Внутренняя классификация усилителей класса D для "чайников"

[landco]

Здравствуйте! В комментарии призывается уважаемый Константин Мусатов.

Пожалуйста, поясните, кто в теме - класс Д в усилителях как-то классифицируется внутри себя? Я периодически слышу, что бывает цифровой класс Д и "нецифровой".


Очень трудно найти на эту тему адекватные ссылки в Гугле, может, кто-то из знающих напишет не слишком длинный, познавательный и в доступной форме гайд по теме для новичков?

Вот фрагмент для затравки, так скажем, который я откопал в сети, как минимум вижу классификацию по току покоя и типу преобразования входного сигнала (или отсутствия оного):

В усилителях класса D возможен режим непосредственного усиления цифровых сигналов без их преобразования в аналоговую форму. Когда аудиосигнал уже представлен в цифровом виде, информацию о величине сигнала и необходимом для его усиления напряжении питания можно получить заранее. Это используется в некоторых конструкциях, так что идея управления напряжением питания получила вторую жизнь.
Принцип работы усилителей этого класса состоит в том, что выходной каскад возбуждается импульсами прямоугольной формы. Затем последовательность прямоугольных импульсов поступает на усилитель мощности, работающий в ключевом режиме. Фильтр НЧ на выходе выделяет полезный сигнал, подавляя при этом несущую частоту, ее гармоники и боковые полосы спектра модуляции. КПД этих усилителей доходит до фантастической цифры 92-95%. Это преимущество особенно проявляется при усилении сигналов малого уровня. Однако искажения сигналов малого уровня больше, чем среднего. Коэффициент нелинейных искажений обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1%.
Усилители класса D, подобно их аналоговым собратьям, тоже разделяются на классы. Основное разделение идет по количеству уровней выходных импульсов:
два уровня (+U и - U) - режим AD
три уровня (+U, 0 и -U) - режим BD

Усилители в режиме AD подобны аналоговым усилителям класса A - потребляют значительный ток покоя. В режиме BD ток покоя отсутствует. Что же касается искажений, то они при прочих равных условиях зависят от способа модуляции и вида модулирующего сигнала.
односторонняя модуляция: смещается во времени только один фронт импульсов (передний или задний)
двухсторонняя модуляция: смещаются во времени оба фронта импульсов симметрично относительно момента тактирования
Модулирующие сигналы могут быть двух видов
непосредственно аналоговый сигнал (случайная дискретизация). Дополнительные искажения не возникают.
сигнал после схемы выборки-хранения (фиксированная дискретизация). Изменения формы импульсов приводят к дополнительным нелинейным искажениям сигнала.

[Мусатов Константин]

Да, классификация есть и я могу даже не знать все варианты архитектуры.
Так же, классификация идет по нескольким независимым параметрам.
1. По способу формирования исходной модуляции
Аналоговая - стоит компаратор, который преобразует аналоговый входной (или обработанный) сигнал в импульсный.
Этот вид модуляции можно разделить еще на классы: ШИМ, DSD, UcD и всякие смешанные варианты.
Цифровая - управляющий сигнал модуляции вычисляется математически. Но, по сути, он все равно сводится к тем же вариантам.

2. По наличию ООС. UcD модуляция не может быть без ООС, она и построена на ООС с самовозбуждением. Остальные виды модуляций могут применять ООС для коррекции результатов работы выходного каскада или же нет. Есть варианты коррекции вперед, например по напряжению питания или току через нагрузку.

3. По режимам работы выходного каскада.
AD - когда всегда открыт один из ключей, исключая время молчания (dead time), которое составляет проценты от периода. Ноль на выходе соответствует случаю, когда время открытого состояния ключей одинаковое.
BD - когда один из ключей открывается на некоторое время. При отсутствии сигнала практически не один ключ не открывается. Режим получается совсем экономичным, но вот выходной импеданс усилителя модулируется сигналом. При отсутствии сигнала вообще нет демпфирования. Применяется для самых дешевых решений.

4. По архитектуре выходного каскада:
Полумост - два ключа и двуполярный источник питания (или два емких конденсатора)
Мост - 4 ключа, работающих в противофазе
С суммированием мощности - несколько мостов или полумостов, работающих независимо и суммирующих результат через фильтры.

[landco]

2. По наличию ООС. UcD модуляция не может быть без ООС, она и построена на ООС с самовозбуждением. Остальные виды модуляций могут применять ООС для коррекции результатов работы выходного каскада или же нет. Есть варианты коррекции вперед, например по напряжению питания или току через нагрузку.

На форуме профмузыкального оборудования на этот счет говорят, мол, без ООС усилители класса Д годятся лишь на то, чтобы "трамваи озвучивать". Это правда?

- - - Добавлено - - -

1. По способу формирования исходной модуляции
Аналоговая - стоит компаратор, который преобразует аналоговый входной (или обработанный) сигнал в импульсный.
Этот вид модуляции можно разделить еще на классы: ШИМ, DSD, UcD и всякие смешанные варианты.
Цифровая - управляющий сигнал модуляции вычисляется математически. Но, по сути, он все равно сводится к тем же вариантам.

Я вот не понимаю, если скажем, на вход в УМ подается цифровой сигнал, коаксил или оптика, то бишь УМ у нас интегральный - какая там может быть аналоговая модуляция?

[landco]

4. По архитектуре выходного каскада:
Полумост - два ключа и двуполярный источник питания (или два емких конденсатора)
Мост - 4 ключа, работающих в противофазе
С суммированием мощности - несколько мостов или полумостов, работающих независимо и суммирующих результат через фильтры.

Кажется, если тип "мост", то к такому УМ нельзя подключать по высокому входу сабвуфер? Просто я подключал таким образом и без последствий, это характеризует архитектуру выходного каскада?

[Мусатов Константин]

На форуме профмузыкального оборудования на этот счет говорят, мол, без ООС усилители класса Д годятся лишь на то, чтобы "трамваи озвучивать". Это правда?

- - - Добавлено - - -



Я вот не понимаю, если скажем, на вход в УМ подается цифровой сигнал, коаксил или оптика, то бишь УМ у нас интегральный - какая там может быть аналоговая модуляция?

Аналоговые усилители с шим умножают напряжение питания на модуляцтю. Поскольку про усилители оптимизируют по цене, блоки питания у них с помехами и нестабильные. Потому нужна оос для компенсации.
Усилители с цифровыми и аналоговыми входаии обычно аналоговые, а цифра проходит через обычный цап.

[Мусатов Константин]

Кажется, если тип "мост", то к такому УМ нельзя подключать по высокому входу сабвуфер? Просто я подключал таким образом и без последствий, это характеризует архитектуру выходного каскада?

У мостовых усилителей. Что в классе Д, что в А, обе клеммы акустики не привязаны к земле

[landco]

У мостовых усилителей. Что в классе Д, что в А, обе клеммы акустики не привязаны к земле

Просто я встречал предупреждение у некоторых производителей сабвуферов (REL), что к мостовым нельзя подключать просто так по высокому входу без дополнительных манипуляций

[Мусатов Константин]

Просто я встречал предупреждение у некоторых производителей сабвуферов (REL), что к мостовым нельзя подключать просто так по высокому входу без дополнительных манипуляций

И это правильно

[landco]

спасибо!

И это правильно

[landco]

Мусатов Константин, а вы согласны с этим фрагментом из книги Дугласа Селфа, "Проектирование усилителей мощности звуковой частоты"? Правда, это издание 2009 года, но в издании 13 года точно такой же комментарий, цитата:

"Но самой плохой особенностью усилителей данного класса (D) является то, что они могут обеспечить достаточно плоскую АЧХ только при заданном импедансе нагрузки"

[Мусатов Константин]

Мусатов Константин, а вы согласны с этим фрагментом из книги Дугласа Селфа, "Проектирование усилителей мощности звуковой частоты"? Правда, это издание 2009 года, но в издании 13 года точно такой же комментарий, цитата:

"Но самой плохой особенностью усилителей данного класса (D) является то, что они могут обеспечить достаточно плоскую АЧХ только при заданном импедансе нагрузки"

Эти слова больше относятся к концу 80-х - началу 90-х годов. Да, тогда все еще рассматривали усилители в классе Д только с ШИМ возбудителем и ООС делалась для подавления пульсаций питающего напряжения и без возбуждения. Уже в начале 2000-х частоты работы дошли до 400 кГц, а потом появились и DSD решения с частотой в 2,5 и 5 МГц. UcD усилители работают с ООС далеко шире полосы усиления выходного каскада и используют самовозбуждение как раз благодаря ООС. Они получают и высокое подавление нестабильности питающего напряжения, аналогичное усилителям в классе АВ и подавление искажений.
По поводу импеданса нагрузки. У таких усилителей на выходе всегда есть LC фильтр, чаще одинарный, но бывает и двойной. Вносимый им импеданс начинает проявляться выше средних частот. А на НЧ импеданс современных усилителей в классе Д очень низкий и близок к резистивному.

[landco]

Вносимый им импеданс начинает проявляться выше средних частот.

Ну то есть соответствует правде цитата, с АЧХ там проблема?

[Мусатов Константин]

Ну то есть соответствует правде цитата, с АЧХ там проблема?

Я никакой особой проблемы не вижу. Очень мало АС с аномальным поведением импеданса выше средних частот. Обычно все импедансные проблемы на НЧ, где импеданс усилителя в классе Д очень низок.

[landco]

Я никакой особой проблемы не вижу. Очень мало АС с аномальным поведением импеданса выше средних частот. Обычно все импедансные проблемы на НЧ, где импеданс усилителя в классе Д очень низок.

спасибо и с наступающим!

[sensonic]

Фильтр НЧ на выходе выделяет полезный сигнал, подавляя при этом несущую частоту, ее гармоники и боковые полосы спектра модуляции.

Вот это общие слова, на самом деле как сами элементы ФНЧ так и элементы выходного каскда работают сообща и нет смысла отделять, как тут было сказано.
"Выделяет полезный сигнал" -что это такое? При работе понижающего конвертера это постоянная составляющая которая выгнет динамики. Значит ее надо удалить?
Значит надо подавить выделение полезного согнала? Видите как все не просто.

- - - Добавлено - - -

Остальные виды модуляций могут применять ООС для коррекции результатов работы выходного каскада или же нет.

Надо как обычно следить чтобы через нагрузку не протекал постоянный ток. Нужна ООС.