- Μηνύματα
- 10.483
- Reaction score
- 5
Η αντικατάσταση των τελευταιων βαθμίδων (προενισχυτές και ενισχυτές ισχύος) που εμειναν ως τωρα αναλογικες σε μία ηχητική αλυσίδα αναπαραγωγής από πλήρως ψηφιακές βαθμίδες εγινε εφικτη με την εξελιξη των ενισχυτών τάξης D 
Ειναι πια δυνατή η χρηση ψηφιακων βαθμίδων προενισχυσης και τελικων ισχύος παρεχοντας τη δυνατοτητα δημιουργιας μιας υλοποιησης που το σήμα παραμένει ψηφιακό από την αρχη (φορεα ηχου - cd, dvd κλπ) μεχρι το τέλος (λιγο πριν το ηχειο).
Αιτια ισως γι αυτη την αλλαγη να ειναι και η μεγάλη διάδοση των ψηφιακών ηχητικών πηγών και μέσων αποθήκευσης και η αναγκη εξαλειψης κυκλωματων μετατροπης (D/A converter) που εισαγουν προσθετο θορύβο.
Πλεονεκτήματα :
:arrow: Μικρό μέγεθος
:arrow: Χαμηλη κατανάλωση ρευματος
:arrow: Υψηλή απόδοση (80%-90%)
:arrow: Θερμαινονται πολυ λιγοτερο
:idea: Οι ψηφιακοί ενισχυτές βασίζονται στην αρχή λειτουργίας των ενισχυτών τάξεως D. Ο D class amplifier μετατρέπει το αναλογικο σήμα σε ψηφιακο πριν ενισχυθεί.
:arrow: Για την μετατροπή του σήματος σε ψηφιακό πριν την οδήγηση του στην τελική βαθμίδα εξόδου χρησιμοποιειται μια απο τις δύο κυριότερες υλοποιήσεις:
α) Ψηφιακοί ενισχυτές βασισμένοι στη διαμόρφωση παλμών κατά πλάτος (Pulse Width Modulation) και
β) Ενισχυτές διαφορικού διαμορφωτή ΔΣ ή Pulse Density Modulation
Διαμόρφωση PDM: (παρόμοια με την DSD των SACD και των 1bit D/A converters των CD). Οι μεταβολές της στάθμης του σήματος μεταφράζονται σε αντίστοιχες μεταβολές της συχνότητας επανάληψης παλμών του ψηφιακού σήματος. Η συχνότητα των παλμών αυξάνεται με αντίστοιχη αύξηση του αναλογικού σήματος.
Διαμόρφωση PWM: Οι μεταβολές της στάθμης του σήματος μεταφράζονται σε αντίστοιχες μεταβολές του ΟΝ time (duty cycle) του παλμού. Όσο υψηλότερη είναι η στάθμη του προς κωδικοποίηση σήματος τόσο μεγαλύτερο είναι το ΟΝ time του παλμού σε ένα σύστημα PWM. Αντίστοιχα σε ένα σήμα PDM η συχνότητα των παλμών αυξάνεται με αντίστοιχη αύξηση του αναλογικού σήματος.
Οι διαμορφωτές PWM είναι και οι πιο διαδεδομένοι στους ψηφιακούς ενισχυτές.
To PWM σήμα οδηγείται στην τελική βαθμίδα ενίσχυσης που αποτελείται από δύο FET transistor για κάθε κλάδο και λειτουργούν σαν διακόπτες, δηλαδη βρίσκονται σε κατάσταση ON ή OFF. Αυτο σημαινει οτι δεν βρίσκονται (θεωρητικά) ποτέ στην περιοχή κόρου όπου υπάρχει και η μεγάλη κατανάλωση πάνω στα τρανζίστορ. Σ αυτο οφειλεται η πολύ υψηλή απόδοση αφού πολύ λίγη από την παρεχόμενη ενέργεια μετατρέπεται σε θερμοκρασία επάνω στα ίδια τα τρανζίστορ.
Το σήμα PWM δεν θεωρειται αμιγώς ψηφιακο σήμα αφού είναι μεν διακριτού ύψους (παίρνει μόνο τιμές +V ή -V) αλλά όχι και διακριτού χρόνου. Για να θεωρηθεί ένα σήμα ψηφιακό θα πρέπει να είναι και διακριτού χρόνου, το οποιο ισχύει μόνο για την περίπτωση της PDM. Ισχύει ομως οτι το σήμα PWM επειδή δεν έχει καμία σχέση με αναλογικό σήμα να θεωρειται ψηφιακο.
Να η αντιστοιχία ενός αναλογικού σήματος με το αντίστοιχο διαμορφωμένο κατά PWM και κατά την αντίστοιχη παλμοσειρά διαμόρφωσης Δ-Σ.
Αλλο πλεονέκτημα των PWM ή PDM σηματων σε σχεση με τα PCM ειναι ότι δεν χρειαζόμαστε βαθμίδα D/A για να ανακτήσουμε το αναλογικό σήμα. Για την ανάδειξη του αναλογικού σήματος χρειαζόμαστε μόνο ένα φίλτρο διέλευσης χαμηλών συχνοτήτων (LPF)
\/ \/ \/ \/ \/ \/
/\ /\ /\ /\ /\ /\
Το LPF υπάρχει και στο PCM, για να απορρίψει τον υψίσυχνο θόρυβο που εισάγεται στο σήμα από την βαθμίδα D/A converter.
:roll:
Μεχρι εδω ομως δεν εχουμε εναν 100% ψηφιακο ενισχυτη :!: αφού το αναλογικο σήμα γίνεται ψηφιακής μορφήs μόλις πριν την βαθμίδα τελικής ενίσχυσης. Εξακολουθει να εχει βεβαια κάποια από τα πλεονεκτήματα των ψηφιακών ενισχυτών (π.χ υψηλό βαθμό απόδοσης) όχι όμως όλα, αφού το σήμα της ψηφιακής πηγής θα πρέπει να μετατραπεί σε αναλογικό, πριν την μετατροπή σε PWM, ως αποτέλεσμα να εισάγεται στο σήμα θόρυβος από της βαθμίδες στις οποίες το σήμα παραμένει αναλογικό. Για να θεωρηθεί λοιπον ένα σύστημα 100% ψηφιακό θα πρέπει το σήμα να παραμένει ψηφιακό από την πηγή μέχρι και πριν το ηχειο.
Αρα χρειαζεται ενας επεξεργαστης οπου γινεται η επεξεργασία του ήχου, o έλεγχος της στάθμης του σήματος (volume control) και η μετατροπή του σήματος σε PWM.
Ακολουθει η βαθμίδα τελικής ενίσχυσης οπου το PWM ενισχύεται προκειμένου να οδηγήσει το φορτίο (ηχεία).
Στην έξοδο του power amplifier υπαρχει ένα LPF που ανακτά την αναλογική πληροφορία που περιέχεται στο ψηφιακό σήμα. Συνήθως τα φίλτρα αυτά αποτελούνται από ένα πηνίο αρκετά μεγάλο προκειμένου να μπορεί να διαχειριστεί τα υψηλά ρεύματα μια βαθμίδας ισχύος.
O έλεγχος της στάθμης του προς ενίσχυση σήματος δεν γίνεται με ποτενσιόμετρο ή electronic volume control, το οποίο μειώνει ή αυξάνει το πλάτος του σήματος τις τελικές βαθμίδες ενίσχυσης, όπως στους αναλογικούς ενισχυτές. Ο έλεγχος στάθμης γίνεται ψηφιακά προσθέτοντας ή αφαιρώντας δεδομένα από το σήμα πριν αυτό οδηγηθεί στην βαθμίδα του PWM modulator. Έτσι όταν αυξάνουμε ή μειώνουμε την ένταση του ενισχυτή μας το αποτέλεσμα είναι ένα PWM σήμα με αυξημένο ή μειωμένο duty cycle στην έξοδο του processor. Στη περίπτωση που είχαμε PDM διαμορφωτή το αποτέλεσμα θα ήταν αυξημένη ή μειωμένη συχνότητα επανάληψης παλμών.
Ειναι πια δυνατή η χρηση ψηφιακων βαθμίδων προενισχυσης και τελικων ισχύος παρεχοντας τη δυνατοτητα δημιουργιας μιας υλοποιησης που το σήμα παραμένει ψηφιακό από την αρχη (φορεα ηχου - cd, dvd κλπ) μεχρι το τέλος (λιγο πριν το ηχειο).
Αιτια ισως γι αυτη την αλλαγη να ειναι και η μεγάλη διάδοση των ψηφιακών ηχητικών πηγών και μέσων αποθήκευσης και η αναγκη εξαλειψης κυκλωματων μετατροπης (D/A converter) που εισαγουν προσθετο θορύβο.
Πλεονεκτήματα :
:arrow: Μικρό μέγεθος
:arrow: Χαμηλη κατανάλωση ρευματος
:arrow: Υψηλή απόδοση (80%-90%)
:arrow: Θερμαινονται πολυ λιγοτερο
:idea: Οι ψηφιακοί ενισχυτές βασίζονται στην αρχή λειτουργίας των ενισχυτών τάξεως D. Ο D class amplifier μετατρέπει το αναλογικο σήμα σε ψηφιακο πριν ενισχυθεί.
:arrow: Για την μετατροπή του σήματος σε ψηφιακό πριν την οδήγηση του στην τελική βαθμίδα εξόδου χρησιμοποιειται μια απο τις δύο κυριότερες υλοποιήσεις:
α) Ψηφιακοί ενισχυτές βασισμένοι στη διαμόρφωση παλμών κατά πλάτος (Pulse Width Modulation) και
β) Ενισχυτές διαφορικού διαμορφωτή ΔΣ ή Pulse Density Modulation
Διαμόρφωση PDM: (παρόμοια με την DSD των SACD και των 1bit D/A converters των CD). Οι μεταβολές της στάθμης του σήματος μεταφράζονται σε αντίστοιχες μεταβολές της συχνότητας επανάληψης παλμών του ψηφιακού σήματος. Η συχνότητα των παλμών αυξάνεται με αντίστοιχη αύξηση του αναλογικού σήματος.
Διαμόρφωση PWM: Οι μεταβολές της στάθμης του σήματος μεταφράζονται σε αντίστοιχες μεταβολές του ΟΝ time (duty cycle) του παλμού. Όσο υψηλότερη είναι η στάθμη του προς κωδικοποίηση σήματος τόσο μεγαλύτερο είναι το ΟΝ time του παλμού σε ένα σύστημα PWM. Αντίστοιχα σε ένα σήμα PDM η συχνότητα των παλμών αυξάνεται με αντίστοιχη αύξηση του αναλογικού σήματος.
Οι διαμορφωτές PWM είναι και οι πιο διαδεδομένοι στους ψηφιακούς ενισχυτές.
To PWM σήμα οδηγείται στην τελική βαθμίδα ενίσχυσης που αποτελείται από δύο FET transistor για κάθε κλάδο και λειτουργούν σαν διακόπτες, δηλαδη βρίσκονται σε κατάσταση ON ή OFF. Αυτο σημαινει οτι δεν βρίσκονται (θεωρητικά) ποτέ στην περιοχή κόρου όπου υπάρχει και η μεγάλη κατανάλωση πάνω στα τρανζίστορ. Σ αυτο οφειλεται η πολύ υψηλή απόδοση αφού πολύ λίγη από την παρεχόμενη ενέργεια μετατρέπεται σε θερμοκρασία επάνω στα ίδια τα τρανζίστορ.
Το σήμα PWM δεν θεωρειται αμιγώς ψηφιακο σήμα αφού είναι μεν διακριτού ύψους (παίρνει μόνο τιμές +V ή -V) αλλά όχι και διακριτού χρόνου. Για να θεωρηθεί ένα σήμα ψηφιακό θα πρέπει να είναι και διακριτού χρόνου, το οποιο ισχύει μόνο για την περίπτωση της PDM. Ισχύει ομως οτι το σήμα PWM επειδή δεν έχει καμία σχέση με αναλογικό σήμα να θεωρειται ψηφιακο.Να η αντιστοιχία ενός αναλογικού σήματος με το αντίστοιχο διαμορφωμένο κατά PWM και κατά την αντίστοιχη παλμοσειρά διαμόρφωσης Δ-Σ.
Αλλο πλεονέκτημα των PWM ή PDM σηματων σε σχεση με τα PCM ειναι ότι δεν χρειαζόμαστε βαθμίδα D/A για να ανακτήσουμε το αναλογικό σήμα. Για την ανάδειξη του αναλογικού σήματος χρειαζόμαστε μόνο ένα φίλτρο διέλευσης χαμηλών συχνοτήτων (LPF)
\/ \/ \/ \/ \/ \/
/\ /\ /\ /\ /\ /\
Το LPF υπάρχει και στο PCM, για να απορρίψει τον υψίσυχνο θόρυβο που εισάγεται στο σήμα από την βαθμίδα D/A converter.
:roll:
Μεχρι εδω ομως δεν εχουμε εναν 100% ψηφιακο ενισχυτη :!: αφού το αναλογικο σήμα γίνεται ψηφιακής μορφήs μόλις πριν την βαθμίδα τελικής ενίσχυσης. Εξακολουθει να εχει βεβαια κάποια από τα πλεονεκτήματα των ψηφιακών ενισχυτών (π.χ υψηλό βαθμό απόδοσης) όχι όμως όλα, αφού το σήμα της ψηφιακής πηγής θα πρέπει να μετατραπεί σε αναλογικό, πριν την μετατροπή σε PWM, ως αποτέλεσμα να εισάγεται στο σήμα θόρυβος από της βαθμίδες στις οποίες το σήμα παραμένει αναλογικό. Για να θεωρηθεί λοιπον ένα σύστημα 100% ψηφιακό θα πρέπει το σήμα να παραμένει ψηφιακό από την πηγή μέχρι και πριν το ηχειο.
Αρα χρειαζεται ενας επεξεργαστης
οπου γινεται η επεξεργασία του ήχου, o έλεγχος της στάθμης του σήματος (volume control) και η μετατροπή του σήματος σε PWM.Ακολουθει η βαθμίδα τελικής ενίσχυσης οπου το PWM ενισχύεται προκειμένου να οδηγήσει το φορτίο (ηχεία).
Στην έξοδο του power amplifier υπαρχει ένα LPF που ανακτά την αναλογική πληροφορία που περιέχεται στο ψηφιακό σήμα. Συνήθως τα φίλτρα αυτά αποτελούνται από ένα πηνίο αρκετά μεγάλο προκειμένου να μπορεί να διαχειριστεί τα υψηλά ρεύματα μια βαθμίδας ισχύος.
O έλεγχος της στάθμης του προς ενίσχυση σήματος δεν γίνεται με ποτενσιόμετρο ή electronic volume control, το οποίο μειώνει ή αυξάνει το πλάτος του σήματος τις τελικές βαθμίδες ενίσχυσης, όπως στους αναλογικούς ενισχυτές. Ο έλεγχος στάθμης γίνεται ψηφιακά προσθέτοντας ή αφαιρώντας δεδομένα από το σήμα πριν αυτό οδηγηθεί στην βαθμίδα του PWM modulator. Έτσι όταν αυξάνουμε ή μειώνουμε την ένταση του ενισχυτή μας το αποτέλεσμα είναι ένα PWM σήμα με αυξημένο ή μειωμένο duty cycle στην έξοδο του processor. Στη περίπτωση που είχαμε PDM διαμορφωτή το αποτέλεσμα θα ήταν αυξημένη ή μειωμένη συχνότητα επανάληψης παλμών.
