Audiophiler Class-D Verstärker

Ich muss einräumen, das intensive Tests per Simu an der Performance meines Laptops in Verbindung mit LTSpice scheitern. Er soll zwar 2,6GHz Celaron haben, aber es ist die Katastrophe im Vergleich zum PC auf Arbeit. Will sagen, manchmal rechnet er nach kurzer Zeit plötzlich offensichtlichen Mist zusammen, und manchmal startet er die Simu erst gar nicht, wenn ich mal einen C im Wert verändere. Und wenn es läuft, dan nur im Schneckentempo. Das macht keinen Spaß.
So hab ich z.B keine Ahnung, warum er die Simu mit einer bereits vorhandenen Ladung auf dem Koppel-C startet, quasi von der ersten µs an. Ich habe deshalb auch Bedenken, ob man sich auf diese Simulation wirklich verlassen kann. Ich werde also, wenn ich etwas Zeit habe, es auf der Arbeit noch einmal versuchen.

Ich hab in meinen ersten "Vollsimulationen" gesehen, daß am Kondensator Spannungen abfallen. Ich mußte mit dem Komparator-Spannungsteiler gegenanhalten. Sonst lief auch bei mir die Endstufe gegen eine Betriebsspannung und blieb da hängen. Kummer bereitet mir die mangelnde Neigung meiner Simulation, sich selbsttätig zu symmetrieren. Vielleicht fehlt uns doch noch eine Gleichstromgegenkopplung. Aber das will ich morgen alles nochmal in Ruhe absichern.

Ich möchte noch einmal die Vor- und Nachteile von Voll- und Halbbrücke gegenüberstellen:

Halbbrücke mit symmetrischer Power-Betriebsspannung:

Wie viele Betriebs- und Hilfsspannungen man benötigt, ist letztlich eine Frage der Schaltung Normaler Weise benötigt man insgesamt 5.
Prinzipbedingt kommt es durch die Spule im Tiefpass bei Aussteuerung zur Umladung von El. Energie von einem Netzteil-C in den anderen. D.h. der in einer Halbwelle belastete Zweig liefert wie beim Analogverstärker im Durchschnitt den vollen NF-Strom für den Lautsprecher. Die Spule speichert diesen Strom, und gibt ihn zum Teil an den unbelasteten Zweig zurück. Für den Lautsprecher ist das die gleiche Stromflussrichtung, also ein Quasi kontinuierlicher NF-Strom, Für den anderen Netzteilkondensator bedeutet das eine Aufladung. Was beim Analogamp als Verlustleistung verpulvert wird, wird hier per Elkoladung der nächsten Halbwelle zur Verfügung gestellt. Daraus resultiert der höhere Wirkungsgrad des Schaltverstärkers.
Für die Elkos bedeutet das, sie sollten nicht nur die 100Hz Brummspannung genügend unterdrücken. Will man eine niedrige Grenzfrequenz erreichen, muss auch dieser Umladeeffekt berücksichtigt werden. Ansteuerung mit Gleichspannung ist nicht möglich, die Ladung kann ja nicht weg.
Ein Schaltnetzteil macht keinen Sinn, bzw. würde ebenso große Elkos wie ein konventionelles Netzteil benötigen.

Vollbrücke:

Nur eine Power-Betriebsspannung ist nötig. Hier ist es der gleiche Elko, der ent- und geladen wird. Das Netzteil muss nur die nötige SpitzenLEISTUNG liefern. Da wir beim SODFA nur mit max. 2/3 Aussteuerbarkeit rechnen, bleibt der NF-Spitzenstrom für das Netzteil immer deutlich niedriger als der Ausgangsstrom für den Lautsprecher. Eine untere Grenzfrequenz gibt es nicht. Der/die Elkos können sich auf die Brummspannung konzentrieren, Schaltnetzteil währe sinnvoll. Für gleiche Leistung an gleicher Impedanz ist gegenüber allen Halbbrücken die halbe Betriebsspannung erforderlich. Der Bauelementeaufwand ist deutlich höher.
Der Kleinsignalteil kann ohne Schwierigkeit das gleiche GND oder V- -Potential besitzen, wie PWR-GND. Die Stromversorgung wird einfach.

Halbbrücke mit Koppelkondensator:

Die HF-Ströme gleichen sich für das Netzteil aus, also Ladung/Entladung findet am gleichen Elko statt.
NF-Strom fließt für das Netzteil nur in der positiven Halbwelle, mit gleichem Strom wie bei der Vollbrücke, aber der doppelten Spannung. Hier ist es wie am gleichartigen Analogamp. Den Strom für die negative NF-Halbwelle muss der Koppelkondensator liefern.
Für das Netzteil bedeutet das, es muss die doppelte Spitzenleistung liefern können. Das bedeutet größere Elkos, und, will man eine niedrige Grenzfrequenz erreichen, bedeutet das auch einen entsprechend größeren Trafo.

Der Koppelkondensator muss effektiv den gesamten NF-Laststrom übertragen, wie beim Analogverstärker. Er kann nicht von der Stromtransformation durch das Schaltprinzip profitieren, wird also entsprechend groß.
Aufwand und Stromversorgung werden einfach, vorausgesetzt es funktioniert.
Untere Grenzfrequenz wird vom Koppelkondensator bestimmt (bzw. umgehehrt).


Bei jedem Elkovergleich mit Analogverstärkern ist natürlich zu berücksichtigen, dass alle Elkos zusätzlich HF-geeignet sein müssen.

Fazit:
Besonders, wenn das Koppelkondensator-Prinzip doch irgendwie funktionieren sollte, ist für kleine Leistungen diese Art Halbbrücke sehr vorteilhaft.
Ab einer bestimmten Leistung wird die Vollbrücke weniger Volumen benötigen, wegen der Elkogrößen. Bei noch mehr Leistung wird sie in der Schaltfrequenz beherschbarer, wegen der geringeren Betriebsspannung.
Zum Austausch bestehender Analogendstufen bei gleichen Anschlussbedingungen (insbesondere gleichem Netzteil) ist wegen der geringen SODFA-Aussteuerbarkeit nur die Vollbrücke geeignet, vorausgesetzt, die zu ersetzende Analogendstufe ist nicht bereits eine Vollbrücke.

Tillg

Wenn es uns gelingt, den Differenzverstärker loszuwerden, werde ich begeisterter Fan der Vollbrücke!

Warum?

Ich halte es für extrem schwierrig, daß wir eine ns-Subtraktion (es geht ja nicht nur um 500kHz) analog und fehlerfrei durchrechnen.

Der SODFA bleibt audiophil, wenn wir alle Digital-Signale möglichst unbehandelt lassen. Wenn wir in der Rückführung integrieren, verzerren, die Phase drehen oder sonstwas anstellen, so haben wir verloren. Und genau das kann uns der Differenzverstärker einhandeln. Wir müssen weg von der analogen Verrechnung.

Der SODFA ist weder Fisch noch Fleisch. Der Modulator verwaltet geschaltete Analogsignale. Somit haben wir prinzipiell die Aufgabe, eine höchstpräzisen 500 kHz-Analogrechner zu bauen: Integrator und Komparator kriegen wir noch hin. Aber eine potentialunabhängige 500kHz-Subtraktion, das übersteigt die DIY Möglichkeiten.

@ Rumgucker:
Da du inzwischen wieder über Vollbrücke nachdenkst, nehme ich an, dein Koppelkondensator hat sich erledigt, oder soll ich doch noch Simulationsexperimente machen?

Rumgucker schrieb:

Integrator und Komparator kriegen wir noch hin.

Der Integrator dürfte tatsächlich völlig problemfrei sein. Hier sind nur die passiven BE entscheidend, und sollten Induktionsarm sein.
Wie wichtig aber ist die Qualität des Komparators?
Seine Verzögerungszeit dürfte keine große keine Rolle spielen, denn zu der addiert sich immer auch die der Schaltstufe Siehe Bild 5 ubd 6 in #1159. Bleibt die Frage, ob er auch präzise bei 0 schalten muss, die ich dort ebenfalls bereits aufgeworfen habe. Währe die Gesamtverzögerungszeit immer gleich, könnte das der Fall sein. Im zitierten Beispiel ist bei Aussteuerung aber auch die Verzögerungszeit nicht in beiden Schaltrichtungen gleich, was einer Diffrenz der Schaltschwellen gleichkommt. Das dürfte auch bei den realen Schaltstufen, die ihre Klangüberlegenheit im SODFA-Betrieb bereits demonstriert haben, der Fall sein. Wenn dem so ist, spielt die Schaltpräzizion auch keine große Rolle.

Genau deshalb möchte ich noch einmal auf meine Frage in #1159 hinweisen, die in der Länge dieses Beitrages und der Menge der folgenden möglicherweise untergegangen ist:

Mit dem LT1395 sinkt die Frequenz bei der hier gewählten Maximalaussteuerung von 2Vs gegenüber der bei Nulldurchgang auf 38% bei SODFA und Hysteresewandler. Mit dem LT1818, bei dem mit der Aussteuerung die Differenz zwischen den Verschiebungen der Schwellspannung gegenüber 0 sinkt (siehe Bild 1 und 2), beträgt der Frequenzabfall nur etwa 62%. Damit ließe sich der Verstärker höher aussteuern bzw. arbeitet bei gleicher Aussteuerung günstiger für den Ausgangsfilter. Wenn dadurch das SODFA-Prinzip nicht beeinträchtigt wird, und die Bauelementestreuung es zulässt, könnte man diesen Effekt des „schlechteren“ Komparators eventuell sogar nutzen. Oder man kann überlegen, wie man diesen Effekt künstlich hervorrufen kann.

Aber weiter zu Rumgucker s Bedenken:

Rumgucker schrieb:

Ich halte es für extrem schwierrig, daß wir eine ns-Subtraktion (es geht ja nicht nur um 500kHz) analog und fehlerfrei durchrechnen. ... Aber eine potentialunabhängige 500kHz-Subtraktion, das übersteigt die DIY Möglichkeiten.

Auch mir gefällt dieser Differenzverstärker nicht, wie ich schon mehrfach geäußert habe. Er dürfte wirklich qualitätsentscheidend sein, und sollte deshalb sorgfältig ausgewählt werden. Ganz so verbissen wie Rumgucker sehe ich es jedoch nicht.
Das potentialunabhängige ist dabei überhaupt nicht das Problem. Das schafft jeder halbwegs ordentliche OPV. Im Gegenteil, ich sehe darin sogar einen Vorzug, da man den Bezug zum eventuell gestörten Power-GND nicht benötigt. Der Differenzverstärker bezieht sein Ausgangssignal dadurch exakt auf Analog-GND.
Vielmehr ist es die hohe Flankensteilheit des zu messenden Signals, die mir Sorgen macht. Und das eventuell energiereiche „Ringing“ (hohe Spannungsspitzen in kurzer Zeit), das bei schlechter „Totzeiteinstellung“ auftreten könnte. Schon deshalb sollte man auch bei dieser auf Sorgfalt Wert legen.
Der einzelne Integrator würde damit problemlos klar kommen, allerdings auch nur bei kurzer, induktionsarmer Leitungsführung.

Rumgucker schrieb:

Wenn es uns gelingt, den Differenzverstärker loszuwerden, werde ich begeisterter Fan der Vollbrücke!

Doppel-SODFA hatten wir schon durch.
Was passiert aber, wenn man 2 Integratoren nimmt, und deren Ausgänge per Differenzverstärker auf einen Komparator gibt? Deren Zeitkonstanten müssten natürlich ziemlich gleich sein (eventuell Abgleich), und sie müssten ein klein wenig statisch gegengekoppelt werden, wie in Amperichers Schaltung, damit sie nicht auseinanderlaufen. Und sie müssten vor allem bei PowerUb/2 arbeiten (der Differenzverstärker jedoch nicht). Man ist den Differenzverstärker zwar nicht los, aber es wird für ihn bedeutend anspruchsloser.

Tillg

@Rumgucker

Bereits ein LT1360 bewältigt die Differenzbildung für die Gegenkopplung einer SODFA-Vollbrücke problemlos. Ein LT1818 noch wesentlich besser.

Aufschluß wird aber erst ein ausgiebiger Hörtest Halbbrücke gegen Vollbrücke bei ansonsten gleichen Vorraussetzungen geben.

Ansonsten gibt es eine Möglichkeit, auf den Differenzverstärker bei der Vollbrücke zu verzichten. Grundsätzlich funktioniert eine SODFA-Vollbrücke auch so:

http://img129.echo.cx/img129/7720/brckeplanasc5iv.jpg

Vorraussetzung ist eine Signalquelle mit möglichst geringem Ausgangswiderstand, da E- von U2 jetzt keine virtuelle Masse mehr darstellt.

Ob das ganze auch bei unsymmetrischer Versorgungsspannung der Leistungsstufe funktioniert, muß ich noch testen.

Ich wage allerdings zu bezweifeln, dass diese Art der Vollbrücke am Ende besser klingt, als eine SODFA-Vollbrücke mit zusätzlichem schnellen Differenzverstärker in der Gegenkopplung.

OK, ich ziehe diese Frage zurück:

Was passiert aber, wenn man 2 Integratoren nimmt, und deren Ausgänge per Differenzverstärker auf einen Komparator gibt?

Abgesehen von den schon geschilderten Schwierigkeiten hatte ich vergessen, dass man das Differenzsignal auch für den Komparator benötigt, damit es eben ein SODFA wird.

@ Beobachter:
Dein letzter Schaltungsvorschlag stellt jetzt an den Integrator-OPV die Anforderungen, die sonst der Differenzverstärker erfüllen müsste. Er muss dem Signal am + Eingang schnell genug folgen. Damit har man auch nichts gekonnt. Außerdem wird es mit dem Levelshifting nach Power-GND wieder schwierig. Der Differenzverstärker erledigt das ja nebenbei mit.

Tillg

@Tillg

Hab ich mir schon gedacht, dass dir diese Schaltung nicht sonderlich gefällt. Mir übrigens auch nicht. Wollte nur mal zeigen, dass man zumindest bei symmetrischer Versorgung der Schaltbrücke den Diff-Amp auf diese Weise einsparen könnte.

In diesem Zusammenhang möchte ich noch mal betonen, was Tillg bereits als Vorteil eines Diff-Amp in der Gegenkopplung angesprochen hat: Er mißt die Differenz zwischen Ur+ und Ur- und bezieht diese auf Analog-Ground.

Dieser Vorteil ist nicht zu unterschätzen! Auch bei sehr guter Masseführung ( allgemein gesprochen, man soll sie ja eben nicht "führen" ), ist bei einem PWM-Verstärker der Power-Ground nie ganz sauber.

Unter der einzigen Vorraussetzung, dass man einen wirklich geeigneten OP für die Differenzbildung nimmt, kann es sogar sinnvoll sein, auch bei einer Halbbrücke einen Diff-Amp in der Gegenkopplung einzusetzen!

Erfolgreich simuliert!

Es fehlte uns einfach noch die Gleichstromgegenkopplung aus R5/R9. Bei der Gegelgenheit flog gleich die Zenerdiode in der high-side weg.

Als erste Reaktion möchte ich nochmals unsere Bitte wiederholen:
Könntest du Beobachter, mir und vielleicht noch ein Dutzend anderen Leuten hier nicht vielleicht die Arbeit ersparen, alle diene Schaltungen noch einmal für sich selbst abzuzeichnen, um sie überblicken zu können, indem du sie gleich ordentlich zu „Papier“ bringst?
Das heißt: den Hauptsignalweg von links nach rechts, die Spannungspegel von oben plus nach unten minus und insgesamt nicht so verschlungen.

Ansonsten bin ich nicht mehr beliebig lange gewillt, deine Schaltungen zu ergründen.

Tillg

@Rumgucker

OK, den warte ich mal mit Spannung auf deine vollständige Dimensionierung, damit ich deine Simulation nachvollziehen kann.

Statt 50V hab ich 60V genommen.

Bei Gleichstromgegenkopplung R5=20k und R9=10k stellt sich ein 50:50 Verhältnis ein.

Die Wechselstromgegekopplung: C3=100nF.

Integrator: C1=220p, R3=10k.

Komparator: R1=2k, R2=10k.

Koppelkondensator ist 4700uF, idealisiert.

Ausgangskreis: 40 uH, 1nF.

Lastwiderstand: 4R.

Idealisierter OP und idealisierter Komp mit oc.

R8 begrenzt den Ladestrom des low-side-Gates, 10k.


Der Speaker-Ausgang hat sichtbare HF. Beim Einschalten schwingt der Ausgang erst auf +30V, danach auf -20V..., und schwingt sich dann mit einer gedämpften Sinusschwingung auf 0V ein.

Ist bestimmt noch verbesserungswürdig. Aber die Simulation hat mir klar die fehlende R5/R9-Schaltung gezeigt. Und darum gings erstmal.

Für ne schnelle Simulation empfehl ich C3=1nF und 4uF Auskoppelkondensator. Dann ist man in unter 2ms stabil.

@Tillg: Meintest du mich damit?

Ansonsten bin ich nicht mehr beliebig lange gewillt, deine Schaltungen zu ergründen

Ich liebe kompakte Schaltungen, die man mit einem Blick und ohne lange zu scrollen überblicken kann. Natürlich dürfen die Symbole nicht zu klein werden. Das zwingt mich zu einer gewissen Faltung.

Bei euren teilweise monströsen Schaltungen mußte ich hin und herscrollen. Meist mit dem Effekt, daß ich dabei die zu verfolgende Leitung wieder verlor.

Ich persönlich finde Schaltungen "Tonne", die nicht auf einen Schlag auf meinen Bildschirm passen. Aber ich war Euch gegenüber tolerant und hab mich nie beschwert.

Bildschirmauflösung 1600x1200 bei 21 Zoll oder mehr!
Da paßt meine komplette Atemgasanalyseelektronik auf den Schirm. Sei mal nicht so kleinlich!
Gruß, Timo

Ich hab 800x600. Außerdem "patentiere" ich die Schaltungen so: nach den Schaltbildern kann sie eh keiner nachbauen. Harharhar

Aber nun mal im Ernst, tiki: die albernen 25 Teilchen motivieren schon fast zum Nachbau finde ich. Ob wir noch "20 Bauteile" hinkriegen?

Wir sollten die Elektronik die "SODFA-Stamp" nennen. Einzig für den Koppelkondensator und das Netzteil braucht man noch nen Handwagen.

Rumgucker schrieb:

Aber ich war Euch gegenüber tolerant und hab mich nie beschwert.

Du merkst wohl gar nicht, wie oft du dich hier über uns vermaulst? Auch über Schaltungen.
Aber OK. Ich will hier nichts aufrechnen. Wenn du es schön so findest, muss ich mich eben dran gewöhnen.
Schlage vor, du überspringst den Entwicklungsschritt Schaltplan in Zukunft und stellst gleich das Layout hier rein, das passt bestimmt auf’n Schirm, und für uns kommt’s ungefähr auf’s Gleiche raus.

und wenn irgendwamm mal ein schaltplan fertig ist wird der amp von den forenusern erbaut und es gibt eine neue high-end-manufaktur die selbst burmi, mark, marantz oder krell im schatten stehen lässt ;-) man sollte nur über einen namen nachdenken. also ich finde nifan klingt gut ;-)

@Nif4n: wir wollen nicht wirklich was bauen. Wir wollen nur das Geld der nifan-philen Kunden.

@Tillg: hast Du Deine Tage?

Rumgucker schrieb:

Ob wir noch "20 Bauteile" hinkriegen?

Klar, wozu brauchen wir Stützkondensatoren für die Betriebsspannungen? LP-Anschlüsse kann man auch nicht wirklich Bauelemente nennen. Am Eingang gefällt der Superschaltung sowieso alles was ankommt. Da gibt’s noch jede Menge Einsparpotential.

Sieht jemand ne Chance, wie wir die +/- 15V für die OPs irgendwie aus den 50V abzwacken?

Vorläufiges Simulationsergebnis zur neuesten Version von Rumguckers Schaltstufe ( leider vom Autor bisher nicht dimensioniert ):

D2: MURS360, D1/D3: MURS120, T1: 2N2219A, MOSFETs: Si4488DY

Erst bei R4=47Ohm wird die Anstiegsflanke steil genug. Dann verbrät R4 aber bereits durchschnittlich zwei Watt.

Eine Verbesserung könnte hier der Einsatz eines sogenannten "Super-Beta-Transistors" für T1 bringen.

D2 müßte in der Praxis noch größer dimensioniert werden. Bei Diotec gibt es SMD-Schottkydioden bis 100V/8A ( SK810 ).

Ich hatte Dir meine Simulations-Dimensionierungen angegeben so wie sie hier liefen. Mein uraltes Spice kennt Deine modernen Bauteile nicht, weswegen ich überwiegend idealisierte Bauteile verwendet hatte. Mir gings um die Reparatur der grundsätzlichen Fehlfunktion der Koppelkondensator-Halbbrücke.

Das mit 47 Ohm ist ja nicht schön. Bringt der Transistor nur eine 5-fache Stromverstärkung? Prinzipiell sperr ich aber auch nicht (mehr) gegen ein Treiber-IC a la IR21xx. Kosten und Bauteilanzahl halten sich die Waage.

Für den Differenzverstärker geht auch
MAX4108 im SO8-Gehäuse

Hallo Leutz!

Lese hier seit kurzer Zeit mit, zum Thema Diffamp und Vollbrücke:
[url]http://img286.echo.cx/img286/3927/susysodfa0jv.th.jpg[/URL
http://img286.echo.cx/img286/1344/susysodfa0jv.jpg

Die beiden Lt1217 sind über R7 Stromgegengekoppelt (sind Transimpedanzwandler), Integratorschaltung von Nelson Pass abgeleitet, "Supersymetrisch".

Habe übrigens das Gefühl, dass normale SODA bzw. SOFA nichtlinear gegenkoppeln -> Verzerrungen , der SODFA hingegen linear. Inwiefern die Linearität abhängig vom Verhältniss der Integrator/Komparator-GK ist, werde ich demnächst mal nachrechnen. (muss aber erst mal in den nächsten 2-3 Wochen ein Referat halten und einen Praktikumsbericht abgeben).

Ihr habt´s drauf, Leute, viel Erfolg!!!

grüsse
Peter

Das Schaltprinzip ist hochinteressant!

Nachtrag: ich bin schon ganz verliebt in das "supersymmetrische (tm)"-Schaltprinzip Enthebt uns das echt aller Probleme? Genial, Peter, einfach genial!

Rumgucker schrieb:

Das Schaltprinzip ist hochinteressant!

Wieso? Es hat doch mehr als 5 Bauelemente!

@ Peter
Ist das dein Ernst, die in- von U5/U6 und die in+ von U1/U4 nirgends anders anzuschließen, als am jeweiligen Gegenüber? Wie geht das denn? Ich habe in den Datenblättern keinen Hinweis darauf gefunden, dass man diese Eingänge quasi einfach offen lassen kann.
Beim LT1217 kann ich es mir anhand der symmetrischen Innenschaltung gerade noch vorstellen, dort sind es Emitter, beim 1028 verstehe ich es aber überhaupt nicht.
Und wenn es in der Simulation funktionieren sollte, die kennt auch keine Schaltkapazitäten. Was soll die Praxis dazu sagen?

Gruß Tillg

Ich verstehe auch nicht, warum Rumgucker so tut, als ob er diese Schaltung und desen praktischen Nutzen für uns längst verstanden hat, während ich schon durch das eben genannte Problem am weiteren Nachdenken darüber gehindert werde.

@ Peter:
Es währe auch wünschenswert zu wissen, welche Leitungen n001, n015 und n011 sind.

Tillg schrieb:

Wieso? Es hat doch mehr als 5 Bauelemente!

Keineswegs! Ein Quad-OP, 2 C und ein 8'er-R-Array (wenn das Prinzip auch mit konventionellen OPs hinhaut), also 3 Bauteile.

Gibts eigentlich fix-fertige Vollbrücken zu kaufen? So ähnlich wie der L293, nur eben "etwas" schneller und "etwas" leistungsstärker?

@Tillg: ich hab Peters verknotetes Prinzip überhaupt noch nicht verstanden!

Ich setze erstmal voraus, daß es funktioniert. Und ich vermute, daß es mit konventionellen OPs funktioniert.

WENN es funktioniert, erspart Peters Idee den Differenzverstärker. Dann können wir die Halbbrücke mit Koppelkondensator bzw. mit alternativem Level-Shifting verlassen.

Die Schaltung nach-simulieren können wir auch selbst! Müssen wir ja eh.

@Rumgucker

Das mit dem 8er-R-Array schlag dir erst mal aus dem Kopf.

Wenn wir jetzt anfangen, unsere Layouts so zu gestalten, wie Du deine Schaltpläne, können wir aufgeben.

Die Schaltung ist vorerst nichts weiter, als eine positive Anregung. Sie ist wesentlich aufwändiger, als ein 1-OP-Diff-Amp und von Hause aus für einen symmetrischen NF-Eingang konzipiert.

Die Differenzbildung zweier 400kHz-Rechteckspannungen stellt ganz andere Anforderungen. Ob die Schaltung hier den Mehraufwand lohnt, muß genau geprüft werden.

Kreuzgekoppelte Gegenkopplungen über mehrere OPs spechen nicht gerade für Geschwindigkeit.

Hallo!

Nochmal das Prinzip der Schaltung, etwas anschaulicher ohne Spannungsversorgung und Signalgenerator:



bei der Integratorschaltung beziehe ich mich auf einen Vorschlag von Nelson Pass:



funktioniert nur mit Transimpedanzwandlern, die einen niederohmigen negativen Eingang haben! Durch Dimensionierung des Gegenkopplungs-Widerstands R1 lässt sich die obere Grenzfrequenz einstellen. Transimpedanzwandler sind sehr schnell!

Der LT1028 ist nicht stromgegengekoppelt, als Komparator funzt er aber trotzdem auf diese Art. Keine Ahnung, wieso! - Aber es funktioniert, siehe Simu.

Habs mal mit ner kleinen "Endstufe" mit zwei LT1016 als Komparator probiert, bei diesem Funktionierte es NICHT! , die Positiven Eingänge mussten getrennt auf Masse gelegt werden. Die Kopplung der Oszillatoren über den supersymetrischen Integrator war aber dennoch perfekt.
Hab das File aber dummerweise igendwie überschrieben.

Der Oszillator reagiert sehr stabil auf Asymetrien in den Bauteilewerten und Spannungsschwankungen, auch in der Schaltung mit LT1016.

Natürlich benötigt er ein symetrisches NF-Signal.

Grüsse
Peter

Beobachter:

"Kreuzgekoppelte Gegenkopplungen über mehrere OPs spechen nicht gerade für Geschwindigkeit."

"Mangelnde" Geschwindigkeit ist der tiefere Grund für die Anfachung einer Oszillation des SODFAs. Peters SODFA erinnert mich an einen Multivibrator, dessen beide Zweige synchrone, um 180 Grad (*) versetzte, Schwingungen ausführen.

(*) Beziehungsweise andere Winkel, wenn die nachfolgenden Schalt-Stufen ungleiche Verzögerungen haben oder NF eingespeist wird, der Multivibrator sozusagen aus der Balance kommt.

Der symmetrische Eingang ist aber nun kein wirkliches Problem? Man könnte einen Pol mit dem Filterausgang und den anderen mit Masse verbinden.....

Ich bin, wie Rumgucker, immer auf der Suche nach etwas Neuem. So hab ich Peters Schaltung einmal nachsimuliert.

So wie die Schaltung gezeichnet ist, funktioniert sie auch wirklich wie beschrieben, mit Flanken von 1,5µs Dauer allerdings. Die Integratorspannungen sehen ganz ordentlich aus. Jedenfalls behauptet das alles LTspice.
An den -Eingängen der beiden Integratoren sieht man dagegen bedenklich merkwürdige Signale die sich um 0 bewegen:



Legt man sie auf GND, hält LTspice wieder nette Überraschungen bereit. Nachdem anfangs sogar etwas schwingt (die Integratoren bis zum Anschlag) laufen die Integrator- Ausgangsspannungen immer nach 45µs plötzlich binnen weniger 10ps auf – einige 100kV. Und das ist jetzt hier nicht mein Laptop!

Ähnlich mysteriös verhalten sich die Spanungen an den +Eingängen der Komparatoren:



edit: Man beachte an einigen Stellen das Gezackel in den Spitzen.

Lieber Peter:
Ich halte das für eine rechte Kunstschaltung, bei der uns LTspice zufällig etwas vormacht, was auf den ersten Blick recht brauchbar aussieht.
Und was du uns damit demonstrieren wolltest, habe ich sowieso nicht begriffen.

Tillg

Tillg schrieb:

Lieber Peter: Ich halte das für eine rechte Kunstschaltung, bei der uns LTspice zufällig etwas vormacht, was auf den ersten Blick recht brauchbar aussieht. Und was du uns damit demonstrieren wolltest, habe ich sowieso nicht begriffen. Tillg

Hallo, Peter,

laß Dich nicht schocken! Früher war Tillg ein netter Kerl. Erst hier im Forum (durch die Auseinandersetzungen mit mir) wurde er zu dem, was er nun ist

Wir müssen ihn so verbrauchen...

OK, hab ich noch nicht gelesen gehabt. Dann sehen wir mal weiter.

@crazychipman

Meine letzte Antwort kam etwas übereilt, da ich gerade Besuch hatte und nur einen kurzen Blick auf die Schaltung geworfen habe.

Das Konzept für den symmetrischen Integrator ist hervorragend, um nicht zu sagen genial!

Durch die Kreuzverschaltung wird die Polarität der OP-Eingänge umgekehrt, sodass jetzt schnelle Transimpedanz-Verstärker für einen vollsymmetrischen Integrator eingesetzt werden können.

Bei den Komparatoren haben wir aber dann das genau umgekehrte Problem. Der LT1028 taugt natürlich nur für die Simulation.

Vorschlag: U1 und U4 durch einen einzigen LT1016 ersetzen, der mit seinen beiden komplementären Ausgängen die Leistungs-Vollbrücke steuert. Gegenkopplung dann von der Leistungsstufe auf den symmetrischen Integrator und Mitkopplung von der Leistungsstufe auf beide Eingänge des LT1016.

Sollte das tatsächlich funktionieren, haben wir die ideale symmetrische SODFA-Vollbrücke.

Gut, mit einem anderen IC als Komparator (hier LT1395) bekommt man die Flanken steil. Dann aber müssen die + Eingänge auf GND.
Was bleibt ist ein Gezappel in den Integratorspitzen.



Oben erkennt man eine Spannungsdifferenz von über 400mV im Umschaltpunkt von einer Periode zur anderen. n004 ist der – Eingang des oberen Integrators.
Ich habe Ub auf +/-5 V verringert und den Sinus auf 2V. Die C’s habe ich auf 470p verringert, woraus 690kHz Schaltfrequenz im Nulldurchgang resultieren. Dadurch sieht man die Unregelmäßigkeiten besser.

Die Komparatorimpulse weisen gelegentlich merkwürdige Schrägen auf:



Welcher der Komparatoren jeweils das Umschalten einleitet, ist auch nicht klar.
Ich weis nicht, ob dass alles letzten Endes für Qualität sprechen wird.
Und das Problem des Levelshifting an irgend einer Stelle ist auch sofort wieder auf dem Tapet.

Tillg schrieb:

Und das Problem des Levelshifting an irgend einer Stelle ist auch sofort wieder auf dem Tapet.

Wir können ZWEI Koppelkondensatoren verwenden!

Den einzigen Integrator am + Eingang auf (A)GND festzunageln halte ich für den besseren Weg. Da sah der Dreieck bisher immer exelend aus. Und der Differenzverstärker, einziges kritisches Bauelement in der Schaltung, aber beherrschbar, sorgt für die gewünschte Symmetrie und besorgt nebenbei die Verschiebung zwischen den Bezugspotentialen.
Ohne 2 Koppelkondensatoren.

Hallo!

@tillg:

Und was du uns damit demonstrieren wolltest, habe ich sowieso nicht begriffen.

Ich hab den DICKSTEN, was sonst?!?

Hab das Gezuckel im Integratoreingang nochmal analysiert:
Die Transimpedanzwandler sind offenbar so schnell, das sie mit einer Gegenkopplung von nur 1-2k bereits bei der Erzwingung gleichen Potentials zwischen + und - -Eingang überschwingen. Erhöht man R1 auf 100k, sieht das ganze schon besser aus:




Zu den Überschwingern wenn du die - -Eingänge auf Masse legst: diese sind NIEDEROHMIG, da für Stromgegenkopplung ausgelegt! Wenn du sie ohne Dämpfungswiderstand auf Masse legst, ist es die Natur eines Transimpedanswandlers, mächtig zu Überschwingen!

Zur Kopplung der + -Eingänge der Komparatoren: leg einfach beide + auf Masse, und gut is. Der Widerstand R2 ist nur im Laufe meines "rumprobierens" dorthin gewandert, ohne funzt es genausogut (mit LT1016 geht es nur ohne!). Die Kopplung beider Oszillatoren beruht nicht auf diesem Widerstand, sondern auf der gesamten Topologie.

Zur Bandbreite der Schaltung: Die LT1217 haben eine obere Grenzfrequenz von 10MHz bei einer Slew Rate von 500V/us - Wohl mehr als ausreichend für einen Digitalverstärker, wenn man nicht gerade im Mikrowellenbereich takten will.

Die nicht sehr steilen Flanken des Ausgangssignals beruhen auf der etwas schlappen Slew Rate von 15 V/us des von mir recht willkürlich gewählten LT1028. Mit dem Einsatz z.B. eines LT1016 dürfte sich das Problem erledigt haben.

Grüsse,
Peter

Mit normalen OPs schwingt die Schaltung auch!

Ich hab allerdings die Eingänge offen gelassen und in rund 20 Zyklen schaukelt sich das ganze System gegen eine Betriebsspannung und schlägt da an.

Ist auch ganz einsichtig, weil keiner dem System sagt, wo Masse ist.

Ich vermute, daß ich die Eingänge nicht offen betreiben darf.

Tillg schrieb:

sorgt für die gewünschte Symmetrie und besorgt nebenbei die Verschiebung zwischen den Bezugspotentialen.

Was hat der Differenzverstärker mit der Levelshifterei am Ausgang des/der Komparators/en zu tun?

@ Peter:

Und was du uns damit demonstrieren wolltest...

ist mir inzwischen schon klarer geworden. Dein erster Beitrag war ja nicht gerade mit Information überhäuft.

Peter schrieb:

Erhöht man R1 auf 100k,

Welchen R1? Von welcher Schaltung redest du jetzt?
Und was ist n008 für ein Signal, doch nicht etwa ein Integratorausgang?

Peter schrieb:

leg einfach beide + auf Masse

Hab ich schon gemacht, guckst du oben.

@ Rumgucker:
Die Komparatorausgänge sind in unserem Fall die Schaltstufenausgänge. Dazwischen kommt nix raus. Is SODFA.
Und da misst der Differenzamp die Differenz und bezieht sie auf sein (A)GND und damit auch auf das des Integrators.

Hatten wir vor kurzem erst wiederholt.

Hallo!

@tillg

n008 ist einer der - -Eingänge der Transimpedanzwandler, bei dem du die Überschwinger festgestellt hast.

R1 ist der Widerstand, der eben diese beiden negativen Eingänge der zwei LT1217 miteinander verbindet.

Erhöht man ihn auf 100k, sind die Überschwinger weg, und man misst das Signal aus meinem letzten Post.

@Rumgucker

zum Nullpotential: Du hast recht, wenn kein Eingangssignal mit Nullpotential anliegt, wird die Schwingung recht schnell unterdrückt und schlägt gegen die Betriebsspannung. Dies ändert sich, wenn man die positiven Komparatoreingänge NICHT mit R2 koppelt, sondern auf Masse legt. R2 war also mist.

Grüsse
Peter

P.S.:
@tillg: Entschuldige, wenn ich in meinem ersten Post nicht gleich eine theoretische Facharbeit, die alle deine Fragen erklärt, eingestellt habe....

Ich habe höchsten Respekt vor der Entwicklungsarbeit, die innerhalb dieses Threads von den Beteiligten - auch dir, tillg - geleistet wurde und wird. Meine Form der Annerkennung davor ist, nicht nur hinterher den Schaltplan zu kopieren, sondern eigene Ideen einzubringen, sofern sie anzatzweise interessant erscheinen.

Ich hatte und habe nicht den Eindruck, dass ich hier arrogant aufgetreten bin (im Gegensatz zu anderen hier Aktiven, wenn man im thread zurückblättert). Allerdings bestätigst du meinen Eindruck, dass fachlich besonders gute Leute oft menschlich etwas ....schwierig sind und sich auch sehr schnell angemacht fühlen.

Solltest du meinen technischen Ansatz für schlecht befinden (nachgewiesen!), akzeptiere ich das gerne, finde es aber bedenklich, wenn du mich gleich "als Person" angreifst. So habt ihr hier offenbar schon viele, wahrscheinlich fachlich tausendmal kompetentere Leute als mich, vergrault.

just my 2 cents, hab ein dickes Fell und werde ab jetzt solches "ansaugen" ignorieren.

Hallo

vielleicht könnte es ja nicht schaden, wenn sich die drei, vier Diskutanten und ihre rührigen Daumendrücker etwas entflechten und weiterbilden könnten, dazu lese man nochmals
http://hifiakademie....ODUuMTc4LjM5LjI1MHwg

Liebe Leute, es soll wirklich nicht abwertend sein, aber nach dem Durchlesen dieses hervorragend gestalteten Artikels sollte man doch meinen, dass ihr hier in diesem Threath nicht nur jedes Augenmaß um die Erreichbarkeit eines technisch und klanglich fragwürdig gesteckten Ziels verloren habt, sondern ihr verzettelt euch, so wie es aussieht, zunehmend in sinnlosen ABM-Entwürfen. Ob symmetrisch über Kreuz oder asymmetrisch, ob strom- oder spannungsgekoppelt, mit Koppelkondensator oder ohne, ob halb- oder ganz komplementär, ob Voll- oder Halbbrücke, ob mit IC's mit eingebauter Totzeit und geshiftetem Pegel ... Wurde schon alles bereits von Leuten durchexerziert, die sich daran versucht hatten, einschließlich N. Pass. Auch die - selbstverständlich - behauptete klangliche Überlegenheit eines hier im Kreis gedrehten Prinzips, welches seine Eigenständigkeit bisher nirgendwo überzeugend durchblicken lies noch von irgendeinem unabhängigen externen Nachbauer/Hörer bestätigt werden konnte, scheint ja nun irgendwie angesichts immer neuer Fragwürdigkeiten zur praktischen Realisierung in weite Ferne zu rücken, meint man als interessierter Mitleser herauszulesen.
Man errinnert sich auch, solche Detaildisskussionen schon des öfteren verfolgt zu haben (auch hier wurden keine Neuerungen sichtbar, kein "Schnitt" gemacht), im Ergebnis endeten sie doch immer recht bescheiden. Irgendwie möchte man ja gerne einen Tipp geben, da man aber den Haken an der Sache bereits kennt ...

Aber vielleicht küsst euch ja doch noch barmherzig die Göttin Eugenie, toi, toi, toi !

@ Peter:

War nicht so gemeint, und wie du bemerkst, beschäftige ich mich von Anfang an mit deinem Konzept. Gestatte mir aber auch, erst einmal skeptisch zu sein, wenn hier einer ein paar Brocken hinwirft.

Warum sinkt die Schaltfrequenz so stark, wenn man besagten R von 1 auf 100k erhöht? (bei mir von 680 auf 243kHz).