Przegląd wzmacniaczy m.cz. fonii. Wady i zalety wzmacniaczy klasy D
Transkrypt
Przegląd wzmacniaczy m.cz. fonii. Wady i zalety wzmacniaczy klasy D
Przegląd wzmacniaczy m.cz. fonii. Wady i zalety wzmacniaczy klasy D Przegląd wzmacniaczy m.cz. fonii. Wady i zalety wzmacniaczy klasy D Wzmacniaczom klasy D przyświeca ta sama „idea przewodnia”, co zasilaczom – przetwornicom napięcia, i niemal wszystkim układom pracującym impulsowo. Moc nie wydziela się na tranzystorze, zarówno włączonym jak i wyłączonym, zaś bywa znacząca w „obszarze przejścia” (między on i off). W pierwszym przypadku zerowe jest napięcie, w drugim – prąd, a moc to iloczyn tych dwu wielkości. Na elemencie pracującym liniowo, występuje równocześnie, i spadek napięcia, i płynie prąd. Dlatego unika się „tego trybu”, a także w układach impulsowych, przełączanie ma być szybkie, bo energia, to oprócz iloczynu prądu i napięcia, jeszcze „całka po czasie”. Ideę pracy wzmacniacza fonii w klasie D pokazuje poniższy rysunek 5. +UB + komparator + inwerter - generator przebiegu trójkątnego -UB Rys. 5 Wzmacniacz klasy D wykorzystuje modulator PWM, końcówkę mocy, w której tranzystory pracują, jako klucze, oraz filtr dolnoprzepustowy dla odzyskania analogowej repliki sygnału fonii Klasa D wzmacniacza m.cz. bywa nazywana cyfrową-digital. To zbieg okoliczności, i „D” nie ma nic wspólnego z Digital. Aczkolwiek tranzystory wyjściowe pracują w dwu stanach, on i off. Pracują, jako klucze. Podstawowym blokiem, jest zaś modulator PWM, który ma zamienić sygnał analogowy na dwustanowy, w którym jednak nie zginie informacja analogowa. Aby tak było, przetwarzanie PWM musi odbywać się z częstotliwością ponadakustyczną. Zdecydowanie szybciej aniżeli ulega zmianie wartość sygnału analogowego. Ale to tylko jeden z warunków. A także wszelkie koniugacje z cyfryzacją sygnału, częstotliwością Nyquista itp., są błędem, często spotykanym w powszechnym rozumieniu, a także w literaturze na ten temat. Praca modulatora szerokości impulsów (Pulse Width Modulator) polega na przełączaniu tranzystorów-kluczy tak, aby w czasie ich włączenia (szerokości impulsów) zawarta była informacja analogowa. I dobrze jest, jeśli częstotliwość pracy modulatora jest 10-cio krotnie wyższa (nie dwukrotnie jak nakazuje zasada Nyquista) od maksymalnej częstotliwości sygnału analogowego. Skoro „ten” zawiera się w paśmie 20kHz, modulator PWM często pracuje na 200-tu kilohertzach. Podstawową zasadą „zachowania informacji analogoRL wej”, jest nie wniesienie do niej „nowych zniekształceń”. Rysunek 5 pokazuje najprostszą realizację. Komparator porównuje wartość sygnału analogowego z trójkątnym przebiegiem generatora. Odstępstwa od „liniowości trójkąta”, to już pierwsze źródło potencjalnych zniekształceń. A więc, to też pierwszy warunek, „trójkąt” musi być „wzorcowy”. Nowym elementem, we wzmacniaczu klasy D (nieobecnym w „dotychczasowych”), jest filtr dolnoprzepustowy, zwykle złożony z cewki i kondensatora, czyli wykonany, jako filtr LC. Sygnał na wyjściu wzmacniacza, w stopniu kluczującym, nawet, jeśli zawiera wierną „informację analogową”, wzmocniony sygnał m.cz., zawiera taż bogate widmo składowych wysokoczęstotliwościowych. Należy je przed głośnikiem odfiltrować, nawet, jeśli (z uwagi na zakres ponadakustyczny), nie jesteśmy ich w stanie usłyszeć. SERWIS ELEKTRONIKI Przegląd wzmacniaczy m.cz. fonii. Wady i zalety wzmacniaczy klasy D Cała komplikacja układowa klasy D podyktowana jest przesłanką podniesienia sprawności. Wcześniej wymienialiśmy wartości 25%, 50%, 78% jako teoretyczne maksimum. Jaką wartość należy tu wpisać? 100%. Ale teoretycznie. Sprawność wzmacniaczy klasy D bywa faktycznie bardzo wysoka. I 90% osiągane jest „bardzo praktycznie”. Ale okupione jest to nie tylko komplikacją układową. Wzmacniacze klasy D mają „wrodzone” szereg wad, nieobecnych i nieznanych „analogowym konkurentom”. Nieuchronne „nowe zniekształcenia”, to tylko jedne z nich, i wcale nie najtrudniejsze „do opanowania”. Obecność wysokoczęstotliwościowych składowych w stopniu kluczującym sprawia, że taki układ „sieje” sporo zakłóceń, nawet, jeśli uda się je odfiltrować od głośnika. Walka z nimi, nie polega tylko na rozwiązaniach układowych. Rygorystyczne są zasady projektu płytki PCB, prowadzenia ścieżek obwodu drukowanego. Bywa także konieczne ekranowanie fragmentów, lub całego wzmacniacza m.cz. A co, z jakością (zniekształceniami)? Tu, na szczęście przychodzi z pomocą „sprawdzone panaceum”. Feedback. Ujemne sprzężenie zwrotne, ma zwykle formę tradycyjną, analogową. Jednak, w zaawansowanych konstrukcjach, także „digital feedback”. K. Ś SERWIS ELEKTRONIKI