По просьбе форумчан, немного освежу ветку, ибо читать сначала уже очень долго.
Высококачественный усилитель класса D,
на элементарной базе International Rectifier .
Предвидя очевидный и каверзный вопрос, почему именно класс D, отвечу просто, мне его задавали неоднократно, просто так получилось. Как то не интересно копаться в древних, хоженых и перехоженных схемах, особенно ламповых. Должно же быть, что то, еще не исследованное новое, и к тому же со свежим звуком.
А теперь немного об истории, приведшей к этому.
В свое время, этак в году 2005-м, по роду своей основной профессиональной деятельности, задался целью создать усилитель с малым тепловыделением, низким коэффициентом гармоник, и большой мощностью. Применение его в энергетической отрасли сулило создание серии устройств, для проверки и отладки сложных реле защиты и автоматики, в многоканальном режиме с применением цифрового сигнального процессора. К тому же, малые размеры усилителя мощности позволяли значительно уменьшали размеры всего устройства.
Стояла задача масштабирования мощности, то есть, усилитель в каждом конкретном случае мог иметь номинальную мощность в большом диапазоне, от десятков Вт до кВт, и почти, на одной и той же схемотехнике.
Покопавшись в литературе, нашел отличную схему от International Rectifier, которая удовлетворяла все мои требования (iraudamp1). Начались долгие и дотошные исследования архитектуры.
Хотя усилитель и обладал рядом недостатков (отсутствие надежных защит, хотя они там присутствовали) но работал сразу, довольно качественно и надежно. Но относительная сложность и наличие большого количества дискретных элементов, не давало возможности соорудить, что то компактное.
С появлением в 2008 году, в линейке драйверов для аудио IR2092 (IRS2092), усилитель становился очень компактным, а специализированные сборки выходных транзисторов очень упростили разводку платы, уменьшилась выходная индуктивность узла выходных транзисторов.
Отмечу заранее, в промышленных устройствах, этот усилитель, с нагрузкой в виде понижающего/повышающего трансформатора, мощностью 150Вт, работает уже на протяжении четырех лет, и имеет много проблем от перегрузок по току, обратных напряжений от трансформатора при включении/отключении нагрузки и многократных срабатываний защиты. Но все работает стабильно.
Но пришло время, и я решил все же попробовать класс D в звуковом применении.
Первое же включение подтвердило, что этот усилитель имеет причастность к звуку не меньшую, чем традиционные транзисторные и ламповые.
Хотя на то время до классного звука было еще далеко, но на то время на встрече организованной Костей в Берегово на усилитель обратили внимание многие.
Вот теперь уже создается третья версия усилителей под названием Нейтрино II, с четвертой топологией плат.
И так, что же такое усилитель класса D на элементарной базе International Rectifier?
На рис 1. Представлена структурная схема усилителя (iraudamp7s/d).
И так, принцип работы усилителя класса DA, основан на жестком слежении компаратора за прямоугольным выходным сигналом.
Компаратор, отслеживает сигнал ошибки после интегратора, в интервале времени заданным его RC цепями и на входе которого складываются входной и сигналы, в пропорции заданной соотношением сопротивлением резисторов R2/R1, которое задают коэффициент усиления всего устройства.
Поясню, сравниваются входное напряжение и интеграл выходного, прямоугольного, то есть, компаратор отключает выходной каскад при равенстве входного напряжения, и интеграла выходного импульса. Дальше процедура повторяется.
Понятно, что точность соответствия зависит от частоты повторения (несущей), скорости закрывания и открывания выходных транзисторов, хотя эта ошибка постоянна, в отсчетах и особого влияния на звук не имеет,
Важны скоростные характеристики самих транзисторов и драйвера, индуктивности и емкости топологии.
Теперь немного о каждом узле:
Интегратор представляет собой ОУ с мостом Вина и дополнительным интегрирующими цепями. Частота генерации составляет около 400 кГц.
Замечу, что никакого кварцевого резонатора усилитель не имеет и частота несущей может изменятся в некоторых пределах, адаптируясь под выходной сигнал и тем самым уменьшая выходные помехи «распыляя» спектр.
Компаратор и преобразователь уровня, чаще всего называют однобитным цифро-аналоговым преобразователем, хотя его функции сводятся к сравнению потенциала аналоговой земли и сигнала после интегратора с последующим преобразованием уровней «1» и «0» на выходе компаратора в двухполярные на выходных транзисторах.
Главными достоинствами драйвера являются, достаточно большой ток управления выходными транзисторами (до 1А), быстродействие (возможность работы на несущей до 800кГц), программная задержка включения выходных транзисторов, бич инженеров – борьба с сквозными токами.
Но самым интересным, является наличие быстродействующей защиты, работающей по принципу измерения падения напряжения на открытом выходном транзисторе, полностью исключающей выход любого транзистора из строя.
Защита переводит выходные транзисторы в высокоимпендансное состояние, на время, заданное одним внешним конденсатором. Ток срабатывания, опять же, задается внешними резистивными цепями.
LC цепь на выходе, представляет собой демодулятор, извлекающий из импульсных отсчетов аналоговый сигнал, путем, опять же, интеграции длительностей импульсов положительной и отрицательной полярности.
Примерно тот же принцип заложен дельта- сигма АЦП – ЦАП, с той только разницей, что перечисленные устройства тактируются для перевода отсчетов в РСМ код.
Да, почему же все таки DA?
Все просто, потому как мы знаем, что меандр до демодулятора существует всегда, как и средина вольт -амперной характеристики, как в ламповых, так и в транзисторных усилителях работающих в классе А.
Из достоинств усилителей класса DA, я бы отметил высокий динамический диапазон (далеко за 100дБ), отсутствие динамических искажений, обусловленных наличием ООС (работает на частотах близких к 30МГц), низкий КНИ, и еще меньший коэффициент интермодуляционных искажений (!), отсутствие тепловых искажений в выходных транзисторах (по причине ключевого режима выходных транзисторов), ну и конечно же, высокий КПД, по той же причине.
Недостатков только два.
Первый, технологический. В один канал входит около сотни комплектующих, плюс минус в зависимости от версии. Довольно капризная топология, по причине наличия очень быстрых фронтов в импульсной части усилителя.
Второй, эстетический
. Усилитель, ввиду своих достоинств, звучит несколько необычно, не создает дополнительных тембров, быстр и динамичен во всем звуковом диапазоне, «поджатый» бас, и ясная, четкая передача среднего и высшего диапазонов., То есть, не любая акустика к этому готова, ну а тем более любители, немного другого, более «шампанирующего» звука могут этого не воспринять.
Отношусь к этому с пониманием и ни коим образом не собираюсь кого то переубеждать.
Просто название из звучания – Нейтрино.
, а на самодельных катушках и конденсаторах МБГО\П.
