonaponski PWM signal koji napaja izlazne uređaje. Izlazni uređaji se do kraja uključuju i isključuju vrlo brzo. Budući da uređaji provode vrlo malo vremena u djelomično uključenom stanju, predstavljaju vrlo mali otpor i, posljedično, troše vrlo malo energije. Najbolja pojačala klase D na tržištu nude ukupnu učinkovitost koja prelazi 92% pri punoj snazi. Ova izvrsna učinkovitost u suprotnosti je s pojačalima klase AB koja pretvaraju između 35% do 50% energije dovedene u pojačalo u toplinu.
Kompaktni diskovi koriste verziju PWM-a gdje je radni ciklus izlaznog impulsa pohranjen u 16-bitnoj digitalnoj riječi. To nam daje 65 536 mogućih razina amplitude. Za razliku od modernih drajvera klase D, naš zvuk se pohranjuje pri 44.100 uzoraka u sekundi. To je još uvijek više nego dovoljno za reprodukciju cijelog audio spektra.
Raspored strujnog kruga klase D
Na kraju, pojačala klase D obično imaju svoje izlazne uređaje raspoređene u konfiguraciji klase AB, gdje jedan uređaj pokreće negativni dio valnog oblika, a drugi pozitivni. Kao takva, klasa D opisuje kako se koriste izlazni uređaji, a ne njihovu električnu orijentaciju u krugu.
Nedostaci dizajna pojačala klase D
Ako ste čitali članke BestCarAudio.com o izobličenju, onda znate da se pravokutni izmjenični signal sastoji od veliki broj visokofrekventnih harmonika. Vjerojatno ste čuli ovaj fenomen u svom domu ako imate prigušivač na nekim svjetlima. Žarna nit u svjetlima će povremeno zazvoniti, ovisno o razini prigušivača. Budući da samo želimo prenijeti audio signal natrag do zvučnika, dizajneri pojačala dodaju pasivnu mrežu filtera izlazu MOSFET-a. 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.