Op de sheets ontbreekt het logo van de werkgever van Bruno Putzeys, de spreker van bijeenkomst 153 over klasse-D versterkers: "Life on the edge". Hiermee wil Bruno duidelijk maken dat de bedrijfsstrategie en zijn visie niet exact gelijk zijn en hoeft hij zijn eigen mening niet te verbergen... De presentatie openbaart, zoals de ondertitel aangeeft, zijn privé dagboek en is opgedeeld in twee stukken. Voor de pauze is de theorie aan bod gekomen, na de pauze zijn een aantal praktijk oplossingen besproken. Met een PWM versterker uit het boekje (fig.1) laat hij zien hoe het modulatieschema ontstaat en dat dit niet per definitie digitaal is. De D in klasse-D staat dus niet voor digitaal, maar volgt eenvoudigweg de C van klasse A, B en C op.
fig.1 Basics > "Schoolbook" class D amplifier
Een goede reden om een klasse-D versterker te gebruiken is het hoge rendement (>90%). De vermogens trap van een klasse-D versterker bestaat uit (ideale) schakelaars die in "open" toestand een oneindig hoge weerstand hebben, en in "gesloten" toestand een weerstand van nul Ohm. In het eerste geval loopt er geen stroom, en in het tweede geval staat er geen spanning over de schakelaars. De schakelaar zelf dissipeert in theorie dus helemaal geen vermogen. Belangrijk is nog de snelheid van de schakelaar, sinds de komst van snelle en betrouwbare MOSFET techniek is een praktisch bruikbare klasse-D versterker te maken. Om te voorkomen dat de schakelaars uitbranden moet er eerst één uitgezet worden voordat de andere aan gaat. De tijd tussen uit- en aanzetten is de dead-time. De stabiliteit van de voedingsspanning (de voedingsspanning is de versterkingsfactor), de schakeltijd en de dead-time veroorzaken het niet-lineaire gedrag van een klasse-D versterker, hetgeen tot uitdrukking komt in vervorming. Na de schakelaars komt een low-pass reconstructiefilter om de hoogfrequente PWM blokgolf uit het audiosignaal te filteren. Het reconstructiefilter werkt alleen optimaal voor de afsluitimpedantie waar het filter voor is uitgerekend. De impedantie van een luidsprekersysteem kan oplopen afhankelijk van de frequentie, waarmee de frequentieoverdracht van het filter ook oploopt. Hoewel veel mensen dit als aangenaam ervaren, misschien wel door de kwaliteit van de gebruikte luidsprekers, is het in principe de bedoeling dat een versterker in het audio gebied een vlakke frequentiekarakteristiek vertoont. De afwijking (vervorming) die door de dead-time, de voedingsspanning en het reconstructiefilter ontstaat, kan met feed-forward of feedback error control worden aangepakt.
Vervolgens is een volledig digitale klasse-D versterker besproken, waarbij het al snel duidelijk wordt dat dit voor Bruno niet vanzelfsprekend het te volgen traject is. Bij het ontwerpen van een "geheel" digitale versterker wordt in het algemeen enorm veel aandacht besteed aan de PWM generator. Volgens Bruno is dit echter maar de helft van het probleem. Het vermogensgedeelte (met de schakelaars) blijft analoog met grote en "analoge" vervorming problemen, stelt hij. Het maken van een digitale klasse-D versterker waarvan de specificaties zelfs maar in de buurt komen van een analoge blijkt zeer moeilijk te zijn. Hiermee laat Bruno zien dat het niet altijd waar is dat audio in het digitale domein niet degenereert en bewijst hij dat AD en DA conversie daar moet gebeuren waar dat het beste resultaat oplevert. Het audiosignaal hoeft niet per definitie zo lang mogelijk "digitaal" te blijven om kwaliteit te waarborgen.
Na de pauze is gekeken naar de belangrijkste producten in de commerciële hedendaagse klasse-D range. Hierbij is onder andere aandacht besteed aan B&O ontwerper Karsten Nielsen, die als eerste een klasse-D versterker met goede specificaties liet zien en aan Piak's "Mueta", de eerste klasse-D versterker met totale filter compensatie en zeer indrukwekkend lage vervormingcijfers. De voor- en nadelen van verschillende commerciële concepten zijn besproken, bijvoorbeeld een versterker waarvan het rendement nauwelijks hoger is dan dat van een klasse AB versterker en een 200W versterker die een enorme hoeveelheid vervorming produceert als ze meer dan 50W moet leveren. Tot slot is nog een keer aandacht besteed aan het idee om de volledige audio keten digitaal te maken met een "power DAC", een geheel digitale klasse-D eindversterker. Toccata heeft hiermee als eerste succesvol resultaat geboekt, en Philips heeft, met het oog op het toekomstig succes van DSD een zeer efficiënte klasse-D versterker (98%) met een running-averaged DSD modulator en een 8 fase brug ontworpen.
Het valt op dat bij de besproken volledig digitale oplossingen geen terugkoppeling aangebracht is, terwijl dat in de analoge klasse-D versterkers heel gewoon is. De vervorming die ontstaat in en na de vermogenstrap wordt dus niet weggeregeld.
Door het feit dat bij het analoge concept de fouten die ontstaan zeer doeltreffend met behulp van terugkoppeling worden aangepakt, heeft Bruno veel vertrouwen in het analoge concept, en veel minder in het volledig digitale concept, voor zover men van "volledig" digitaal kan spreken, de vermogenstrap blijft immers hetzelfde. De vervorming van volledig digitale klasse-D versterkers zal pas efficiënt aangepakt kunnen worden als de fout die aan de uitgang ontstaat in "real-time" geanalyseerd en gecorrigeerd kan worden.
Al met al een zeer interessante lezing, niet alleen voor de mensen die reeds met klasse-D versterkers geëxperimenteerd hebben, maar ook voor diegenen die zich blind staren op de onbeperkte mogelijkheden die de digitalisering met zich meebrengt...
