Classe D
Lo schema di funzionamento di un amplificatore in classe D è mostrato in fig. 20.3, in cui un circuito risonante serie è connesso ad un interruttore a due vie, attraverso il quale il risonatore RLC è collegato alternativamente per un semiciclo al generatore di tensione e a massa nel successivo semiciclo. Si ipotizzi che la frequenza di commutazione sia pari alla frequenza di risonanza del circuito RLC serie e che questo presenti un alto fattore di qualità Q.
Fig. 20.3: PA in classe D: schema di funzionamento.
La questione chiave è che la corrente nel ramo RLC è forzata ad essere sinusoidale e priva di offset in continua, per effetto del risonatore ed alla capacità di blocco per la continua. Il risultato è che i1 sarà costituita dalle sole semionde positive mentre i2 presenterà le sole semionde negative. Poiché la tensione di switch Vsw è un’onda quadra, il dispositivo non dissipa potenza, né c’è generazione armonica.
Inoltre, le correnti i1 e i2 che fluiscono nei due dispositivi non contengono armoniche dispari.
La corrente di picco, Ipk, è data da
La componente fondamentale della corrente che scorre nel ramo RLC, I1, è
Mentre la componente fondamentale della tensione ai capi del ramo RLC, V1, è
data dal fatto che la tensione ai capi del ramo RLC è un’onda quadra di valore di picco 
. Nel caso di interruttori ideali, la corrente di picco e, quindi, la potenza, può essere resa grande riducendo adeguatamente il valore della resistenza di carico RL. La potenza a RF può essere espressa come
mentre la potenza fornita dall’alimentazione è
per cui l’efficienza è dl 100%. In realtà, se la velocità di commutazione dei dispositivi è sufficientemente alta, l’efficienza non è degradata dalla componente reattiva del carico.
Lo switch “A” presenta particolari problemi alle alte frequenze, dovuti alle reattanze parassite e ai livelli di pilotaggio (8).
Un amplificatore in classe D realizzato con dispositivi bipolari, può lavorare fino a frequenze di pochi MHz, mentre con dispositivi ad effetto di campo si possono raggiungere frequenze di poche decine di MHz.
Il fattore di utilizzazione di questa topologia, pari a 0.159, è il più alto di tutte le classi di funzionamento. Tuttavia, il classe D soffre di perdite dovute a saturazione, velocità di commutazione e capacità di drain. Il limite della velocità di commutazione fa sì che i transistor lavorino in zona lineare mentre conducono corrente. Le capacità di drain devono essere caricate e scaricate per ogni ciclo, il che determina una perdita di potenza proporzionale a 
, che cresce direttamente con la frequenza.
Con questa topologia, si possono ottenere potenze d’uscita tra 100 W e 1 kW, per applicazioni alle HF (10).
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