Class-A- vs. Class-AB- vs. Class-D-Verstärker im Vergleich
Die Verstärkerklasse beschreibt, wie die Ausgangstransistoren betrieben werden. Bei Class A fließt während der gesamten Signalperiode Strom durch den Transistor. Die Verzerrungen sind daher am geringsten, doch auch ohne Signal wird Leistung verbraucht, und der Wirkungsgrad liegt selbst theoretisch bei 25 % oder 50 %. Class AB ist ein Class-B-Verstärker, bei dem sich zwei Transistoren die positive und negative Halbwelle teilen, ergänzt um einen kleinen Ruhestrom, der Übernahmeverzerrungen unterdrückt. Der Wirkungsgrad nähert sich dem theoretischen Maximum von Class B (etwa 78,5 %). Class D schaltet die Transistoren als Schalter ein und aus und gewinnt das ursprüngliche Signal aus PWM- oder ähnlichen Pulsen per Filter zurück. Bei hoher Ausgangsleistung erreicht er so hohe Wirkungsgrade um 90 %.
| Merkmal | Class A | Class AB | Class D |
|---|---|---|---|
| Funktionsprinzip | Durch den Transistor fließt ständig Strom (linearer Bereich), der je nach Signal zu- oder abnimmt | Zwei Transistoren im Push-Pull-Betrieb teilen sich die positive und negative Halbwelle. Ein kleiner Ruhestrom fließt ständig | Die Transistoren werden als Schalter ein- und ausgeschaltet; das Signal wird in PWM- oder ähnliche Pulse umgewandelt, verstärkt und durch ein LC-Tiefpassfilter zurückgewonnen |
| Stromflusswinkel (Zeitraum, in dem ein Transistor Strom führt) | 360° (gesamte Periode) | Größer als 180° und kleiner als 360° (Class B: 180°) | Wird nur voll ein- oder ausgeschaltet betrieben und daher nicht nach dem Stromflusswinkel eingeteilt |
| Theoretischer maximaler Wirkungsgrad | 25 % (bei in Reihe geschalteter ohmscher Last). Mit Transformator- oder Drosselkopplung 50 % | Etwas unter den etwa 78,5 % (π/4) von Class B | Mit idealen Schaltern 100 %. In der Praxis bei hoher Ausgangsleistung um 90 % |
| Wirkungsgrad bei kleiner Ausgangsleistung | Sehr niedrig. Auch ohne Signal wird dieselbe Leistung verbraucht | Sinkt mit der Ausgangsleistung, ist aber deutlich besser als bei Class A | Lässt sich leicht hoch halten (bei sehr kleiner Ausgangsleistung steigt der Anteil der Schaltverluste) |
| Verzerrungen | Am geringsten. Keine Übernahmeverzerrungen | Gering. Ruhestrom und Gegenkopplung unterdrücken Übernahmeverzerrungen | Verzerrungen durch Totzeit, unvollkommenes Schalten und Schwankungen der Versorgung. Durch Gegenkopplung u. Ä. reduzierbar |
| Wärmeentwicklung | Am größten. Maximal, wenn kein Signal anliegt | Mittel. Oft ist ein Kühlkörper nötig | Gering. Der Kühlkörper kann klein ausfallen oder entfallen |
| Störungen/EMV | Keine Schaltstörungen | Keine Schaltstörungen | Das Schalten mit einigen hundert kHz bis einigen MHz erzeugt EMI. Ausgangsfilter und Leitungsführung erfordern Sorgfalt |
| Schaltung/Bauteile | Einfach. Auch mit einem einzigen Transistor realisierbar | Ausgangstransistorpaar und Bias-Schaltung | Pulsmodulator, Gate-Treiber, Ausgangsfilter (Spule und Kondensator) |
| Typische Anwendungen | Kleinsignalverstärkung, Vorverstärker, Treiberstufen für nachfolgende Stufen, einige hochwertige Audiogeräte | Audio-Endstufen, Kopfhörerverstärker, Ausgangsstufen von Operationsverstärkern | Lautsprecheransteuerung in Smartphones und Fernsehern, Autoradios, tragbare Lautsprecher, Verstärker hoher Leistung |
Die Zahlenwerte sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.