Amplificadores de audio Clase D

Ejemplo de amplificador de audio de 400W clase D

Comparación Eficiencia clase D y B

Disipación de potencia en la carga %

Efic

ienc

ia

%

Típica en clase B

Típica en clase D

Señal de audio

VO

Generador de señaltriangular de precisión

Lógica de control(triple estado)

Q

Q

Diagrama en bloques de un amplificador clase D

COMPARADOR

Disparo de los transistores de salida

Enclavador BAKER

Es mas crítico reducir el tiempo de apagado que el de encendido

Disparo de los transistores de salida

Disparo de los transistores de salida

Vs + 12V

Inversor y desplazador de nivel

Vss + 12V

Vss

VDD

Vs

12V

Q = 1 (Vss + 12V)Q = 0 (Vss)

Disparo de los transistores de salida

Vs + 12V

Vss + 12V

Vss

Vs = Vss

12V

Q = 1

Disparo de los transistores de salida

Vs + 12V

Vss + 12V

Vss

VDD

Vs = VDD

12V

Q = 0

Etapa de salida puente

Señal de audio

Comparador

Generador de señaltriangular de precisión

Lógica de control(triple estado)

Q

Q

Disparo de los transistores de salida

Tiempo muerto = Dead time

Habrá un compromiso entre el beneficio de aumentar el tiempo muerto y su efecto en la distorsión.

La realimentación no es tan sencilla como en otras topologías.

Un esquema básico sería:

Filtro (lazo)

Retardos

Realimentación en clase DNotar que en los amplificadores clase D la ganancia global depende de VDD y VSS. Para mitigar esto se requiere fuentes de alimentación muy estables y algo de realimentación.

Aprovechando los retardos y el cambio de fase introducido por elfiltro de salida, se puede generar una oscilación a la frecuenciade muestreo.Proveen una THD considerablemente menor a los clase Dcomunes, por la inherente realimentación, y tienen un costomenor.

Topologías auto-oscilantes

Señal de audio

Tiempo muerto

Application Note AN-1071 Class D Audio Amplifier Basics

Perturbación por efecto bombeado de fuente debido a Zo

Causas mas importantes de imperfección

Error en el ancho del pulsoError de cuantización

Inductancia no linealCapacitancia no linealResistencia en R y en C

RONVTH y QGDiodo parásito

Linealidad de la señal triangular

Señal triangular

Recta de referencia

Señal triangular

Recta de referencia

Δ

Δ = máximo apartamiento

Δ

Δ

Prototipo ensamblado de 40W - 2013/2

Especificaciones del Amplificador del Proyecto de Diseño• Tensión de alimentación: 40 VDC ± 10%• Potencia de salida nominal: 100 W RMS sobre carga de 8Ω• Eficiencia: > 85% @ 100W/8Ω• Protección por cortocircuito y sobrecarga a la salida• Protección por transitorio de encendido y apagado• Protección por tensión continua a la salida• Distorsión armónica entre 20Hz y 20KHz: <10% a 100W @ 8Ω• Distorsión armónica a 1KHz:

<1% @ 50W/8Ω <0,1% @ 1W/8Ω

• Distorsión por intermodulación (medición con dos tonos puros de 100Hz y 5000Hz en relación 4:1): <1% @ 50W/8Ω <0,1% @ 1W/8Ω

• Respuesta en frecuencia (±0,5 dB): 20 Hz a 20 kHz @ 1W/8Ω• Ancho de banda (3dB): > 50KHz @ 1W/8Ω• Giro de fase de la tensión de salida respecto a la de entrada: <5° de 20 a 20KHz @ 1W/8Ω• Factor de amortiguamiento: >100 • Ruido residual a la salida: <10mVrms de 20Hz a 20KHz• Corrimiento de la tensión de salida (Offset DC): < ±100 mV• Entrada balanceada y no balanceada• Impedancia de entrada: 50 Kohm @ 20-20KHz• Sensibilidad: 1Vrms (tanto en entrada balanceada como en entrada no balanceada)• Temperatura ambiente de operación: 10 ºC a 40 ºC• Emisiones Electromagnéticas: <100dBuV/m