ClassDVerstärker

Ein Class-D-Verstärker ist eine Bauform von Leistungsverstärkern, die das Audiosignal nicht linear verstärken, sondern in Schaltzustände überführt. Das Eingangssignal wird durch Pulsweitenmodulation (PWM) oder Pulsdauermodulation (PDM) in eine Folge von Hochfrequenz-Pulsen umgewandelt, deren mittlere Spannung dem gewünschten Audiosignal entspricht. Die eigentliche Verstärkung erfolgt in der Schaltstufe, meist einer Brückenschaltung aus MOSFETs, die zwischen Ein- und Ausschaltzuständen wechseln. Ein Ausgangsfilter wandelt die Pulse in einen analogen Signalpfad für den Lautsprecher.

Zur Rückführung des Signals wird oft ein LC-Netzwerk am Ausgang verwendet. In vielen Anwendungen genügt auch der Lautsprecher selbst als Teil des Lastfilters (filterloses Class-D). Dadurch lassen sich Größe, Gewicht und Kosten der Endstufe reduzieren. Die Schaltfrequenz liegt typischerweise im Bereich von einigen hundert Kilohertz.

Vorteile sind hoher Wirkungsgrad, der häufig 85 bis 95 Prozent erreicht, geringe Abwärme, kompakte Bauformen und häufig geringeres Gewicht. Nachteile umfassen elektromagnetische Störeinstrahlung (EMI), potenzielle Verzerrungen bei bestimmten Lasten, und die Notwendigkeit sorgfältiger Feedback- und Filterdesigns, um Speisung und Klangqualität zu optimieren. Moderne Class-D-Verstärker nutzen digitale oder analoge Rückführung (Closed-Loop-Feedback), um Verzerrungen zu minimieren, und verfügen über Schutzfunktionen wie Überstrom-, Übertemperatur- und Kurzschlussschutz.

Anwendungen finden sich vor allem in Consumer-Audio, Auto-HiFi, tragbaren Lautsprechern und Heimkino-Systemen. Historisch entstanden Class-D-Verstärker in den 1960er-Jahren und wurden durch Fortschritte bei Leistungstransistoren und digitalen Regelsystemen in den 1990er-Jahren weit verbreitet.