Audio: Class D Amplifier
Saya sedang iseng-iseng belajar, tentang teknik amplifier audio class D yang sangat effisien sekali. Sehingga bisa memberikan daya / power dengan effisiensi di atas 90%. Berikut adalah cuplikan kisahnya mengapa amplifier class D sangat effisien.
Bagi anda yang penasaran, ada baiknya membanding-bandingkan harga audio amplifier di toko online. Coba masukan keyword "class D amplifier" dan "kit audio amplifier", perhatikan besar barang yang di jajakan, dan harganya. Kemungkinan class D amplifier akan lebih kecil dan lebih murah di bandingkan dengan kit audio amplifier analog biasa untuk daya yang sama.
Amplifier class-D atau switching amplifier adalah elektronik amplifier di mana perangkat penguat (transistor, biasanya MOSFET) beroperasi sebagai sakelar elektronik, dan bukan sebagai perangkat penguat linear seperti pada amplifier lain. Mereka dengan cepat beralih bolak-balik antara tegangan supply / pasokan, diberi input oleh modulator menggunakan lebar pulsa, kepadatan pulsa, atau teknik terkait untuk menyandikan input audio ke dalam pulsa yang dikirim. Audio di keluarkan melalui filter low-pass sederhana ke loudspeaker. Pulsa frekuensi tinggi, yang bisa mencapai 6 MHz, diblokir. Karena pasangan transistor output tidak pernah aktif (koduksi) pada saat yang sama, tidak ada jalur lain untuk aliran arus selain dari low-pass filter / loudspeaker. Untuk alasan ini, efisiensi bisa melebihi 90%. Referensi pihak ketiga
Amplifier Class-D bekerja dengan menghasilkan aliran pulsa kotak dengan amplitudo tetap tetapi lebar dan pemisahan / jarak yang bervariasi, atau jumlah yang bervariasi per satuan waktu, mewakili variasi amplitudo dari sinyal input audio analog. Juga dimungkinkan untuk mensinkronkan clock modulator dengan sinyal audio digital yang masuk, sehingga menghilangkan keharusan untuk mengubahnya menjadi analog, output dari modulator ini kemudian digunakan untuk menyalurkan output transistor secara bergantian. Kehati-hatian harus diambil untuk memastikan bahwa pasangan transistor tidak pernah beroperasi (konduksi) secara bersama. Ini akan menyebabkan hubungan pendek antara supply daya melalui transistor. Karena transistor sepenuhnya "aktif" atau "mati" sepenuhnya, mereka menghabiskan sangat sedikit waktu di wilayah linier, dan membuang daya disipasi yang sangat kecil. Ini adalah alasan utama untuk efisiensi yang tinggi. Filter low-pass sederhana yang terdiri dari induktor dan kapasitor digunakan untuk meloloskan hanya untuk sinyal audio frekuensi rendah, memblokir pulsa frekuensi tinggi di belakang. Untuk menghemat biaya, filter output kadang-kadang dihilangkan. Sirkuit kemudian bergantung pada induktansi loudspeaker agar komponen frekuensi tinggi (HF) tidak sampai memanaskan coil.
Struktur dari penguat class-D sebanding dengan synchronously rectified buck converter (salah satu tipenon-isolated switched-mode power supply (SMPS), tetapi bekerja kebalikannya. Pada buck converter biasanya berfungsi sebagai regulator tegangan, memberikan tegangan DC konstan ke beban variabel dan hanya dapat sumber arus (operasi satu-kuadran), amplifier class-D memberikan tegangan yang terus berubah menjadi beban tetap, di mana arus dan tegangan dapat secara mandiri mengubah tanda (operasi empat kuadran). Sebuah switching amplifier tidak perlu di bingungkan dengan penguat linear yang menggunakan SMPS sebagai power supply-nya. Switching Amplifier dapat menggunakan semua jenis catu daya (misalnya aki mobil atau SMPS internal), tetapi karakteristik yang menentukan adalah bahwa proses amplifikasi itu sendiri yang beroperasi dengan switching . Tidak seperti SMPS, amplifier memiliki pekerjaan yang jauh lebih penting untuk dilakukan, untuk menjaga tidak ada sinyal yang tidak di inginkan keluar dari output. Umpan balik hampir selalu digunakan, untuk alasan yang sama seperti pada amplifier analog tradisional, untuk mengurangi kebisingan / noise dan distorsi.
Efisiensi daya teoritis dari amplifier class-D adalah 100%. Artinya, semua daya yang dipasok akan dikirim ke beban, tidak ada yang berubah menjadi panas. Ini karena saklar yang ideal dalam keadaan nyala akan melalukan semua arus tetapi tidak memiliki kehilangan tegangan di atasnya, maka tidak ada panas yang akan hilang. Dan ketika itu mati, itu akan memiliki tegangan suplai penuh di atasnya tetapi tidak ada arus bocor yang mengalir melaluinya, dan sekali lagi tidak ada panas yang akan hilang. Power MOSFET di dunia nyata bukanlah switch yang ideal, tetapi efisiensi praktis di atas 90% adalah umum. Sebaliknya, amplifier kelas AB linear selalu dioperasikan dengan arus yang mengalir melalui dan tegangan berdiri di seluruh perangkat daya. Penguat kelas-B yang ideal memiliki efisiensi maksimum teoritis sebesar 78%. Penguat Kelas A (murni linear, dengan perangkat selalu "aktif") memiliki efisiensi maksimum teoritis 50% dan beberapa versi memiliki efisiensi di bawah 20%.