Fördelar med klass A?

[Pipes_vinylgud]

Om jag har (rent hypotetiskt) två slutsteg som lämnar 100 watt i 8 ohm varav det ena är ett konventionellt klass AB-steg medan det andra är ett klass A-steg, vilka fördelar, om några, medför det att använda sig av klass A-steget?

[__10]

Det blir ju varmare och skönare på vintern med klass A-steget i alla fall.

[Harryup]

Klass A steget är säkert större.

[Naqref]

Klass a i samma grundkonfiguration som en klass ab tenderar att dista mindre då man slipper en hel del av de problem som uppstår när man får kraftiga strömförändringar i bl a matningsledare och trissor.

[Pabo]

Glöm ej att ett utgångssteg, där varje transistor hela tiden leder ström, har halva utimpedansen gentemot ett AB samt att utimpedansen är näst intill helt linjär mot utspänningen till skillnad från AB som alltid har en viss olinjäritet kring nollan.

[Morello]

å sen blir transkonduktansen avsevärt högre pga den höga viloströmmen. En viss reduktion av dist är att vänta. Å andra sidan blir de termiska problemen extrema om effekten ska vara stor.

[perdan]

hur mycket ström drar det?

Och är det linjärt?
Jag menar drar ett 100 w klass A
dubbelt så mycket ström som ett 50 w klass A

/Danne

[Svante]

Svaren hittills har gällt konstruktionstekniska fördelar/nackdelar. Lite har sagts om vad slutresultatet blir på audiosignalen. Svaret på den frågan har inte jag, men som alltid annars går det att designa både klass A och AB fel, så att de låter illa. I slutändan måste man alltså mäta om det blev bra eller inte, tex genom en distorsionsmätning, ett F/E-test eller nåt annat blint. Klass A i sig är ingen garanti för välljud.

[DQ-20]

hur mycket ström drar det?

Och är det linjärt?
Jag menar drar ett 100 w klass A
dubbelt så mycket ström som ett 50 w klass A

/Danne

Vilken ström menar du? Från väggurtaget eller genom sluttransistorerna? Strömmen ur vägguttaget kommer att dubblas (ungefär) eftersom förlusteffekten dubblas (spänningen konstant). Strömmen genom sluttrissorna måste ökas med sqrt(2) samtidigt som matningsspänningen måste höjas med sqrt(2) ungefär för att ge dubbla uteeffekten i samma last.

/Dahlqvist

PS. Min egen uppfattning är att effektsteg i klass A är för amatörer. Ett kritiskt förspännt klass B-steg har försvinnande låga mängder övergångsdist om man har justerat det korrekt och har biaskretsar som kan kompensera biasdrift under dynamiska förhållanden.

[Kraniet]

ett klass A steg drar väl lika mycket ström hela tiden? det är väl bara effektivt när man spelar max utnivå? under det så bränner man bara ström i kylflänsarna..

så har man elelement hemma kan man ju stänga av dom och köpa klass A i stället. då får man ju både ljud och värme!

edit: sett ifrån den synvinkeln borde ju klass A ge ekonomiska fördelar..

[Nattlorden]

Ekonomisk klass A/B.... A vintertid och B sommartid...

[Morello]

Klass A tycker jag är utmärkt för småsignalprylar (försteg, samt alla steg i slutsteg förutom utgångssteg och driver).

När man konstruerar slutsteg, med klassisk arkitektur, bör man i alla fall låta följaren efter GE-steget arbeta i klass A, för att undvika svåra olinjäriteter i den impedans som lastar GE-steget. GE-stegets utgång är höhohmig(många kohm) och extremt känsligt för olinjära laster.

[DQ-20]

ett klass A steg drar väl lika mycket ström hela tiden?

Inte nödvändigtvis. Det är dessutom en möjlig konsekvens av klass A, inte en del av definitionen (dvs. att alla de aktiva komponenterna arbetar med hela signalen).

/Dahlqvist

[Pipes_vinylgud]

[quote="Morello"]Klass A tycker jag är utmärkt för småsignalprylar (försteg, samt alla steg i slutsteg förutom utgångssteg och driver).
quote]

Varför inte i utgångssteg och driver?

[DQ-20]

Klass A tycker jag är utmärkt för småsignalprylar (försteg, samt alla steg i slutsteg förutom utgångssteg och driver).

Varför inte i utgångssteg och driver?

Det är först när apparaten måste lämna betydande effekt i lasten som de verkligt stora problemen med klass A uppstår. I de tidigare stegen kan man tillgodogöra sig fördelarna med klass A (som ge sig till uttryck i hög linjäritet och stabilitet) utan några nackdelar i form av enorma effektförluster. I ett välkonstruerat slutsteg av normalt snitt med transistorer och global feedback uppstår i princip all mätbar distortion som en konsekvens av olinjäriteter i utgångssteg+driver. Klass A i effektstegen kan lösa en del av problemen men det är onödigt och inte särskilt elegant. Måste man välja, och det måste i princip alla, så är en ökning av uteffekten viktigare än en akademisk sänkning av distortionen. Ett lastokänsligt klass A steg på ca 250 watt per kanal går inte att ha i samma rum som man lyssnar pga av värmeutvecklingen. Tycker jag. Men visst finns det undantag där klass A slutsteg driva högtalaren till stora ljudtryck trots ringa uteffekt (under 20 W). Men en sådan högtalare kommer med all sannolikhet ha så hög distortion så att (de akademiska) vinsterna med klass A är bortkastade i alla fall.

/Dahlqvist

[Bill50x]

Det talas en del i den här tråden om klass A kontra klass B. Men i realiteten är det väl inte många steg som går i ren klass B? Normalt är väl klass AB, dvs att slutsteget går i klass A upp till en viss effekt, säg en 10-20% av full effekt, och sedan går i klass B. Under normala förhållanden (dvs inte alltför tungdrivna högtalare och grannvänliga lyssningsnivåer) betyder det att förstärkaren i stort sett går i klass A hela tiden utom vid transienter och kanske tung bas.

Eller?

/ B

[Morello]

Ett typiskt AB-steg med lite högre effekt har sisådär 150 mA viloström , vilket innebär sisådär 0.75 W i 8 ohm klass A

[DQ-20]

Det talas en del i den här tråden om klass A kontra klass B. Men i realiteten är det väl inte många steg som går i ren klass B? Normalt är väl klass AB, dvs att slutsteget går i klass A upp till en viss effekt, säg en 10-20% av full effekt, och sedan går i klass B. Under normala förhållanden (dvs inte alltför tungdrivna högtalare och grannvänliga lyssningsnivåer) betyder det att förstärkaren i stort sett går i klass A hela tiden utom vid transienter och kanske tung bas.

Eller?

/ B

I praktiken har klass B förstärkare som är avsedda för hela det hörbara området en liten biasström som är (eller bör vara) beroende av emittermotståndens storlek. Den är förhoppningsvis betydligt lägre än 10-20% än max ström. Se för övrigt Morellos svar. Det är också viktigt att denna bias inte ökar under dynamiska förhållanden för då ökar distortionen. Ett transistorsteg i klass AB med hög bias är helt enkelt Ingen Bra Idé. När jag tänker efter kan jag inte komma på något bra skäl för att konstruera transistoriserade effektsteg i klass A annat än att man är så medioker konstruktör att man inte kan konstruera ett klass B steg med tillräckligt låg distortion.

Elektronikvärlden hade en gång på tiden ett basförstärkarbygge (Big Bang) där utgångstransistorna var helt strypta. Det blev givetvis en del övergångsdistortion men pga av systemets begränsade bandbredd klarade man sig ganska lindrigt undan ändå.

/Dahlqvist

[Morello]

Dahlqvist,

Dynamisk/adaptiv bias är inte av ondo. Både Nelsson Pass, Krell och mark Levinsson använder/har använt detta för att minska värmeförlusterna. Systemet kan implementeras så att bias-kretsen tittar på strömmen genom utgångstrissorna ( egentligen känner man spänning över emitterrmotstånden) och reglerar biasen med avseende på detta.

Å andra sidan blir det katastrof om biasen minskar vid dynamiska förlopp.

[DQ-20]

Dahlqvist,

Dynamisk/adaptiv bias är inte av ondo. Både Nelsson Pass, Krell och mark Levinsson använder/har använt detta för att minska värmeförlusterna. Systemet kan implementeras så att bias-kretsen tittar på strömmen genom utgångstrissorna ( egentligen känner man spänning över emitterrmotstånden) och reglerar biasen med avseende på detta.

Å andra sidan blir det katastrof om biasen minskar vid dynamiska förlopp.

Adaptiv bias (för det är väl det som "sustained plateau bias" handlar om) är väl en förutsättning för att Krells höga biasnivåer skall fungera. Men jag undrar vad som är fördelen med detta när klass B förstärkare kan ges låga distortionsvärden med mot låga nivåer jämnt fallande distortion? Mer än att man i marknadsföringen kan kalla det "klass A" alltså. Om man titta Doug Selfs arbeten så rör han sig med ganska låga effekter (ca 100 W i 8 ohm). Inträffar det nya problem vi högre effektuttag som inte kan hanteras med en "vanlig" topologi?

Undrar,

Dahlqvist

[Pabo]

Jag gillar Dahlqvist

Morello

Adaptiv bias är riktigt lurigt enligt mig. Det finns egentligen bara ett sätt att mäta biasen genom emittermotstånden korrekt och det är precis när signalen passerar noll, eller rättare sagt, det är lämpligt att använda nollpassagen som triggare för mätningen.

Audio Amateur gjorde skäl för sitt namn då de presenterade en artikel för sju år sedan om en perfekt autiobiaserande krets. Problemet var att de inte hade testat den vid låga frekvenser. Vid höga frekvenser var den så långsam att det inte syntes att den inte fungerade. För att få den att fungera vid låga frekvenser var man tvungen att göra den så långsam att termisk avkänning fungerar bättre.

När det gäller optimal biasering så har Mr Self härlett fram och mätmässigt bevisat att 23mV mellan emittern och utgången är optimalt (dvs spänningen över emittermotståndet). Då fås nästan samma linjäritet som med klass-A.

[Fuling]

Läste någonstans att klass A-drift kan jämföras med att köra en bil med motorn på fullt varvtal och bestämma hastigheten med kopplingen. Effektivitet och liknande rasar i backen, men vilken acceleration man skulle få...

[Bill50x]

Läste någonstans att klass A-drift kan jämföras med att köra en bil med motorn på fullt varvtal och bestämma hastigheten med kopplingen. Effektivitet och liknande rasar i backen, men vilken acceleration man skulle få...

Snygg jämförelse!

"Elda för kråkorna" är en annan jämförelse, inte riktigt lika positiv...

[Svante]

Läste någonstans att klass A-drift kan jämföras med att köra en bil med motorn på fullt varvtal och bestämma hastigheten med kopplingen. Effektivitet och liknande rasar i backen, men vilken acceleration man skulle få...

Hehe, ja så är det ju. Fast ska man vara petig så ska man reglera farten med bromsen, eller en kombination av koppling och broms, så att effektuttaget (inte varvtalet) är konstant.

Parallellen borde hålla även på ett annat sätt; det blir väldigt mycket oljud från bilen även när man inte tar ut någon effekt. En nätdel till en klass-a-förstärkare får leverera full effekt även vid lågt effektuttag, vilket borde ge stort rippel i matningsspänningen. I princip borde detta kunna göra att en klass-a-förstärkare brummar mer vid låga signalnivåer. Förmodligen går det att fixa med en vettig design, men i princip finns den effekten.

[Pabo]

Vill bara korrigera mig själv. 23mV mellan emitter och utgång gäller alltså endast bipolära transistorer och i emitterföljarkonfiguration.

[Morello]

Pabo,

Detta är festligt. Jag har ganska precis 25 mV i en prototyp på labb-bänken. Viloströmmen är 75 mA per trissa(225 mA totalt).

[Pabo]

Har du skuvat tills du hittade minimum eller var det bara en slump?

[DQ-20]

Det kanske kan vara på sin plats att sammanfatta några saker om "tomgångsström" eller "quiescent current" som det heter på engelska, dvs den ström som genomlöper de aktiva komponenter som lämnar effekt till lasten när insignalen är 0 V. Jag vill påpeka att jag är lekman inom området så är det någon av proffsen som vill påpeka något så är det givetvis utmärkt. Men tror det är på plats att undanröja vissa missuppfattningar som jag tror inom hifikretsar om vad tomgångsström egentligen är bra för. Opps! Nedanstående gäller endast utgångssteg/effektsteg. Det finns fler saker, som exempelvis brus, som påverkas av tomgångsströmmen i småsignalkretsen.

När det gäller klass B-förstärkare (eller om man så vill klass AB med optimal tomgångsström) är tomgångströmen en konsekvens av den optimala spänningen mellan emitter och utgång (i en emitterföljare) som Pabo redan påpekat. Denna "tomgångspänning" kan man ställa in optimalt genom att hålla koll på thd i utgångsteget när man ställer in biasen, alternativt kan man ställa in ca 23-25 mV utan större distortionsökning från optimum (om man råkat låna ut sin Audio Precision just den dagen). Tomgångsströmmen är här en konsekvens av att man behöver ca 25 mV över emittermotståndet. Målet med att ställa "tomgångspänningen" är att på ett så sömlöst sätt som möjligt "limma ihop" signalhalvorna i utgångssteget. I själva "skarven" bör övergången vara så jämn som möjligt och det blir den inte om ena halvan ligger långt från strypning och den andra nära. Det skall vara "lagom", dvs optimalt. Det optimala överlappet är dock en funktion av spänning, inte ström. Därav att man ställer "tomgångsspänning" och inte strömmen.

När man dimensionerar ett klass A steg är däremot tomgångsströmmen en faktor som är direkt avgörande för hur mycket effekt (i klass A) som steget kan producera. Hög tomgångström är alltså ett krav för hög uteffekt, vilket det alltså inte är i ett klass B-steg. Om förstärkaren inte spänningsklipper före max utström i klass A så kommer den i praktiken vara en klass AB förstärkare med hög bias och sannolikt högre distortion i klass B än en förstärkare i med optimal bias i klass AB (klass B)*.
Alltså:
Klass B (optimal klass AB): tomgångströmmen är (i princip) godtycklig och är en konsekvens av emittermotståndens storlek eftersom man ställer spänningen.
Klass A: tomgångströmmen är direkt avgörande för uteffekten (i klass A).

Kontentant är att tomgångsströmmens storlek innebär lite olika saker beroende på förstärkarens funktionssätt. Det går inte entydigt att säga att mer är bättre i alla lägen.

*) med vissa undantag som Morello redan nämnt

/Dahlqvist

EDIT: PS.

Ville bara tillägga att ett altenativ till klass AB med hög bias är faktiskt.se klass G. I klass G har man två matningspänningar. Vid lägre effektuttag använder förstärkaren en låg matningsspänning. Vi högre spänningsswing switchar förstärkaren och använder sig av den högre matningsspänningen för en del av cykeln. Om man låter förstärkaren gå i klass A på den lägre matningsspänningen och switchar över till klass C på den högre matningen kan man spara rejält med effekt vid tomgång jämfört med klass AB med hög bias eftersom endast en mindre del av den maximalt tillgängliga spänningen då flyter genom sluttransistorerna. För en 100 W förstärkare med 30 W i klass A (i 8 ohm) handlar det om ca 60% lägre effektförbrukning jämfört med klass AB med motsvarande höga biasnivå.

[Aton]

Mätinstrument i all ära, öronen funkar de med: Sugdens klassiska A21A (integrerad 25W klass A) har gett den överlägset renaste diskantåtergivningen jag hört med mina JM-lab Cobalt högtalare. Stor skillnad mot andra förstärkare jag testat (ej klass A). Men ljudåtergivningens "kraft" och "dynamik" var inget att skryta med så baserat på helheten valde jag en annan förstärkare.

[Rapid]

Dahlqvist - Du menar att om man bygger ett slutsteg klass AB med komplementärparallell utgång så hjälper det inte att öka tomgångsströmmen genom utgångstransistorerna utan det finns en optimal punkt (25mV över emittermotstånden)?

Jag kan inte svära på att jag minns rätt för det var ett sommarlov sedan jag mätte på förstärkaren med audioprecision, men jag har för mig att när vi drog 800mA, så fick vi lägre THD+N än när vi hade 100mA. Även om steget har spänningsförstärkning=1 så borde väl högre transkonduktans ge lägre distorsion? Det känns som den borde bli mer linjär men jag vet inte

Jag kanske är helt ute o cyklar

MVH Mattias

[DQ-20]

Dahlqvist - Du menar att om man bygger ett slutsteg klass AB med komplementärparallell utgång så hjälper det inte att öka tomgångsströmmen genom utgångstransistorerna utan det finns en optimal punkt (25mV över emittermotstånden)?

Jag kan inte svära på att jag minns rätt för det var ett sommarlov sedan jag mätte på förstärkaren med audioprecision, men jag har för mig att när vi drog 800mA, så fick vi lägre THD+N än när vi hade 100mA. Även om steget har spänningsförstärkning=1 så borde väl högre transkonduktans ge lägre distorsion? Det känns som den borde bli mer linjär men jag vet inte

Jag kanske är helt ute o cyklar

MVH Mattias

800 mA genom typ 2*60 V och två kanaler! Surr surr, sa flugan, varmt och gott här i stugan.

Allvarligt talat: hur stort var spänningsfallet över emittermotstånden? 800 mA blir 25 mV om man har 7 parallella transistorpar med 0,22 ohms emittermotstånd för varje transistor:

0,22//0,22//0,22//0,22//0,22//0,22//0,22=0,0314 ohm

0,0314*0,8 A= 25,1 mV

Återigen: optimal bias i ett klass B-steg handlar som att ställa in en viss tomgångsspänning. Tomgångsströmmen blir vad det blir beroende på emittermotstånden storlek.

/D

PS. Jag tror det kan dock vara svårt att säga något om distortionsbeteendet för ett enskilt steg i enl förstärkare utan noggrann analys. Förändringar av arbetsförhållandena i ett steg kan ju påverkar distortionsbeteendet i ett annat. Mäter vi bara förstärkaren totalt är det svår att bena upp problemet.

[Rapid]

Tjena!
Matningspänning var +-15V och vi körde bara ett par transitorer på utgången med emittermotstånd på 0.22 ohm. Mono var det förresten Så det var mer än 25mV, runt 170mV om man räknar baklänges.

MVH Mattias

[Morello]

Har du skuvat tills du hittade minimum eller var det bara en slump?

Nu har jag gjort en bättre optimering, men landar inte på samma värden. Mätte 0.002% THD (10 V, 10 kHz, 8 ohm) med 120 mA / trissa. Med lägre bias ökar disten.

[DQ-20]

Tjena!
Matningspänning var +-15V och vi körde bara ett par transitorer på utgången med emittermotstånd på 0.22 ohm. Mono var det förresten Så det var mer än 25mV, runt 170mV om man räknar baklänges.

MVH Mattias

Vid vilken nivå (utspänning) mätte du distortionen, vid vilken frekvens och i vilken last? Vad blev värdet (på distortionen)?

Undrar,

/D

[Rapid]

THD+N vs frekvens vid 2.6Vrms ut



FFT av utsignal vid 2.6Vrms ut



FFT av utsignal vid 3.2Vrms ut



THD+N vs amplitud med 1kHz sinus. X-axeln visar insignalen till förstärkaren relaterat i dBV, dvs 0dBV är 1V sinus in. Jag kommer inte ihåg resistansernas värde i återkopplingsnätet (ändrade de emellanåt) men jag har för mig att det är runt 13 gångers förstärkning så det går att räkna baklänges vilken utsignal detta motsvarar.

Alla mätningar gjordes i en 8ohms konstlast (effektmotstånd på kylfläns) och 500mA viloström (110mV över emittermotståndet)
. Tyvärr sparade jag inga mätningar med lägre viloström i utgångssteget, så jag är ju inte säker på att det verkligen hjälpte med mer.

MVH Mattias

Edit: Smög in sig ett fel...

[DQ-20]

Alla mätningar gjordes i en 8ohms konstlast (effektmotstånd på kylfläns) och 500mA viloström (110mV över emittermotståndet)
. Tyvärr sparade jag inga mätningar med lägre viloström i utgångssteget, så jag är ju inte säker på att det verkligen hjälpte med mer.

MVH Mattias

Edit: Smög in sig ett fel...

Seriöst med mätningar! Ganska låg störnivå också. Jag hade lite svårt att se vissa kurvor på min skärm men om jag räknar rätt så ligger mätningarna inom det intervall där steget arbetar inom klass A. Någon övergångsdistortion är det då alltså inte tal om och då kan vi glömma det där med 25 mV. Men som sagt, jag hade lite svårt att se vissa (gula?) kurvor.

/D

[Rapid]

Tackar Jo det var gul färg inställd som default på utrustningen och jag visste inte hur man ändrade det Som sagt, ganska svårt att se mot den vita bakgrunden.

[Morello]

Rapid,

Disten är föredömligt låg. Bra jobbat

[Rapid]

Morello - Jag och en kompis gjorde den i analoga projekt på skolan. Jag har haft hela sommarlovet på mig att bygga men det blev inte av. Nu när skolan har börjat igen, har jag börjat bygga.... varför är man så dum att man väntar? Målet är att bli klar under jullovet men jag måste bygga aktiva filter och försteg samtidigt.