Leistungsstarke Linear- und PWM-Verstärker. PWM – Pulsweitenmodulation. Auswahl der Größe der Ausgangstransistoren

Dies ist der Betrieb des Transistors und des Verstärkers bei einer kleinen Amplitude der Abschaltspannung, die niedriger als die Vorspannung ist. In diesem Fall ist die Amplitude des Audiosignals kleiner als die Vorspannung. In diesem Zustand leitet der Transistor nur Oberer Teil positive Halbwelle, die das Signal stark verzerrt. Daher wird diese Klasse in Audioverstärkern nicht verwendet. Diese Betriebsart von Transistoren weist einen hohen Wirkungsgrad (ca. 85 %) auf.

Betriebsart Klasse D- das sind Signalverstärker mit Breite - Pulsmodulation(PWM) und mit Frequenzimpuls (PWM), bei dem der Ton Analogsignal wird in digitale Form umgewandelt und die umgekehrte Umwandlung erfolgt in der Ausgangsstufe.

Im ersten Fall ist die Breite der synthetisierten Impulssignale proportional zur Amplitude des Eingangssignals (analog), im zweiten Fall ist der Variablenwert die Impulsfrequenz. In jedem Fall erhalten wir bei der Herstellung eines Leistungsverstärkers der Klasse „D“ aufgrund zusätzlicher Umwandlungsprozesse des verstärkten Signals einen hohen nichtlinearen Verzerrungskoeffizienten.

Um den Leistungsverstärker in die Klasse „D“ zu überführen, muss eine Schlüsselbetriebsart für die Ausgangstransistoren geschaffen werden – Schließen und Öffnen. Dazu wird der Basis (Gate) des Transistors ein durch eine periodische Folge von Rechteckimpulsen verarbeitetes PWM-Signal (Rechtecksignal) zugeführt. Dieses Rechteckwellensignal, das durch den Transistor läuft, entriegelt und verriegelt ihn. Durch den Impulsvorgang entsteht (kurzzeitig) der Arbeitspunkt der Ausgangstransistoren. Daher fließt kein Strom durch die Transistoren, wenn kein Signal vorhanden ist, was zu Klangverzerrungen führt, die für Klasse „B“ charakteristisch sind.

Es ist bekannt, dass elektronische Multitasking-Prozesse und die Schaltgeschwindigkeit von Transistoren nicht sofort erfolgen; dadurch ändert sich die Form des Signals und die Länge seines Pfads wird erhöht. Darüber hinaus besteht zwischen der Intermodulations-Klangverzerrung in PWM-Verstärkern ein direkter Zusammenhang zwischen der Modulationsfrequenz und der Frequenz des verstärkten Signals, was ihre Verwendung im Audiobereich einschränkt.

Klasse „D“ hat einen unbestreitbaren Vorteil – hohe Effizienz – 90 %.
Ein Subwoofer-Verstärker ist eine echte Anwendung der Klasse „D“ im Audiobereich.
Das PWM-Signal wird zur Aufnahme des Audio-Disc-Formats – SACD – verwendet. In der Praxis zeigen sich jedoch erhebliche Mängel dieses neuen Formats.

Pulsweitenmodulation ist eine Methode zur Steuerung eines Gerätes, wenn durch Anpassung der Pulsdauer im Verhältnis zu seiner Periode der gewünschte Mittelwert erreicht wird, der kleiner als die Amplitude ist.

Beispiel: Es gibt eine Stromquelle mit einer Spannung von 100 Volt und ein Heizelement mit einem Betriebswiderstand von 10 Ohm. Wenn Sie das Gerät direkt an die Quelle anschließen, erhalten Sie eine Wärmeabgabe von 1000 Watt, und zwar kontinuierlich, bis das Gerät von der Quelle getrennt wird. Was aber, wenn Sie bei gleicher Quelle und gleicher Last nur 500 Watt oder beispielsweise 200 Watt benötigen? Hier kann es zur Rettung kommen Pulsweitenmodulation, oder kurz PWM. Es ist möglich, zwischen der Quelle und dem Empfänger einen bestimmten gesteuerten Schalter zu platzieren, der die Last entweder mit der Quelle verbindet oder trennt, und dies geschieht so, dass die Einschaltdauer gleich der Ausschaltdauer ist, und Dies muss viele Male wiederholt werden, dann wird die Last nur für die Hälfte der gesamten Arbeitszeit mit Strom versorgt und wir erhalten, wie in unserem Beispiel, nicht 1000 Watt Wärme, sondern wie benötigt 500 Watt. Wenn nun die Einschaltdauer fünfmal kürzer als die Impulsperiode gemacht wird (die Summe der Einschaltdauer und der Ausschaltdauer in jedem Zyklus ist die Impulsperiode), dann ist die durchschnittliche Lastleistung fünfmal kleiner, also 200 Watt . Dies ist ein sehr grobes Beispiel Grund Ideeüber das Prinzip.

Auf ähnliche Weise werden die Elemente elektronischer Schaltkreise gesteuert, wobei über spezielle Mikroschaltkreise – PWM-Controller – der erforderliche Pulsweitenmodulationsmodus zur Steuerung von Leistungsschaltern eingestellt wird; ein Beispiel für einen solchen anpassbaren PWM-Controller ist der TL494-Mikroschaltkreis, der ist auf dem Markt für Funkkomponenten weit verbreitet.

PWM oder PWM (Pulsweitenmodulation) - Pulsweitenmodulation- Diese Methode dient zur Steuerung der Größe von Spannung und Strom. Die Wirkung von PWM besteht darin, die Breite eines Impulses mit konstanter Amplitude und konstanter Frequenz zu ändern.

Die Eigenschaften der PWM-Regelung werden in Pulsumrichtern, in Schaltungen zur Steuerung von Gleichstrommotoren oder der Helligkeit von LEDs genutzt.

PWM-Funktionsprinzip

Das Funktionsprinzip von PWM besteht, wie der Name schon sagt, darin, die Impulsbreite des Signals zu ändern. Bei Verwendung des Pulsweitenmodulationsverfahrens bleiben Signalfrequenz und -amplitude konstant. Am meisten wichtiger Parameter Das PWM-Signal ist das Tastverhältnis, das mit der folgenden Formel ermittelt werden kann:

Es ist auch zu beachten, dass die Summe der Zeit des High- und Low-Signals die Periode des Signals bestimmt:

Wo:

• Ton – Zeit auf hohem Niveau
• Toff – Low-Level-Zeit
• T – Signalperiode

Die High- und Low-Zeit des Signals sind in der unteren Abbildung dargestellt. Die Spannung U1 ist der hohe Pegel des Signals, also seine Amplitude.

Die folgende Abbildung ist ein Beispiel für ein PWM-Signal mit einem bestimmten High- und Low-Zeitintervall.

Berechnung des PWM-Arbeitszyklus

Berechnung des PWM-Tastverhältnisses am Beispiel:

Um den prozentualen Füllfaktor zu berechnen, müssen Sie ähnliche Berechnungen durchführen und das Ergebnis mit 100 % multiplizieren:

Wie aus der Berechnung hervorgeht, weiter in diesem Beispiel, das Signal (hoher Pegel) ist durch eine Füllung von 0,357 bzw. 37,5 % gekennzeichnet. Der Füllfaktor ist ein abstrakter Wert.

Ein wichtiges Merkmal der Pulsweitenmodulation kann auch die Signalfrequenz sein, die nach folgender Formel berechnet wird:

Der Wert von T sollte in unserem Beispiel in Sekunden angegeben werden, damit die Einheiten in der Formel übereinstimmen. Da die Frequenzformel 1/Sek. lautet, wandeln wir 800 ms in 0,8 Sek. um.

Dank der Möglichkeit, die Impulsbreite anzupassen, ist es möglich, beispielsweise den durchschnittlichen Spannungswert zu ändern. Die folgende Abbildung zeigt verschiedene Arbeitszyklen bei gleicher Signalfrequenz und gleicher Amplitude.

Um die durchschnittliche PWM-Spannung zu berechnen, müssen Sie das Tastverhältnis kennen, da die durchschnittliche Spannung das Produkt aus dem Tastverhältnis und der Signalspannungsamplitude ist.
Beispielsweise betrug das Tastverhältnis 37,5 % (0,357) und die Spannungsamplitude U1 = 12 V ergibt die durchschnittliche Spannung Uav:

In diesem Fall beträgt die durchschnittliche Spannung des PWM-Signals 4,5 V.

Mit PWM lässt sich die Spannung im Bereich von der Versorgungsspannung U1 auf 0 sehr einfach reduzieren. Dies kann beispielsweise für die Drehzahl eines DC-Motors (Gleichstrommotors) genutzt werden, der mit einem durchschnittlichen Spannungswert betrieben wird.

Das PWM-Signal kann von einem Mikrocontroller oder einer analogen Schaltung erzeugt werden. Das Signal solcher Schaltkreise zeichnet sich durch niedrige Spannung und sehr geringen Ausgangsstrom aus. Wenn es notwendig ist, leistungsstarke Lasten zu regeln, sollte eine Steuerung verwendet werden, beispielsweise mit einem Transistor.

Dies kann ein Bipolar- oder Feldeffekttransistor sein. In den folgenden Beispielen wird es verwendet.

Ein Beispiel für die Ansteuerung einer LED mittels PWM.

Das PWM-Signal wird über den Widerstand R1 an die Basis des Transistors VT1 geliefert, d. h. der Transistor VT1 schaltet sich ein und aus, wenn sich das Signal ändert. Dies ähnelt der Situation, in der der Transistor durch einen normalen Schalter ersetzt werden kann, wie unten gezeigt:

Bei geschlossenem Schalter wird die LED über den Widerstand R2 (Strombegrenzung) mit einer Spannung von 12V versorgt. Und wenn der Schalter geöffnet ist, wird der Stromkreis unterbrochen und die LED erlischt. Ein solches Schalten mit niedriger Frequenz führt zu .

Wenn es jedoch notwendig ist, die Intensität der LEDs zu steuern, muss die Frequenz des PWM-Signals erhöht werden, um das menschliche Auge zu täuschen. Theoretisch ist das Schalten mit einer Frequenz von 50 Hz für das menschliche Auge nicht mehr unsichtbar, was zu einer Verringerung der Helligkeit der LED führt.

Je niedriger der Arbeitszyklus, desto schwächer ist die LED, da die LED während einer Periode kürzer leuchtet.

Das gleiche Prinzip und ein ähnliches Schema können verwendet werden. Bei einem Motor ist es jedoch aus zwei Gründen notwendig, eine höhere Schaltfrequenz (über 15-20 kHz) zu verwenden.

Die erste davon betrifft das Geräusch, das der Motor erzeugen kann (ein unangenehmes Quietschen). Die Frequenz von 15–20 kHz ist die theoretische Grenze der Hörbarkeit des menschlichen Ohrs, daher sind Frequenzen oberhalb dieser Grenze nicht hörbar.

Die zweite Frage betrifft die Stabilität des Motors. Wenn der Motor mit einem niederfrequenten Signal und einem niedrigen Arbeitszyklus betrieben wird, ist die Motordrehzahl instabil oder kann zu einem vollständigen Stillstand führen. Je höher die Frequenz des PWM-Signals ist, desto höher ist daher die Stabilität der durchschnittlichen Ausgangsspannung. Es gibt auch weniger Spannungswelligkeit.

Sie sollten die Frequenz des PWM-Signals jedoch nicht zu stark erhöhen, da der Transistor bei hohen Frequenzen möglicherweise keine Zeit hat, vollständig zu öffnen oder zu schließen, und der Steuerkreis nicht richtig funktioniert. Dies gilt insbesondere für Feldeffekttransistoren, bei denen die Wiederaufladezeiten je nach Bauart relativ lang sein können.

Eine zu hohe Frequenz des PWM-Signals führt außerdem zu einem Anstieg der Verluste im Transistor, da jedes Schalten Energieverluste verursacht. Bewältigung großer Strömungen hohe Frequenzen Es ist notwendig, einen Hochgeschwindigkeitstransistor mit niedrigem Leitfähigkeitswiderstand auszuwählen.

Bei der Steuerung sollten Sie daran denken, eine Diode zu verwenden, um den Transistor VT1 vor Induktionsstößen zu schützen, die beim Ausschalten des Transistors auftreten. Durch den Einsatz einer Diode wird der Induktionsimpuls über diese und den Innenwiderstand des Motors abgeleitet und so der Transistor geschont.

Diagramm eines Gleichstrommotor-Drehzahlregelungssystems mit einer Schutzdiode.

Um Spannungsspitzen zwischen den Motorklemmen auszugleichen, können Sie einen kleinen Kondensator (100 nF) parallel dazu schalten, der die Spannung zwischen aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen des Transistors stabilisiert. Dadurch wird auch das durch häufiges Schalten des Transistors VT1 verursachte Rauschen reduziert.

Bereits 1958 eingeführt, hat die Beliebtheit von Klasse-D-Verstärkern in den letzten Jahren erheblich zugenommen. Was sind Sie? Wie sind sie im Vergleich zu anderen Verstärkertypen? Warum ist Klasse D für die Tontechnik interessant? Was braucht es, um einen „guten“ Class-D-Verstärker herzustellen? Was sind die Merkmale der Klasse-D-Verstärker von Analog Devices? Die Antworten auf diese Fragen folgen.

Ein wenig über Audioverstärker

Die Funktion eines Audioverstärkers besteht darin, das Eingangssignal durch die Elemente der Ausgangsschaltung mit der erforderlichen Lautstärke und Leistung präzise, ​​mit minimalem Energieverlust und geringer Verzerrung wiederzugeben. Der Verstärker muss haben gute Eigenschaften im Audiofrequenzbereich, der im Bereich von 20–20.000 Hz liegt (bei Schmalbandlautsprechern wie einem Subwoofer oder Hochtöner ist der Bereich kleiner). Die Ausgangsleistung variiert stark je nach Verwendungszweck des Verstärkers – von Milliwatt bei Kopfhörern über mehrere Watt bei einem Fernseher und Personal Computer (PC) bis hin zu mehreren zehn Watt bei einer Stereoanlage zu Hause oder im Auto; schließlich Hunderte von Watt in den leistungsstärksten Heim- oder kommerziellen Audiosystemen für Theater und Konzertsäle.

Die einfachste Möglichkeit zur Implementierung eines Audioverstärkers besteht darin, Transistoren im linearen Modus zu verwenden, wodurch Sie am Ausgang eine erhöhte Eingangsspannung erhalten. Der Gewinn ist in diesem Fall normalerweise hoch (mindestens 40 dB). Negative Rückkopplung wird häufig verwendet, da sie die Qualität der Verstärkung verbessert, indem sie durch die Nichtlinearität der Verstärkungsstufen verursachte Verzerrungen reduziert und Störungen vom Verstärker unterdrückt.

Der Vorteil von Klasse-D-Verstärkern

Bei einem herkömmlichen Verstärker enthält die Ausgangsstufe Transistoren, die den erforderlichen sofortigen Ausgangsstrom liefern. In vielen Audiosystemen arbeiten die Ausgangsstufen in den Klassen A, B und AB. Im Vergleich zu einer in Klasse D arbeitenden Endstufe ist die Verlustleistung bei linearen Stufen selbst bei idealer Implementierung hoch. Dies verschafft der D-Klasse in vielen Anwendungen einen erheblichen Vorteil aufgrund der geringeren Wärmeentwicklung, der geringeren Größe und damit der Produktkosten sowie der längeren Betriebszeit autonomer Geräte.

Linearverstärker, Klasse-D-Verstärker und Verlustleistung

Die Ausgangsstufen linearer Verstärker sind direkt mit dem Lautsprecher verbunden (teilweise über Kondensatoren). Bipolartransistoren in der Endstufe arbeiten üblicherweise im linearen (aktiven) Modus bei ausreichend hohen Spannungen zwischen Kollektor und Emitter. Die Endstufe kann auch auf Feldeffekttransistoren aufgebaut sein (Abb. 1).

Reis. 1. Lineare CMOS-Ausgangsstufe

In allen linearen Ausgangsstufen wird Energie verbraucht, da bei der Bereitstellung einer Ausgangsspannung V out zwangsläufig in mindestens einem Transistor der Kaskade ein Strom I t und eine Spannung V t ungleich Null entstehen. Die Verlustleistung hängt stark von der anfänglichen Vorspannung des ab Ausgangstransistoren.

In einer Ausgangsstufe der Klasse A liefert ein einzelner Transistor einen konstanten Strom, der durch den Lautsprecher fließt, auch wenn kein Signal vorhanden ist. ( Anmerkung des Übersetzers. Sowohl für die Erhöhung des Stroms [positive Phase der Schwingung] als auch für die Verringerung [negative Phase] ist ein Spielraum erforderlich.) In dieser Klasse können Sie eine gute Klangqualität erzielen, aber die Verlustleistung ist aufgrund des großen Gleichstroms, der durch die Ausgangstransistoren fließt (wo Strom nicht erwünscht ist), sehr hoch, selbst wenn kein Strom im Lautsprecher vorhanden ist (wo Strom vorhanden ist). tatsächlich benötigt).

Durch den Aufbau der Endstufe in Klasse B wird der Gleichstrom durch die Transistoren praktisch eliminiert und die Verlustleistung deutlich reduziert. Die Ausgangstransistoren arbeiten in diesem Fall in einer Gegentaktschaltung, der obere Arm liefert positive Ströme durch den Lautsprecher, der untere Arm liefert negative Ströme. Die Verlustleistung wird reduziert, da nur der mit dem Signal verbundene Strom durch die Transistoren fließt; es gibt praktisch keinen Gleichstromanteil. Die Ausgangsstufe der Klasse B erzeugt jedoch aufgrund der nichtlinearen Natur des Ausgangsstroms beim Nulldurchgang (transiente Verzerrung), die aufgrund der Ein-/Aus-Kennlinien der Ausgangstransistoren auftritt, eine schlechtere Klangqualität.

In der Klasse AB, die einen Kompromiss zwischen Klasse A und B darstellt, gibt es einen DC-Vorstrom, der jedoch deutlich geringer ist als in der Klasse A. Ein kleiner DC-Vorstrom reicht aus, um vorübergehende Verzerrungen zu eliminieren und somit eine gute Klangqualität zu gewährleisten. Die Verlustleistung ist in diesem Fall größer als in Klasse B und geringer als in Klasse A, aber quantitativ immer noch näher an Klasse B. In diesem Fall ist es wie in Klasse B erforderlich, die Ausgangstransistoren anzusteuern, um sie bereitzustellen große positive und negative Ausgangsströme.

Allerdings weist selbst ein gut konzipierter Klasse-AB-Verstärker eine erhebliche Verlustleistung auf, da die durchschnittlichen Ausgangsspannungen typischerweise weit von den Versorgungsschienenspannungen entfernt sind. Ein großer Spannungsabfall zwischen Drain und Source führt somit zu einer Energiedissipation. Die momentane Verlustleistung beträgt I t xV t.

Dank eines völlig anderen Prinzips ist die Verlustleistung eines Klasse-D-Verstärkers (Abb. 2) deutlich geringer als in den oben genannten Fällen. Die Endstufenschalter eines solchen Verstärkers schalten den Ausgang mit den negativen und positiven Leistungsbussen und erzeugen so eine Reihe positiver und negativer Impulse. Diese Form des Ausgangssignals reduziert die Verlustleistung erheblich, da bei vorhandener Spannung praktisch kein Strom durch die Ausgangstransistoren fließt (der Transistor ist „geschlossen“), oder, wenn der Transistor geöffnet ist und Strom fließt, eine kleine Spannung V t fällt darüber ab. Der momentane Leistungsverlust, I t xV t, ist in diesem Fall minimal.

Reis. 2. Blockschaltbild eines Klasse-D-Verstärkers ohne Rückkopplung

Da sich Audiosignale deutlich von einer Impulsfolge unterscheiden, ist ein Modulator erforderlich, der das Eingangssignal in eine Impulsfolge umwandelt.

Das Frequenzspektrum des Modulatorsignals enthält sowohl eine Audiokomponente als auch eine Hochfrequenzkomponente, die während des Modulationsprozesses auftritt. Daher wird häufig ein Tiefpassfilter eingebaut, um den Hochfrequenzanteil zwischen der Ausgangsstufe und dem Lautsprecher zu reduzieren. Der Filter (Abb. 3) muss minimale Verluste liefern, um den Vorteil der Effizienz der Pulsbetriebsart der Endstufe nicht zu verlieren. Der Filter ist üblicherweise aus kapazitiven und induktiven Elementen aufgebaut.

In Abb. Abbildung 4 vergleicht die Verlustleistung (Pdiss) idealer Ausgangsstufen der Klassen A und B mit der gemessenen Verlustleistung eines Klasse-D-Verstärkers – AD1994, als Funktion der dem Lautsprecher zugeführten Leistung für ein Sinuswellensignal (Pload). Die Leistungswerte werden auf den Pload-Max-Pegel normiert, bei dem die Gesamtverzerrung des Ausgangssignals 10 % beträgt.

Die grüne vertikale Linie entspricht der Ausgangsleistung, bei der die Sinuswelle zu „schneiden“ beginnt. Über den gesamten Ausgangsleistungsbereich, insbesondere bei niedrigen und mittleren Werten, ist ein deutlicher Unterschied in der Verlustleistung zu beobachten. Zu Beginn der Abschaltung ist die Verlustleistung der Ausgangsstufe der Klasse D etwa 2,5-mal geringer als die der Klasse B und 27-mal geringer als die der Klasse A. Beachten Sie, dass die Ausgangsstufe der Klasse A mehr Energie verbraucht, als sie erreicht Lautsprecher - eine Folge der großen konstanten Komponente des Ruhestroms.

Der Wirkungsgrad der Endstufe, Eff (Efficiency), wird wie folgt ermittelt:

Zu Beginn des „Schnitts“ der Sinuswelle beträgt der Wirkungsgrad 25 % für einen Verstärker der Klasse A, 78,5 % für einen Verstärker der Klasse B und 90 % für einen Verstärker der Klasse D. Die Effizienzgrenzen für Verstärker der Klasse A und B betragen oft in verschiedenen Arten von Handbüchern enthalten.

Der Unterschied in der Verlustleistung nimmt bei mäßiger Lastleistung zu. Dies ist von Bedeutung, da selbst bei hohen Lautstärken die vorherrschenden Momentanleistungswerte deutlich unter den Spitzenwerten P Belastung max liegen (um das 5- bis 20-fache, je nach Art des Schalls). Für Audioverstärker ist P Last = 0,19 P Last max eine vernünftige durchschnittliche Ausgangsleistung, für die die Verlustleistung P diss berechnet werden kann. Bei dieser Ausgangsleistung verbraucht ein Klasse-D-Verstärker neunmal weniger Energie als ein Klasse-B-Verstärker und 107-mal weniger als ein Klasse-A-Verstärker. Für einen Audioverstärker mit P-Last max = 10 W kann die durchschnittliche Leistung P-Last = 1 W als durchaus realistisch angesehen werden. Unter diesen Bedingungen verbraucht eine Ausgangsstufe der Klasse D 282 mW, eine Ausgangsstufe der Klasse B 2,53 W und eine Ausgangsstufe der Klasse A 30,2 W. Der Wirkungsgrad beträgt 78 % für Klasse D, was bei maximaler Leistung etwas weniger als 90 % ist. Aber selbst in diesem Fall ist dies viel mehr als der Wirkungsgrad der Kaskaden der Klassen B und A – 28 % bzw. 3 %.

Dieser Unterschied hat wichtige Auswirkungen auf das Systemdesign. Bei Leistungen über 1 W benötigen lineare Ausgangsstufen spezielle Kühleinrichtungen, um eine Überhitzung zu vermeiden – in der Regel massive Metallkühler oder Lüfter. Wenn der Verstärker in Form einer Mikroschaltung ausgeführt ist, ist möglicherweise ein spezielles Gehäuse erforderlich, um die Wärmeableitung zu gewährleisten, was die Kosten des Geräts erhöht. Besonders kritisch ist dies beispielsweise bei Flachbildfernsehern, bei denen der Platz begrenzt ist, oder bei Car-Audio-Geräten, bei denen der Trend dahin geht, die Anzahl der Kanäle bei gleichbleibender Lautstärke zu erhöhen.

Bei Leistungen unter 1 W ist nicht die Erwärmung das Hauptproblem, sondern der tatsächliche überschüssige Energieverbrauch. Bei unabhängiger Stromversorgung entlädt eine lineare Ausgangsstufe die Batterie viel schneller als ein Verstärker der Klasse D. Im obigen Beispiel verbraucht eine Ausgangsstufe der Klasse D 2,8-mal weniger als eine Ausgangsstufe der Klasse B und 23,3-mal weniger als eine Ausgangsstufe der Klasse D .A, wodurch Sie die Lebensdauer von Netzteilen deutlich verlängern können Handys, Laptop-PCs, MP3-Player.

Der Einfachheit halber konzentrierte sich die Analyse auf die Verstärkerausgangsstufen. Berücksichtigt man jedoch alle Verluste des Verstärkersystems, sind lineare Verstärker bei geringer Leistung möglicherweise vorzuziehen. Der Grund dafür ist, dass bei niedrigen Leistungspegeln die Menge an Energie, die während der Modulation und Erzeugung verloren geht, erheblich sein kann. Somit können gut konzipierte Klasse-AB-Verstärker mit geringer Ruheverlustleistung mit einem Klasse-D-Verstärker in der Kategorie der Verstärker mit niedriger bis mittlerer Leistung konkurrieren. Unter den Hochleistungsverstärkern sind Klasse-D-Geräte in puncto Effizienz unübertroffen.

Klasse-D-Verstärker: Terminologie

Brücken- und Halbbrückenschaltungen

In Abb. Abbildung 3 zeigt den Brückenaufbau der Ausgangsstufe und des LC-Filters in einem Klasse-D-Verstärker. Die Brücke verfügt über zwei Arme, die Impulse entgegengesetzter Polarität an einen Filter ausgeben, der aus zwei Induktivitäten und zwei Kondensatoren besteht. Jeder Arm der Brücke enthält zwei Ausgangstransistoren: Der obere Arm ist ein Transistor, der mit der positiven Versorgungsleitung (MH) verbunden ist, und der untere Arm ist ein Transistor, der mit der negativen Versorgungsleitung (ML) verbunden ist. Die obere Schulter in Abb. 3 wird durch einen pMOS-Transistor gebildet. Zu diesem Zweck wird häufig ein nMOS-Transistor verwendet, der Fläche und Kapazität reduziert. In diesem Fall ist jedoch eine spezielle Technik zur Steuerung der Transistor-Gates erforderlich.

Reis. 3. Überbrückte Ausgangsstufe mit Tiefpassfilter

Brückenschaltungen verwenden häufig eine unipolare VDD-Stromversorgung, und statt des negativen VSS-Strombusses sind die Transistoren mit dem gemeinsamen Pin verbunden. Bei einer gegebenen Versorgungsspannung kann ein Brückenschaltkreis, der im Wesentlichen differenziell ist, im Vergleich zu einem herkömmlichen Schaltkreis das Doppelte des Ausgangssignals und das Vierfache der Leistung erzeugen. Ein herkömmlicher (Halbbrücken-)Schaltkreis kann eine unipolare und bipolare Stromversorgung haben, aber bei einer unipolaren Stromversorgung ist es notwendig, den Lautsprecher über eine Sperrkapazität einzuschalten, um die Gleichstromkomponente der Ausgangsspannung, VDD/2, zu entfernen.

Aufgrund der induzierten Ströme des LC-Filters kann die Spannung der Stromschiene um den Durchschnittswert schwanken. Der Wert der Spannungsableitung dV/dt kann durch Einfügen großer Kapazitäten zwischen den Stromschienen VDD und VSS reduziert werden.

In Brückenschaltungen stellt induktives Pumpen kein Problem dar, da der induktive Strom, der in einen Zweig fließt, aus dem anderen fließt, wodurch eine lokale Stromschleife entsteht und die Stromversorgung nur minimal beeinträchtigt wird.

Faktoren, die das Design von Klasse-D-Audioverstärkern bestimmen

Der reduzierte Stromverbrauch macht einen Klasse-D-Verstärker zu einer sehr attraktiven Lösung, aber der Designer muss eine Reihe von Aspekten berücksichtigen. Unter ihnen:

• Auswahl der Standardgröße von Ausgangstransistoren;
• Endstufenschutz;
• Tonqualität;
• Modulationsmethode;
• Elektromagnetische Interferenz;
• LC-Filterdesign;
• Systemkosten.

Reis. 4. Verlustleistung der Endstufen der Klassen A, B und D

Reis. 5. Ausgangsleistung von Verstärkern der Klassen A, B und D

Auswahl der Größe der Ausgangstransistoren

Die Größe der Ausgangstransistoren ist so gewählt, dass die Wärmeableitung in allen Betriebsarten optimiert wird. Damit die Spannung am Transistor V t bei einem großen Strom I t klein ist, muss der Transistor im eingeschalteten Zustand einen kleinen Widerstand R on haben (normalerweise 0,1 oder 0,2 Ohm).

Dies erfordert große Transistoren mit großer Gate-Kapazität (CG). Die von den Gate-Steuerschaltungen verbrauchte Leistung beträgt CU 2 f, wobei C die Kapazität, U die Spannungsänderung beim Schalten von Transistoren und f die Schaltfrequenz ist. Bei hoher Kapazität oder Frequenz werden die Schaltverluste groß, daher gibt es eine praktische Obergrenze. Die Wahl der Transistorgröße ist ein Kompromiss zwischen Vt x It-Verlusten und Schaltverlusten.

Bei hoher Ausgangsleistung dominieren Widerstandsverluste, bei niedriger Ausgangsleistung Schaltverluste. Hersteller von Leistungstransistoren versuchen, das Ron x CG-Produkt zu minimieren, um die Gesamtverlustleistung der Transistorschalter zu reduzieren und Flexibilität bei der Auswahl der Schaltfrequenz zu bieten.

Endstufenschutz

Die Endstufe muss vor Ereignissen geschützt werden, die zu ihrem Ausfall führen könnten.

Überhitzen. Obwohl Klasse-D-Verstärker weniger Wärme abgeben als lineare Verstärker, besteht dennoch die Gefahr einer Überhitzung, wenn der Verstärker über längere Zeiträume mit hoher Leistung betrieben wird. Um dies zu vermeiden, sind Temperierkreise erforderlich. IN einfache Schaltungen Schutz schaltet sich die Ausgangsstufe ab, wenn ihre vom eingebauten Sensor gemessene Temperatur den Temperatur-Abschaltschwellenwert überschreitet, und schaltet sich erst wieder ein, wenn die Temperatur wieder normal ist. Es können auch komplexere Steuerungsschemata verwendet werden. Durch die Temperaturmessung können Steuerkreise die Lautstärke stufenlos reduzieren, die Wärmeentwicklung reduzieren und die Temperatur innerhalb des angegebenen Bereichs halten – anstatt den Ton regelmäßig stummzuschalten.

Überschreitung des Absolutwerts des Stroms der Ausgangstransistoren. Ausgangstransistoren mit niedrigem Durchlasswiderstand stellen kein Problem dar, wenn die Ausgangskreise korrekt angeschlossen sind. Wenn der Ausgangskreis kurzgeschlossen oder mit der positiven oder negativen Energieschiene kurzgeschlossen ist, können große Ströme auftreten. Ungeschützt können solche Ströme Transistoren oder andere Schaltkreise beschädigen. Daher sind Schutzbeschaltungen für den Ausgangsstrom erforderlich. Bei einfachen Schutzschaltungen wird die Endstufe abgeschaltet, wenn der Ausgangsstrom einen Schwellenwert überschreitet.

In komplexeren Schaltkreisen trägt der Ausgang des Stromsensors dazu bei Rückmeldung Verstärker und gewährleistet so einen ausreichend langen Betrieb des Verstärkers ohne Abschaltung. Bei solchen Systemen erfolgt die Abschaltung nur dann, wenn andere Schutzmaßnahmen unwirksam sind. Hochwertige Schaltungen schützen den Verstärker außerdem vor großen Spitzenströmen, die durch Resonanzen in Lautsprechern entstehen.

Niederspannung. Die meisten Ausgangsstufen funktionieren einwandfrei, wenn die Versorgungsspannung hoch genug ist. Das Problem wird normalerweise durch die Einführung von Sperrschaltungen gelöst, die den Betrieb der Ausgangsstufe nur dann ermöglichen, wenn ein bestimmter Vüberschritten wird.

Synchronisation des Einschaltens der Ausgangstransistoren. Die High- und Low-Side-Transistoren haben einen sehr niedrigen Einschaltwiderstand (Abbildung 6).

Reis. 6. Schalten der Transistoren der Endstufe nach dem Prinzip „Ausschalten vor Einschalten“.

Daher ist es wichtig, Situationen zu vermeiden, in denen beide Transistoren gleichzeitig eingeschaltet sind und ein großer Durchgangsstrom zwischen der positiven und negativen Stromschiene fließt. Im besten Fall erhitzen sich die Transistoren einfach und verschwenden zusätzliche Energie, im schlimmsten Fall können sie ausfallen.

Die Steuerung nach dem „Break-before-make“-Prinzip („Ausschalten vor Einschalten“) ermöglicht das Entfernen von Durchgangsströmen, indem Sie beide Schalter ausschalten, bevor Sie einen von ihnen einschalten. Das Zeitintervall, in dem beide Transistoren ausgeschaltet sind, wird als nicht überlappende Zeit oder Totzeit bezeichnet.

Tonqualität

Um eine gute Klangqualität mit einem Klasse-D-Verstärker zu erzielen, müssen eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden.

Klicks und Knistern, die beim Ein- und Ausschalten des Verstärkers auftreten, können den Benutzer irritieren. Sie treten bei Klasse-D-Verstärkern auf, wenn man beim Ein- und Ausschalten nicht genau auf den Zustand des Modulators, die Synchronisation der Ausgangsstufe und den Zustand des LC-Filters achtet.

Signal-Rausch-Verhältnis. Damit das Eigenrauschen des Verstärkers praktisch nicht hörbar ist, muss der Signal-Rausch-Abstand bei Verstärkern mit geringer Leistung für tragbare Geräte mindestens 90 dB, bei Verstärkern mit mittlerer Leistung 100 dB und bei Geräten mit hoher Leistung 110 dB betragen. Um ein akzeptables Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen, muss das Verstärkerdesign alle einzelnen Rauschquellen überwachen.

Verzerrungen Dazu gehören die durch die Modulationsmethode bestimmte Nichtlinearität und die „Totzeit“, die zur Vermeidung von Durchgangslecks erforderlich ist. Signalpegelinformationen werden normalerweise durch die Modulatorimpulsbreite kodiert. Das Vorhandensein von „toten“ Perioden führt zu einem nichtlinearen Zeitfehler in Bezug auf Impulse mit idealer Länge. Um Verzerrungen zu minimieren, sind kürzere Totzeiten immer besser. Eine detaillierte Beschreibung der Methode zur Optimierung von Ausgangsstufen zur Reduzierung von Verzerrungen finden Sie in.

Weitere Verzerrungsquellen sind: Unterschiede in der Dauer der Anstiege und Abfälle der Ausgangsimpulse, eine Nichtübereinstimmung der Zeiteigenschaften der Steuerschaltungen der Ausgangstransistoren und die Nichtlinearität der Komponenten des LC-Tiefpassfilters.

Unterdrückung von Störungen durch die Stromversorgung. Im Diagramm in Abb. 2, Netzteilrauschen wird praktisch ohne Unterdrückung zum Ausgang weitergeleitet. Dies liegt daran, dass die Ausgangsschalter den Verstärkerausgang über einen sehr geringen Widerstand mit den Stromversorgungsbussen verbinden. Der Filter unterdrückt die Hochfrequenzkomponente des Rauschens, lässt jedoch Audiofrequenzsignale, einschließlich Rauschen, durch. B ist gegeben gute Beschreibung die Auswirkung von Netzteilrauschen in Brücken- und herkömmlichen Gegentaktschaltungen der Ausgangsstufen.

Sofern Sie sich nicht speziell mit den Problemen der Klangqualität befassen, ist es schwierig, eine Netzteil-Rauschunterdrückung von mehr als 10 dB und eine Gesamtverzerrung von weniger als 0,1 % zu erreichen.

Glücklicherweise gibt es eine Lösung für diese Probleme. Eine tiefe Rückkopplung (die bei vielen linearen Verstärkern gut funktioniert) hilft sehr. Durch die Rückkopplung vom Eingang des LC-Filters wird der Einfluss der Stromversorgung erheblich reduziert und alle Verzerrungen gedämpft, die nicht mit dem LC-Filter selbst zusammenhängen. Die Nichtlinearitäten des LC-Filters können durch die Einbeziehung eines Lautsprechers in die Rückkopplungsschleife gedämpft werden. Ein gut konzipierter Klasse-D-Verstärker kann eine audiophile Leistung erzielen – mehr als 60 dB Stromversorgungsunterdrückung und weniger als 0,01 % Verzerrung.

Die Einführung von Rückkopplungen verkompliziert das Design des Verstärkers etwas. Es ist notwendig, das Problem der Stabilität der Rückkopplungsschleife zu berücksichtigen – dies erschwert den Systementwurfsprozess. Für eine kontinuierliche Verarbeitung des Rückkopplungssignals ist der Einsatz spezieller analoger Schaltungen erforderlich, was letztendlich zu einer Erhöhung der Quarzkosten (bei einem integrierten Verstärker) führt.

Um die Kosten von ICs zu senken, bevorzugen einige Hersteller die Minimierung oder den vollständigen Verzicht auf Rückkopplungssignalverarbeitungsschaltungen. Einige Lösungen verwenden einen Open-Loop-Modulator und einen Analog-Digital-Wandler (ADC), um die Stromversorgung zu überwachen und den Betrieb des Modulators zu korrigieren.

Dies kann zwar die Unterdrückung von Netzteilrauschen verbessern, trägt aber wenig dazu bei, die Gesamtsignalverzerrung zu verringern. Andere digitale Modulatoren verwenden eine Vorkompensation für erwartete Timingfehler der Ausgangsstufe oder eine Modulatorfehlerkorrektur. Dies kann zumindest teilweise für einige Arten von Verzerrungen verantwortlich sein, jedoch nicht für alle. In Fällen, in denen keine großen Ansprüche an die Klangqualität gestellt werden, können Klasse-D-Verstärker ohne Rückkopplung eingesetzt werden; in anderen Fällen ist eine Rückkopplung sehr wünschenswert.

Modulationsmethoden

Modulatoren in Klasse-D-Verstärkern können auf viele Arten implementiert werden große Menge relevante Entwicklungen. In diesem Artikel werden die Grundkonzepte zum Bau von Modulatoren vorgestellt.

Alle Modulationsverfahren der Klasse D kodieren das Audiosignal in einen Impulsstrom. Typischerweise hängt die Impulsbreite von der Amplitude des Audiosignals ab, wobei das Impulsspektrum das gewünschte Audiosignal und eine unerwünschte (aber unvermeidliche) Hochfrequenzkomponente (HF) enthält. Die Gesamtleistung der Hochfrequenzkomponente ist in allen Kreisen ungefähr gleich, da die Impulsleistung nahezu gleich ist und nach dem Vollständigkeitssatz die Gesamtsignalleistung im Zeitbereich gleich der im Frequenzbereich ist. Allerdings variiert die Häufigkeitsverteilung der Energie stark: In manchen Fällen gibt es ausgeprägte HF-Töne über einem niedrigen Hintergrundrauschen, während in anderen Fällen die Verteilung so ist, dass es keine Töne über einem höheren Hintergrundrauschen gibt.

Das gebräuchlichste Modulationsverfahren ist die Pulsweitenmodulation (PWM). Sein Kern liegt darin, dass das Audiosignal mit einem Dreieck- oder Sägezahnsignal einer festen Frequenz (Träger) verglichen wird. Das Ergebnis ist ein Strom von Impulsen gleicher Frequenz, wobei die Dauer jedes Impulses proportional zur Stärke des Schallsignals ist. Im Beispiel in Abb. In 7 sind das Audiosignal und die Dreiecksimpulse relativ zu 0 V zentriert. Bei 0 V am Audioeingang beträgt das Tastverhältnis der Ausgangsimpulse 50 %. Bei einem großen positiven Eingangssignal beträgt das Tastverhältnis etwa 100 %, bei einem großen negativen etwa 0 %. Übersteigt die Amplitude des Audiosignals die Amplitude der Dreiecksimpulse, erhalten wir eine Vollmodulation; wenn die Umschaltung stoppt, beträgt das Tastverhältnis 0 % oder 100 %.

Reis. 7. Pulsweitenmodulation

Das PWM-Verfahren ist vorzuziehen, da es bei einer ausreichend niedrigen Trägerfrequenz (mehrere hundert Kilohertz) eine Unterdrückung des Netzteilrauschens um bis zu 100 dB oder mehr ermöglichen kann, was es ermöglicht, Verluste beim Umschalten der Ausgangsstufe zu begrenzen. Darüber hinaus sind viele PWMs bis zu nahezu 100 % Modulation stabil, was einen stabilen Betrieb des Verstärkers bei maximaler Leistung nahe dem Überlastbereich gewährleistet. Allerdings hat PWM auch einige Nachteile. Erstens führt der PWM-Prozess selbst naturgemäß zu Verzerrungen, zweitens stören die Harmonischen des PWM-Trägers den Funkbereich von Lang- und Mittelwellen und schließlich wird die Breite der PWM-Impulse in der Nähe sehr klein volle Modulation. Dies führt in den meisten Fällen zu Problemen in den Steuerkreisen der Endstufen – aufgrund natürlicher Einschränkungen kann der Schaltvorgang nicht schnell genug sein, um Impulse mit einer Dauer von einigen Nanosekunden zu empfangen.

Daher ist eine vollständige Modulation bei PWM-Verstärkern oft nicht erreichbar, wodurch die maximale Leistung auf Werte unterhalb der theoretischen Werte begrenzt wird, die nur die Stromversorgungsleistung, den Einschaltwiderstand des Transistors und die äquivalente Lautsprecherimpedanz berücksichtigen.

Eine Alternative zu PWM ist die Pulsdichtemodulation (PDM), bei der die Anzahl der Impulse über einen bestimmten Zeitraum proportional zum Durchschnittswert des Audiosignals ist. Dabei ist nicht wie bei der PWM die Breite eines einzelnen Impulses entscheidend, sondern die Impulse werden als Vielfaches der Erzeugungsperiode des Modulators „quantisiert“. Eine Art von MPI ist der 1-Bit-Sigma-Delta-Modulator.

Ein erheblicher Teil der HF-Komponente der Leistung des Sigma-Delta-Modulators wird über einen weiten Frequenzbereich verteilt, ohne in einzelne Töne mit Frequenzen konzentriert zu werden, die ein Vielfaches des Trägers sind, wie dies bei der PWM der Fall ist. Dies bietet den Vorteil der Sigma-Delta-Modulation gegenüber der PWM im Hinblick auf elektromagnetische Störungen. Bei der MPI-Methode gibt es immer noch eine gewisse Komponente bei der Abtastfrequenz. Da jedoch typische Frequenzwerte zwischen 3 und 6 MHz liegen, was deutlich über dem Audiobereich liegt, werden diese Töne durch den LC-Tiefpassfilter stark unterdrückt . Ein weiterer Vorteil des Sigma-Delta-Modulators besteht darin, dass die minimale Impulsbreite eine Abtastperiode beträgt, selbst bei großen Signalen nahe der Vollmodulationsbedingung. Dies vereinfacht den Aufbau der Endstufen-Steuerschaltungen und gewährleistet deren zuverlässigen Betrieb bis zum theoretischen Maximalleistungsniveau. Dennoch werden herkömmliche 1-Bit-Sigma-Delta-Modulatoren in Klasse-D-Verstärkern nicht sehr häufig verwendet, da sie nur bis zu 50 % Modulation bieten und die Leistungsabgabe begrenzt ist. Darüber hinaus ist zur Erzielung eines akzeptablen Signal-Rausch-Verhältnisses im Audiofrequenzband eine mindestens 64-fache Überabtastung erforderlich, was einer Pulsfrequenz von mindestens 1 MHz entspricht.

Kürzlich wurden Verstärker vorgeschlagen, die auf einem Selbstoszillator basieren. Diese Verstärker verwenden immer eine Rückkopplung, die die Schaltfrequenz des Modulators bestimmt, und es wird kein externer Masteroszillator verwendet. Das Spektrum der HF-Komponente ist normalerweise gleichmäßiger als bei PWM. Dank des Feedbacks ist es in diesem Fall möglich hohe Qualität Allerdings ist die Schaltung selbstschwingend, so dass es schwierig ist, sie mit einem anderen Schwingsystem zu synchronisieren oder an eine digitale Tonquelle anzuschließen, ohne sie vorher in analog umzuwandeln.

Die Brückenschaltung (Abb. 3) kann durch eine 3-stufige Modulation elektromagnetische Störungen reduzieren. Beim Betrieb eines Brückenverstärkers im normalen Differenzmodus muss Arm A gegenüber Arm B phasenverschoben sein. Zwei Zustände der Brücke werden verwendet: Arm A ist mit dem positiven Bus verbunden, Arm B ist mit dem negativen Bus verbunden und umgekehrt . Im Allgemeinen gibt es zwei weitere Zustände, in denen sich beide Arme der Brücke im gleichen Zustand befinden (beide mit dem positiven Bus verbunden oder beide mit dem negativen). Einer dieser Gleichtaktbedingungen kann zusammen mit den Differenzbedingungen für die dreistufige Modulation verwendet werden, wobei der Differenzeingang des LC-Filters positiv, null oder negativ sein kann. Der Nullzustand kann verwendet werden, um einen niedrigen Leistungspegel darzustellen, anstatt in einer zweistufigen Schaltung zwischen positiven und negativen Pegeln umzuschalten. Im Nullzustand wird die differentielle EMI am LC-Filter reduziert, obwohl gleichzeitig die Gleichtaktkomponente erhöht wird. Dieser Modus ist nur bei geringen Ausgangsleistungen möglich, da nur differenzielle Ausgangssignale den Betrieb einer solchen Schaltung mit maximaler Leistung gewährleisten können. Dreistufige Modulationskreise mit variabler Gleichtaktspannung bieten in gewissem Maße eine Alternative zu Verstärkern mit geschlossenem Regelkreis.

Reduzieren Sie elektromagnetische Störungen (EMI)

Die HF-Komponenten des Ausgangs eines Klasse-D-Verstärkers verdienen besondere Beachtung.

Wenn die Prozesse nicht genau verstanden werden und keine angemessenen Maßnahmen ergriffen werden, können diese Teile des Systems starke elektromagnetische Störungen erzeugen und den Betrieb anderer Geräte beeinträchtigen. Es müssen zwei Arten von EMF berücksichtigt werden: Signale, die in den Weltraum ausgesendet werden, und solche, die sich über die Lautsprecherkabel und das Stromversorgungsnetz ausbreiten. Die Spektren der emittierten EMFs und derjenigen, die sich durch die Drähte ausbreiten, werden durch das Modulationsschema eines Klasse-D-Verstärkers bestimmt. Es gibt jedoch Schaltungslösungen, die den EMF-Wert des Verstärkers deutlich reduzieren können.

Eine sehr nützliche Regel besteht darin, die Größe der Rückkopplungsschleife zu minimieren hochfrequente Ströme, da die Wirkung von EMF auf andere Stromkreise durch die Fläche der Schleife und den Abstand zu ihnen bestimmt wird. Beispielsweise sollte der gesamte LC-Filter inklusive der Lautsprecherverkabelung möglichst kompakt und nah am Verstärker platziert werden. Um die Fläche der Schleifen zu verringern, sollten die Drähte der einzelnen Stromkreise näher beieinander platziert werden (dies wäre nicht überflüssig). verdrilltes Paar für die Lautsprecherverkabelung).

Außerdem sollte man auf die großen Ladeströme achten, die beim Schalten der Endstufen entstehen. Dies ist auf das Vorhandensein von Ausgangskapazitäten zurückzuführen, die eine Stromschleife bilden, die beide Kapazitäten enthält. EMI hängt in diesem Fall von der Reduzierung der Fläche dieser Schleife ab, was minimale Abstände von den Kondensatoren zu den Transistoren bedeutet, die sie laden.

LC-Filter mit Ringkernen, die das Magnetfeld gut konzentrieren, tragen ebenfalls zur Reduzierung elektromagnetischer Strahlung bei. Die Strahlung billigerer, zylindrischer Kerne kann durch Abschirmung reduziert werden, ein sinnvoller Kompromiss zwischen Kosten und EM-Störung. Dabei muss darauf geachtet werden, dass durch die Abschirmung die Linearität der Induktivität nicht beeinträchtigt wird und die Klangqualität dadurch nicht auf ein unzumutbares Maß sinkt.

LC-Filterdesign

Um die Systemgröße und -kosten zu reduzieren, sind die meisten LC-Filter für Klasse-D-Verstärker Tiefpassfilter zweiter Ordnung. In Abb. Abbildung 3 zeigt eine überbrückte Version des LC-Filters zweiter Ordnung. Der Lautsprecher trägt dazu bei, interne Resonanzen des Ausgangskreises zu verhindern. Obwohl die Impedanz eines Lautsprechers häufig durch einen einfachen Widerstand angenähert wird, ist seine Struktur komplexer und enthält eine erhebliche reaktive Komponente. Um einen Filter richtig zu entwerfen, ist es notwendig, ein genaues Modell des Lautsprechers zu verwenden.

Beim Entwurf eines Filters besteht das Hauptproblem darin, das schmalste Durchlassband mit minimalem Roll-off in den oberen Audiofrequenzen zu erreichen. Ein typischer Filter hat eine Butterworth-Antwort von 40 kHz, um eine maximale Ebenheit über das Durchlassband zu erreichen. Die Daten in Tabelle 1 ermöglichen die Konstruktion von Filtern mit der Butterworth-Charakteristik für Lautsprecher mit typischen Impedanzen und Standardwerten von L und C.

Tabelle 1. Standardwerte von L und C zum Aufbau von Filtern

Wenn keine Rückkopplung vom Lautsprecher erfolgt, hängt das Ausmaß der Verzerrung von der Linearität der Filterkomponenten ab.

Faktoren, die das Induktordesign bestimmen. Wichtige Faktoren sind Größe und Form des Stromsignals sowie der Wicklungswiderstand.

Der ausgewählte Induktor muss einen Stromwert haben, der höher ist als der maximale Strom des Verstärkers. Der Grund dafür ist, dass die Induktorkerne eine magnetische Sättigung erfahren, wenn die Stromstärke zu groß und die magnetische Flussdichte zu hoch wird. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der Induktivität.

Um eine Induktivität zu erhalten, müssen Sie einen Draht um einen Kern wickeln. Bei vielen Windungen wird der Widerstand proportional zur Drahtlänge erheblich. Da dieser Widerstand in Reihe zwischen Brückenarm und Lautsprecher geschaltet ist, wird dort ein Teil der Ausgangsleistung verloren gehen. Wenn der Widerstand zu hoch ist, muss ein Draht mit größerem Durchmesser oder ein anderes Kernmaterial verwendet werden, um die Anzahl der Windungen zu verringern, ohne die Induktivität zu verringern. Und wie oben erwähnt sollten wir nicht vergessen, dass die Geometrie der Induktivität auch den Grad der EMI beeinflusst.

Systemkosten

Welches sind die wichtigsten Faktoren, die die Gesamtkosten eines Klasse-D-Verstärker-Audiosystems bestimmen? Wie können Kosten minimiert werden?

Die aktiven Komponenten eines Klasse-D-Verstärkers bestehen aus einer Ausgangsschaltstufe und einem Modulator. Ihre Kosten entsprechen ungefähr denen eines linearen Verstärkers. Bei der Betrachtung der übrigen Komponenten des Systems stellen sich Auswahlfragen.

Durch die reduzierte Wärmeableitung von Klasse-D-Verstärkern können Sie Kühlkörper und Lüfter einsparen. Ein auf einem integrierten Schaltkreis aufgebauter Klasse-D-Verstärker kann aus dem gleichen Grund in einem kompakteren und günstigeren Gehäuse implementiert werden als ein linearer Verstärker gleicher Leistung. Wenn Sie eine digitale Audioquelle für einen linearen Verstärker verwenden, benötigen Sie außerdem einen Digital-Analog-Wandler (DAC). Dies ist natürlich für einen Klasse-D-Verstärker erforderlich, der ein analoges Eingangssignal benötigt, aber Verstärkeroptionen mit digitalem Eingang machen einen DAC überflüssig.

Andererseits besteht der grundlegende Nachteil von Klasse-D-Verstärkern in der Notwendigkeit, einen LC-Filter einzubauen. Seine Teile, insbesondere die Induktivität, erfordern Platz und erhöhen die Kosten. Bei Hochleistungsverstärkern wird der Preis des LC-Filters durch die hohen Kosten des Kühlsystems kompensiert. Allerdings in preiswerten Geräten geringer Strom der Aufwand für die Induktivität macht sich bemerkbar. Zum Beispiel die Kosten für einen Verstärkerchip für Mobiltelefon kann geringer sein als die Gesamtkosten des LC-Filters. Und selbst wenn wir den Preis vernachlässigen, bleibt das Problem des Platzbedarfs für kompakte Geräte bestehen.

Dies war der Grund für die Entwicklung von Verstärkern, bei denen kein LC-Filter vorhanden ist.

Diese Lösung spart Platz und senkt die Kosten, allerdings geht der Vorteil der Tiefpassfilterung verloren. Ohne Filter kann der EMI-Pegel auf unzulässige Werte ansteigen – wenn der Lautsprecher nicht induktiv ist und sich in einiger Entfernung vom Verstärker befindet, sind die Stromschleife und die Leistung des Verstärkers groß genug. Obwohl dies bei leistungsstarken Verstärkern wie einer Heimstereoanlage unrealistisch ist, ist diese Situation typisch für ein Mobiltelefon.

Es gibt einen anderen Ansatz, die Anzahl der LC-Filterkomponenten zu reduzieren. Sie können keine Brücke, sondern eine herkömmliche Gegentaktschaltung der Ausgangsstufe verwenden, wodurch Sie die Anzahl der Kondensatoren und Induktivitäten halbieren können. Eine solche Schaltung erfordert jedoch eine bipolare Versorgung, und die zusätzlichen Kosten, die mit der Schaffung einer negativen Versorgung verbunden sind, können kritisch sein, es sei denn, die negative Seite wird bereits für andere Zwecke verwendet oder der Verstärker verfügt über eine ausreichende Anzahl von Kanälen. Die Push-Pull-Ausgangsstufe kann auch von einer unipolaren Quelle gespeist werden, allerdings reduziert sich dadurch die Ausgangsleistung geringfügig und erfordert oft einen großen Blockkondensator.

Verstärker der Klasse D von Analog Devices

Die oben angesprochenen Probleme zeigen, dass die Entwicklung eines Klasse-D-Verstärkers eine recht komplexe Angelegenheit ist. Um Entwicklern Zeit zu sparen, bietet Analog Devices eine Vielzahl von Klasse-D-Verstärkern an integrierte Schaltkreise Ah, einschließlich programmierbarer Verstärkungsverstärker, Modulatoren und Ausgangsstufen. Für jeden Verstärkertyp gibt es spezielle Demo-Entwicklungsboards. Das Design der Platinen ermöglicht es uns, alle Probleme, mit denen Entwickler von Klasse-D-Verstärkern konfrontiert sind, effektiv zu lösen, ohne ein weiteres Rad neu erfinden zu müssen.

Betrachten Sie zum Beispiel AD1990, AD1992, AD1994 und AD1996, eine Familie integrierter Schaltkreise (ICs), bei denen es sich um duale Mittelleistungsverstärker für Zweikanalgeräte mit Ausgangsleistungen von jeweils 5, 10, 25 und 40 W handelt Kanal bzw.

Einige Eigenschaften dieser ICs:

• Der AD1994-Audioverstärker der Klasse D verfügt über zwei Kanäle mit programmierbarer Verstärkung, zwei Sigma-Delta-Modulatoren und zwei Ausgangsstufen, sodass er in Brückenschaltungen mit Einzelversorgung verwendet werden kann. Es ist in der Lage, 25 W pro Kanal im Stereomodus oder 50 W im Brückenmodus mit einem Wirkungsgrad von bis zu 90 % zu liefern. Zur Verstärkung des Signals gibt es eine programmierbare Verstärkung von 0, 6, 12 und 18 dB.
• Die Mikroschaltung verfügt über eingebaute Vorrichtungen zum Schutz der Ausgangsstufe vor Überlastung und Überhitzung sowie vor Durchgangsströmen. Dank spezieller Timing-Steuerung und Offset-Kalibrierung sorgen die Verstärker für minimales Ein-/Ausschaltgeräusch. Tracking-Feedback und optimierte Ausgangsstufensteuerung sorgen für eine Verzerrung von 0,001 %, einen Dynamikbereich von 105 dB und eine Rauschunterdrückung der Stromversorgung von über 60 dB. Der Single-Bit-Sigma-Delta-Modulator wurde speziell für den Einsatz in Klasse-D-Verstärkern verbessert und bietet eine durchschnittliche Datenrate von 500 kHz, eine hohe Verstärkung bis zu 90 % Modulation und Stabilität bis zur Vollmodulation. Eine spezielle Betriebsart des Modulators sorgt für eine erhöhte Ausgangsleistung.
• Die Logik, der programmierbare Verstärker und der Modulator werden von einer 5-V-Quelle gespeist, und die Ausgangsstufe wird von 8 bis 20 V gespeist. Das empfohlene Verstärkerdesign gewährleistet die Einhaltung der EMI-Vorschriften der FCC-Klasse B. Bei einer 6-Ohm-Last und 5- und 12-V-Versorgung verbraucht der AD1994 487 mW im Leerlauf, 710 mW bei 291 W Ausgangsleistung und 0,27 mW im Sparmodus. Erhältlich in einem 64-Pin-LFCSP-Gehäuse, Betriebstemperaturbereich von –40 bis +85 °C.

Spezifikationen für Audioverstärker der Klasse D von Analog Devices sind in Tabelle 2 enthalten.

Tabelle 2. Audioverstärker der Klasse D von Analog Devices

	Anzahl der Kanäle	Ausgangsleistung (W)	Effizienz (%)	Dynamikbereich (dB)	Signal-Rausch-Verhältnis (dB)	Gesamtverzerrung (dB)	Versorgungsspannung (V)	Verbrauch aktuell
1990 n. Chr	2	5	84	102	102	-90	4,5–5,5	20mA
AD1991	2	20	87	-	-	-	4,5–5,5	2,75mA
AD1992	2	10	84	102	102	-90	4,5–5,5	20mA
AD1994	2	25	84	102	102	-90	4,5–5,5	20mA
AD1996	2	40	84	102	102	-90	4,5–5,5	20mA
SSM2301	1	1.4	84	-	98	-67	2,5–5	4,5mA
SSM2302	2	1.4	84	-	98	-67	2,5–5	6,6mA
SSM2304	2	2	84	-	98	-67	2,5–5	6,6mA

Literatur

1. International Rectifier, Anwendungshinweis AN-978, HV-Floating-MOS-Gate-Treiber-ICs.
2. Nyboe F., et al. Zeitbereichsanalyse der Open-Loop-Verzerrung in Ausgangsstufen von Klasse-D-Verstärkern. Die 27. Internationale AES-Konferenz, Kopenhagen, Dänemark, September 2005.
3. Zhang L. et al. Echtzeit-Stromversorgungskompensation für rauschförmige Klasse-D-Verstärker. Die 117. AES-Tagung, San Francisco, Kalifornien, Oktober 2004.
4. Nielsen K. Eine Übersicht und ein Vergleich von Pulsweitenmodulationsmethoden (PWM) für Schaltleistungsverstärker mit analogem und digitalem Eingang. Die 102. AES-Tagung, München, Deutschland, März 1997.
5. Putzeys B. Einfacher selbstoszillierender Klasse-D-Verstärker mit vollständiger Ausgangsfiltersteuerung. Die 118. AES-Tagung, Barcelona, ​​​​Spanien, Mai 2005.
6. Gaalaas E., et al. Integrierter Stereo-Delta-Sigma-Klasse-D-Verstärker. IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 40, nein. 12, Dezember 2005. Über den AD199x-Modulator.
7. Morrow P., et al. Eine 20-W-Stereo-Audio-Ausgangsstufe der Klasse D in 0,6-mm-BCDMOS-Technologie. IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 39, nein. 11, November 2004. Über die AD199x-Schaltausgangsstufe.
8. PWM- und Klasse-D-Verstärker mit ADSP-BF535 Blackfin®-Prozessoren. Ingenieur-zu-Ingenieur-Hinweis EE-242 von Analog Devices. ADI-Website: www.analog.com (Suche) EE-242 (Los)

Pulsweitenmodulation (PWM) ist ein Signalumwandlungsverfahren, bei dem sich die Pulsdauer (Tastverhältnis) ändert, die Frequenz jedoch konstant bleibt. In der englischen Terminologie wird es als PWM (Pulse-Width-Modulation) bezeichnet. In diesem Artikel schauen wir uns im Detail an, was PWM ist, wo es eingesetzt wird und wie es funktioniert.

Anwendungsgebiet

Mit der Entwicklung der Mikrocontroller-Technologie haben sich für PWM neue Möglichkeiten eröffnet. Dieses Prinzip wurde zur Grundlage für elektronische Geräte Dies erfordert sowohl eine Anpassung der Ausgabeparameter als auch deren Aufrechterhaltung auf einem bestimmten Niveau. Das Verfahren der Pulsweitenmodulation wird zur Änderung der Lichthelligkeit, der Drehzahl von Motoren sowie zur Steuerung des Leistungstransistors von Pulsnetzteilen (PSUs) verwendet.

Die Pulsweitenmodulation (PW) wird aktiv beim Aufbau von LED-Helligkeitssteuerungssystemen eingesetzt. Aufgrund der geringen Trägheit hat die LED Zeit, mit einer Frequenz von mehreren zehn kHz zu schalten (zu blinken und zu erlöschen). Sein Betrieb im Pulsmodus wird vom menschlichen Auge als konstantes Leuchten wahrgenommen. Die Helligkeit wiederum hängt von der Dauer des Impulses (offener Zustand der LED) während einer Periode ab. Wenn die Impulszeit gleich der Pausenzeit ist, also das Tastverhältnis 50 % beträgt, beträgt die Helligkeit der LED die Hälfte des Nennwerts. Mit Popularisierung LED Lampen Bei 220 V stellte sich die Frage, die Zuverlässigkeit ihres Betriebs bei instabiler Eingangsspannung zu erhöhen. Die Lösung wurde in Form einer universellen Mikroschaltung gefunden – einem Leistungstreiber, der nach dem Prinzip der Pulsweiten- oder Pulsfrequenzmodulation arbeitet. Eine auf einem dieser Treiber basierende Schaltung wird ausführlich beschrieben.

Die am Eingang des Treiberchips anliegende Netzspannung wird ständig mit der Referenzspannung im Schaltkreis verglichen und erzeugt am Ausgang ein PWM-Signal (PWM), dessen Parameter durch externe Widerstände eingestellt werden. Einige Mikroschaltungen verfügen über einen Pin zur Versorgung von Analog- oder Digitalsignal Management. Somit kann der Betrieb des Impulstreibers mithilfe eines anderen PHI-Wandlers gesteuert werden. Interessant ist, dass die LED keine Hochfrequenzimpulse empfängt, sondern einen durch die Induktivität geglätteten Strom, der ein obligatorisches Element solcher Schaltkreise ist.

Der großflächige Einsatz von PWM spiegelt sich in allen LCD-Panels mit LED-Hintergrundbeleuchtung wider. Leider arbeiten die meisten PWB-Konverter bei LED-Monitoren mit einer Frequenz von Hunderten von Hertz, was sich negativ auf die Sehkraft von PC-Benutzern auswirkt.

Der Arduino-Mikrocontroller kann auch im PWM-Controller-Modus betrieben werden. Rufen Sie dazu die Funktion AnalogWrite() auf und geben Sie in Klammern den Wert von 0 bis 255 an. Null entspricht 0 V und 255 bis 5 V. Zwischenwerte werden proportional berechnet.

Die weit verbreitete Verbreitung von Geräten, die nach dem PWM-Prinzip arbeiten, hat es der Menschheit ermöglicht, sich von der Stromversorgung durch Transformatoren zu lösen linearer Typ. Das Ergebnis ist eine Steigerung der Effizienz und eine mehrfache Reduzierung des Gewichts und der Größe von Netzteilen.

Der PWM-Controller ist ein wesentlicher Bestandteil moderner Pulsblockade Ernährung. Es steuert den Betrieb eines Leistungstransistors, der sich im Primärkreis des Impulstransformators befindet. Aufgrund des Vorhandenseins einer Rückkopplungsschaltung bleibt die Spannung am Ausgang des Netzteils immer stabil. Die geringste Abweichung der Ausgangsspannung wird durch die Rückmeldung einer Mikroschaltung erkannt, die das Tastverhältnis der Steuerimpulse sofort korrigiert. Darüber hinaus löst ein moderner PWM-Controller eine Reihe weiterer Aufgaben, die zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Stromversorgung beitragen:

• bietet einen Sanftanlaufmodus für den Konverter;
• begrenzt die Amplitude und das Tastverhältnis von Steuerimpulsen;
• steuert den Eingangsspannungspegel;
• schützt vor Kurzschlüssen und Übertemperatur des Netzschalters;
• schaltet das Gerät bei Bedarf in den Standby-Modus.

Funktionsprinzip eines PWM-Controllers

Die Aufgabe des PWM-Controllers besteht darin, den Leistungsschalter durch wechselnde Steuerimpulse anzusteuern. Im Schaltmodus befindet sich der Transistor in einem von zwei Zuständen (vollständig geöffnet, vollständig geschlossen). Im geschlossenen Zustand überschreitet der Strom durch den pn-Übergang mehrere μA nicht, was bedeutet, dass die Verlustleistung gegen Null tendiert. Im offenen Zustand ist der Widerstand des pn-Übergangs trotz des hohen Stroms äußerst gering, was auch zu unbedeutenden thermischen Verlusten führt. Nein große Menge Beim Übergang von einem Zustand in einen anderen wird Wärme freigesetzt. Aufgrund der kurzen Übergangszeit im Vergleich zur Modulationsfrequenz sind die Leistungsverluste beim Schalten jedoch unbedeutend.

Die Pulsweitenmodulation wird in zwei Typen unterteilt: analog und digital. Jeder Typ hat seine eigenen Vorteile und kann auf unterschiedliche Weise im Schaltungsdesign umgesetzt werden.

Analoges PWM

Das Funktionsprinzip eines analogen PWM-Modulators basiert auf dem Vergleich zweier Signale, deren Frequenzen sich um mehrere Größenordnungen unterscheiden. Das Vergleichselement ist ein Operationsverstärker (Komparator). Einem seiner Eingänge wird eine Sägezahnspannung hoher konstanter Frequenz und dem anderen eine niederfrequente Modulationsspannung mit variabler Amplitude zugeführt. Der Komparator vergleicht beide Werte und erzeugt am Ausgang Rechteckimpulse, deren Dauer durch den aktuellen Wert des Modulationssignals bestimmt wird. In diesem Fall ist die PWM-Frequenz gleich der Frequenz des Sägezahnsignals.

Digitales PWM

Die Pulsweitenmodulation bei der digitalen Interpretation ist eine der vielen Funktionen eines Mikrocontrollers (MCU). Der MK arbeitet ausschließlich mit digitalen Daten und kann an seinen Ausgängen entweder einen hohen (100 %) oder einen niedrigen (0 %) Spannungspegel erzeugen. Um die Last effektiv zu steuern, muss jedoch in den meisten Fällen die Spannung am MC-Ausgang geändert werden. Zum Beispiel die Motordrehzahl anpassen, die Helligkeit der LED ändern. Was muss ich tun, um am Mikrocontroller-Ausgang einen Spannungswert im Bereich von 0 bis 100 % zu erhalten?

Das Problem wird durch den Einsatz des Pulsweitenmodulationsverfahrens und die Ausnutzung des Phänomens der Überabtastung gelöst, bei dem die vorgegebene Schaltfrequenz um ein Vielfaches höher ist als die Reaktion des gesteuerten Geräts. Durch die Änderung des Tastverhältnisses der Impulse ändert sich der Durchschnittswert der Ausgangsspannung. In der Regel erfolgt der gesamte Vorgang mit einer Frequenz von mehreren zehn bis hundert kHz, was eine reibungslose Anpassung ermöglicht. Technisch wird dies mithilfe eines PWM-Controllers umgesetzt – einer speziellen Mikroschaltung, die das „Herz“ jedes digitalen Steuerungssystems darstellt. Der aktive Einsatz von PWM-basierten Controllern beruht auf ihren unbestreitbaren Vorteilen:

• hohe Signalumwandlungseffizienz;
• Stabilität der Arbeit;
• Einsparung der von der Last verbrauchten Energie;
• niedrige Kosten;
• hohe Zuverlässigkeit des gesamten Gerätes.

Sie können ein PWM-Signal an den Mikrocontroller-Pins auf zwei Arten empfangen: Hardware und Software. Jeder MK verfügt über einen eingebauten Timer, der an bestimmten Pins PWM-Impulse erzeugen kann. Auf diese Weise wird die Hardware-Implementierung erreicht. Empfangen eines PWM-Signals mit Programmbefehle verfügt über mehr Auflösungsmöglichkeiten und ermöglicht die Verwendung einer größeren Anzahl von Pins. Jedoch programmatische Methode führt zu einer hohen Belastung des MK und beansprucht viel Speicher.

Es ist bemerkenswert, dass bei der digitalen PWM die Anzahl der Impulse pro Periode unterschiedlich sein kann und die Impulse selbst in einem beliebigen Teil der Periode liegen können. Der Ausgangssignalpegel wird durch die Gesamtdauer aller Impulse pro Periode bestimmt. Es versteht sich, dass jeder zusätzliche Impuls einen Übergang des Leistungstransistors von einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand darstellt, was zu einer Erhöhung der Verluste beim Schalten führt.

Beispiel für die Verwendung eines PWM-Reglers

Eine der Möglichkeiten zur Implementierung eines einfachen PWM-Reglers wurde bereits weiter oben beschrieben. Es ist auf Basis einer Mikroschaltung aufgebaut und verfügt über einen kleinen Kabelbaum. Doch trotz des einfachen Aufbaus der Schaltung hat der Regler ein recht breites Anwendungsspektrum: Schaltungen zur Steuerung der Helligkeit von LEDs, LED-Streifen, Einstellung der Drehzahl von Gleichstrommotoren.

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Ich habe eine sehr intensive Diskussion mit sehr kompetenten Spezialisten erhalten, die...
..die alles so weit zerkaut haben, dass sie das ganze Wesen fast bis auf die Ebene von Elektronen in Leitern beschrieben haben.
Ich spreche ihnen meinen GROSSEN und aufrichtigen Dank und meine Wertschätzung aus.

=========================

Also.
Wenn du etwas willst, dann tu es SELBST...
Im Internet gibt es wirklich alles – man muss es nur finden.
Finden und..
..und alles an einem Ort organisieren. Weil Alle diese Informationen sind im Internet verfügbar, aber sie sind in kleinen Teilen an verschiedenen Stellen verstreut – an einer Stelle wird eine Sache erwähnt, an einer anderen eine andere, aber es ergibt sich kein Gesamtbild. ABER... Aber wenn Sie alle diese Teile an einem Ort (Datei) sammeln und sie dann in einem einzigen Informationsfluss bearbeiten, dann
, dann kann man daraus ein komplettes Bild zusammensetzen (wie ein Puzzle),
Das ist genau das, was ich tun werde.

Also. Nach der Eingabe der Suchanfrage „volldigitaler Verstärker“ erhalte ich sofort eine fast vollständige Antwort:

„volldigitaler Verstärker“ Link 1 = http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=4078.0
Zitat
:
Volldigitaler Verstärker
« : 06. August 2014 , 11:47:55 »

Ich teste einen Prototyp eines volldigitalen Verstärkers auf Basis eines Texas-Chipsatzes.
Modulator TAS5548, Ausgangsstufe TAS5612LA.
Mehrkanaliger I2S-Eingang,
Quelle - Computer,
USB-Schnittstelle - Flamenco.
Die Modulatorsteuerung stammt noch von Arduino.
Als RG – ein Encoder.
Die Stromversorgung beträgt nur 12 V, die Ausgangsmikroschaltung erwärmt sich nicht stark, ich habe nicht einmal einen Kühler installiert.
Leistung für die Akustik 84 dB – für die Augen.
"""""""""""""" Ende des Zitats """""""

===================================

Das erste, was Ihnen ins Auge fällt, ist: Was ist „I2S“?

"""""""""""""" Zitat """""""""""""""
Universelles Gerät auf sc4392
bestimmt für
Empfangen von Audiodaten über SPDIF und Konvertieren in i2s
und Umschalten mehrerer Quellen digitaler Audiodaten.
An Bord
4 Eingänge:
3 SPDIF, einer davon ist für TOSLink geroutet,
1 Quad-Bus, maximale Abtastfrequenz 192 kHz
2 Ausgänge:
Quadratischer Bus und SPDIF-Ausgang, der es wiederholt.
"""""""""""" Ende des Zitats """"""""

Als nächstes speichere ich meine Korrespondenz in derselben Datei 2015 Jahre mit einem Mann, der... mir als großer Experte für digitale Verstärker erschien.
„Mein Name ist Kostyanoy Sergey Alexandrovich. Jetzt lebe ich im Outback in der Region Woronesch.“

"""""""""""""" Zitat """""""""""""""

Hallo!

Manchmal als IIS geschrieben

Der TAS5548-Eingang erfordert i2s.

"""""""""""" Ende des Zitats """"""""

Gesamte Korrespondenz
Hallo!

Ehrlich gesagt habe ich im Moment nicht viel Zeit.

Mit dem ersten Gerät:

Von der ganzen Füllung gibt es einiges: Netzteil, Modulator und Endstufe.

5.1 - 6 Kanäle. Du brauchst keine i2s, sondern i6s :)

Wir verbinden dieses Wunder mit dem Modulator. Der Modulator kann über einen USB-i2C-Adapter gesteuert werden.
Nun, natürlich benötigen Sie etwas Software, wenn Sie etwas auf Hardwareebene optimieren müssen.
Es ist besser, alles mit Software auf Ihrem Computer zu erledigen.

Keine Soundkarte erforderlich. Es macht Sinn, wenn es eine Hardware-Verbesserung des Klangs oder einen megacoolen DAC für einen analogen Verstärker gibt.

Bei Tomson können Sie den ADC entfernen und an seiner Stelle eine einfachere i2s-Schnittstelle anbringen, zum Beispiel CM6631A
Die Kanäle werden durch die integrierte MCU geleitet.

Bezüglich der Ausgabe von i2s vom Computer. Theoretisch ist dies möglich. Auch vom eingebauten Codec.
Aber ist der in der Bridge verbaute Soundcontroller wirklich so gut?
Auch hier ist CM6631A oder XMOS die bessere Richtung.

Im Allgemeinen sehe ich keinen Sinn darin, es sei denn, es gibt einen Kreatives X-Fi mit Hardware-Enhancer...

Die direkte Ausgabe von i2s ist sehr kurzreichweitig. Maximal 30 cm zum Modulator, sonst kommt es zu Fehlfunktionen.
Es ist besser, den Modulatorchip direkt über dem alten DAC zu platzieren. PWM kann bereits um erweitert werden lange Distanzen, ohne Probleme.

Aber die Prozessoren sind mittlerweile so leistungsstark, dass man ein Software-Audio-Plugin verwenden kann.
Auch hier ist CM6631A oder XMOS eine bessere Richtung als das Herumbasteln an Audiogeräten, insbesondere auf dem Motherboard.
Dies ist beispielsweise https://www.minidsp.com/products/usb-audio-interface/usbstreamer

Über die Stifte.
Der analoge Knopf sagt dir nichts. Das Signal vom Regler kann von der MCU digitalisiert und über i2c an den Modulator gesendet werden.
Vielleicht nicht über den Bus, sondern zu einem gesteuerten Dämpfungsglied. Im Allgemeinen müssen Sie es auseinandernehmen und nachsehen.

Bezüglich des TOSHIBA SD-530 E – ja, vielleicht gibt es für Marketingzwecke einen coolen DAC. Höchstwahrscheinlich wird es i2s ausführen.

Um von dort i2s zu erhalten, benötigen Sie einen Adapter für eine Paraphase-Leitung über einen speziellen Treiber. Dann zu RJ-45.
Dann im RJ-45-Empfangsgerät. Paraphase-Signalempfänger. Dann erhalten wir diskrete i2s. Es kann in einen DAC oder Modulator eingespeist werden.

Das ist alles sehr schwierig, nicht lohnend und nicht profitabel. Ich habe wenig Zeit, gegen bürgerliches Marketing anzukämpfen.

Keine schicken DVDs oder Blu-rays. Nur HTPC mit einem leistungsstarken Prozessor, damit er 4K abspielen kann, mit einer Reserve für Audioverarbeitung und andere Huren.

Keine Soundkarten erforderlich. Sie benötigen ein cooles Audio-Interface mit einer ausreichenden Anzahl an Kanälen.

Dies ist beispielsweise https://www.minidsp.com/products/usb-audio-interface/usbstreamer
10 x OUT Mehrkanal-USB-Audioschnittstelle (8 x I2S)
Sie können einen separaten Multi-Strip erstellen und alles programmgesteuert direkt auf Ihrem Computer konfigurieren. Und ohne Blutsauger zu vermarkten.

Fragen?

In einem Brief vom 8. Juni 2016 01:44:14 schrieben Sie:
>GRÜSSE!!! oh Sergey :)
>
> wieder einmal brauche ich professionelle Hilfe.
>
> Ich habe hier ein DVD-Heimkino in einem gefunden – Tomson (ich gebe das Modell an)
> Der Punkt ist, dass die Ausgabe nicht in Form von linearen 5.1-Ausgaben erfolgt
> und am Ausgang befindet sich ein 5.1-Digitalverstärker – 5.1-Ausgänge direkt an die Lautsprecher, inklusive sogar eines PASSIVEN Subwoofers.
>
> So ein Board wollten wir einmal in China bestellen. Es kostet also Geld... keinen Cent. Und hier ist sie offenbar.
>
>
> Aber nach den Gesetzen der geplanten Obsoleszenz hat das Modell KEINE Eingaben.
> d.h.
> Mit der Zeit begann der Laser schlecht zu lesen und stotterte oft. Und die Zeit der Leerzeichen ist „für immer vorbei“.
>
> Und es ist NICHT möglich, das INTERNE POTENZIAL = einen vollwertigen 5.1-Digitalverstärker zu nutzen.
>
> 2.0 ANALOG-Eingang erstellt. und das hört sich nicht schlecht an. Aber das sind viele Transformationen
> Zuerst von digital nach analog, um es dem analogen Eingang zuzuführen, danach der ADC erneut, um den digitalen Verstärker einem digitalen Verstärker zuzuführen.... 3 Konvertierungen von der ursprünglichen DIGIT zur gleichen DIGIT....
>
> Wem erkläre ich was :)) – Sie selbst haben mir das in Ihrem letzten Brief erklärt.
>
>
>
> Frage.
>
> Sagen Sie mir, wie ich dasselbe I2S vom Computer bekomme – von der Soundkarte?
>
>
> Wie viel (Rubel) würden Sie für eine solche Arbeit verlangen?! - Wie kann ich Ihnen das Gerät nur zusenden? (Na ja, das lässt sich im Prinzip lösen.)
>
>
>
> Es gibt das gleiche Tomson-Modell, aber älter, es hat bereits mindestens einen OPTISCHEN Eingang.
>
> Moment mal, ich habe Unterlagen
>
> THOMSON DPL913VD.pdf
> http://vk.com/doc5542158_437445096
>
> Das scheint das zu sein, was ich habe
>
>
> Und hier ist das ältere Modell 950:
> http://vk.com/doc5542158_437451143
>
>
> aber dieser Konverter, der...
> http://vk.com/doc5542158_437451125
>
> was offenbar mit I2S von der Soundkarte gestartet werden muss.
>
>
> Wenn Sie dies beherrschen, können Sie Geschäfte machen,
> weil Die Leute werfen solche Geräte jetzt dummerweise weg
> weil Sie werfen alle CDs weg ... und es ist anders, bis auf die CD ... na ja, vielleicht ein STEREO-Verstärker ... aber die Leute brauchen ihn nicht.
> Ich habe es im Müll gefunden...
>
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> ===========================
>
>
> Frage 2
>
> Ein Freund hat mir ein System geschenkt
>
> Cambrige DTT 2500
> Foto = http://vk.com/photo5542158_416539186
>
> Durch Koaxial verfügt es über einen internen AC3-Dolby-Digital-Decoder. Leider gibt es kein DTS – das sind Freaks....
> DTS-Dekodierung ist heutzutage kein Problem mehr – und ich habe mir einen Creative ZxR der Spitzenklasse gekauft
>
> Aber diese „klugen Leute“ haben das vorausgesehen und außerdem den Mangel an DTS
> Sie haben auch für den Mangel an 5.1-Eingängen gesorgt.
> Es gibt nur einen 4.0-Eingang, obwohl der Verstärker 5.1 ist
>
> „Die Birne hängt – man kann sie nicht essen“
>
> Es gibt bereits einen 5.1-Verstärker, den ZWEITEN, aber ich kann ihn nicht verwenden.
>
>
> aber das hier ist DTT2500
> Für den CENTER-Kanal gibt es einen ANALOGEN Lautstärkeregler
> obwohl es keinen analogen Eingang dafür gibt
>
> und das lässt mich das denken
> da der Griff ANALOG ist,
> dann kann es nur ein ANALOG-Signal regeln,
> d.h. Sie können sich ihm nähern und ihm den externen CENTRAL-Eingang direkt zuführen ...
>
> Es gibt aber auch woanders eine Schaltung zum Abschneiden von BASS, denn... Die Lautsprecher sind nur mittelhoch, der gesamte Bass wird im Subwoofer abgeschnitten.
> und hier handelt es sich höchstwahrscheinlich um ein CUT-OFF-Analogsignal.
>
> d.h. Vielleicht kann ich auf diese Weise ein Signal auslösen, aber...
> Aber auf diese Weise riskiere ich, den Lautsprecher und den Verstärker mit NICHT abgeschnittenem BASS zu überlasten.
>
> Mir gefallen die Lautsprecher aufgrund ihrer Mikrogröße wirklich sehr
>Ich habe sie um mich herum platziert
>in unmittelbarer Nähe
>und absolut symmetrisch
> was der kolossale Effekt der Symmetrie bewirkt hat.
> alle 5.1-Effekte werden zu maximal 100 % übertragen (naja, angepasst, um den Bass auf einen einzelnen Subwoofer zu reduzieren).
>
> aber ich bekomme den Center-Kanal nicht hin....
>
> und es scheint, dass selbst wenn ich es direkt dem Regler zuführe,
> dann muss ich sein BAS irgendwie im Voraus abschneiden.
>
> Aber das Cambrige-Gerät klingt... nun ja, es reicht für mein Zuhause.
>
> Wie kann ich lernen, den Center-Kanal zu speisen?
> immerhin versteht er laut SpDif Coaxial alle 5.1 - aber dort per DIGITAL...
> und hier muss ich ANALOG 5.1 bereitstellen
>
> =============
> =============
> =============
>
>
> und die dritte Aufgabe.
>
> Es gibt einen DVD-Player TOSHIBA SD-530 E
>
> http://www.stereo-journal.ru/149491-toshiba_sd_530e.html
>
>
> an Bord, was besagt, dass ein bestimmter 192-kHz-24-Bit-DAC/DAC installiert ist
> Ich würde es wieder gerne als STEREO-DAC verwenden
>
> Ich kann es selbst kaum schaffen – ich bin Mathematiker. Ich kann einen Widerstand kaum von einem Transistor unterscheiden.
>
> Aber für die Aufgabe mit Tomson bin ich bereit, einen ANGEMESSENEN Preis zu zahlen.
>
> oder versuchen Sie wirklich herauszufinden, nach welchen Drähten Sie suchen müssen (anhand welcher Zeichen?)
> Theoretisch müssen Sie I2S an die Soundkarte anschließen
>
> Anscheinend kommt von seinem internen LASER das gleiche I2S wie auf der Soundkarte.
> aber diese Standards können leider nicht im Freien angezeigt werden,
> allerdings mit dem Aufkommen von DIGITAL-Verstärkern
> Ihre Zeit kommt.
>
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>
>
>
>
> >Freitag, 6. November 2015, 0:36 +03:00 von Sergey Kostyanoy :
> >
> >Hallo!
> >Wählen Sie http://kostyanoysa.ru/?p=154
> >
> >Ein ehrlicher digitaler Verstärker braucht digitaler Ton! i2s!
> >https://www.sparkfun.com/datasheets/BreakoutBoards/I2SBUS.pdf
> >Manchmal als IIS geschrieben
> >
> >Diese seriellen i2s-Daten können von einem zauberteuren DAC-Chip in analoge umgewandelt und von einem megateuren Verstärker verstärkt werden.
> >Entweder!
> >Diese Daten gehen an einen Modulator (z. B. TAS5548), der sie in die genaue Öffnungsdauer der Tastentransistoren umwandelt und den Ton am Ausgangsfilter in einen analogen Ton umwandelt.
> >
> >Im ersten Fall bekommen wir Rauschen und Verzerrungen des DAC, und dann verstärken wir sie auch durch Fremdinterferenzen, und wir verlieren auch an Effizienz des AV-Verstärkers.
> >Im zweiten Fall erhalten wir ein ideales Ausgangssignal. Die Klangqualität hängt maßgeblich von der Abstimmung des Ausgangsfilters mit den Lautsprechern ab.
> >
> >Um also auf ein Analogon verzichten zu können, muss man eines haben Soundkarte mit einem digitalen Ausgang oder SPDIF, der dann in I2s umgewandelt wird
> >SPDIF und I2s sind digitale Schnittstellen, aber die Protokolle sind unterschiedlich.
> >Der TAS5548-Eingang erfordert i2s.
> >Am Ausgang des TAS5548 lehren wir PWM und leiten es an den Ausgangschip weiter. Wenn Sie möchten, können Sie keinen Chip, sondern einen Gate-Treiber (z. B. IR2110) und leistungsstarke Feldeffekttransistoren (z. B. IRFP4321) verwenden. Es wird „oakig“ sein!
> >
> >In einem Brief vom 6. November 2015 00:11:39 haben Sie geschrieben:
> >> Grüße Sergey.
> >>
> >> Ich möchte ein solides ... technisches Problem verstehen
> >> Ich bin sicher, dass Sie interessiert sein werden,
quoted1 > >> Vielleicht wissen Sie „hundert Jahre später“ davon.
> >>
> >>