Penguat kelas-D

Penguat kelas-D adalah sebuah penguat elektronik yang menggunakan pensakelaran transistor sebagai metode utama untuk memberikan daya keluaran, tidak seperti penguat linier kelas-A, kelas-B, ataupun kelas-AB yang menggunakan resistansi aktif dari transistor. Oleh karena itu, penguat ini memiliki efisiensi daya yang lebih tinggi, dengan hasil tambahan berupa pengurangan benaman bahang yang dibutuhkan. Filter LC lulus bawah menghaluskan pulsa-pulsa keluaran pada beban.

Penguat kelas-D sering digunakan jika dibutuhkan keluaran berdaya tinggi. Sebagai contoh, sistem penguat Crest Audio CD3000 yang memiliki daya keluaran 1500 watt, hanya seberat 21 kg.^[1]

Definisi

Sinyal-sinyal input di dalam penguat kelas-D dikonversikan menjadi runtunan sinyal-sinyal keluaran bertegangan lebih tinggi. Rerata pewaktuan-nilai tegangan dari pulsa-pulsa ini sebanding dengan amplitudo segera dari sinyal masukan. Frekuensi dari sinyal keluaran khususnya akan menjadi sepuluh kali bahkan lebih dari frekuensi tertinggi pada sinyal masukan yang diperkuat. Pulsa-pulsa keluaran ini juga mengandung komponen spektral yang tidak akurat (frekuensi pulsa dan harmoniknya) yang harus segera dibersihkan oleh low-pass filter. Hasil sinyal ter-filter kemudian adalah versi yang diperkuat dari sinyal masukan.

Penguat ini memakai Pulse Width Modulation, Pulse Density Modulation (atau sering disebut Pulse Frequency Modulation) atau bisa dalam bentuk modulasi lebih canggih seperti Delta-Sigma Modulation (contohnya devais analog AD1990 Class-D audio power amplifier). Tingkat-tingkat keluaran seperti yang digunakan oleh Generator Pulsa adalah salah satu contoh dari penguat kelas-D. Nama kelas-D biasanya ditujukan untuk peralatan yang cenderung menghasilkan sinyal dengan rentang bandwidth jauh di bawah frekuensi pensaklaran (switching).

Penguat kelas-D dapat dikontrol dengan menggunakan sirkuit digital maupun analog. Kontrol digital memberikan distorsi tambahan yang dikenal sebagai Error Kuantisasi disebabkan oleh runtunan konversi sinyal masukan menjadi digital.

Keunggulan utama dari penguat kelas-D adalah efisiensi daya. Karena sinyal-sinyal keluaran memiliki amplitudo tetap (elemen pensaklaran (ini sering kali MOSFET, tetapi katup tabung hampa) dan atau mungkin bahkan transistor bipolar kadang-kadang juga digunakan) yang disaklarkan seluruhnya ON atau seluruhnya OFF, daripada dioperasikan di model linear. Sebuah MOSFET beroperasi dengan tahanan terendahnya ketika sepenuhnya ON dan maka (kecuali ketika sepenuhnya OFF) memiliki disipasi daya terendahnya ketika berada pada keadaan itu (cepat panas, sehingga hanya baik untuk pensaklaran). Dibandingkan dengan sejawatnya kelas AB, penguat kelas-D kurang mengizinkan penggunaan Heat sink untuk MOSFETnya dan juga mengurangi secara signifikan penggunaan daya masukan yang diperlukan, menghasikan desain power supply berkapasitas daya rendah (yang sering dipakai pada sistem audio mobil).

Kelebihan

Dengan mengesampingkan kerumitan yang dibutuhkan, penguat kelas-D memberikan keuntungan berupa:

Efisiensi daya yang tinggi (mencapai ≥90%)
Pengurangan ukuran dan berat penguat.
Pengurangan borosan daya sebagai bahang.
Pengurangan ukuran benaman bahang (karena efisiensinya yang tinggi)

Efisiensi penguat kelas-D yang tinggi berasal dari kenyataan bahwa tingkat keluaran tidak pernah beroperasi pada keadaan linier atau aktif. Keluaran penguat kelas-D hanya terdiri dari keadaan HIDUP atau MATI. Ketika peranti hidup, arus yang mengalirinya maksimum, tetapi tegangan yang membentanginya idealnya nol, dan ketika peranti mati, tegangan yang membentanginya maksimal, tetapi arus yang mengalirinya nol. Karena borosan daya ditentukan dengan rumus Templat:Nowrap:''D''=''V''x''I'', pada kedua keadaan di atas, borosan daya adalah nol. Semua perhitungan di atas berdasarkan anggapan peranti ideal. Pada kenyataannya, selalu ada kerugian, baik karena kebocoran, penurunan tegangan, kecepatan pensakelaran, dan lain sebagainya. Tetapi itu semua terlalu kecil sehingga efisiensi tetap sangat tinggi.

Penguat jenis ini memberikan keluaran yang mengandung banyak desah harmonik dikarenakan modulasi lebar pulsa. Untuk memperbaiki keluaran, ini dapat difilter dengan menggunakan komponen yang semuanya reaktif (hanya kondensator dan induktor) dimana komponen tersebut menyimpan daya dari desah harmonik, tidak mengubahnya menjadi bahang, sehingga efisiensi dapat dipertahankan tetap tinggi.

Lihat pula

Referensi

^ Crest Audio CD3000 Specifications^{[pranala nonaktif permanen]}

Pranala luar

[1]
Sánchez Moreno, Sergio [2] Diarsipkan 2009-08-19 di Wayback Machine.
[3]
Burchers, Glen [4] Diarsipkan 2010-06-11 di Wayback Machine.
Hatfield, Robert [5]^{[pranala nonaktif permanen]}
Haber, Eric [6]
Harden, Paul [7]
Wolfson Microelectronics [8]

[1] Crest Audio CD3000 Specifications^{[pranala nonaktif permanen]}

[1]