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Bis vor Kurzem verlief der Kampf um die Effizienz von Verstärkern und die Klangqualität in zwei Richtungen. Analoge Verstärker sorgten für eine Verbesserung der Klangqualität bei gleichzeitiger Verringerung der Effizienz, während digitale Verstärker eine hohe Effizienz bei geringer Signalqualität lieferten.

Gleichzeitig können diese Probleme durch den gemeinsamen Einsatz digitaler und analoger Signalverarbeitungsverfahren gelöst werden und die langjährige Entwicklung ist von Erfolg gekrönt. Laut Tripath Technology vereinen seine Class-T-Verstärker hohe Effizienz mit audiophiler Klangqualität.

Das Magazin hat bereits über die Hauptklassen von Audiofrequenzverstärkern geschrieben. Verstärker der Economy-Klasse B Eine erhebliche Signalverzerrung bei geringem Pegel („erstes Watt“) ist charakteristisch für Verstärker der audiophilen Klasse A unglaublich gefräßig. Kompromissklassenlösungen AB löst keines der Probleme vollständig.

Im besten Fall geht nur die Hälfte der vom Verstärker aufgenommenen Leistung an die Last. Der Rest erwärmt die Endstufentransistoren. Um die Effizienz analoger Verstärker zu verbessern, wurden viele technische Lösungen vorgeschlagen, die sich in drei Gruppen zusammenfassen lassen:

1. Parallelbetrieb an der Gesamtlast einer Kaskade der Kleinleistungsklasse A und starke Klasse B (Klasse Super A.).

2. Arbeiten Sie an der Gesamtbelastung von Kaskaden mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen (Klasse G).

3. Steuerung der Versorgungsspannung der Endstufe (Klasse H).

Die Komplexität des Designs rechtfertigte die Einsparungen jedoch nicht, und Verstärker dieser Art wurden selbst in Haushaltsgeräten nicht weit verbreitet. Im Automobilsektor ist die Situation noch schlimmer:

• Eine niedrige Versorgungsspannung erhöht die Verluste in der Ausgangsstufe der eingebauten Verstärker der Hauptgeräte.

• Netzteile für externe Verstärker beeinflussen fast alle seine Eigenschaften, insbesondere bei einer niedrigen Wandlungsfrequenz (typisch für Budgetmodelle).

Klasse Verstärker D - Verwirklichung von Designideen des „digitalen“ Zeitalters. Ihr Hauptmerkmal ist die Verwendung von Pulsweitenmodulation (PWM, auch bekannt als PWM – Pulsweitenmodulation) anstelle von Verstärkung. Im Gegensatz zu analogen Verstärkern, bei denen das Ausgangssignal eine „vergrößerte“ Kopie des Eingangssignals ist, ist das Ausgangssignal von Verstärkern dieser Klasse D ist ein Rechteckimpuls. Ihre Amplitude ist konstant und die Dauer („Breite“) variiert je nach Amplitude des am Verstärkereingang eingehenden Analogsignals.

Die Pulsfrequenz (Abtastfrequenz) ist konstant und liegt je nach Anforderung an den Verstärker im Bereich von mehreren zehn bis hunderten Kilohertz. Nach der Bildung werden die Impulse durch im Tastmodus arbeitende Endtransistoren verstärkt. Die Umwandlung des Impulssignals in ein Analogsignal erfolgt im Tiefpassfilter am Ausgang des Verstärkers oder direkt in der Last.

Der Hauptvorteil von Verstärkern dieser Klasse ist der hohe Wirkungsgrad (bis zu 95 % bei den besten Exemplaren). Dies liegt daran, dass die Amplitude der Impulse nahezu der Versorgungsspannung entspricht und die Leistungsverluste an den Ausgangstransistoren minimal sind. Die Verzerrung nimmt zu, wenn die Signalfrequenz zunimmt und die Abtastfrequenz abnimmt. Die Ausgangsleistung hängt indirekt auch von der Abtastrate ab – mit zunehmender Frequenz nimmt die Induktivität der Spulen ab und die Verluste im Ausgangsfilter nehmen ab.

Schaltverstärker werden wie analoge Verstärker in Unterklassen eingeteilt. AD и BD, und auch ihre Vor- und Nachteile sind ähnlich. In Klasse-Verstärkern AD Liegt kein Eingangssignal an, arbeitet die Ausgangsstufe weiter und liefert Impulse gleicher Dauer an die Last. Dadurch lässt sich die Qualität der Übertragung schwacher Signale verbessern, die Effizienz wird jedoch erheblich verringert und es entstehen eine Reihe technischer Probleme.

Insbesondere muss man sich mit dem sogenannten Durchgangsstrom auseinandersetzen, der entsteht, wenn die Ausgangstransistoren gleichzeitig geschaltet werden. Um den Durchgangsstrom in der Ausgangsstufe zu eliminieren, wird eine Totzeit zwischen dem Schließen eines Transistors und dem Öffnen eines anderen eingeführt.

Praktische Anwendungen finden sich in einfacher aufgebauten Verstärkern der BD-Klasse, deren Ausgangsstufe bei fehlendem Signal Impulse sehr kurzer Dauer erzeugt oder ruht. Bei Verstärkern dieses Typs ist jedoch der Hauptnachteil der Methode am deutlichsten – die Abhängigkeit des Niveaus der nichtlinearen Verzerrung von der Abtastfrequenz und der Signalfrequenz. Darüber hinaus nimmt die Verzerrung zu, wenn Signale mit niedrigem Pegel übertragen werden.

Erstellen eines hochwertigen Verstärkers der Breitbandklasse D erfordert eine erhebliche Designkomplexität. Daher werden solche Verstärker in Car-Audio-Systemen immer noch nur in Subwoofern verwendet – in diesem Fall ist der Grad der nichtlinearen Verzerrung von bis zu mehreren Prozent durchaus akzeptabel.

In Klasse-Verstärkern T Die Klangqualität wurde bei gleichzeitig hoher Effizienz um eine Größenordnung verbessert. Dies gilt insbesondere bei der Entwicklung von Head-Unit-Leistungsverstärkern. Tripath Technology stellt integrierte 10-W- und 20-W-Verstärker für tragbare Audiogeräte und Hauptgeräte sowie Mikroschaltungen für die Herstellung von Verstärkern mit höherer Leistung her – bis zu 300 W.

Die Grafiken zeigen diese Klasse Verstärker T In puncto Leistung stehen sie den besten Beispielen analoger Verstärker in nichts nach. Der Grad der Verzerrung ist minimal und es gibt praktisch keine höheren Harmonischen im Spektrum des Ausgangssignals. Dadurch wird die Wiedergabe des Musiksignals natürlicher.

Der Hauptunterschied zwischen den neuen Verstärkern und sowohl analogen als auch herkömmlichen digitalen Verstärkern besteht in der geringen Intermodulationsverzerrung, die niedriger als der harmonische Koeffizient ist.

Für Klassenverstärker ABBeispielsweise übersteigt der Koeffizient der Intermodulationsverzerrung den harmonischen Koeffizienten erheblich (manchmal um mehrere Zehnfache); für Klassenverstärker A diese Mengen liegen in der gleichen Größenordnung. Integrierte Verstärker sind in diesem Indikator ihren Pendants der „großen“ Klasse etwas unterlegen. T, aber herkömmliche Mikroschaltungen konkurrieren überhaupt nicht. Daher ist es nicht verwunderlich, dass auf der letzten Ausstellung in Las Vegas eine große Anzahl von Radio-Tonbandgeräten und Verstärkern eines neuen Typs präsentiert wurden.

Was ist das Geheimnis der Methode? Verwendung proprietärer Technologie Digitale Leistungsverarbeitung (TM). In den Materialien des Unternehmens wird dieser Technologie viel Text gewidmet, aber aus offensichtlichen Gründen gibt es nur sehr wenige nützliche Informationen. Das Geheimnis enthält nicht nur Details, sondern auch das Prinzip der Signalverarbeitung. Wenn wir die Rhetorik verwerfen, läuft alles auf zwei miteinander verbundene Prozesse hinaus – „Vorhersage“ (Predictive Processing) und „adaptive Transformation“ (Adaptive Signal Conditioning Processing). Versuchen wir herauszufinden, „wie sie hier stärker werden“.

Seit jeher beschäftigen sich Priester und Wahrsager mit Vorhersagen, und zwar mit unterschiedlichem Erfolg. In unserem Fall können Sie den Pegel des Tonsignals auf zwei Arten ermitteln:

• Berechnung. Die Änderungsgeschwindigkeit des Signals (Ableitung) wird überwacht und daraus der Wert des Signals zum nächsten Zeitpunkt berechnet. Es kann sowohl in analoger als auch in digitaler Form umgesetzt werden. Der Soundprozessor kann mathematische Modelle verwenden, die auf statistischen Daten basieren.
• Messung. Das Signal wird über eine digitale Verzögerungsleitung verarbeitet, sodass Sie seine Amplitude im Voraus messen können. Es ist ein hochpräziser ADC erforderlich.

Basierend auf der Tatsache, dass der Dynamikbereich selbst integrierter Verstärker 100 dB überschreitet, wird die Signalamplitude berechnet. Warum musst du sie kennen? In Klasse-Verstärkern T Es gibt keine feste Abtastrate – sie ändert sich kontinuierlich in der Bandbreite bis zu 1,5 MHz gemäß dem Algorithmus der „adaptiven Konvertierung“. Die Ausgangsdaten sind lediglich die Amplitude des Signals und die Geschwindigkeit seiner Änderung. Upsampling verbessert die Klangqualität und vereinfacht das Design des Ausgangsfilters.

Über das Wesen des Verarbeitungsalgorithmus kann man nur raten. Darüber hinaus kann die adaptive Konvertierung auch eine interne Gegenkopplung umfassen – digital oder analog. Auf dieser Grundlage kann davon ausgegangen werden, dass die Digitale Leistungsverarbeitung (TM) Setzen Sie eine der Varianten der Delta-Modulation ein. Sie unterscheidet sich von der herkömmlichen Pulsbreiten-Methode dadurch, dass nicht der absolute Wert des Signals übertragen wird, sondern seine Änderung relativ zum vorherigen Zustand (daher das „Delta“ im Namen).

Negatives Feedback ist genetisch darin enthalten, und auch „Vorhersagen“ haben ihren Platz ...

Chips werden direkt von Tripath Technology hergestellt. Es wird eine beträchtliche Anzahl verschiedener Komponenten hergestellt, darunter auch fertige Verstärkermodule. Alle Signalverarbeitungsfunktionen sind in einem Chip mit einem Minimum an externen Komponenten konzentriert. Verstärker kleiner und mittlerer Leistung werden in integrierter Bauweise gefertigt. Bei Hochleistungsverstärkern erfolgt die Endstufe über diskrete Komponenten. Der Ausgangs-LC-Filter wird in allen Fällen separat montiert.

Und zur Veranschaulichung des Gesagten noch ein paar Zahlen:

Veröffentlichung: www.bluesmobil.com/shikhman

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