Digitaalinen vahvistin

Transkriptio

1 Digitaalinen vahvistin Pekka Ritamäki 1

2 Johdanto Vahvistinluokat Analogia ja digitaalivahvistimien erot digitaalivahvistimen peruskytkennät Prosessoriohjatut audiovahvistimet Keskustelu aiheesta 2

3 Aikataulu Vahvistin tekniikan perusteet ja historiallista taustatietoa A-luokan vahvistimet B-luokan ja AB-luokan vahvistimet C-luokan vahvistimet D-luokan vahvistimet 3

4 Analogia == ==-> Digitaali Vahvistimet ja prosessoritekniikka eivät ole perinteisesti liittyneet yhteen Digitaalinen audiosignaalinkäsittely on nykyaikaa VOIP GSM MP3 kotiteatterijärjestelmät Analog Teksti Teksti Digita l Teksti Teksti Teksti Teksti Teksti 4

5 Termit Analoginen signaalinkäsittely Digitaalinen tiedonsieppaus Digitaalinen tiedonsiirto Digitaalinen tiedonkäsittely Digitaalinen vahvistin Digitaalinen analogiaohjaus Aikadiskreettien ohjelmointi 5

6 Perinteiset audiovahvistimet Sir Ambrose Fleming keksi diodin eli koko elektroniikan peruskomponentin 1890-luvulla Teslan mekaaninen vahvistin Unkarin puhelinlaitoksella 1870-luvulla ja Chicagon maailman näyttelyssä New York 1893 Vahvistavan elektroniputken keksi amerikkalainen Lee de Forrest Hän yritti kiertää tanskalaisen professorin Poulsen laulava valokaari -patentteja. Vahvistin otettiin käyttöön ensimmäisenä merikaapelilinjoissa 6

7 Fender Bassman kytkentäkaavio kaavio 7

8 Fender kitaravahvistimien ulkonäkö on tunnettu tavaramerkki 2 * 25W päätepukista sai ammattiorkesterin Aikadiskreettinen työkalun. ohjelmointi 6L6 on Euroopassa EL37 8

9 Fenderin vahvistin on asennettiin vääv äärinpäin koteloon 9

10 Putkivahvistimet 50 W putkivahvistin sähkökitarapojille Radioamatööri toveri avustivat: Seppo Sisättö OH1VR, ja Reino Anttonen OH1TN, Pekka Alhola OH3PP Rolling Stones Satisfaction levy 10W transistorivahvistin Hiukkasten lavalle. 10 Watin vahvistimen transistorisoundi suuressa salissa 10

11 Särömittauksista Normaali yhden signaalin särö mitataan 1 khz signaalilla. TIM, Ristimodulaatiosärömittauksen keksi oululainen prof. Matti Otala Kaiutinkaapelisärö, kullatut, paksut kaapelit, pakanauskoa on Suomessakin Bob Pease tutkinut paksuja kaapeleita Kaapelien vaikutus äänenlaatuun = ei mitään 11

12 Audiovahvistimien luokkajako A-luokan vahvistimet yksinkertaisia Yli puolet tehosta jää vahvistimeen Vain pieni osa kuormaan Pieni särö Käytetään vain etuasteissa < 1..5W 12

13 A-luokan vahvistin A-luokan vahvistimen virta on aina keskimäärin puolet maksimivirtasta Pääteaste biasoidaan puoleen käyttöjännitteestä Kapasitiivinen tai muuntajakytkentä kuormaan Esivahvistimissa paikallaan 13

14 3 W hyvälaatuinen A-luokan A vahvistin 14

15 B-luokan vahvistin B-luokan vahvistimessa käytetään vain toista puolijakso hyödyksi Kaksi komplemettaarista B- luokan transistoria muodostaa PUSH- PULL pääteasteen Hyötysuhde alle 50% 15

16 B-luokan pääp ääteasteen kytkentä 16

17 B-luokan biasointi Puhtaalla B-luokan vahvistimella tulee säröä nollapisteen ympärillä Särö on niin paha, että käytännössä, ei puhdasta B-luokan vahvistinta ole käytössä 17

18 Tietokoneohjaus vahvistimissa Staattinen matriisiohjaus Digitaaliset potentiometrit ja äänensävysuotimet LCD-näytöllä asetukset Digitointipyörällä ohjaus Painonapit Audio in Audiomatriisi CPU ohjaus Audio out 18

19 C-luokan vahvistin C-luokassa on vahvistin toiminnassa vain osa signaalin jaksoa Tämä luokka on harvinainen. C-luokkaa sitä käytetään radiotekniikassa kun halutaan erityisesti kehittää säröä. Sekoittajien yhteydessä tarvitaan taajuuskertojia Niissä kehitetään säröä eli harmonisia komponentteja. Näistä valitaan suodattimella haluttu komponentti 19

20 D-luokan vahvistin ja takaisinkytkentä D-luokassa pääteasteen komponentit toimiva ON/Ei kytkiminä, ei lineaarisella alueella Analoginen signaali digitoidaan vahvistetaan ja muutetaan taas analogiseksi D-luokan toimintaan liittyy oleellisesti kolmioaaltogeneraattori ja komparaattori 20

21 D-luokan toimintalohkokaavio luokan toimintalohkokaavio Analogiatulo Digitointi FET-ohjaimet TehoFET pari tai kaksi paria Alipäästösuodin Kaiutin ja teholähde 21

22 Täysin hardwarepohjainen D-luokan vahvistin Ei kolmioaaltogeneraattoria, vaan integraattori ja analogiatason tunnistus, tasonsiirto, hiladriveri ja FET-pääteaste 22

23 Kahdella komplemettaaripää ääteasteella varustettu D-luokan D vahvistin 23

24 50 W D-luokan D pääp ääteaste yksityiskohtainen kytkentä 24

25 50W D-luokan D särö/tehoks /tehokäyrä 25

26 D-luokan vahvistimen lohkokaavio Valmis moduuli Push-pullpääteaste Kolmioaaltooskillaattori 26

27 PWM/D-luokan toimintakaavio 27

28 PWM luontiperiaate Audiosignaalia verrataan komiaaltoon Siitä luodaan pääteastetta varten PWM-signaali 28

29 29

30 Teholähde hde <> D-vahvistin 30

31 Yläfetin ohjausongelma Q1 FET:in ohjaus kelluu maata vasten Se vaatii enemmän käyttöjännitettä kuin on normaali, pääteasteen käyttöjännite 31

32 Yläfetin ohjausjännite kondesattoripumpulla C8-kondensaattori antaa enemmän jännitettä kuin käyttöjännite 32

33 FET ohjain mikropiiri 33

34 Kolmioaaltogeneraattori Perinteinen (= hyvin toimiva kolmiaaltog eneraattori LM555 Kolmiogeneraattori 34

35 D-luokan särös ja Deadtime 35

36 Teholähteen hteen pumppaus kuorman mukana 36

37 Fetin ohjainpiiri 37

38 Fetin ohjanpiirin toimintakaavio 38

39 FET pääp ääteasteen Bootstap periaate 39

40 200 W, +/-50V D-luokan D pääteaste 40

41 D-luokan vahvistimen taajuusvaste 41

42 20 A 20-35V sääs äädettävä teholähde hde 42

43 120W tehosuojattu B-luokan B push-pull pull pääteaste 43

44 D-luokan vahvistin+ digitaalinen sääs äätö 44

45 Käynnistysäänen poistorele 45

46 Maksimitehon dynaaminen rajoitin 46

47 Audiogeneraattori NTC- vastusstabiloinnilla 47

48 Laaja-alainen alainen audiogeneraattori 48

49 100W vahvistin, äänens nensävysäätö ja esivahvistin 49

50 Stereo äänirele 50

51 Särömittarin anturi 51

52 Audio mv mittari särön s mittausta varten 52

53 Audiovahvistimen +/-tehol teholähdehde 53

54 Teholähteen hteen maadoituspiste 54

55 +/- vahvistin akkujen latauslaite yhdellä laturilla 55

56 Akku/vahvistin muuttaja +/-30V 6.3A 56

57 Vibraaton ohjauskytekntä 57

58 Eristetty +/-12V generaattori 58

59 Alkukäynnistysviive 59

60 Alkukäynnistystehon rajoitin 60

61 Virtuaalinen maageneraattori 61

62 Ohjattava, eristetty strobo 62

63 Pääteasteen lämpl mpötilasuojaus 63

64 Vibrato 64

65 Vibrato modulointi 65

66 Digitaalinen kotiteatterijärjestelm rjestelmä 66

67 SPDIF koaksiaaliliitänt ntä 67

68 SPDIF- audiomuunnin 68

69 Transistori hfe testauslaite 69

70 Audio-oskilaattori oskilaattori 70

71 Negatiivisen jännitteen j generaattori 71

72 Fet audiopää ääteaste 72

73 Suojausyksikkö 73

74 Pienikohinainen esivahvistin 74

75 Vaaleanpunainen kohina 75

76 Säädettävä teholähde hde +/ V25V 76

77 Parempi teholähde hde +/-1.9V 1.9V-25V 77

78 Hakkuriperiaatteella toimiva sääs äädettävä teholähde hde 78

79 12V-+/ +/-35V 6.3A Muuttaja autovahvistinta varten 79

80 Lisätietoja DSP kirjat Internet Digital Signal Processing, E.C.Ifeachor, B.W.Jervis 80