Class D Audio Endstufe

Ich stand vor dem Problem für 3V Betriebsspannung eine Endstufe zu bekommen, die im Ruhezustand möglichst wenig Strom verbraucht und einen hohen Wirkungsgrad hat, um mit max. 20mA aus einer Lithiumbatterie einen Lautsprecher mit Zimmerlautstärke zu betreiben.

 

Da lineare Endstufen meist als Emitterfolger aufgebaut sind, können diese nur etwa 0,5-1V weniger als die Betriebsspannung liefern. Und da die Betriebsspannung bei 3V liegt, bleibt nicht viel übrig.
Da das Audio Signal von einem Mikrocontroller stammt, und sowiso als PWM vorlag kam mir die Idee, dieses Signal einfach weiter zu verstärken und so eine Class D Endstufe mit einem Wirkungsgrad von >90% zu bauen.
Leider ist die Auswahl an kleinen Endstufen mit rund 50mA Treiberleistung und 2-3V Betriebsspannung nicht gerade hoch.
Daher fiel die Wahl auf den HCMOS Bustreiber 74HC245. Dessen Ein und Ausgänge sind alle parallel geschaltet um eine niederohmige Last wie einen Lautsprecher ansteuern zu können. Um aus dem PWM Signal mit 100kHz 3Vss ein NF Signal zu erzeugen, filtert der Tiefpass L1 C2 die 100kHz Trägerfrequenz aus, und es bleibt nur das Audiosignal mit etwa 2Vss an 16Ohm übrig.
Die maximale Lautstärker erreicht man mit etwa 16-100Ohm. Damit sind dann bis zu 25mW Audioleistung erreichbar. Für einen Kopfhörer mehr als ausreichend.
Die Klangqualität ist zwar nicht HiFi, aber bei weitem ausreichend. Da in kleinen Batteriebetrieben Geräten meistens sowio kein Platz für große Lautsprecher vorhanden ist, und daher möglichst kleine eingesetzt werden, wäre eine aufwendige HiFi Endstufe nur Platz und Stromverschwendung.
Diese Endstufe benötigt nur rund 10mA bei 3V Betriebsspannung um mit einem guten Lautsprecher Zimmerlautstärke zu erreichen. Legt man den Eingang auf Low Pegel, dann benötigt die Schaltung nur noch etwa 1uA.

 

 

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