1 Klasse D er analogt fordi informasjonen ligger på tidsaksen – som er analog.
2 Feilen med mine argumenter er at de IKKE gjelder tidsaksen.
… «flisespikkeri» men …
3 Er det ikke frekvensen på trekantspenningen som bestemmer hvor ofte nivået på utgangen kan forandres?
4 Er dette en digitalisering av tidsaksen?
1: Det er korrekt. Dersom tidsaksen hadde definerte tidsintervaller ville det være digitalt.
Man kan i prinsippet kjøre en DSD-strøm rett inn i forsterkeren. Da vil man få tidsfragmenter tilsvarende pulsfrekvensen i digitalpulsen. Vi kan tenke oss dette som følger:
Man har en kondensator mot jord etter en transistor, og mater transistoren med spenning, samt signalet. Dersom signalet har en positiv puls vil spenningen over kondensatoren stige med en enhet. Dersom det er to påfølgende pulser vil den stige med to enheter. Om man har pulsene 10101010101... vil man ha tilnærmet konstant spenning over kondensatoren. Har man 11011011011011 vil man få en stigning som er mindre bratt enn 1111111111111 for eksempel, osv. Poenget er at man hele veien har faste tidsintervaller å forholde seg til. Audiooppløsningen får man ved å ha tilstrekkelig høy pulshastighet.
Når man bruker PCM som kilde i digitale forsterkere gjør man det normalt om til noe som likner DSD. Som motkobling bruker man normalt en AD-konverter. Man kunne i prinsippet laget en forsterker basert på for eksempel 16 strømforsyninger på for eksempel 0,01-328V (Hver strømforsyning har da dobbelt så høy spenning som den med hakket lavere spenning). Man kunne så la hvert bit styre hvert sitt forsterkertrinn opp til 16 bit. Til slutt måtte man da integrere disse signalene ut av forsterkeren. Summen av disse spenningene ville da gitt spenningen ut av forsterkeren. Man ville uansett hatt faste tidskonstanter å forholde seg til. Hver forsterker ville også hatt to faste signalnivåer.
Tidskonstantene ville være langt tregere enn i DSD siden DSD logisk nok ville behøve å gjøre en del operasjoner innenfor hvert bit i multibitkonfigurasjonen for å oppnå disse mellomspenningene.
Det er ganske lett å forstå at dette er digitalt, men det er etter min mening først når man har sett på hvordan de digitale virker at man lett kan se hvorfor en analog switchende forsterker er analog:
Gitt at vi har en transistor og kondensator i samme konfigurasjon som i første eksempel. Så lar vi transistoren mates av et analogt pulstog i stedet for et digitalt. Videre har vi en tilbakekobling som demper signalet med et antall dB som tilsvarer forsterkerens forsterkning. En gitt spenning inn tilsvarer en viss pulstakt ut. Denne takten er gitt av punktet der tilbakekoblingen møter signalet, også kalt komparatoren. I konparatoren sammenlikner forsterkeren i realtime om spenningen ut er for lav eller for høy. Det eksisterer ikke noe slikt som eksakt spenning siden det hele tiden flyter strøm ut av forsterkeren. Dersom spenningen er for lav sier komparatoren at utgangen skal gå høy, om den er for høy ut av forsterkeren sier komparatoren at den skal gå lav. Ved en gitt spenning og last kan dette gi oss en fast frekvens og en takt som ser slik ut: ...011011011011011...
Imidlertid er det tre ting som gjør at forsterkeren ikke er digital. For det første er det prikkene før og etter binærtallene som vi aldri kan kvitte oss med. Det er kun når forsterkerens slås av eller på at disse opphører. Slik kunne det i prinsippet vært i en digital forsterker også, men da ville det i såfall bety at den lyttet konstant på en analog inngang og genererte digitale data med endelig start og stopp ut fra dette.
Det andre er at 011 i en analog forsterker kun er to posisjoner, altså ikke en null og to ett-tall, men en kort null og et langt ett-tall. Slikt eksisterer ikke i den digitale verdenen. Vi måtte da omskrive det for eksempel ...01...01...01... osv for å indikere at ettallene er lange mens nullene er korte.
Det tredje, som ofte er det springende punktet, er hva som skjer om vi øker spenningen inn i forsterkeren med noe som er langt mindre enn oppløsningen i en digital forsterker. I den analoge forsterkeren ville ...01...01...01...01... sett nesten likt ut, men nullene ville blitt ørlite kortere, og ettallene ville blitt ørlite lengre. Frekvensen ville også endret seg en anelse. Hadde forsterkeren vært digital ville frekvensen vært uendret, og i stedet for å endre tiden for nullene og ettallene bittelitt, ville den slengt inn et ettall med jevne mellomrom i stedet.
I en digital forsterker med analog matning vil altså komparatoren motta et analogt signal fra utgangen via en ADC, så sammenliknes disse, og i stedet for bare å flippe utgangstransistorene på et gitt tidspunkt summerer man innsignalet og tilbakekoblingen til en ny digital kode som har til hensikt å endre spenningen ut av forsterkeren.
Så ja, nr 2 er riktig, men det ligger litt mer i det. Det kan knapt kalles flisespikkeri etter min mening.
3: Det er ikke vanlig å ha trekantgenerator i dagens klasse D. Tenk deg følgende oppsett:
Man har en op-amp med en positiv og en negativ inngang. Denne er satt opp med maksimal gain slik at den fungerer som en schmitt trigger. Ut fra denne kobler man en effekttransistor. Etter effekttransistoren kobler man en motstand (spenningsdeler mot jord) tilbake til negativ inngang på op-ampen (som her er satt opp som en schmitt-trigger, eller komparator som vi kaller det innen klasse D). I parallell med motstanden til jord er det også en kondensator. Seriemotstanden i motkoblingen ligger da mellom utgangstransistoren og kondensatoren.
Straks utgangstransistoren er åpen vil det gå strøm fra utgangen, via seriemotstanden, til jord via kondensatoren. Når kondensatoren har nådd en viss spenning, høyere enn inngangssignalet, vil det gå strøm inn i komparatoren, og den vil invertere slik at utgangstransistoren lukker. Straks denne er lukket vil spenningen over kondensatoren begynne å falle. Straks denne er under innsignalet vil komparatoren igjen invertere og utgangstransistoren åpner igjen.
Hvor raskt kretsen responderer på en forskjell mellom input og output er altså avhengig av størrelsen på kondensatoren i kretsen. En større kondensator trenger lenger tid på å lades opp og ut igjen, og kretsen vil da switche saktere. Man tuner simpelthen kretsens switchefrekvens ved å tune hvor rask kretsens reaktive komponenter responderer. Man kan nå hente ut et pulsmodulert audiosignal etter effekttransistoren.
Den mest grunnleggende måten å bygge en faktisk klasse D på er nok der hvor man i stedet for kondensator i motkoblingen bare tapper feedbacken etter utgangsfilteret og lar dette filteret bestemme switchefrekvensen.
4: Nei, verken med dedikert trekantgenerator eller frittløpende klasse D vil dette være digitalisering. Man har ingen faste rammer for hvor bred en puls kan bli, kun et intervall mellom null og en maksimalverdi.
