Klasse-D Verstärker

Ein Klasse-D Verstärker ist heutzutage kaum wegzudenken. Es gibt sehr verschiedene Bauformen und Baugrößen. Vom Smartphone bis hin zu großen Veranstaltungen und Konzerten findet sich dieser Verstärker Typ fast überall wieder.

Funktionsprinzip
Das Grundprinzip des Klasse-D Verstärkers besteht aus einer in der Leistungselektronik häufig verwendeten Schaltung, genannt H-Brücke. Diese wird über eine vorgeschaltete Elektronik mit einem in der Pulsweite modulierten Signal (PWM) angesteuert. Um dieses Signal zu erzeugen wird ein Audiosignal entweder analog oder digital aufbereitet und moduliert. Betrachtet man die Theorie dahinter, lässt sich feststellen, dass das Audiosignal mit einem Tiefpassfilter aus dem pulsweitenmodulierten Signal rekonstruiert werden kann. Zuvor wird dieses jedoch über die H-Brücke verstärkt.

Analoges PWM Signal erzeugen
Um das benötigte Signal erzeugen zu können, wird eine Komparatorschaltung benötigt. Folgende Abbildung verdeutlicht das Prinzip:

Das eigentliche Audiosignal wird mit einer hochfrequenten Dreieckspannung verglichen. Dabei muss das Abtastheorem nach Shannon/Nyquist eingehalten werden, da die Schaltung einen 1-Bit analog/digital Wandler darstellt. Das Ausgangssignal entspricht dem Steuersignal der H-Brücke.

Digitales PWM Signal erzeugen
Da digitale Signalverarbeitung sehr weit verbreitet ist und durch FIR Filter mehr Möglichkeiten bietet als eine analoge Signalverarbeitung, wird auch in der Audiotechnik meistens ein DSP eingesetzt. Häufig finden sich Kombinationen aus einer Signalverarbeitungseinheit und einem Verstärker. Es liegt nahe, dass ein digitales Signal ebenfalls in der Pulsweite moduliert werden kann. Zudem lässt sich direkt das Ausgangssignal zur Ansteuerung der H-Brücke verwenden und es muss nicht zuerst analog gewandelt werden, da der Tiefpassfilter am Ausgang eine Art digital/analog Wandler darstellt.