Klasse D

Her debatteres der klasse D forlemper og baglemper, samt princippet generelt.

Nielsen skrev: @Kaj

Jeg har lige gravet lidt dybere i forholdet omkring Zin på en klasse D amp.
Kristian var den, som lige kunne ryste det præcist ud af ærmet, fordi han lige har rodet med det.

Zin defineres af den modstand der er mellem input og virtual ground.
Til gengæld defineres gain af forholdet af denne modstand og feedbackmodstanden.
Så man skal lave Zin tilpas stor til at preampen kan trække det, men tilpas lav til at gain ikke bliver for lavt.

Det er som jeg sagde et kompromis mellem støj og Zin, dog ikke forstået på den måde, at lav Zin er en garanti for lav støj.
Man kan udmærket finde støjende klasse D trin, som også har lav Zin . .

Dit indlæg fra tråden "Pascal... " citeret ovenfor er det jeg har kredset om. Billedet. Den lave indgangsimpedans. Det er da bare en frekvenslineær lavimpedanset og strømstærk buffer/forforstærker der mangler. Og det kan da ikke være et problem? Men jeg kan godt se at mange producenter af forforstærkere endnu mangler at tænke det behov ind i konstruktionen. Det vil ellers kunne løse mange problemstillinger i en række sammenhænge. Ingen nævnt ingen glemt.

Jamen det er jo rigtigt, og den løsning anvendes skam også af mange, og den ses også på diagrammet til den ICEpower amp, som jeg linkede til.
Men reelt burde det ikke være noget problem, at drive ca. 2 KOhm for en god preamp. Så hvorfor egentlig indføre dette ekstra led?
Erfaringerne har så vist os, at sådan er det ikke helt, så hvis forstærkeren skal kunne anvendes universelt, så må der findes en løsning på det.
Det har vi så ikke haft brug for endnu, så vi driver bare de 2 KOhm direkte med preampen, og det går glimrende.

Kan man ikke blot lave et plugin modul, eller en lille knap, så man kan skifte mellem preamp/buffer og direkte.

Lidt som i gamle dage, hvor enhver forstærker med respekt have en "direct" knap så man kunne bypasse tonekontrollerne.

Kjeldsen skrev: Kan man ikke blot lave et plugin modul, eller en lille knap, så man kan skifte mellem preamp/buffer og direkte.

Lidt som i gamle dage, hvor enhver forstærker med respekt have en "direct" knap så man kunne bypasse tonekontrollerne.

Jo, men hvorfor lave en omskifter? Fremstil en nul gain buffer med frekvenslineær indgangsimpedans efter eget ønske og en frekvenslineær lav udgangsimpedans i en lydkvalitet på niveau med eller bedre end udgangstrinnet? Det kan jeg ikke se er umuligt at tilføje. Med bufferen foran fungerer indgangstrinnet, som i enhver anden forstærker og udvider dermed anvendelsen af forskellige forforstærkere. Samtidig bliver effekttrinnets modkobling stabil og uafhængig af den tilsluttede signalkildes egenskaber og parametre.

Vi har prøvet at lave en sådan buffer efter alle kunstens regler.
Det virkede bare ikke tilfredsstillende desværre.
Uden buffer var den bedst.

Nielsen skrev: Vi har prøvet at lave en sådan buffer efter alle kunstens regler.
Det virkede bare ikke tilfredsstillende desværre.
Uden buffer var den bedst.

Buffer eller ikke buffer. Preamp. Kald det hvad du vil. Du må da bruge et eller andet til at drive forstærkeren med når du tester dens gengivelse. Og det er ........?

Vores preamp

Er det så ikke blot at bygge denne preamp ind i kassen, så er den vel universielt anvendelig? Eller man kan tilkøbe det som en option.

Jamen man kan da sikkert gøre mange forskellige ting.
Det mest almindelige ser ud til, at være anvendelse af en op-amp som buffer i indgangen.
Jeff Rowland bruger en tilpasningstransformer fra Lundahl, og der er sikkert andre fine løsninger på det problem.
Ingen af delene er noget der tiltaler mig, så jeg tænker i andre baner.

For det første så har vi ikke problemer med, at drive vores power amp med vores forforstærker.
Den nye power amp vi roder med, får helt sikkert ikke nogen højere Zin, så det er status quo.
På den længere bane så tænker jeg mere i PCM/PWM eller PDM konvertering, og så er vi jo ovre i transmissionslinier med Zk på 75 Ohm el. 110 Ohm, og så er problemet jo løst en gang for alle :silly:

Men man kan jo selv prøve, om de moduler man har kan drives ordentligt af den forforstærker man har eller ej. Og så kan man jo handle ud fra det.
Men egentlig burde 2 KOhm slet ikke udgøre et problem.
Den typiske Zout på en pre er 50 - 100 Ohm, og spændingen er typisk <1,5V for fuld udstyring, så der løber ikke megen strøm ind i det indgangstrin, faktisk vil det være nede omkring 1 mA, men jeg må opfordre til, at prøve selv, og vurdere hvorvidt det er go eller nogo.

Der er en række ting omkring klasse D, som jeg mener er værd at vide, og det er så altid nemmest, når man sammenligner med f.eks. klasse A/B.

Hvis man kigger på en klasse A/B forstærker, så er den konceptuelt lineær frem til udgangstrinnet.
Udgangstrinnet er ikke lineært, idet det lider af cross over forvrængning.

Tilsvarende kan man kigge på en klasse D forstærker, og selvom mange nok vil tro noget andet, så er klasse D forstærkere faktisk konceptuelt lineære.

Når man taler om konceptuel linearitet, så er det uden modkobling, og her er der kun visse klasse D forstærkere, som kan komme i betragtning. De selvoscilerende er ikke lineære uden feed back.

Og når man så er i gang, så er klasse D faktisk mere termisk stabile, de er mere holdbare, og de er mere immune overfor støj.
Oven i det kan man så lægge, at de også er væsentlig billigere at producere, og at de har meget højere PSRR.

Det var vist lidt af en mundfuld, kan man sige

Overfor klasse A/B er der med andre ord en hel del fordele at høste.
Sammenligner man med klasse A, så er klasse A i lighed med klasse D konceptuel lineær, så her vil det hovedsagelig være effektivitet, produktionspris, holdbarhed og PSRR, som kan bruges som argument for klasse D, men det er vel også ganske substantielt.

Måler man på de forskellige forstærkertyper, så er der nogle forhold, som bliver tydelige.
Zout er så lav på de bedste klasse D amps, at kun de mest gigantiske klasse A/B forstærkere kan hænge på.
THD på en klasse A/B forstærker bør teoretisk være større ved lave niveauer end ved højere, og netop det ses på THD vs Power målinger på disse forstærkere. Det skyldes selvfølgelig cross over forvrængning, som ved klasse A/B forstærkere ligger i nærheden af nul gennemgang.
Klasse D forstærkere lider ikke af dette fænomen, og har meget lavere THD ved svage niveauer.
Omvendt så er det sjældent, at klasse D kan hamle op med klasse A/B´s THD ved større effekter, ligesom klasse A/B har fordele ved store effekter ved høje frekvenser.
Det sidste er ligegyldigt i audio, og man skal også huske på, at den gennemsnitlige effektafsættelse i en højtaler ligger noget under fuld power.
Alt i alt taler meget af ovenstående for klasse D.
Downsides er selvfølgelig kompleksiteten. Det er ikke bare lige sådan, at lave en klasse D amp, som fungerer godt og stabilt.
Der er også EMC at tage hensyn til, og så indgår der temmelig mange komponenter i sådan et bæst.
Den er med andre ord slet ikke DIY venlig.
Klasse D amps har også brug for en masse overvågning, fordi de ellers futter af, når man fjerner belastningen eller tænder og slukker osv. Det er med andre ord ikke bare forstærkeren der skal designes, men også en hulens masse sikkerhed.

Som det nok fremgår af det skrevne allerede, så er det altså klasse A forstærkere, som man skal sammenligne klasse D typerne med.
For mange vil det nok lyde temmelig betonet, men det er faktisk realiteterne.
Af alle de grunde der er nævnt + sikkert endnu flere, så er klasse D så helt naturligt havnet i hænderne på ingeniører i lidt større virksomheder, hvor man har skarpt fokus på omkostninger vs kvalitet. Det er der ikke noget som helst galt i, men sagt lige ud hvornår har nogen sidst set en rådyr klasse A forstærker med en billig op-amp som indgangsbuffer?
Det ser man naturligvis kun sjældent, (Accuphase kunne være undtagelsen) men i klasse D er det mere reglen end undtagelsen.

Er forholdene mellem Pre og Effekt ikke lidt det samme som mellem Effekt og højttaler ? Altså at jo nemmere højttaleren er at drive, jo bedre lyder effektforstærkeren ?

Ribbontweeter skrev: Er forholdene mellem Pre og Effekt ikke lidt det samme som mellem Effekt og højttaler ? Altså at jo nemmere højttaleren er at drive, jo bedre lyder effektforstærkeren ?

Principielt jo.
Men man hæver ikke sådan lige Zin på en klasse D forstærker.

Nielsen skrev:

Ribbontweeter skrev: Er forholdene mellem Pre og Effekt ikke lidt det samme som mellem Effekt og højttaler ? Altså at jo nemmere højttaleren er at drive, jo bedre lyder effektforstærkeren ?

Principielt jo.
Men man hæver ikke sådan lige Zin på en klasse D forstærker.

Det gør man heller ikke på en højttaler med mindre man vil have en effektmodstand stående på størrelse med en radiator.
Men når man (jeg) laver en højttaler vil man (jeg) gerne have at forstærkeren for de bedste betingelser at arbejde med.
Sådan ville jeg nok også gøre med forstærkere hvis jeg havde forstand på det.

Jeg ved godt at mange højttalerproducenter ser stort på hvordan belastningen af forstærkeren er, men ingen forstærker er vel helt ligeglad med hvad den får af belastning ?

Kan den opamp/buffer der sidder på de fleste kl.d moduler ikke gøres så god at den er bedre end at byde forforstærkeren en 2 kohm belastning ?

Når Nielsen's preamp leverer varen i modsætning til alt andet er opgaven at analysere på hvilken måde den skiller sig ud. Ud fra det laver man et buffertrin til at sætte foran. Hvorfor gør det sværere end det er?

Kigger man igen på principdiagrammet øverst på denne side vil man konstatere at bufferen og dens Zout indgår i klasse D forstærkerens modkoblingskredsløb. Men ikke nok med det. Bufferens egen modkoblingskredsløb bringes til at arbejde med det samme signalmateriale. Og selv om den ikke behøver at forstærke signalet skal den kunne tåle at arbejde med lydsignalet på bedste vis, samtidig med at den udsættes for klasse D forstærkerens signalmateriale. Herunder dens switchfrekvens, som betyder at bufferens Zout skal være lav (tilnærmet nul ohm) og lineær til langt over switchfrekvensen. Alt andet lige. Og det kan jeg godt forestille mig at en opamp buffer kan få sine vanskeligheder med at indfri. Bufferens opgave er i metaforisk forstand at lave en "firewall" mellem en passende høj og frekvenslineær indgangsimpedans og klasse D forstærkerens krav til "drive".

Det kan ikke være en umulig opgave for Nielsen's team, som dog på nuværende tidspunkt - fornemmer jeg - har rettet fokus på at føde klasse D forstærkeren med et rent digitalt signal.