{"id":92918,"date":"2024-10-15T10:00:03","date_gmt":"2024-10-15T08:00:03","guid":{"rendered":"https:\/\/botland.com.pl\/blog\/irf-3205-co-to-jest-dane-techniczne-schemat-cena-i-opinie\/"},"modified":"2026-04-08T10:47:57","modified_gmt":"2026-04-08T08:47:57","slug":"klasse-d-audioverstaerker-mit-mosfet-transistoren","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/botland.de\/blog\/klasse-d-audioverstaerker-mit-mosfet-transistoren\/","title":{"rendered":"Klasse-D-Audioverst\u00e4rker mit MOSFET Transistoren"},"content":{"rendered":"Lesezeit<\/span> 3<\/span> min.<\/span><\/span>\t\t
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Obwohl die Wurzeln der Class-D-Audioverst\u00e4rkertechnologie <\/strong> bis in die sp\u00e4ten 1950er Jahre zur\u00fcckreichen, hat die Technologie seitdem enorme Fortschritte gemacht. Class-D-Audioverst\u00e4rker gewinnen immer mehr Fans, weil sie immer effizienter werden und das Design immer weiter verfeinert wird, um Verzerrungen zu beseitigen. Die Entwicklung eines Audioverst\u00e4rkers, insbesondere in Class-D, erfordert jedoch ein sehr gutes Verst\u00e4ndnis der Ph\u00e4nomene auf der Ebene der fortgeschrittenen Mathematik und Physik. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Class-D Audioverst\u00e4rker mit MOSFETs<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf das Grundprinzip eines Class-D-Audioverst\u00e4rkers und beschreiben, wie man Signale eingibt, Komparatoren mit der Auswahl von Hilfskomponenten entwirft und Frequenzfilter und eine Leistungsstufe auf der Basis eines komplement\u00e4ren Paars von IRF3205-<\/strong> und IRF4905-Feldeffekttransistoren<\/a> hervorhebt.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Grundprinzip eines Class-D-Audioverst\u00e4rkers<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Ein Klasse-D-Audioverst\u00e4rker, dessen vereinfachtes Schaltbild in Abbildung 1 dargestellt ist, arbeitet mit einem pulsweitenmodulierten (PWM) Signal<\/strong>, um Transistoren <\/a> in der Leistungsstufe mit hoher Frequenz zu schalten. Diese Art des Hochfrequenzschaltens f\u00fchrt zu einem Signal am Ausgang des Verst\u00e4rkers, das im Verh\u00e4ltnis zum Eingangssignal proportional verst\u00e4rkt wird. Das in den Verst\u00e4rker eingespeiste Eingangssignal wird zun\u00e4chst von einem Treiber in der Vorverst\u00e4rkerstufe und einem Hochgeschwindigkeits-Komparator auf der Basis eines Operationsverst\u00e4rkers in ein PWM-Signal umgewandelt. Das PWM-Signal wird dann zur Ansteuerung der MOSFETs<\/a> in der Leistungsstufe verwendet (z. B. der bereits erw\u00e4hnte IRF3205, der bei hohen Frequenzen schnell ein- und ausschalten kann). Das Ausgangssignal der Leistungstransistoren wird dann in LC-Hochpassfilter geleitet, um das hochfrequente Schaltsignal herauszufiltern, so dass nur das nutzbare Audiosignal \u00fcbrig bleibt, das wir in Form von Musik, Sprache oder Soundeffekten am Ausgang h\u00f6ren wollen. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Abb. 1 - Vereinfachtes Diagramm eines Audioverst\u00e4rkers der Klasse D. <\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Das Grundprinzip eines Class-D-Verst\u00e4rkers<\/strong> ist wie folgt: Ein Class-D-Leistungsverst\u00e4rker arbeitet, indem er das Audio-Eingangssignal mit einem hochfrequenten Tr\u00e4gersignal moduliert, das in der Regel eine dreieckige Wellenform hat. Das Audioeingangssignal wird dann mit Hilfe eines Operationsverst\u00e4rkers<\/a> mit dem hochfrequenten Tr\u00e4gersignal gemischt, wodurch ein Audiosignal in Form einer PWM-Wellenform entsteht. In dieser Schaltung wird der Operationsverst\u00e4rker als Differenzialkomparator verwendet. Das n\u00fctzliche Audiosignal ist im PWM-Signal enthalten und wird zu den Gates von MOSFET-Transistoren geleitet, die in einer Push-Pull-Topologie angeschlossen sind. Die positiven Anteile des PWM-Signals treiben nur den oberen Transistor (N-Kanal) an und die negativen Anteile des PWM-Signals treiben nur den unteren Transistor (P-Kanal) an. W\u00e4hrend des Umschaltens der Transistoren gibt es eine stromlose Unterbrechung an ihren Ausg\u00e4ngen, die notwendig ist, um einen Kurzschluss zwischen den Versorgungsschienen durch den Widerstand der Drain-Source-Kan\u00e4le der Transistoren zu verhindern, um diese nicht zu besch\u00e4digen. Der Einsatz von Hochfrequenz-Schalttechnik sorgt f\u00fcr einen hohen Wirkungsgrad der Endstufe, sogar im Bereich von 90%, so dass wir eine viel geringere Verlustleistung in Form von W\u00e4rme und einen geringeren Stromverbrauch von der Stromquelle<\/a> haben als bei Class-A- oder Class-AB-Audioverst\u00e4rkern. Class-D-Audioverst\u00e4rker werden h\u00e4ufig in tragbaren Audioger\u00e4ten mit Batteriebetrieb (z.B. tragbare Bluetooth-Lautsprecher), Car-Audio-Systemen und anderen Anwendungen eingesetzt, bei denen Effizienz und minimale geometrische Abmessungen wichtige Anforderungen sind. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Erzeugung von PWM-Wellenformen<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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P-MOSFET-Transistor IRF4905 -55V\/-74A - THT.<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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In einem Audioverst\u00e4rker der Klasse D wird das PWM-Signal von einem speziellen Treiber-IC<\/strong> erzeugt. Der Treiber erzeugt, wenn er an das Eingangsaudiosignal angelegt wird, indem er es mit einem Dreieckssignal mischt, ein hochfrequentes PWM-Signal am Ausgang, das in der Regel eine rechteckige Wellenform mit Frequenzen in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von Hunderten von kHz bis zu mehreren MHz hat<\/strong>. Der F\u00fcllfaktor des PWM-Signals ist proportional zur Amplitude des Audiosignals am Eingang, wobei ein F\u00fcllfaktor von 0 % einen minimalen (negativen) Signalwert, 50 % einen Nullsignalwert und ein F\u00fcllfaktor von 100 % einen maximalen Signalwert anzeigt. Der Treiber-IC basiert in der Regel auf einem Komparator, der das Eingangsaudiosignal mit einer Referenzspannung vergleicht<\/strong>, die in der Regel eine dreieckige Wellenform hat. Der Ausgang des Komparators erzeugt ein PWM-Signal, das dann zur Ansteuerung der Transistoren <\/a> in der Leistungsstufe verwendet wird. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Filterung von Endstufe und Verst\u00e4rkerausgang<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Die Treiberschaltung in der Eingangsstufe ist au\u00dferdem mit einem Totzeitgenerator<\/strong> ausgestattet, der die Transistoren in der Leistungsstufe davor sch\u00fctzt, gleichzeitig ein- und ausgeschaltet zu werden, um einen Kurzschluss am Ausgang zu vermeiden. Die Leistungsstufe verwendet in der Regel unipolare Transistoren (MOSFETs)<\/a>, die als komplement\u00e4res Paar geschaltet sind, z.B. IRF3205<\/strong> (N-Kanal) zusammen mit IRF4905<\/a> (P-Kanal). Das PWM-Signal liegt nach der Verst\u00e4rkung durch die Transistoren weiterhin am Ausgang der Leistungsstufe vor, wo es einem LC-Hochpassfilter zugef\u00fchrt wird, um hochfrequente St\u00f6rungen zu entfernen, so dass am Ausgang des Filters nur ein sauberes Audiosignal \u00fcbrig bleibt, das dann an die Lautsprecher weitergeleitet wird. Einer der g\u00e4ngigsten Ans\u00e4tze bei der Entwicklung eines Filters zwischen der Endstufe und den Lautsprechern ist die Verwendung eines Butterworth-Hochbandsperrfilters zweiter Ordnung. Um einen langen und zuverl\u00e4ssigen Betrieb des Systems zu gew\u00e4hrleisten, werden feste dielektrische Kondensatoren wie metallisierte Polyester (MKT\/MKSE) oder Polypropylen (MKP) anstelle von Elektrolytkondensatoren<\/a> empfohlen. Au\u00dferdem haben solche Kondensatoren einen sehr niedrigen \u00e4quivalenten Serienwiderstand (ESR) und werden in der Regel mit h\u00f6herer Genauigkeit als Elektrolytkondensatoren hergestellt. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Lesen Sie unseren Artikel \u00fcber detailliertes Design und Funktionsprinzip von Audio-Class-D-Verst\u00e4rkern auf der Basis von MOSFETs! <\/p>\n","protected":false},"author":21,"featured_media":90980,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[465,466],"tags":[],"class_list":["post-92918","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-elektronik","category-kompendium-de"],"acf":[],"yoast_head":"\nKlasse-D-Audioverst\u00e4rker mit MOSFET Transistoren - Botland<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"Besuchen Sie den Botland-Blog und lesen Sie unseren Artikel \u00fcber den detaillierten Aufbau und die Funktionsweise von Audioverst\u00e4rkern auf Basis von MOSFETs! 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