Verstärker

Digitalendstufe

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Digitalendstufen, oder auch als Klasse-D Verstärker (engl. class-D amplifier) oder Digitalverstärker bezeichnet, sind elektrische Verstärker welche unter anderem als Leistungsverstärker oder als Endstufe Anwendung finden. Sie arbeiten nach dem Pulsweitenmodulationsprinzip (PWM). Übliche Einsatzbereiche finden diese Verstärker als Audioverstärker mit hoher Leistung, dabei aber relativ einfachem Aufbau und guter Energieeffizienz.

Inhaltsverzeichnis

[Bearbeiten] Aufbau

Blockdiagramm einer digitalen Endstufe
Blockdiagramm einer digitalen Endstufe

Im Gegensatz zur Gegentaktendstufe, die ein Signal analog zum Originalsignal soweit verstärken kann, bis es die maximal vom Netzteil zu Verfügung stehende Spannung erreicht, arbeitet die PWM-Endstufe nach einem anderen Prinzip: Es schwingt ein symmetrisch arbeitender Dreiecksgenerator mit einer typischen Frequenz von ca. 250–500 kHz. Das anliegende Tonsignal wird mit einem Komparator mit dem Dreiecksignal verglichen. Durch den Aufbau als Komparator verändert die Schaltung das sinusförmige Tonsignal in Rechteckpakete wie in nebenstehender Abbildung zu erkennen ist.

Ist das Dreiecksignal größer als das Tonsignal, springt der digitale Ausgang auf "high". Ist das Dreiecksignal kleiner, dann springt es auf "low". Das Tonsignal liegt nun im Tastverhältnis des modulierten Signals vor. Der Mittelwert liegt dadurch etwa proportional zum Mittelwert des Tonsignals. Diese Rechteckpakete werden der eigentlichen Endstufe zugeführt welche nur ein- bzw. ausschalten aber keinen linearen Betrieb aufweist. Dadurch wird an der Endstufe, bestehend aus Leistungstransistoren im Schaltbetrieb, weniger Verlustleistung erzeugt und der Wirkungsgrad ist höher als bei linearen Verstärkerbetrieb.

[Bearbeiten] Vorteile

Vorteile sind neben dem höheren Wirkungsgrad ein einfacherer Netzteilaufbau, meist in Form eines Schaltnetzteils mit nur einer Versorgungsspannung. Geringere Wärmeverluste, und damit weniger Energieverbrauch.

[Bearbeiten] Nachteile

Es ergeben sich bei zu geringer Wahl der PWM-Frequenz Verzerrungen des Signals und Artefakte. Deswegen sollte die Schaltfrequenz möglichst hoch sein, was aber den Wirkungsgrad senkt. Ein weiterer Nachteil sind die systembedingten Oberschwingungen, die ein Störsignal im Frequenzbereichen von Langwellensendern abgeben können. Bei hochwertigeren Audioendstufen werden diese Störungen durch passive Filter zwischen Endstufe und Lautsprecher unterdrückt.

[Bearbeiten] Anwendungsbereiche

Hauptsächlich im Bereich von Beschallungsanlagen („PA-Anlagen“). Aufgrund der hohen Leistung bei geringer Versorgungsspannung auch immer häufiger bei Kfz-Verstärkern wie beispielsweise Subwoofer.

[Bearbeiten] Weblinks

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