Klass-D, vad är problemet?

[BengtO]

Det kommer ju mer och mer prylar, speciellt bas-slutsteg i denna teknik. Men det kryllar inte direkt av "fullregisterslutsteg" som använder det, varför? Visst finns det några men inte jättemånga..

Är det pga det låter sämre, eller är det dyrare att konstruera?

[silvervarg]

När man kör klass D så får manegentligen en elakt upphackad signal med massor av höga övertoner ut. Detta löser man genom att ha ett utgångsfilter som skall ta bort övertonerna och jämna ut den kvarvarande signalen så att det låter bra.

Fler oktaver mellan signalen man vill ha kvar och övertonerna som man vill filtrera bort gör det mycket enklare att bygga ett bra filter. Därför är det mycket lättare att göra en bra subförstärkare i klass-D.
Mycket snabba transistorer i utgångssteget som klarar höga strömmar är väldigt viktigt, och dessa har blivit så pass snabba senaste årtiondet så att det nu går att bygga hyfsat bra klass-D steg.

Filosofiskt så känner jag att det är tveksamt att först göra så att signalen blir felaktig för att sedan försöka rätta till den med ett avancerat filter.
Ungefär som att först tillåts DC i signalen och sedan stoppa DC men en konding.
Visst, det går att göra på det sättet eftersom det har sina fördelar, men känns det inte trevligare att bahandla signalen "rätt" från början?

[Svante]

Man kan ju tillägga att anledningen att använda klass D överhuvudtaget är den höga verkningsgraden. Och hög verkningsgrad vill man inte i första hand ha för att el är så dyrt, utan för att det bildas mycket värme om man har låg verkningsgrad. Värme är dyrt att kyla bort (stora kylflänsar, fläktar etc) och kräver effekttåliga komponenter.

Det finns också en tänkbar poäng i att ett klass D-steg skulle kunna matas direkt med en sån där dataström som ligger på SACD, alltså, slutsteget blir även D/A-omvandlare. Tror jag. Görs det, någon som vet?

[Morello]

Mja, det där resonamnaget torde bara gälla pulsbreddsmodulerade steg, inte sant?

[BengtO]

Mja, det där resonamnaget torde bara gälla pulsbreddsmodulerade steg, inte sant?

vilket resonemang och vad betyder det?

[Bill50x]

Filosofiskt så känner jag att det är tveksamt att först göra så att signalen blir felaktig för att sedan försöka rätta till den med ett avancerat filter.

Du menar ungefär som att digitalisera ett analogt ljud och sedan omvandla tillbaka till analogt för att kunna lyssna...

/ B

[Pabo]

Alla klass d förstärkare är analoga. Det man lyssnar på är medelvärdet av en högfrekvent fyrkantspuls. I varje ögonblick motsvarar alltså medelvärdet hos fyrkantspulsen musiksignalen. En digital signal kan endast tolkas som ett eller noll oavsett om den är nästan ett, lite mer än ett, nära noll osv. Dessutom tolkas en digital signal endast ett givet antal gånger per sekund medan fyrkantspulsen innan utgångsfiltret i en klass d förstärkare tolkas kontinuerligt av örat.

Verkningsgraden är en stor fördel. Detta ger naturligtvis mindre värme men också fördelar som en audiofil kan tänkas höra. Bland dessa fördelar finns, mindre belastning på strömförsörjningen d.v.s. man "ökar" storleken på strömförsörjningen genom att byta till klass d. Mindre belastning på nätet ger lägre strömamplituder och därmed lägre störningar som andra apparater kan plocka upp.

Linjäriteten hos klass d förstärkare är idag så bra att man kan jämföra dem med klass ab och klass b. Utgångsfiltret ger dock nackdelar i form av högre utimpedans vid höga frekvenser vilket i sin tur medför krokig frekvensgång om lasten är besvärlig.

Det finns ett flertal olika klass d tekniker. Alla är inte som jag har beskrivit ovan. De som kallas "digitala" har en digital kärna som styr pulsbredden i utgångssteget. Dessa är de sämsta tänkbara vad gäller brus, olinjäritet samt PSRR.

[Svante]

Men har jag drömt att man pratar om att skicka ut en SACD-dataström direkt till en H-brygga? Kanske ställer det orimliga krav på matningsspänningens stabilitet?

[Joav]

Nu är jag ute på djupt vatten och kommer säkert bli rättad men jag fick lära mig på elläran att de flesta D/A jobbar med just PWM
Vet inte om det gäller hiend omvandlare
Detta skulle betyda att alla som ha cd osv har D-klass

[Svante]

Nu är jag ute på djupt vatten och kommer säkert bli rättad men jag fick lära mig på elläran att de flesta D/A jobbar med just PWM
Vet inte om det gäller hiend omvandlare
Detta skulle betyda att alla som ha cd osv har D-klass

I någon mening gör väl 1-bitsomvandlare det, ja.

Klass D-effektförstärkare har det lite svårare, eftersom de måste leverera såpass mycket effekt, och därmed inte har en lika stabil matningsspänning. Dessutom är det svårare att switcha höga effekter snabbt, än låga.

Fast även jag är ute på tungt vatten här.

[Jax]

Parallella D/A omvandlar PCM direkt till spännings- eller strömnivåer.

Det börjar dock bli vanligast med deltasigmaomvandlare och de jobbar väl i viss mån ungefär som PWM. Det som är lagrat på en CD är dock PCM.

[Svante]

Parallella D/A omvandlar PCM direkt till spännings- eller strömnivåer.

Det börjar dock bli vanligast med deltasigmaomvandlare och de jobbar väl i viss mån ungefär som PWM. Det som är lagrat på en CD är dock PCM.

Ja, men på SACD är det ju en PWM-bastard. Och deltasigma kan vara flerbits, dvs en hybrid av PWM och PCM.

[Pabo]

Svante

SHARP har gjort en bits klass d dvs pulsdensitetsförstärkare. Precis som du säger ställer det oerhört höga krav på switchhastighet samt maningsspänning. Denna teknik är bland det sämsta vad gäller pris/komplexitet vs prestanda.

[Svante]

Svante

SHARP har gjort en bits klass d dvs pulsdensitetsförstärkare. Precis som du säger ställer det oerhört höga krav på switchhastighet samt maningsspänning. Denna teknik är bland det sämsta vad gäller pris/komplexitet vs prestanda.

Ja, det är lustigt, för det verkar ju så enkelt och rent när man tänker på hur man skulle bygga den. Dataströmmen direkt till trissorna bara...

[krellmaster]

Den tekniken framställdes som enkel, energisparande å den skulle bli mycket billig om nåra år men det var visst inte så lätt att få till det, än så länge är det väl bara Sharp som har testat.....

[silvervarg]

Du menar ungefär som att digitalisera ett analogt ljud och sedan omvandla tillbaka till analogt för att kunna lyssna...

Faktiskt en kul poäng som Bill50x har, men det beror också på vad man anser är praktiskt rimligt att anse vara originalljudet.
Riktiga originalet är analogt ljud, men i nästan alla fall av inspelning så måste man mixa ljudet. Valet står då mellan att köra många varvs mixning analogt och få försämring i varje steg (och använda mycket dyr och krånglig utrustning) eller att digitalisera in all musik och mixa allt digitalt utan förluster så att man kan mixa i godtyckligt många steg med billig och lätthanterlig utrustning.
I praktiken har detta gjort att alla har gått över till digital mixning. När den digitala mixningen är klar så har man det färdiga originalet. Jag vill därför påstå att originalet är i digital form.
Nu kan man välja att spara ut detta original digitalt (t.ex. på CD) eller omvandla till analogt (t.ex. LP). Om man skriver ut det digitalt så skall man förr eller senare omvandla till analogt så frågan är bara när i kedjan man gör detta.
Om man däremot har gjort omvanligingen digitalt->analogt före slutsteget och sedan gör analogt->digitalt->analogt i slutsteget så har man tillfört en extra omvandlig.
Om man däremot tar en digital signal från t.ex. CD direkt in i ett klass D-steg så har man inte tillfört någon extra omvandling. Jag har dock inte träffat på något steg som jobbar på detta viset ännu.

[Naqref]

Om man däremot tar en digital signal från t.ex. CD direkt in i ett klass D-steg så har man inte tillfört någon extra omvandling. Jag har dock inte träffat på något steg som jobbar på detta viset ännu.

Tact. Tror de är de enda som jobbar helt digitalt av klass-d-stegen. Alla andra är analoga (förutom valet av switchfrekvens som är digitalt styrt i vissa).

[manger]

Blir inte klok på TacT/Lyngdorf. Förstärkarna är Klass D pwm och har en hel hög med digitala ingångsalternativ; 3 x SPDIF Cinch, 1 x optisk, 1 x AES/EBU XLR, 1 x 5 pol XLR (för ext. AD-omv.). Det står inte skrivet någonstans men jag tolkar detta som att den digitala signalen från CDn* förblir digital ända fram till slutfilterna innan högtalarkontakterna. Eller är det något jag missuppfattat?

* Förutsatt att man använder den digitala utgången från CD-spelaren.

[Snickers-is]

TacT, Harmann Kardon og Sony har heldigitale forsterkere. De bruker en koding som likner på PWM. I tillegg krever dette en ganske komplisert krets for feilkorreksjon så det er langt på vei ikke mer optimalt enn å kjøre analog PWM.

Begrensningene i klasse D ligger ikke så langt unna de i klasse AB selv om det psykisk virker litt rart å ha et filter i utgangen. Begrensningene i dette filteret i audioområdet er såpass små at de er sammenliknbare med de i klasse AB sine transistorer. Transistorene som brukes i klasse D har ekstremt lav impedans og høy slew rate.

Begrensningene i båndbredde er omtrent som effektbåndbredden på en klasse AB. Imidlertid kan klasse AB gå høyere i frekvens ved svært lave effekter.

Klasse D har et stort fortrinn når det gjelder å kontrollere reaktie laster. I alle andre sammenhenger der man elektronisk styrer reaktive laster har man gått over til PWM. Dette fordi en reaktiv last og en resistiv last i prinsippet er det samme for en PWM-krets. For en linjær transistorkrets vil en kraftig reaktiv last få kretsen til å bryte helt sammen.

Klasse AB-forsterkere benytter effekttransistorer i hele sitt arbeidsområde. Det ligger mange ulinjæriteter i dette området, spesiellt når man nærmer seg null strøm, men også andre steder. Disse overføres direkte til forvrengning og dessverre ofte av høye harmoniske komponenter. Klasse D er tidstyrt og bruker ikke disse delene av transistorens arbeidsområde. Derfor vil de ikke generere denne formen for forvrengning.

Klasse D er også uten tilbakekobling gjennom utgangssteget. De må tilbakekobles globalt om man ønsker dette. I de aller fleste tilfeller vil dette være en fordel. Det har vist seg å være en stor fordel å bruke "post filter feedback" hvor man altså inkluderer utgangsfilteret i loopen. Dette benyttes på blant annet ICE-power, UCD og NuForce.

De største bidragsyterne til harmonisk forvrengning i klasse D ligger i metning i utgangsspolen, timing av utgangstransistorene og stige/synketid på utgangstransistorene. Selve moduleringskretsen kan også forårsake forvrengning, men mange av disse er etter hvert blitt meget bra.

I dag klarer mange klasse D-konstruksjoner omkring 50kHz analog båndbredde, og noen få hevder å ha klart 100kHz men dette er etter hva jeg har sett ikke veldig godt dokumentert. Forvrengningskomponentene ligger ofte i relasjon til båndbredden og man kan på de fleste klasse D tydelig kjenne igjen faktorer i det hørbare området som har relasjon til hvordan de er bygget. Disse faktorene er i størrelse ikke større enn for mange tilsvarende klasse AB-konstruksjoner men de tar ofte andre mønstre. Klasse D er for eksempel ofte dominert av lave harmoniske.

En typisk klasse D består i hovedsak av modulator, feedback og utgangstrinn.

De vanligste kretsene kan deles inn i selvoscillerende og klokkede. De klokkede bruker en fast klokke og genererer selve switchingen uavhengig av feilkoreksjon. Denne tilføres i sin tur analogt inn før modulatoren slik at signalet kommer feilkorrigert inn til selve modulatoren. På selvoscillerende forsterkere vil deler av, eller hele feilkorreksjonen ligge i selve feedbacken. Man utnytter da forsinkelsen i hele kretsen til å få den i selvsving. Svingefrekvens og pulsbredder vil da hele tiden gjenspeile forhldet mellom ut og innsignal.

Selve feedbacksløyfene kan enten hentes før utgangstrinnet, mellom effekttransistorene og filteret eller etter filteret. Alt som hentes før filteret blir i prinsippet også filtrert i et eget filter for å skape en referanse. Man har da i liten grad kontroll på lasten gjennom motkoblingen da et eventuelt spenningsfall over filteret ikke synes i motkoblingen. Om man henter motkobling etter filteret får man en tregere sløyfe, men den gjenspeiler realiteten på utgangen og kan for eksempel kompensere for lastavhengighet og forvrengning i utgangsfilteret.

UcD bruker post filter feedback mens ICE-power bruker både post og pre filter feedback.

Her er en interessant liste over en del patenter på klasse D:
http://www.acutechnology.com/ClassD/Pat_list.html

Her er en svært informativ sak om klokkede klasse D-forsterkere:
http://www.irf.com/product-info/audio/c ... torial.pdf