D Sınıfı Yükselteçler 3

Üç bölümden oluşan yazı dizimizin geçen iki bölümünde D sınıfı yükselteçlerin ana ilkeleri ; “Darbe Genişlik Modülatörü” (PWM) ; kare dalga yükselteci ve çıkış süzgeçlerini incelemiştik. Bu son bölümde ise D sınıfı yükselteçlerde oluşan hataları inceleyip, son birkaç söz ile yazı dizimizi bitiriyoruz.

Buraya kadar yazdıklarımızı özetleyecek olursak;

Ses frekansında çalışan bir yükselteç olarak duyulan frekansların tamamını ve harmoniklerini çok yüksek sayılabilecek verimlerle sağlayan bir yükselteç hakkında ne diyebiliriz ki?

Yukarıdaki cümleyi sağlamak için;

-Giriş frekansı ile anahtarlama frekansı arasında rahatça filtre edilebilir bir aralık (şu sıralarda yapılan Class-D ve türevi yükselteçlerde 600-700Khz anahtarlama frekansı kullanılmaktadır.)

-İdeal bir PWM modülatör.

-Hiç gecikmesi olmayan devre elemanları

-İdeal bir filtre

-Çok yüksek akımları hiç geciktirmeden, içi titremeden sağlayan J bir ideal güç kaynağı bulursanız, verimi %100 olan duyulabilir ses frekansları harmonikleri ile sağlayan bir D sınıfı yükselteciniz olur.

Peki ideal malzemeler bulunmazsa ne olur? Birkaç paragraf ile de bunları açıklayalım..

D Sınıfı Yükselteç de Oluşan Hatalar:

D sınıfı yükselteçte oluşan hatalar bize distorsiyon, gürültü, faz hataları ve verim kayıpları olarak yansıyacaktır.

Şekil 9

D sınıfı bir yükselteçteki PWM modülatörün ana parçası olan karşılaştırıcı “ideal” olamayacağına göre çıkışında da bir takım hatalar olması doğaldır. Bu hataların azlığı karşılaştırıcının kalitesini ortaya koyar. Bir PWM modülatörde oluşabilecek hatalar Darbe genişliğinin giriş sinyalini tam takip edememesi, Çok küçük giriş sinyali değişikliklerine karşılaştırıcı tarafından algılamaması gibi problemlerdir. Başlardaki şekilde karşılaştırıcı çıkış sinyali abartılıda olsa buna bir örnek olarak verilmiştir.

Karşılaştırıcı girişindeki üçgen dalga üretecinin kararlı ve doğrusal çalışmaması da ayrı bir hata kaynağıdır. Sinyalde “Titreme” yada “Seğirme” yaratan sayısal ses cihazlarının belalısı Jitter hatası üçgen dalgadaki kararsızlıktan oluşur.

Diğer bir hata kaynağı da Kare Dalga Yükseltecinin iç yapısından oluşur. Bu yükselteçteki aktif ve pasif devre elemanlarının yarattığı gecikmeler, kare dalganın yükselme ve düşme hataları, kare dalga on-off olurken oluşan titremeler, Transistörlerin çok az da olsa iç dirençleri, yarı iletkenlerin geri toparlanma zamanı gibi kusurlarla sinyal bozulmaya devam eder. (on-off delay, dV/dt, bounce, RDS ON …)

Şekil 10

Bozulmaya etki eden faktörler bittimi dersiniz. Hayır, birkaç eksiğimiz kaldı

Anahtarlamalı olarak çalışan D sınıfı yükselteç güç kaynağından çok ani taleplerde bulunur. Bu taleplerin karşılanma seviyesine bağlı olarak çıkıştaki kare dalga biraz bozulabilir.

Diğer bir hata kaynağı da çıkış filtresinin doğrusal çalışmamasından olur. Bu tür hatayı ortadan kaldırmak için filtrenin bobini üzerinden DC akımı olabildiğince küçük tutmalıdır. Ayrıca kullanılan kondansatörlerinde üzerlerine uygulanan sinyalin gerilim frekansı karşısında değerini değiştirmeyecek ve kayıp yaratmayacak türden olmasına dikkat edilmelidir.

Filtredeki bobinin yükselteci ve/veya diğer üniteleri etkilememesi için ya toroid olarak seçilmesi yada manyetik alan sızdırmaz bir kutu içine konulması yükseltecin genel performansı açısından iyi sonuçlar verecektir.

Son olarak da yükselteç anahtarlamalı olarak çalıştığı için baskı devresinin “özellikle” dikkatli tasarlanması gerekir.

D sınıfı için son birkaç söz:

Önce yücelttik sonra karaladık. Gelenekselcilerin söyleyeceklerini önceden söyleyerek D sınıfını şimdiden şişirmemeye çalıştım. Anlatmaya çalıştığım eksi yanları aslında analog yükselteçlerin de eksi yanlarının büyük bir kısmını kapsıyor. Sanırım bu durum dikkatli okuyuculardan kaçmayacaktır.

D sınıfı yükseltecin geleceği nedir diye düşünecek olursak gırtlağına kadar CD ye, sayısal yayına batmış müzik ve haberleşme endüstrisinde analog yükselteçlerin tamamen tarihten silineceğine inanmıyorum. Ama yinede adına ne derlerse desinler sayısal sistemle çalışan Class-D türevi yükselteçlerin tek haneli yıllarda çoğunluğa geçeceğine inanıyorum.

Bendeki durum nedir diye soracak olursanız… Hala lambalı yükselteç kullanıyorum. Ama,,, çok kanallı ev sineması yükselteci için sayısal bir yükselteci kit olarak yurt dışından getirim montajını yapıp denedim. Sonuç, “en az” eski ev sineması X 2 :)

30 sene önce bundan olsa olsa nutuk anfisi olur diye düşündüğümüz yapı bu gün yüksek sadakatli ses sistemlerinde yükselteç olarak yerini almaya başlamıştır.

Yükselteçler dünyasındaki birkaç harfi daha anlatmadan biraz nefeslenme zamanı geldi…

Sevgi ile kalın..

TA2CCS Şahin KÜLİĞ