Ofschoon het principe van de klasse-D-versterker ook al enkele decennia oud is, is dit type eindtrap voor hifi-toepassingen nooit echt doorgebroken. Gebrek aan goede halfgeleiders (snelle vermogens-FET’s) en te veel vervorming waren hiervan de voornaamste oorzaken. Intussen hebben diverse fabrikanten variaties op dit thema bedacht die ze vaak van een eigen benaming hebben voorzien. Zo heeft Crown de klasse-I-versterker bedacht, Sony heeft zijn S-master-technologie ontwikkeld en Tripath heeft zijn klasse-T-versterker ontworpen. Helaas is hiermee de mooie alfabetische volgorde verloren gegaan ten koste van fabrikanten-afkortingen.
Sony S-Master Pro versterker
Bij de S-master-techniek heeft Sony een aantal technieken gecombineerd om de klasse-D-opzet geschikt te maken voor huiskamer-hifi-toepassingen. De omzetting van het binnenkomende signaal naar een pulsbreedte-gerelateerd signaal noemt men hier complementary pulse length modulation (C-PLM).
Uitgebreide aandacht wordt besteed aan het onderdrukken van jitter. Hiertoe wordt gebruik gemaakt van een extreem nauwkeurig kloksignaal en een circuit (clean data cycle) dat de plaats van de uitgangspulsen indien nodig corrigeert (zie figuur 6).
Figuur 6. Blokschematische opzet van een S-master-versterker van Sony.
Een bijzonderheid bij de Sony-benadering is zeker de volumeregeling. Bij een normale klasse-D-opzet staat aan de uitgang altijd de volledige blokgolf met een waarde van 50 tot 100 V (top-top). Vooral bij kleinere uitgangssignalen is het heel moeilijk om de restanten van de blokgolf geheel verwijderd te houden uit het gefilterde signaal. Bij de Sony-opzet wordt het volume geregeld door het aanpassen van de voedingsspanning van de eindtrap. Hierdoor gaat geen informatie verloren bij kleine signalen Dit werkt over een bereik van 50 dB.
De firma Tripath heeft een technologie ontwikkeld die naar eigen zeggen de signaalkwaliteit van klasse-A- en AB-ontwerpen combineert met een hoog rendement van 80 tot 90%.
Daartoe maakt men gebruik van een combinatie van analoge en digitale circuits, gecombineerd met digitale algoritmes die het ingangssignaal moduleren met een hoogfrequent schakelpatroon. De door Tripath ontwikkelde algoritmes zijn afgeleiden van adaptieve en voorspellingsalgoritmes die in de telecommunicatie al worden toegepast.
Sonic Impact Super T-amp met klasse-T versterker
Bij de Tripath-versterker is het grootste deel van de analoge en digitale elektronica ondergebracht in één IC (afhankelijk van het vermogen met of zonder eindtransistoren). In figuur 7 is de blokschematische opzet afgebeeld. Het ingangssignaal wordt eerst gebufferd door een ingangstrap. Vervolgens gaat dit naar het blok Digital Power Processing dat de adaptieve signaalprocessor bevat, een digitale conversie-functie, muteschakeling, overbelastingsbeveiliging en foutdetectie. Via de kwalificatielogica wordt dan de vermogenseindtrap aangestuurd, waar via een uitgangsfilter de luidspreker op wordt aangesloten.
Dankzij de speciale algoritmes kan de processor in de klasse-T-versterker bij de aansturing van de eindtrap rekening houden met de specifieke eigenschappen van de toegepaste vermogenstransistoren. Hierbij wordt gelet op het niet-ideale schakelgedrag, misaanpassing tussen de complementaire uitgangstransistoren, dode-tijd-vervorming en de resterende
energie van de oscillator in de audioband.
Figuur 7. Klasse T van Tripath is een intelligente uitwerking van het klasse-D-principe, waarbij een processor voortdurend het ingangssignaal monitort en de schakelsignalen
bijstuurt.
De schakelfrequentie bij klasse T wordt voortdurend aangepast in de grootte van het ingangssignaal. Bij lage ingangsniveaus ligt ze vrij hoog, op circa 1,2 MHz. Dit komt de signaalkwaliteit ten goede. Bij stijgend ingangsniveau daalt de frequentie geleidelijk om het rendement te verhogen. Bij volle uitsturing ligt de schakelfrequentie uiteindelijk bij circa 200 kHz. Daarnaast wordt ook nog een soort noise-shaping toegepast op de toppen van het uitgangssignaal om de signaalvorm te verbeteren. Al deze maatregelen zorgen er samen voor dat de klasse-T-versterker een klankindruk levert die doet denken aan audiofiele analoge versterkers.
De toekomst
Met het oprukken van digitale audio zal uiteindelijk ook de eindtrap in een digitale variant in menige consumentenversterker te vinden zijn. De reden: efficiënter, kleiner en goedkoper te produceren. Of deze ontwikkeling ook zal doorzetten in het high-end-gebeuren, is nog moeilijk in te schatten. Op dit moment zijn er nog maar enkele digitale kwaliteitsversterkers op de markt.
