Was ist ein Class-D-Verstärker?
Der häufig als digitaler Verstärker bezeichnete Klasse-D-Verstärker ist ein elektronisches Gerät, das die Größe elektrischer Signale erhöht. Was den Class-D-Verstärker von anderen Verstärkertypen unterscheidet, ist sein Design, das die Gefahr einer erhöhten Verzerrung für einen sehr hohen Wirkungsgrad ausgleicht und es ihm ermöglicht, kleiner und leichter als andere Verstärker zu sein. Klasse-D-Verstärker werden am häufigsten als Lautsprecherverstärker in Audioanwendungen verwendet und sind besonders beliebt in Situationen, in denen Kosten oder Größe eine wichtige Rolle spielen.
Typische Lautsprecherverstärker verwenden mindestens einen Transistor, ein kleines elektronisches Teil mit drei Drähten, das typischerweise aus Silizium besteht, oder IC-Chips, die Transistoren enthalten. Eine konstante Stromversorgung wird in den "Kollektor" eingespeist, während ein kleines Signal mit Leitungspegel in die "Basis" eingespeist wird. Das Basissignal steuert, wie viel der Kollektorleistung zum "Emitter" geleitet wird, der Leitung, von der das verstärkte Signal stammt. Entwürfe der Klasse A, Klasse B und Hybridklasse AB verbrauchen ständig Strom für den Kollektor, unabhängig davon, ob er diesen benötigt oder nicht. Dies macht sie in der Regel sehr ineffizient, und die hohen Mengen an ungenutztem Strom werden in Wärme umgewandelt, die der Verstärker über große und sperrige Kühlkörper abführt. Die Konstruktion eines Klasse-D-Verstärkers beseitigt einen Großteil dieser Ineffizienz.
Klasse-D-Verstärker verwenden immer noch Transistoren oder IC-Chips, aber anstatt das Signal von der Basis einfach mit der Leistung vom Kollektor zu vergrößern, verwenden sie das Signal der Basis, um den Kollektor ein- und auszuschalten. Um beispielsweise in einem Raum ohne Dimmerschalter ein niedriges Lichtniveau zu erzeugen, könnte der Lichtschalter theoretisch mehrmals pro Sekunde ein- und ausgeschaltet werden, wodurch das Auge ein Licht registriert, das schwächer ist als eine voll beleuchtete Glühbirne. Class-D-Verstärker arbeiten nach dem gleichen Prinzip, und wenn sie ausgeschaltet sind, verbrauchen sie im Wesentlichen keinen Strom.
Die falsche Bezeichnung "digitaler Verstärker" wird auf viele Klasse-D-Verstärkerkomponenten angewendet, da die von ihnen verwendeten kurzen Impulse von einer digitalen Quelle stammen könnten. Andererseits können sie auch analoge Signale verstärken. Tatsächlich ist das Design des Klasse-D-Verstärkers älter als die digitale Audiotechnologie.
Bei ihrer Einführung machten Klasse-D-Verstärker eine Reihe von Kompromissen bei der Klangqualität, um hohe Ausgangsleistungen mit einer kleinen, kostengünstigen Komponente zu erzielen. Aufgrund dieser Einschränkung wurden sie zum ersten Mal in Anwendungen wie Subwoofer-Verstärkern populär, bei denen die Art der Verzerrung, die das Design erzeugte, schwerer zu hören war. Als die Technologie weiterentwickelt und die Klangqualität verbessert wurde, wurden sie zu kostengünstigen Audio-Endgeräten sowie zu tragbaren Geräten ausgebaut, für die zur Maximierung der Batterielebensdauer ein geringer Stromverbrauch erforderlich war. In der zweiten Dekade des 21. Jahrhunderts wurden Klasse-D-Verstärker so weiterentwickelt, dass sie sowohl für professionelle Audioanwendungen als auch für sehr hochwertige, audiophile Stereoanlagen eingesetzt werden konnten.