この現代の世界では、オーディオシステムでのオーディオ増幅の主な目標は、特定の入力信号を正確に再生および増幅することです。そして、最大の課題の1つは、可能な限り少ない電力損失で高出力電力を実現することです。クラスDアンプ技術は、これまでになく軽量で消費電力がゼロの高出力を提供することにより、ライブサウンドの世界にますます影響を与えています。今日、ポータブル音楽デバイスは、ポータブル音楽デバイスの外部サウンドに対する需要の高まりとともに、より人気が高まっています。

オーディオ増幅は真空管アンプ技術で行われることもありますが、これらはサイズが大きく、ポータブル電子サウンドシステムには適していません。ほとんどのオーディオ増幅のニーズに対して、エンジニアは線形モードでトランジスタを使用して、小さな入力に基づいてスケーリングされた出力を作成することを選択します。線形動作のトランジスタは継続的に導通し、熱を発生し、電力を消費するため、これはオーディオアンプに最適な設計ではありません。この熱損失が、リニアモードがバッテリ駆動のポータブルオーディオアプリケーションに最適でない主な理由です。がある多くのクラスのオーディオアンプ A、B、AB、C、D、E、およびF。これらは、線形とスイッチングの2つの異なる動作モードに分類されます。

クラスDアンプ

リニアモードパワーアンプ–クラスA、B、ABおよびクラスCはすべて線形モード増幅器ですそれらの入力に比例する出力を持っています。リニアモードアンプは飽和せず、完全にオンまたは完全にオフになりません。トランジスタは常に導通しているため、熱が発生し、継続的に電力を消費します。これが、リニアアンプがスイッチングアンプに比べて効率が低い理由です。スイッチングアンプ-クラスD、E、Fはスイッチングアンプです。それらはより高い効率を持っており、理論的には100％であるはずです。これは、熱放散によって失われるエネルギーがないためです。

クラスDアンプとは何ですか？

クラスDアンプはスイッチングアンプであり、「オン」状態のときは電流を流しますが、スイッチ間の電圧はほぼゼロであるため、消費電力による熱の放散はありません。「オフ」モードの場合、供給電圧は MOSFET 、ただし電流が流れないため、スイッチは電力を消費していません。アンプは、リーク電流が考慮されていない場合にのみ、オン/オフ遷移中に電力を消費します。次のステージで構成されるクラスDアンプ：

PMWモジュレーター
交換回線
出力ローパスフィルター

クラスDアンプのブロック図

“送信機はどのように機能しますか ”

PMW変調器

コンパレータと呼ばれる回路ビルディングブロックが必要です。コンパレータには、入力Aと入力Bの2つの入力があります。入力Aの電圧が入力Bよりも高い場合、コンパレータの出力は最大の正の電圧（+ Vcc）になります。入力Aの電圧が入力Bよりも低い場合、コンパレータの出力は最大の負電圧（-Vcc）になります。下の図はコンパレータの動作方法クラスDアンプで。 1つの入力（入力A端子とします）には、増幅される信号が供給されます。もう一方の入力（入力B）には、正確に生成された三角波が供給されます。信号のレベルが三角波よりも瞬時に高くなると、出力は正になります。信号のレベルが三角波よりも瞬時に低くなると、出力は負になります。その結果、パルス幅が瞬間的な信号レベルに比例する一連のパルスが生成されます。これはとして知られています「パルス幅変調」、またはPWM 。

PMW変調器

スイッチング回路

コンパレータの出力は入力オーディオ信号のデジタル表現ですが、負荷（スピーカー）を駆動する力はありません。このスイッチング回路のタスクは、アンプに不可欠な十分な電力利得を提供することです。スイッチング回路は一般的にMOSFETを使用して設計されています。スイッチング回路がオーバーラップしない信号を生成するように設計することは非常に重要です。そうしないと、電源を直接グランドに短絡したり、分割電源を使用して電源を短絡したりする問題が発生します。これはシュートスルーとして知られていますが、MOSFETにオーバーラップしないゲート信号を導入することで防ぐことができます。重複しない時間は、デッドタイムと呼ばれます。これらの信号を設計する際には、正確な低歪み出力信号を維持するためにデッドタイムをできるだけ短くする必要がありますが、両方のMOSFETが同時に導通しないように十分に長くする必要があります。 MOSFETが線形モードになっている時間も短縮する必要があります。これにより、MOSFETが同時に導通するのではなく、同期して動作することが保証されます。

このアプリケーションでは、設計の電力利得のためにパワーMOSFETを使用する必要があります。クラスDアンプは高効率のために使用されますが、MOSFETには寄生性のボディダイオードが内蔵されており、デッドタイム中に電流がフリーホイールし続けることができます。 MOSFETのドレインとソースにショットキーダイオードを並列に追加して、MOSFETを介した損失を減らすことができます。これにより、損失が減少します。ショットキーダイオード MOSFETのボディダイオードよりも高速であり、デッドタイム中にボディダイオードが導通しないようにします。高周波による損失を減らすには、MOSFETと並列のショットキーダイオードが実用的で必要です。このショットキーは、オフになる前にMOSFETの両端の電圧を保証します。 MOSFETと出力段の全体的な動作は、同期の動作に類似しています。降圧コンバーター。スイッチング回路の入出力波形を下図に示します。

スイッチング回路

出力ローパスフィルター

クラスDアンプの最終段は、スイッチング信号周波数の高調波を減衰および除去する出力フィルタです。これは、一般的なローパスフィルタの配置で実行できますが、最も一般的なのはインダクタとコンデンサの組み合わせです。 -40dB / Decadeのロールオフが得られるように、2次フィルターが必要です。カットオフ周波数の範囲は、人間が20 kHzを超えると何も聞こえないため、20kHzから約50kHzの間です。次の図は、2次のバターワースフィルターを示しています。バターワースフィルターを選択する主な理由は、必要なコンポーネントの量が最も少なく、鋭いカットオフ周波数でフラットな応答を示すためです。

出力ローパスフィルター

クラスDアンプの用途

余分なヒートシンクの配置が含まれていないため、ポータブルデバイスに適しています。持ち運びがとても簡単です。ハイパワークラスDアンプは、次のような多くの家庭用電化製品アプリケーションで標準となっています。

テレビとホームシアターシステム。
大量の家庭用電化製品
ヘッドホンアンプ
モバイルテクノロジー
自動車

したがって、これはすべてクラスDアンプの動作とアプリケーションに関するものです。この概念をよりよく理解していただければ幸いです。さらに、この概念に関するクエリ、または実装するためのクエリ電気および電子プロジェクト、下のコメントセクションにコメントしてフィードバックをお寄せください。ここにあなたへの質問があります、 クラスDアンプの用途は何ですか？