Mi kell egy jó D-osztályú erősítőhöz:

• A mintavételezés miatt szükséges, hogy a kapcsolási frekvencia legalább kétszerese legyen az átvinni kívánt legmagasabb frekvenciának, azonban ahhoz, hogy hatékonyan tudjuk szűrni a vivőfrekvenciás összetevőt, jobb, ha a kapcsolási frekvencia egy nagyságrenddel a legmagasabb frekvencia felett van.
• Az előbbiből következik, hogy a PWM jel erősítésére szánt áramkör tranzisztorainak hihetetlen gyorsan kell kapcsolniuk. Tipikusan alkalmazott kimeneti eszközök a FET-ek, amiknek két nagyságrenddel gyorsabban kell be- és kikapcsolniuk a vivőfrekvencia periódusidejénél (hogy lényegében elhanyagolhassuk a be- és kikapcsolás ideje alatti veszteségeket).
  Az a FET, ami egyszerre gyorsan kapcsol (meghatározó paraméter a Gate töltés), nagy teljesítményt ad le (U_max és I_max), és persze kis veszteséggel (R_dson) az árban is drágább lesz legalább egy 2-5-ös faktorral, ha nem egy nagyságrenddel, a normál FET-eknél. (Cserébe nem kell belőle egy fél tucat, hanem csak két darab) Nem is beszélve a beszerzéséről.
• Mivel a FET-ek egymást felváltva kapcsolnak be és ki, de kapcsolási idejük véges, így oda kell figyelni, hogy sohase legyenek egyszerre bekapcsolva. Erre két megoldás létezik: a bekapcsoló jelet később küldjük a kikapcsoló jel után (holtidő, lényegében a kitöltési tényezőt csökkentjük mindkét oldalon), vagy a bekapcsolást direkt lelassítjuk a kikapcsoláshoz képest. Amennyiben túl sok a holtidő, úgy a FET-ek antiparalel diódái rendre bekapcsolnak, és rengeteg zajt termelnek, rontva a hatásfokot, valamint a torzítás is megnő. Amennyiben a holtidő túl kicsi, a FET-ek egymásra nyitnak, jobb esetben vesztségünk van, rosszabb esetben robban a tranzisztor. A holtidő beállításra így nagyon oda kell figyelni.
• A kimeneti szűrőnek hatékonyan kell szűrnie, minél kisebb veszteséggel. A tekercset nem akármilyen magra kell tekerni. A kondenzátornak a nagyfrekvenciát is bírnia kell. A kimeneti szűrő tervezési paramétereiben szerepel az erősítőre kapcsolt hangszóró impedanciája.
  Az a mag, ami nagy telítést bír, és egyszerre nagy a fajlagos induktivitása, no és persze kicsi is, az árban magasabb lesz. Szerencsére ezek beszerzése nem problémás, és ha ügyesek vagyunk, guberálhatunk is.
  Megfelelő minőségű kondenzátor beszerzése általában nem probléma, ugyanis a kapcsolóüzemhez ajánlott MKP vagy MKT kondenzátorok sok helyen kaphatók.
  Ha az erősítőre nem a tervezett terhelő impedanciát kapcsoljuk (különben is: egy névlegesen 8 Ω-os hangszóró egyenáramilag lehet 5 Ω-os, rezonancián vagy magas hangoknál 80 Ω-os), akkor az LC szűrő küszöbfrekvenciája környékén kiemelések, vagy tompítások jönnek létre. Ha a szűrő küszöbfrekvenciáját a szükségesnél kicsit nagyobbra tervezzük, akkor ez a kiemelés nem zavar be a kívánt tartományba (cserébe még gyorsabb kapcsolófrekvencia szükséges)
• A kimeneti FET-eket megfelelő meghajtó áramkörrel kell ellátni. Minél nagyobb a FET Gate töltése, a meghajtó áramkörnek annál nagyobb áramot kell szolgáltatnia.
• Az erősítőnek minél kevesebb zavart kell kibocsátania. Ehhez az eszközök parazitakapcitásait (FET-ek antiparalel diódájának kapacitása), parazita induktivitásait (FET-ek belső induktivitása, és persze lábai) a minimálisra kell csökkenteni, jó NYÁK-terv szükséges, helyes földelések, valamint hatékony szűrést kell alkalmazni. Az újonnan megjelent speciális SMD tokok, mint például a DirectFET tokja, képes ezekre, de ezeknek az ára is sokkal nagyobb, másrészt egy ilyen tok hobbi forrasztásától idegbajt lehet kapni.

Az előbbiek alapján elmondható, hogy a D-osztályú erősítők hibája az előbbi kompromisszumok alapján adódik. Ha egyszerre kell nagy teljesítményű, nagy hatásfokú, kiváló hangminőségű (kis torzítás és nagy sávszélesség, jó impulzusátvitel) D-osztályú erősítő, az borsos árú lesz. Ha a kompromisszumokból egyet elveszünk, és a leggyakoribb erre a sávszélesség (mivel a teljesítmény nagy része a mélyekre kell), akkor az áramköri igények, és így az árak is sokat csökkennek.

Mi az a félhíd és a teljeshíd? Mi az a bus pumping?

Forrás: sound.westhost.com

A félhíd a korábban megismert AB-osztályú erősítőkhöz nagyban hasonlít, mindössze két FET kell hozzá, míg két félhídból, hidalással, összerakhatunk egy teljes hidat. A félhid esetben sokkal nagyobb feszültségű, kettős tápforrásra lesz szükségünk. Ebben az esetben fellép a bus pumping is, mely során a tápba visszaáramlik a nagyfrekvenciás kapcsolás miatt az energia, és az egyik tápoldal csökken, míg a másikban megemelkedik a tápfesz. Amennyiben ez túl nagy mértékre nő, túllépheti a FET-ek maximális feszültségét. A bus pumping kiszámolását az alábbi képlet segíti: ΔU=U_bus/8*π*f_pwm*R_load*C_bus, ennek ismeretében ki tudjuk számolni a szükséges tápkondenzátor mennyiséget. Amennyiben lineáris tápegységet használunk, az egyenirányítás szűréshez biztosan elég kondit használtunk fel, kapcsolóüzemű tápegységekben esetleg kevés lehet a kondi.

Forrás: sound.westhost.com

Teljes hidas működés esetén nincsen bus pumping, mivel a két félhíd semlegesíti egymás hatását. Ebben az esetben sokkal kisebb tápfeszültségre van szükségünk, lehet szimpla táp is, azonban csatornánként legalább 4 db FET kell, és két meghajtó. A teljes hidas működés elsősorban nagy teljesítmények és nagy terhelő impedanciák esetén kifizetődő, mivel a 200V feletti FET-eknek jelenleg eléggé nagy az antiparralel dióda töltésük (vagy ha ez kicsi, akkor R_dson nagy és Q_g nagy…).

Mi az az UcD erősítő?

 Forrás: www.hypex.nl

Az UcD esetében nincs szükség külön háromszög-generátorra. Mivel a kimeneti LC szűrő a küszöbfrekvenciáján túl lassan fordít fázist, így a rendszer késése, és egyéb fázistoló tagok miatt, egy bizonyos frekvencián pont ellentétes fázis lesz a kimeneten. Ha a kimenetet negatívan visszacsatoljuk, akkor az előbbi bizonyos frekvencián pont pozitív visszacsatolás lesz, így ezen a frekvencián begerjed, a hangfrekvenciás sávon pedig negatív visszacsatolásunk lesz.

Azon kívül, hogy megspórolunk egy háromszög-generátort, ez az alábbi előnyökkel fog járni:

• Az erős negatív visszacsatolás miatt a kimeneti torzítás csökken, nő a damping faktor (és így a hangszóró impulzusátvitele), az erősítő általában véve sokkal stabilabb lesz.
• A kimeneti LC szűrő kiemelése vagy tompítása nagy mértékben csökken, a frekvenciamenet nagyjából független lesz a terhelő impedanciától.

Persze néhány hátránnyal is fog járni:

• A kapcsolási frekvencia egyszerre függ a kimenti LC szűrő küszöbfrekvenciájától, a visszacsatoló elemtől, valamint az erősítő késésétől. Nem tudjuk csak úgy x-ről y-ra változtatni a kapcsolófrekvenciát, aminek kiszámolása is nagyon nehéz lesz.
• Az erősítő csak akkor működik, ha „minden helyén van”, pl. nem lehet kiszedni a vég FET-eket és megvizsgálni a kapcsolási frekvenciát, a meghajtó áramkört…

Meg kell jegyeznem, hogy az UcD-n kívül több önrezgő megoldás is létezik. Akit ez érdekel annak ajánlom: Bruno Putzeys: "An Universal Grammar of Class D Amplification; On the ocassion" 124rd AES Convention, 2007 május