Kelas G / H amplifier: seberapa baik mereka memenuhi janji mereka tinggikualitas audio dan konsumsi daya rendah?Oleh Helmut Theiler, Herbert Lenhard, Horst GeterDalam tradisional sistem hi-fi, spesifikasi audio amplifier menekankan kualitas audio, tetapi membayar kurang memperhatikantingkat kerugian daya. Karena sektor hi-fi portabel dari industri audio telah tumbuh, bagaimanapun, kekuranganperangkat penguat tradisional - khususnya, inefisiensi mereka - telah muncul ke permukaan.Secara tradisional, peralatan pemutaran audio telah digunakan disebut Kelas AB amplifier, yang menghasilkan sedikit distorsi danakibatnya menghasilkan kualitas audio yang tinggi. Operasi dari AB amplifier Class, bagaimanapun, menjelaskan moderatEfisiensi: drop tegangan pada transistor internal yang meningkat sebagai tetes tegangan output. Penguatmenghilang excess power di transistor nya, dan sebagainya sebagai output daya ke tetes speaker, efisiensipenurunan sistem.Pada induk bertenaga peralatan hi-fi ini bukan masalah mendasar, dalam perangkat audio bertenaga baterai sepertiponsel dan MP3 player, itu pasti, sebagai amp audio yang mengambil porsi yang signifikan dari sistempower budget. Dalam kasus MP3 player, proporsi total konsumsi daya yang timbul audioamplifier bisa setinggi 80%.Akibatnya, desainer perlengkapan audio telah mencari perangkat tambahan untuk Kelas AB topologi. ItuPertanyaan yang membahas artikel ini adalah, adalah penghematan daya berharga dicapai melalui penerapan baruteknologi seperti Kelas G atau Kelas H? Dan jika seorang desainer sistem mengadopsi G atau Kelas H amplifier Class, adalahperbedaan dalam konsumsi daya antara implementasi yang berbeda dari Kelas G atau Kelas H cukup besar untuk mempengaruhikekuatan anggaran keseluruhan?

Persyaratan sistem dalam peralatan audio genggamAmplifier audio yang digunakan dalam perangkat genggam biasanya mengendarai impedansi 16 atau 32, dan sering mengkonsumsibanyak anggaran daya perangkat. Ini berarti bahwa setiap peningkatan efisiensi power amplifier memilikiditandai berpengaruh pada efisiensi seluruh perangkat, dan tepat waktu pengoperasian baterai.Seperti yang akan kita lihat, parameter yang paling penting yang mempengaruhi efisiensi dari penguat audio konvensional adalah puncak

output daya. Hal ini ditentukan oleh jenis headphone perangkat menggunakan: earbuds memiliki daya puncak yang lebih kecilPasal TeknisPasal Teknis

Page 2Pasal TeknisHalaman 2 dari 5persyaratan dari headphone penuh, tapi khas nilai output daya berkisar dari dua saluran mengkonsumsi 4MW masing-masing,hingga 2 * 30mW.Daya output 30mW pada speaker headphone dengan impedansi 32 kebutuhan amplifier keluaran ayunan± 1.38Vpk. Tahapan penguat untuk aplikasi ini akan membutuhkan ruang kepala tegangan tambahan 100-200mV. Jadisuplai tegangan dari penguat headphone akan 2 * 1.5V = 3.0V.Untuk menghindari penggunaan DC output decoupling kapasitor, yang akan terlalu besar untuk aplikasi, pompa muatanbiasanya digunakan untuk menghasilkan pasokan rel negatif untuk amplifier headphone sehingga output audio beroperasisekitar baterai tanah. Konfigurasi ini dikenal sebagai 'benar-tanah' headphone amplifier. Ini menggunakan positifpasokan 1.5V, the-1.5V untuk rel negatif berasal dari pompa muatan.Yang paling umum digunakan adalah jenis baterai Li-Ion, yang biasanya menghasilkan output 3.6V. Sebuah efisien DC-DC buckconverter akan mengubah keluaran baterai ini ke pasokan 1.5V positif tanpa menghasilkan kerugian yang cukup besar. Ini adalahkonfigurasi biasa dari AB amplifier Class, dan diagram blok sistem tipikal ditunjukkan pada Gambar 1.Gambar. 1: true tanah headphone amplifierSebuah berkualitas tinggi DC-DC converter akan mengubah Li-Ion tegangan baterai dari 3.7V ke 1.5V tegangan output tetappada efisiensi hingga 93%. Hal ini tentu saja jauh lebih baik untuk membakar 2.2V (3.7V tegangan baterai - 1.5Voperasi tegangan) di transistor penguat.Tapi ini tidak menutupi kenyataan bahwa sejumlah besar kekuasaan masih akan dihamburkan dalam transistor, kecuali padalevel tegangan output tinggi. Pemecahan masalah ini membutuhkan perubahan ke pengaturan pasokan listrik dalamamplifier itu sendiri, dan ini mengapa Kelas G dan Kelas H amplifier dikembangkan.Pencocokan tegangan input tegangan outputAngka-angka daya untuk audio amplifier yang disebutkan di atas adalah nilai-nilai puncak kekuasaan. Dalam prakteknya, pasokan maksimum ini

tegangan hanya diperlukan untuk periode singkat, sinyal audio memiliki dynamic range yang lebar. Sebagian besar waktu outputtegangan di bawah 0.5V, sedangkan pasokan tegangan ke amplifier jauh lebih tinggi, di 1.5V. Perbedaan antara

Page 3Pasal TeknisHalaman 3 dari 5tegangan output dan tegangan suplai hilang di transistor amplifier internal sehingga muncul sebagaikerugian.Untuk mengatasi cacat ini, Kelas G dan Kelas H amplifier menyesuaikan tegangan listrik penguat untuk beberapasejauh sesuai dengan daya output yang dibutuhkan. Kelas G amplifier biasanya memiliki dua tingkat tegangan suplai. Semakin tinggitingkat persediaan ditentukan oleh daya output maksimum yang diperlukan. Tingkat persediaan rendah didefinisikan oleh minimumsuplai tegangan penguat dapat beroperasi pada saat tinggal di atas ambang batas yang ditetapkan untuk Total Harmonic Distortion(THD).Berbeda dengan kelas G amplifier, Kelas H amplifier dapat mengatur tegangan output lancar sesuai denganpersyaratan dari sinyal output. Jadi tidak seperti G amplifier Class, Kelas H penguat tidak terbatas pada dua atau tigategangan output tetap. Hal ini dapat membuat transisi halus dari terendah tegangan suplai diperbolehkan untuk yang laintegangan output diskrit tersedia dari konverter buck.Kelas A H penguat sehingga dapat beroperasi dengan tegangan suplai yang erat cocok dengan tegangan output aktual;mengurangi perbedaan antara tegangan suplai dan output mengurangi jumlah daya yang perluhilang (lihat Gambar 2).Gambar. 2: Profil disipasi daya konfigurasi penguat yang berbeda

Page 4Pasal TeknisHalaman 4 dari 5Bahkan, sejak beroperasi perlengkapan audio untuk sebagian besar waktu minimal tegangan suplai diperbolehkan, kekuasaanKonsumsi di Kelas G dan Kelas H amplifier, dan karenanya kontribusi dari headphone ke total sistemkonsumsi daya, lebih atau kurang ditentukan oleh tingkat ini THD ambang batas terbatas yang lebih rendah dari pasokan. Mari kita memberikan iniparameter penting, tegangan suplai minimum, nama VSUPMIN

.Diagram pada Gambar 2 menunjukkan perbedaan dalam disipasi daya untuk berbagai jenis amplifier. Positifdan negatif tegangan suplai untuk setiap penguat ditandai dengan garis putus-putus hitam. Kelas G penguatmendukung dua tegangan yang berbeda Output: 1.5V, 1.2V dan (VSUPMIN). Kelas H amplifier di sisi lain mendukunglevel tegangan tambahan antara 1.5V dan 1.2V. Kelas G dan Kelas H amplifier jelas mengurangi disipasi daya.Gambar. 3: blok diagram Kelas G / H penguatSelain itu, pelaksanaan Kelas G atau Kelas H topologi bukanlah yang jauh lebih rumit atau mahal daripada KelasAB amplifier. (Sebuah diagram blok yang disederhanakan dari G / H penguat kelas ditunjukkan pada Gambar 3.) Perbedaan utama dariKelas AB amplifier adalah bahwa konverter DC-DC tidak lagi memiliki tegangan output tetap. Tegangan output variabelmembutuhkan penambahan sinyal umpan balik dari tahap output amplifier ke konverter DC-DC untuk menyesuaikantegangan output dalam kaitannya dengan sinyal audio.Skala perbedaan antara yang terbaik dan terburuk Kelas H atau Kelas G amplifierUntuk alasan biaya dan ketersediaan, headphone amplifier umumnya diproduksi dalam teknologi CMOS. Sementaranilai ideal VSUPMINakan ditentukan oleh desain dari rangkaian penguat, dalam prakteknya lebih seringditentukan oleh batas minimum dari teknologi CMOS yang digunakan untuk memproduksi amplifier.Dalam desain penguat hari ini, VSUPMINdidefinisikan oleh 2 * VTH + Vdsat. Hasil yang lebih baik dapat dicapai jika perangkatdiproduksi dalam proses CMOS yang dapat mendukung nilai yang lebih rendah dari VSUPMINdengan mencapai ambang transistor yang lebih rendahtegangan. Misalnya, jika tahap amplifier beroperasi dengan tegangan suplai minimum ± 1.2V, mengkonsumsi 30%daya lebih dari amplifier memainkan sinyal audio yang sama dan beroperasi ke ± 0.9V.Ini adalah janji khusus proses CMOS LowVT tersedia dari austriamicrosystems. Proses ini memiliki

telah digunakan dalam pembuatan AS3561 baru, Kelas H amplifier yang menyediakan rendah ± 0,9 V tegangan suplai

Halaman 5Pasal TeknisHalaman 5 dari 5headphone amplifier. Bersama dengan sangat efisien DC-DC converter dan biaya pompa adaptif, ia menghasilkankonsumsi daya yang sangat rendah: menarik arus khas 1.7mA pada 2 x pemutaran 0.1mW dan persediaan baterai 3.6Vtegangan. Perbedaan konsumsi daya antara suatu arsitektur yang sangat efisien di satu sisi, danKelas G dan Kelas AB arsitektur di sisi lain, ditunjukkan pada Gambar 4.Pasokan Lancar vs POUT di AVDD = 3.6V, RL = 32 Ohm1101000,010,1110100POUT SUM [mW]Saya(AVDD)[mA]austriamicrosystems 0.9V LowVT Kelas-HKeadaan seni 2 tingkat 1.2V kelas GKelas-ABGambar. 4: perbandingan konsumsi daya, Kelas AB v Kelas G v Kelas HKesimpulanPerkembangan Kelas G dan Kelas audio amplifier H dengan dinamis disesuaikan tegangan suplai telah menyebabkanperbaikan yang signifikan dalam efisiensi daya di atas banyak digunakan Kelas AB alternatif. Tetapi analisis khasoperasi, yang untuk sebagian besar waktunya sudah penguat THD ambang batas, menunjukkan bahwa tambahan daya 30%

tabungan biasanya dapat dicapai dengan menggunakan Kelas H amplifier diproduksi menggunakan proses ambang tegangan rendahteknologi.