Audiophiler Class-D Verstärker

Sollte das Thema bis dahin ( ca. Feb. 2005 ) untergegangen sein, werde ich ein neues mit Schaltplan eröffnen.

Der Januar ist bald rum, wie sieht's aus? Schon Schaltplanfragmente zum Niedermachen da? Oszillogramme? Layout? Fotos?

Gruß, Timo

Achja, meine Heizungsregler-PWM-Endstufe habe ich von synchronisiertem Dreieck auf self oscillating umgestellt. Quasi ein Hardware-PD-Regler. Geht für diesen Zweck ausreichend gut.

Ich hätt ja gern ein Bild der ursprünglichen Schaltungsteile reingestellt, aber wie?

Habe erst gestern diesen Thread entdeckt! Ich hoffe, dass die Sache hier noch heiß ist. Ich bin weder in die ganzen Feinheiten (Patenlage, Simulationen usw.) eingestiegen, noch habe ich alle Beiträge gelesen.

Um mich seriös einzuarbeiten, habe ich mir mal *Beobachters* PWM-Modulator aufgezeichnet, dessen Schaltung er am Beginn des Threads beschrieben hatte. Der Rückkopplungswiderstand R2 zwischen K-Ausgang und K+ Eingang soll zu einer vorteilhaften PW-Kompensation der Speisespannungsschwankung führen.

Wenn ich von einem split-supply ausgehe und annehme, dass die positive Spannungsversorgung doppelt so hoch wie die negative ist, so wird sich auch ganz ohne R2 am Ausgang von K für das high-Signal nur die halbe Zeitdauer wie für das low-Signal ergeben. Das hängt mit dem ausgangsspannungs-proportionalen Ladestrom des Integrators durch den Widerstand R zusammen.

Die Betriebsspannung ist unter Weglassung der Komparatorbeschaltung R1 und R2 vollständig kompensiert: die Fläche (Zeitdauer x Spannungshöhe) ist für beide Halbwellen gleich. Doppelte Spannungshöhe ergibt halbe Pulsweite.

Die hysteresebildende Rückkopplungsschaltung R1, R2 am Komparator hab ich nicht verstanden, da diese Schaltung die Schwingungserzeugung behindert.

Um eine Schwingung anzufachen, muss K+ direkt mit OV-Out verbunden sein. OV+ darf nicht mit Masse verbunden sein. Stattdessen brückt R2 K-Out mit OV+. R1 verbindet OV+ mit Masse.

Und sie dreht sich doch!
Ich hab mich vergrübelt. Beobachters Schaltung schwingt doch. Sie macht genau das gleiche wie meine kleine Modifikation.

Nach Überwindung meiner durch Hektik hervorgerufenen Denkblockade schau ich mir nun mal das Gesamtsystem an:

1. Die Integratorzeit verkürzt sich, wenn die Ausgangsspannung steigt.
2. Der K-Beschaltung mit R1/R2 verlängert die Pulse, wenn die Ausgangsspannung steigt.


Somit haben wir drei mögliche Betriebsarten:

A. Bei R1 -> klein und R2 -> groß kompensiert die Schaltung die Versorgungsspannungsschwankungen. Mit steigender Betriebsspannung verkürzt sich der jeweilige Puls. Bei vollständiger Entfernung von R2 fehlt die Schwingneigung!

B. Die unter 1,2 angeführten gegenläufigen Wirkungen können bei balancierter Bemessung von R1 und R2 dazu führen, dass die PWM-Pulse unabhängig von der Betriebsspannung werden.

C. Bei R1 -> groß und R2 -> klein entsteht eine der Betriebsspannung proportionale Pulsdauer.

Somit kann ich sozusagen mit dem Spannungsteiler R1/R2 die Brummspannung des Netzteils unterdrücken, durchreichen oder verstärken. Um die von *Beobachter* vorgeschriebene Betriebsart "A" vollständig zu erreichen, müsste man die Schaltung modifizieren, weil sie sonst nicht mehr schwingt. Da *Beobachter* dies nicht getan hat, vermute ich, dass er ein Kompromiss zwischen Betriebsart "A" und "B" gewählt hat.

Oder hab ich mich wieder vergrübelt?

Ich grübele gerade, ob die Betriebsart "A" überhaupt das Optimum darstellt. Bei "A" wird eine Betriebsspannungsverdopplung mit einer Halbierung der Pulslänge beantwortet, womit die Fläche gleich bleibt.

Am Ausgang unserer Schaltung befindet sich jedoch idealerweise ein Wirkwiderstand, dessen Leistungsaufnahme sich bei doppelter Spannung vervierfacht. Um das zu kompensieren, müsste die Pulslänge auf ein Viertel reduziert werden! Wir kompensieren damit sozusagen den Effektivwert (!) der Versorgungsspannung! Nur so könnten sich die beiden Brummleistungen aufheben.

Schaltungstechnisch müsste der Widerstand "R" also durch ein nichtlineares Bauglied ersetzt werden.

Mit dieser Schaltung könnte man *Beobachters* "AB"-Betrieb (hat nichts mit der AB-Arbeitspunkteinstellung analoger Verstärker zu tun!) in den besseren "A"-Betrieb bringen (Flächenkompensation) und sogar darüber hinaus in den "A^2"-Betrieb (die hier vorgeschlagene Effektivwertkompensation).

Einwände?

@Hektiker

Bitte keine Hektik aufkommen lassen. Du hast dich ganz klar zweimal vergrübelt - die Schaltung schwingt auf jeden Fall immer, kaum ein anderer Oszillator schwingt so spontan an! Lade dir mal die Patentschrift herunter, es hilft beim grübeln.

@tiki

Habe zur Zeit die komplizierteste "Eurokarte" in Arbeit, die ich bisher gemacht habe.
Ziel: Zwei SODFA-Vollbrücken mit je 120WRMS plus primär getaktetes Schaltnetzteil auf 100mm x 160mm, Bauhöhe 30mm. Ein Stereo-Vorverstärker mit symmetrischen Eingängen und Lautstärkeregler passt auch noch darauf.
Überflüssig zu erwähnen, dass die Beherrschung der EMV-Problematik bei diesem Design nicht ganz einfach ist.
SODFA- und SNT-Ansteuerung befinden sich auf senkrecht zur Hauptplatine stehenden SMD-Modulen, die Hauptplatine ist wiederum beidseitig SMD-bestückt.

Das Problem mit den Ausgangsdrosseln habe ich gelöst. Ein P30x19/N30-Schalenkern mit vollständig herausgeschliffenem Mittelbolzen bildet eine hervorragende magnetische Abschirmung für eine 10uH-Induktivität mit nur ca 10mOhm R_DC. N30 hat eine sehr hohe und bis 400kHz konstante Permeabilität. Im Gegensatz zu MU-Metall, das mit einem deutlichen Abstand um die Luftspule angebracht werden müßte, dürfte bei N30 keine Klangbeeinflussung auftreten.

Bis zum ersten praktischen Probelauf werden wohl noch ca. 4 Wochen vergehen - also bitte kein Hektik aufkommen lassen.

Wieso hab ich mich "zweimal" vergrübelt? Meinen einen Fehler hab ich selbst erkannt.

Soll ich meine Gedankengänge stoppen?

Denken ist immer gut, aber es empfiehlt sich hier wirklich, erstmal die Patentschrift zu lesen.

Wieso sollte ich das tun? Schon der Abstract zeigt, dass der Erfinder nicht tiefer nachgedacht hat als wir das hier auch im bisherigen Thread lesen konnten.

Jetzt auch noch frech werden, wie? Weiter so!

Das mit der Leistungskompensation klappt doch nur, wenn wir kein Ausgangsfilter haben, haben wir aber, weil der LS zunächst eine Spannung sehen möchte, oder?

Komischerweise habe ich ziemlich ähnliche Simulationsergebnisse (beim nur Hingucken auf time domain-Darstellung) für "mit und ohne" pre filter feedback. Beide führen zu einer (für's bloße Auge) ausreichenden PSRR. Leider weiss ich noch nicht, wie ich in LTSpice eine THD-"Messung" o.ä. implementieren kann.

Der angesprochene HW-PD-Regler besteht nunmehr nur noch aus einem Komparator mit post filter feedback. Und siehe da, es geht! Zumindest für die Heizungsregler-Applikation ausreichend. Da es nur eine Viertelbrücke ist, kann ich leider keinen Lautsprecher sinnvoll anschließen.

Haut rein!
Gruss, Timo

Hi,ich bin neu hier.

Ich habe vor etwa 2 Wochen alle Beiträge in diesem Thread gelesen.
Die, vom Beobachter beschriebene Prinzipschaltung ist mir
seit Jahrzehnten bekannt.
Ich habe allerdings bisher keine Anwendungsmöglichkeit als PWM gesehen. Unter Verwendung von 2 OPs habe ich sie aufgebaut und erprobt.(im 1 Watt Bereich, bei 250 kHz)
Sie verhält sich exakt so, wie vom Beobachter beschrieben.
Im Grunde ist sie ein Leistungsschmittrigger(Mitkopplung), mit Komparatoreingang und definierter Hysteresis, der eine Konstantstromquelle (Integrator) umschaltet, welche einen Kondensator periodisch auf und entläd(Erzeugung einer ultralinearen Dreieckspannung).
Besonders beeindruckend bei dieser Schaltung sind, die hohe Aussteuerungfestigkeit, die äusserst geringe Verzerrung des Audiosignals,so wie die präzise Arbeitsweise und hohe Stabilität (optimale Bauteile vorausgesetzt). Auch die Signalformen, welche diese Schaltung produziert, sind sehr präzise.
Für den Aufbau habe ich eine kleine Leiterplatte mit "Groundplane" (Kupferkaschierung auf der Bestückungsseite, GND) und GND umrandetes Leiterbild
(auf der Lötseite)so wie möglichst kurzen und direkten Leiterbahnen, gefertigt. Damit lassen sich Störabstrahlungen sehr gut minimieren.
Die Schaltung scheint mir wirklich die ideale Lösung zum Bau eines Class-D Verstärkers zu sein, da sie keine verzögernden Rückkopplungsschleifen besitzt und somit keine Signalverfälschung bewirken kann.

MfG, Udo

Hi Udo,
klingt ja gut, Deine Erfahrung. Weil ich aber ein elender Mißtrauling bin:
- Wenn Du das Prinzip seit Jahrzehnten kennst, gibt es sicher irgendwelche alten Unterlagen, die hier sehr interessieren würden.
- Wie kommst Du denn auf:

die äusserst geringe Verzerrung des Audiosignals,so wie die präzise Arbeitsweise und hohe Stabilität

schon gemessen?
- Gibt es die LP noch? Wenn Du sie bildlich hier reinstellen könntest, man sieht ja nicht gleich, ob sie noch geht.





Ha, jetzt hab ich doch kapiert, wie es mit den Bildern geht!

Und der dazugehörige Auszug (Änderungen zum Schaltplanauszug) aus'm DIYForum:
Neither UcD nor SODA, I added a simple resistor divider (18k/2k) from the output after filter to the inverting input of the comparator. The lower 2k resistor was paralleled with 240pF to keep the switching frequency below 500kHz (otherwise the driver and the 12V linear regulator heat up too much). This way it acts like a hardwired PD control, I guess. Yes, I can hear you, worse than SODA, but it works surprisingly stable for that application. The bottleneck is the ADC based temperature measurement now. Additionally I added a 10 Ohm resistor in series to the output cap, that seems to help stabilising the stage.
Of course, I "killed" the triangle generator, it's not needed anymore.

Gruß, Timo

Hi Timo,

um Deine Frage zu beantworten, die kleine Leiterplatte mit
den 2 OP habe ich in der vergangenen Woche weggeworfen,aber
das Schaltungsprinzip dieses Recheck/Dreieckgenerators findest Du zB. in "Nührmann/Professionelle Schaltungstechnik,Teil 4, Seite 122, oben.
Auch in vielen anderen Lehrbüchern ist dieses Schaltungsprinzip zu finden. So wurden früher zB. in einfachen Oszillographen mit dieser Schaltung die Ablenkspannungen erzeugt.
Das NF-Signal habe ich über einen Widerstand am invert. Eingang des Integrator OPs eingespeist, und am Ausgang des Rechteck OP ein LC-Tiefpass 20uH/1uF gelegt. Parallel zu
1uF den RL (ca. 220 Ohm).Frequenz des Generators: ca.250 kHz.Bereits mit diesem einfachen Aufbau kann man die gute Funktion der Schaltung demonstrieren.

Ich habe aber übers Wochenende eine neue Leiterplatte nach der beschriebenen Art hergestellt,welche die Grundlage für eine wesentlich verbesserte Schaltungsvariante des,
auch vom Beobachter beschriebenen Prinzips ist.
Die Schaltung enthält folgende ICs: IR2110,HEF4030 oder
4070,LM319 und NE5534, also simpel aufgebaut.
Sie soll gegebenenfalls auch nur eine Anregung zur Weiterentwicklung sein.

Ich kann die Leiterplatten auch fotografieren, so wie einige Signale der Schaltung vom Oszi.ablichten und hier einstellen, aber da ich im Forum neu bin,und noch keine Ahnung habe, wie man Bilder einstellt dauert es noch etwas.

Die Schaltung ist voll funktionsfähig, hat aber noch einige kleine Mängel, die ich auf einer weiteren, gefertigten Leiterplatte, die bis jetzt teilbestückt ist, beseitigt habe.
Falls es von Interesse ist, kann ich noch einige Tips
zur Leiterplattenherstellung geben, meine Verfahrensweise
garantiert minimale Ausschußrate.
Leiterplattenhersteller sind ja sehr teuer, gerade wenn man nur schnell eine Versuchsschaltung bauen will,und dann noch die Wartezeit.

So long...

Mann, Du bist ja fix!
Der Nührmann hat ja im Wesentlichen seine Schaltungen auch bloss von den Herstellern zusammengetragen, da gaht es also bestimmt noch weiter. Muss ich mir mal anschauen. Oder ist etwa der übliche freilaufende Dreieckgenerator, bloss eben zur PWM-Erzeugung modifiziert? Klingt so einleuchtend, dass ich meine, eben diese Modifikation doch schon mal irgendwo gesehen zu haben. Ob das mit der vermeintlich von Beobachter erfundenen Schaltung identisch ist? Mal gucken.
Wenn Du nicht auf eine versorgungsspannung über +/-50V Wert legst, dann empfehle ich, den HIP2100/2101 mal näher zu betrachten. Der ist viel schneller als die meisten anderen Treiber, ausser einigen IXYS-Exoten.

Bilder reinstellen:
Bilder auf einen (beliebigen) Webspace hochladen, die Linkadresse des jeweiligen Bildes kopieren und innerhalb der beiden Img-Tags (über dem Nachrichtenfeld) einfügen.

Ich hab noch nie LP selbst geätzt, fang auch nicht mehr mit der Sauerei an. Ich hab zur Not einen Freund, der mir ggf. ein Einzelstück fertigt. Vielen Dank für Dein Angebot, die Verfahrensweise ist natürlich trotzdem interessant, man lernt nie aus.

Gruss, Timo

Ich hab hier mal die (leicht abgeänderte) Schaltung:

http://shared.sh.ohost.de/hardware/pic.php?pic=digiamp.jpg

Vorteilhaft finde ich die Umsetzung von R1/R2 zum Integrator. Einerseits umgeht man damit das etwas merkwürdige Patent ;), andererseits kann "PA" damit aus zwei Komparatoren bestehen, die die Totzeit (off-gap) definieren.

Statt zwei Komparatoren kann man auch zwei Komplementärtransistoren Emitter- und Basisseitig verbinden, wodurch der Gap automatisch 2 x 0,7 Volt beträgt. Die Emitter kommen auf Masse, die Basen auf den OV-Ausgang. Die beiden Kollektoren steuern die Power-FETs an.

Statt R1 schlage ich die gegensinnige Reihenschaltung von zwei Zenerdioden vor, damit die von mir zuvor beschriebene *reine* Betriebsart "A" erreicht werden kann.

Hi, was das Patent dieser Schaltung anbetrifft,kann ich mir nicht vorstellen daß nach so langer Zeit noch ein Patentrecht besteht.
Viele Grundschaltungen dieser Art wurden inzwischen zum "Stand der Technik" erklärt.
Man müßte sich da mal schlau machen.
Übrigens, man soll auf keinen Fall von dem Prinzip abweichen, das der Beobachter eingangs beschrieben hat.
Bei der patentumgehenden Schaltung greift die Mitkopplung in den Integrator ein.Dies kann u.U. Nachteile mit sich bringen.
Wenn es um Präzision geht, ist der Temperaturgang von Zenerdioden zu Berücksichtigen.

Übrigens, was die private Leiterplattenfertigung betrifft,dies wird nur eine Sauerei, wenn man eine daraus macht.

Hi Hektiker,

die Rückführung über den Spannungsteiler auf den OP bleibt nicht ganz ohne Nebenwirkungen.
Die Steilen Flanken bringen bei vielen OPs die Eingangsstufe etwas durcheinander, so dass der Klirrfaktor nicht so gut wird wie bei einer Verschiebung der Schaltpunkte am Komparator.
Auch hat man entsprechende Rückwirkungen auf die Signalquelle. Hier müsste also ein weiterer OP die Stufe vom Signallieferanten entkoppeln.

Ansonsten könnte man den Kondensator am OP noch durch ein CRC (R nach Masse) ersetzen und so die Schleifenverstärkung im Audiobereich weiter erhöhen. Manchmal bringt das Vorteile, jedoch nicht immer. Bei geeignetem Layout kann man das aber so machen, dass man es optional bestücken kann und dann am "lebenden Objekt" testen. Als Nebeneffekt kann man dann mit dem R auch die Taktfrequenz einstellen. In der Applikation von IR wird das z.B so gemacht.

In einem Testlayout wäre es auch von Vorteil, den Rückführ-Widerstand zur Hysterese optional vor oder nach der Ausgangsstufe abgreifen zu können. Da der Ausgang der Schaltstufe wesentlich stärker gestört ist als die Ansteuerung, fängt man sich hier leicht HF-Probleme ein, welche dann zu einem Rauschanstieg im Hochtonbereich führen können.

Dann noch ein kleiner Hinweis zu dem R, der in den Integrierer geht. Je nach OP kan es günstiger sein, hier ein RCR einzusetzen und so die Flanke passiv etwas zu begrenzen. Manche OPs liefern dann ein etwas schöneres Klirrspektrum. Bei den Chips von Tripath hilft das meist ganz gut und wird darum auch in deren Applikationen meist so gemacht.

Die Totzeit in der Schaltstufe ist ein kritischer Faktor, der sehr stark das Klirrspektrum beeinflusst. Hier würde ich von einer zu einfachen Lösung mit 2x0.7V eher abraten.

@Ampericher: wir sollten mal checken, ob das Patent schon "expired" ist. Solange das nicht der Fall ist, ist es auch nicht Stand der Technik.

@hreith: ich freu mich, dass du wieder mitmachst!

@all: Meine Verbesserungs-Ideen gehen alle in die Richtung, dass wir *Beobachters* Postulat (Kompensation der Betriebsspannungsschankung) erfüllen. Er selbst hats nicht erfüllt, daran ändert auch die tollste SMD-Bestückung nichts.

Um *Beobachters* Postulat zu erfüllen, muss man die Spannung am rechten Pol von R2 stabilisieren (z.B. gegen Festspannungen clippen, wenn man keine Z's verwenden will), also geradewegs unabhängig von der Betriebsspannung machen!!!

Es kann aber auch sein, dass *Beobachter* eben keine vollständige Kompensation der Betriebsspannung erreichen will, sein Postulat also bedeutungslos ist. Dann würde ich allerdings nicht verstehen, wieso sein Modulator patentwürdig ist.

Da genau dieser Modulator aber der Kern des Patents ist, sollten wir alle erstmal an diesem Punkt loslegen, bevor wir uns um irgendwelche Ausgangsfilter kümmern. ... wäre jedenfalls mein Vorschlag.

....also etwa so in dem Sinne:

http://shared.sh.ohost.de/hardware/pic.php?pic=digiamp2.jpg

Gegenstimmen?

Hi Hektiker,

Komparatoren haben oft eher große Eingangsströme und sollten niederohmig angesteuert werden. Das bedeutet, dass R1 eher niederohmig sein wird. Dadurch wird der OP aber von hinten mit dem Rechteck belastet. Der Rauschabstand und die Genauigkeit wird etwas leiden.
Stellt man die Schaltung etwas um, dann kann man die Hysterese am einem Eingang realisieren und den OP an den anderen Input des Komparators anschliesen.

Der Komparator wird ja später mal über den Gatedriver die FETs ansteuern. Es stehen also 2 Signale für die Hystereseerzeugung zur Verfügung.

Ein Klemmen des Signals auf die Versorgung ist für prinzipielle Betrachtungen ok, ermöglicht aber nicht das Optimum. Die Versorgung ist nie optimal; bei dieser Methode werden Störungen der +-5V direkt in dei Schaltung eingespeist, was auch wieder Rauschabstand und Genauigkeit kostet. Klemmt man gegen Masse, dann werden Störungen der Versorgung wesentlich besser unterdrückt.

Bezüglich der Schaltung von Beobachter hat seine Variante eigentlich nur den Vorteil, dass die Taktfrequenz sehr Unabhängig von der Höhe der Versorgung bleibt - leider auf Kosten einer Allergie auf unsymmetrischen Schwankungen.
Wenn es darum geht, einen gute class d zu bauen, sollte man seine Vorschläge also als ganz normalen Input benutzen (genauso wie zahllose andere Ideen). Es besteht keine zwingende Notwendigkeit, sein Ansätze aufzugreifen oder wiederlegen zu wollen.

Was haltet ihr davon, dass wir nun gleich den 2.Komparator einzeichnen, um die Leistungsstufe mit definierter Totzeit ansteuern zu können?

Komparator_1 ist wie gezeichnet, nur dass zusätzlich an seinem invertierenden Eingang eine positive Gleichspannung "+Gap" vorgelegt wird und sein Ausgang den High-Zweig treibt.

Auch Komparator_2 ist mit dem Spannungsteiler R1/R2 verbunden, sein 2. Eingang liegt an einer negativen Gleichspannung "-Gap". Sein Ausgang treibt den Low-Zweig der Power-Halbbrücke.

Der Ausgang der Powerstufe treibt - wie gehabt - einerseits R (das muss wegen der Betriebsspannungskompensation sein!) und andererseits unseren neuen "R22". Ein Abzapfen vor der Powerbrücke ist wegen unserer nunmehr zwei Komparatorenausgänge verhindert.

Hi Hektiker,

warum machen wir das eigentlich nicht gleich bei einem Glas Rotwein? Alle anderen scheinen zur Zeit ja was besseres zu tun zu haben (Arbeiten?).

Ein zweiter Komparator ist nicht unbedingt norwendig, da die meisten Gatedriver schon eine Totzeit eingebaut haben. Oder wolltest du das disktet ausbauen?

Ich halte mich jetzt besser wieder etwas zurück. Ich will ja den anderen auch eine Chance geben. Wenn wir so weitermachen würden, wäre das Teil ja heute Abend schon am Laufen.

Hi hreith,

der Thread wurde von *Beobachter* eröffnet. Die Diskussion hier sollte sich vorzugsweise mit seiner Theorie befassen.

Ich selbst bin "Softy", hab also von Hardware eher Null Ahnung. Musik empfinde ich als störend, weil sie mich ablenkt. "Audiophil" ist für mich "konzentrationsphop"!

Als Softy muss ich natürlich auch von Analogrechentechnik etwas Ahnung haben, es kann ja nicht alles mit Bits und Bytes gelöst werden, besonders wenn man schnelle Verarbeitungen braucht.

Mir fiel daher frühzeitig auf, dass etwas an Beobachters Theorie so nicht stimmen konnte. Um das zu rauszufinden brauch ich kein Spice, sondern muss mir nur seine Schaltung anschauen.

Dennoch ist sein Ansatz nicht falsch! Ihm fehlten jedoch die Ressourcen, um ihn auch umzusetzen, wie uns sein (?) Patent beweist. Ich verstehe seinen Thread als Hilferuf an uns.

Dass ihm durch seine tlw. etwas überheblichen Sprüche nicht gleich alle Herzen zugeflogen sind, ist sein persönliches Pech. Dennoch bleibts dabei: hier braucht einer etwas Hilfe und ich seh keinen Grund, ihm diese vorzuenthalten.

P.S.: habt ihr auch das Gefühl, dass *Beobachter* ob dieser meiner sich um ihn sorgenden Zeilen fürchterlich in die Luft gehen wird? *ggg* Egal! Wir helfen ihm trotzdem!

@hreith

Überzeugt! Also ordentliche Gate-Treiber mit interner offzeit.

Hi Hektiker,

Sein Ansatz wurde 1979 vom Elektor realisiert. Die haben zwar als Integrierer eine Stromquelle benutzt, welche einen Kondensator läd, das ändert aber nichts am Prinzip sondern ist nur eine andere Ausführung eines Integrierers.

Wenn du ein Board haben willst, das man dahingehend umbauen kann und es dir dann anhören oder nachmessen willst, kann ich dir gerne sowas geben.

Man kann auch das Demo-Board von IR benutzen und es umbauen.

Danke @hreith!

Ich kann mir gut vorstellen, dass *Beobachters* Patent letztlich kalter Kaffee ist. Das ist sogar sehr wahrscheinlich, weil so furchtbar viele Möglichkeiten gibt es nicht, um die sechs Anschlüsse seiner zwei aktiven Modulatorbauteile zu beschalten. Aber für *Beobachter* ist seine Erfindung neu... das soll uns reichen.

Es mag sogar sein, dass sich sein Modulator klasse anhört. In meinen verkommenen Ohren hört sich auch ein Euro-großer PC-Speaker klasse an, der in seiner Plastikhalterung bei Übersteuerung wild rumklappert. Ich finde den Sound "lebendig".

Aber bei einer Sache versteh ich keinen Spaß: *Beobachter* spricht von Kompensation der Betriebsspannung, was den guten Klang ausmacht. Und das ist nun rein wissenschaftlich unhaltbar, weil sein Modulator eben genau dieses nicht oder nur sehr eingeschränkt kann. Seine zur Schwingung notwendige R1/R2-Konstruktion verschlechtert den Kompensationseffekt.

Wenn *Beobachter* nun aber wirklich eine Verbesserung im Vergleich zu anderen D-Verstärkern oder sogar Analogverstärkern gehört hat und es liegt nachweislich nicht an dem von ihm angegebenen Effekt, so frage ich mich schon, woran es denn liegt.

Hat er sich nur einfach verhört?

Oder liegt es einfach daran, dass seine Kompensations-Kompensationsschaltung eben gerade nichts gegen die Betriebs-Spannungsschwankungen unternimmt (= konstante PWM-Frequenz)?


*Beobachter* kann uns diese Fragen nicht beantworten. Sonst hätte er es ja schon getan. Aber wir sollten die Fragen beantworten!


Meines Erachtens liegt der Vorteil seiner Erfindung darin, dass er auf jedwede niederfrequente Gegenkopplung verzichtet!! Auch bei Schaltfrequenzen hat er Gegenkopplungen verhindert. Er kann nicht mal etwas gegen das Netzteil-Brummen tun.

Mathematisch hat er somit einen ausgangsseitig besonders hochohmigen Verstärker gebaut, der die Lautsprecher minimal bedämpft.

Diese Idee stammt eigentlich aus der Röhrentechnik. Viele Leute schwören auf den "freien" und "leichten" Sound eines schwach gegengekoppelten Pentoden-Eintaktverstärkers! Dieses Klangerlebnis des unbedämpften Lautsprechers zieht sich seit rund 80 Jahren durch die Literatur. Die beschreibenden Worte gleichen sich: "mühelos", "frei", "leicht", "klar", "schwebend".

Ich vermute aus allem gesagten strengstens, dass Beobachter in diese Falle getappt ist. Er hat seine Lautsprecher einfach nur mal an einem hochohmigen Ausgang betrieben.

...vielleicht sollten wir einen neuen Thread eröffnen, in dem wir mal einen KonstantSTROM-Verstärker vorschlagen. Letzlich lässt sich jeder konventionelle KonstantSPANNUNGS-Verstärker (das sind die, die ihr überwiegend habt) umarbeiten.

Dazu muss am Lautsprechermasseanschluss ein kleiner Strommesswiderstand eingefügt werden, dessen Spannungsabfall verstärkt wird und dann das bisherige Gegenkopplungssignal ersetzt. Mit einem Kippschalter kann man dann zwischen konventioneller Konstantspannungs- und röhrenähnlicher Konstantstrom-Gegenkopplung umschalten.

Einmal befriedigt man die tollen Datenblätter und in der anderen Stellung pfeift man auf die Daten und streichelt stattdessen sein Ohr.

Gute Idee?

Wollen wir uns das patentieren lassen?

Hi, alle zusammen,geht in Euch,
vieleicht erinnert Ihr Euch noch an den Ausgangspunkt dieser Diskussion.
Mann kann eine Sache auch kaputtdiskutieren.
Es ging doch darum, eine Schaltung eines Präzisions
Class-D Verstärkers zu konstruieren, die sich von allen, auf dem Markt befindlichen Schaltungsvarianten dahingehend
unterscheidet, daß sie keine integrierende Rückkopplungsschleife enthält,da diese Korrektur in jedem
Falle immer zu spät kommt, und deshalb das Nutzignal verfälscht.
Die, vom Beobachter beschriebene Grundschaltung ist lediglich ein Beweis für die Existenz solch einer angestrebten Schaltung.
Der Integrator und der Komparator sind zwei verschiedene
Schaltungsteile, die zunächst einmal präzise, jede für sich arbeiten soll.
Das pausenlose Herumreiten auf der Dreieck/Rechteckschaltung bringt uns keinen Schritt weiter.
Schließlich wollen wir ja aus so einer Schaltung einmal 200 Watt und mehr herausholen.
Ich weiß wovon ich rede, schließlich habe ich seit wenigen
Tagen einen ersten Aufbau einer solchen Schaltung vorliegen.(Siehe meine vorausgegangene Beschreibung).
Ich kann aber diese Schaltung aus Zeitgründen voraussichtlich erst zum Ende der nächsten Woche hier
eistellen, da kleine Mängel behoben werden müssen, und ich mich noch mit der Technik des Bildereistellens vertraut machen muß, ich gebe zu, damit tue ich mich schwer.

Zur Beurteilung der Verzerrungsanteile habe ich mich folgender Baugruppenanordnung bedient:
Ich erzeuge einen hochreinen Sinus mit 1kHz folgendermaßen:
Ich gebe das Signal eines guten Sinusgenerators auf ein
passives Gaussfilter, bestehend aus mindestens 3x RM14 Kernen oder ähnlichen,
die mit HF-Litze bewickelt sind, und zusammen mit je einem
hochwertigen Audiokondensator einen 1 Khz Schwingkreis hoher Güte ergeben.
Diese drei Schwingkreise kopple ich miteinander über zwei Koppelkondensatoren am "heißen Ende", Koppelfaktor 0,8. D.h. am ersten Schwingkreis z.B. 1Volt, am 2. 0,8Volt,
am 3. 0,64 usw.
Der erste und der letzte Schwingkreis werden mit einer kleinen Ankoppelwicklung versehen.(Wenige Windungen)
Wenn man die Abgleichkerne der Kreise auf maximales Ausgangssignal( 1Khz) abgleicht, hat man dort einen hochreinen Sinus.(Achtung, das Filter nicht übersteuern,
Kernsättigung).
Diesen reinen Sinus gibt man nun auf den zu testenden Verstärker.
Das Ausgangssignal des Verstärkers enthält jetzt das reine
Sinussignal + aller Verzerrungsanteile.

Ein weiterer Baustein dieser Meßanordnung ist ein Präzisions Doppel-T Filter.Aufgebaut mit 4 hochwertigen,
engtolerierten Audiokondensatoren und
4 Metallschichtwiderständen, in Reihe mit einem Spindeltrimmer.
Diese Spindeltrimmer werden jetzt solange abgeglichen,
bis das restliche Signalfragment die kleinste Spitzenspannung aufweist(höchste Dämpfung für 1kHz). Was da überbleibt, ist der Gesamtklirranteil, der vom reinen Sinus abweicht.
Und zwar ist das der wahre Spitzenklirrfaktor, den das Ohr
wahrnimmt, im Gegensatz zum Effektivklirrfaktor(häufig in technischen Daten angegeben).
Das Verhältnis vom Eingang des Doppel-T Filters zum
Ausgang kann jetzt mit dem Oszi. in Prozent, oder
mit dem NF-Millivoltmeter in dB angegeben werden.
Eine präzise Methode für diejenigen,welche sich die Anschaffung eines teuren Analysegerätes nicht leisten können. Die ganze Anordnung muß rein passiv arbeiten.
Bei meiner Schaltung liegt der Klirranteil bei
ca. 0.03 Prozent(1kHz/ 50 Watt).
Ist aber meiner Meinung nach noch verbesserungsfähig, wenn
überhaupt nötig.

Vieleicht kann mir noch jemand eine Bezugsquelle für
HIP2100/2101 nennen?

Gruß,Udo

@hreith
Jetzt, wo's mal wieder interessant wird, raushalten? Lieber nicht! Ja, ich "schufte" tagsüber an der Uni, um Deine Steuern verbrauchen.

@hektiker
Nicht von Bruno abschreiben! Deine erste Variante war SODA.

Ich verstehe die zweite Variante nicht so recht. Beobachter wollte doch gerade mit der Rückführung von hinter der Ausgangsstufe (furchtbare Formulierung, besser: pre filter) die Kompensation der Betriebsspannungsschwankungen in möglichst einer Taktperiode erreichen - durch den gegengekoppelten Komparator. Das geht in Deiner Version nicht so, sondern erst über den Integrator. Wobei ich aber nicht einschätzen kann, ob das nicht bei geeigneter Dimensionierung zum gleichen Effekt führt. Umgekehrt kann man überlegen, ob "meine" Einfachstvariante nicht auch schon befriedigt. Die Anstiegszeit ist am Ausgang in der jetzigen Ausführung rund 1V/µs, nahezu ohne Überschwinger bei 5 bis 10Ohm Last.

Gruss, Timo
edit:
@ampericher
Bilder reinstellen hab ich so gemacht, wie ein paar postings vorher beschrieben.
Wie kommst Du darauf, dass passive Schaltungen keine (oder auch nur geringere als aktive) Verzerrungen erzeugen? Hast Du ja mit dem Hinweis auf die Kernsättigung schon selbst in Frage gestellt. Das gilt in Bezug auf dielektrische Absorption, Verlustfaktor und Hysterese auch für Cs, da sind Audio-Cs nicht ausgenommen. Hier würde ich auf FKP2 von Wima oder Styroflex ausweichen und vergleichend ausmessen.

HIP210x bei Farnell oder als "Profi" bei Spoerle, dann aber in Stangen oder als Muster. 4x HIP2100IRA (3x3mm leadless) habe ich noch hier.

MITGEKOPPELTER KOMPARATOR!!!


Hier noch eine Erkenntnis meinerseits,
wer sich durch die Anwendung eines Digitalverstärkers
bei einem Subwoofer, wie in meinem Fall, eine Klangverbesserung erhofft, wird möglicherweise enttäuscht sein.
Derjenige wird wohl den weichen Bassklang einer guten Analogendstufe beim Class-D vermissen.
Dieses liegt vermutlich an dem hohen Dämpfungsfaktor.
Aber, ich denke hier spielt auch das Hörempfinden
einer jeden Person eine Rolle, also Geschmacksache.

Trotz der sehr guten Eigenschaften meiner jetzigen
Class-D Schaltung ziehe ich den Klang, der von mir entwickelten Analogendstufe,(200 Watt RMS),zumindest zur Zeit, vor.
Trotzdem werde ich die Entwicklung meiner Class-D Schaltung fortsetzen, allein aus Interesse und Neugier.
Aber ich stehe dabei nicht unter Zeit oder Leistungsdruck.

Udo

Hallo Tiki,

passive Anordnung, weil der Verzerrungsanteil von verstärkenden Elementen in der Anordnung noch hinzukommen würde.
Liegt das Eingangssignal für das Gaussfilter deutlich unter der Sättigungsgrenze, sind die restlichen Verzerrungen verschwindend gering.
Bei dieser Anordnung zählt nur eins, präzise Bauteile.

Einverstanden mit Präzisionsbauteilen!

Klangverbesserung oder -verschlimmbesserung, naja, da kommt wohl wieder die Vorliebe durch. Man gewöhnt sich innerhalb von Stunden an den anderen Klang, wenn der auszuhalten ist und man mit nichts anderem zwischendurch vergleicht. In diesem Fall würde ich auch weitermachen und irgendwann mal versuchen, den Unterschied zu "ermessen". Ich bin wirklich gespannt!

Gegengekoppelt meinte ich ernst, aber ich gebe zu, beides stimmt. Der momentane Betriebsspannungseinbruch soll ja zu einer längeren Einschaltzeit führen und umgekehrt. Das interpretiere ich schon als Gegenkopplung, weil dadurch der Störung entgegengewirkt wird.
Bei SODA gibt es die Rückführung auf den NI-Eingang (Mitkopplung) und die Rückführung auf den INV Eingang (Gegenkopplung).
Wenn ich das richtig verstanden habe...

Gruss und gute Nacht,
Timo

Hallo Hektiker,
ich kann noch nicht schlafen.

Was unterscheidet Deine zweite Variante von der 1st-order-loop Schaltung, die z.B. Sorensen verwendete? Hier wäre die ausgangsbezogene PSRR gleich Null, auch bei Abgriff der Rückführung zw. Leistungsstufe und Filter.

http://www.ibtk.de/p...3/1st_order_loop.gif

http://www.ibtk.de/p...tor_03_schematic.pdf

http://www.ibtk.de/p...11_Photo_826x400.jpg

Ist leider abgeraucht und wird wohl auch nicht repariert.

Gruss, Timo

Also Tiki, es sieht so aus,
von einer Mitkopplung spricht man, wenn ein Teil der
Ausgangsspannung einer Schaltung phasengleich auf deren Eingang zurückgekoppelt wird um die Eingangsspannung zu unterstützen,(z.B. beim SchmittTrigger).

Von einer Gegenkopplung spricht man, wenn ein Teil der Ausgangsspannung mit invertierter Phase auf den Eingang zurückgekoppelt wird, um der Eingangsspannung entgegen zu wirken. (z.B. bei Analogendstufen).

gell?

Seh ich annersch,
ein Widerstand im Emitterzweig einer Kollektorstufe stellt auch eine (Strom-)Gegenkopplung dar. Hier wird mitnichten ein Strom rückwärts eingespeist, sondern der Strom wirkt durch seinen Spamnnungsabfall an Re der Ursache entgegen.
Aber ansonsten weiß ich schon was gemeint ist und pflichte Dir somit bei.
Jetze aber!
Timo --> Heia

In jedem Falle,an welcher Stelle auch immer, wird einer
Funktion entgegen gewirkt, oder im anderen Falle sie unterstützt.

Ist ja erfreulich, dass dieser Thread mittlerweile eine gewisse Eigendynamik entwickelt.

@Ampericher

Dass die Schaltung als solche nicht neu, sondern seit langem in der Fachliteratur als Rechteck-Dreieck-Generator bekannt ist, habe ich bereits ganz am Anfang dieses Threads gesagt. Es findet sich nur nirgends der Hinweis, dass es sich gleichzeitig um einen linearen PWM-Modulator handelt. Allein darauf bezieht sich die Patentschrift, die hierzu den mathematischen Beweis liefert.

@Hektiker

Ich finde es ja ausgesprochen nett von Dir, dass Du mir wegen meiner von dir unterstellten Unfähigkeit unter die Arme greifen willst, aber bis dahin sollten deine "hektischen Ergüsse" etwas fundierter sein. Wie tiki bereits richtig bemerkte, machen deine bisherigen Gegenvorschläge die tatsächlich bei der Ausgangsschaltung vorhandene absolute Betriebsspannungsunterdrückung wieder zunichte.

@Beobachter

Danke, habe ich verstanden, ich kenne die Patentschrift nicht.

>Klick mich< führt zur komfortablen bordeigenen Anleitung wie Bilder eingefügt werden können.

Wenn's Probleme mit den Bildern gibt, >Klick hier<.

]-audiofisk°< ~ der den Thread gespannt verfolgt
und auf Ergebnisse hofft, die mit seinen (hier geringen)Fähigkeiten umsetzbar sind.

Prost!
Und vielen Dank für die Anleitung, war ne gute Idee.

-> Bett.

Gute Nacht, ]-audiofisk°<

03.02.05, 03Uhr05 - Layout für Basisplatine ist fertig.

Diese Platine selber zu ätzen ginge garantiert in die Hose! Ist aber auch absolut überflüssig. Bei www.pcb-pool.com bekommt man innerhalb von 10 Werktagen eine absolut professionelle Platine. Man braucht nicht einmal die Gerber-Daten zu erzeugen, die Firma kann alle gebräuchlichen Layout-Programme verarbeiten.

@Hektiker

Der absolut heißeste Tipp zur Vermeidung gedanklicher Schnellschüsse: www.manisch-depressiv.de

Damit zweifle ich absolut nicht Deine geistige Gesundheit an - das Buch sollte einfach jeder gelesen haben, der kreativ tätig sein will!

Im übrigen finde ich Deine bisherigen Überlegungen beachtlich. Du mußt nur lernen, dein geistiges Potential besser auszuschöpfen, indem Du gründlicher über deine Gedanken reflektierst - sonst hättest Du dich wohl auch nicht unter "Hektiker" hier angemeldet.

Ich hatte gezeigt, dass die Betriebsspannung schon alleine durch den geänderten Integratorladestrom durch R kompensiert wird. Doppelte Spannung halbiert die Pulslänge.

Diesem angeblich erwünschten Effekt steht die Wirkung von R1/R2 entgegen. Erhöht sich die Spannung, verlängert sich der Pulse.

Beide Effekte zusammen führen bei geeigneter Auslegung zu einer spannungsunabhängigen Pulskonstanz.

Damit ist der Verstärker nicht mehr gegengekoppelt und folglich sehr hochohmig geworden. Dieses führt zur Entdämpfung des Lautsprechers und damit zu dem von Beobachter eingangs gerühmten Klangerlebnis.

Damit ist Beobachters Thread wissenschaftlich gesehen abgeschlossen. Er hat vermutet, dass er ein neuartiges Verstärkerprinzip erfunden hat. In Wirklichkeit hat einen Digitalverstärker ohne wirksame Gegenkopplung realisiert (was ja auch toll ist). Und wenn man im Verstärker auf Gegenkopplungen verzichtet, erhöht man dessen Ausgangswiderstand und prägt dem Lautsprecher statt einer Spannung nunmehr einen Strom ein. Dies alleine führt zwangsweise zu einem geänderten Klangbild. Es liegt also nicht am Digitalverstärker.

Wer diese Kausalität nicht nachvollziehen kann, kann trotzdem ein wertvolles Mitglied der Gesellschaft sein....


Ich habe einen neuen Thread eröffnet, um mit euch zu diskutieren, wie man mit minimalem Eingriff auch konventionelle Analogverstärker entsprechend umrüsten kann.

Hallo Hektiker,

nobody is perfect!
Gewagte Behauptung, dass Beobachters thread wiss. abgeschlossen wäre. Ausserdem hat er ihn eröffnet, unabhängig davon, ob es nun richtig oder falsch ist, was er behauptet.

Und meine letzte Frage hast Du auch noch nicht beantwortet bzw. beachtet. Damit ist für mich also noch nicht geklärt, ob Deine Modifikation besser, gleich oder schlechter ist als Beobachters "Original". Der neue thread hilft Dir da auch nicht aus der Patsche.

Nur damit wir uns nicht falsch verstehen: ich versuche auch ziemlich kritisch zu sein (auch mir gegenüber, wenn's sein muss), manchmal begreife ich bloss ein bisschen langsam.

Gruß, Timo

Was ist los, tiki?
Meine zwei Modifikationen dienten nur dem Ziel, Beobachters Wunsch nach Kompensation der Betriebsspannungsschwankungen auch wirklich zu erreichen. Seine originale Schaltung kann das ja genau nicht, weil dies zwei gegenläufige Effekte behindern.

Irgendwann hatte ich dann begriffen, dass aber genau darauf Beobachters Klangerlebnis basiert! Er hat (unwillentlich) die Gegenkopplung gegenkoppelt und damit unwirksam gemacht. Daraus ergibt sich direkt die Hochohmigkeit des Verstärkerausgangs mit den von Beobachter beschriebenen klanglichen Resulaten.

Du verstehst mich womöglich miss!? Es ist nicht so, dass ich Beobachter angreife oder niedermachen will. Er liegt mit (fast) allem richtig, was er gesagt hat. Allerdings hat sein Klangerlebnis eine andere Ursache, als er selbst vermutet hat.

Es hindert dich doch keiner, Beobachters Patent nachzukochen. Bei guter Auslegung wirst du das gleiche berichten, was er berichtet.

Im neuen Thread zeige ich einen alternativen Weg auf, wie man das gleiche auch mit Analogversträrkern hinkriegt.

Und als dritte Möglichkeit besteht ja immer der Hörtest am Röhrenverstärker (der auch diesen Klang-Effekt produziert).

Ich verstehe wirklich nicht, warum du mich so anfällst! Wenn du nicht verstehst was ich hier brabbele, dann lass es doch dabei bewenden. Für MICH ist dieser Thread jedenfalls erledigt. Ich kenn jetzt die technische Ursache des von Beobachter beschriebenen Klanges und hab versucht, es euch zu erklären.

Überhaupt kein Grund, mich anzugiften, finde ich.

Also es wird wohl wenig hilfreich sein, wenn sich alle auf den Level des Baobachters begeben, den der zum Glück verlassen hat.

@Hektiker
Natürlich wird die Schaltung am Ausgang hochohmig - aber erst im Bereich der Taktfrequenz und darüber. Also dort, wo die Gegenkopplung über den Integrierer kleiner wird als die Mittkopplung.

Im NF-Bereich ist es aber andersrum. Hier dominiert die Gegenkopplung über den Integrierer und von daher ist die Schaltung am Ausgang auch eine extrem niederohmige Spannungsquelle.

Die Unempfindlichkeit gegen Spannungsschwankungen wird vom Integrierer übernommen, nicht von der Mittkopplung.
Die Mittkopplung vom Ausgang der Schaltstufe her hat ausschließlich die Funktion, die Taktfrequenz nahezu unabhängig von der Höhe der symmetrischen Versorgung zu halten.

Der Integrierer hat an seinem Eingang einen virtuellen 0-Punkt und er wird darum alles in seiner Macht (Verstärkung) liegende tuen, um diesen Aufrecht zu erhalten - egal was der Rest der Schaltung macht und egal wo irgendwelche Störungen herkommen.

@ tiki
gib's auf.
Nach der Ruhephase hatte ich zwar den Eindruck, jetzt würde es etwas sachlicher werden, aber das war wohl nur eine kurze Unterbrechung im sonstigen "hau drauf".

Hi hreith,

ich freu mich immer, wenn du was schreibst! Du bist sachlich und diskussionsfähig. Trotz aller Harmonie muss ich aber was ergänzen:

Der Integrator arbeitet bei Taktfrequenz. Ebenso der Komparator und die Endstufe. Der Integrator für sich genommen, stellt eine vorzügliche Gegenkopplung dar, die mit Taktfrequenz arbeitet. Dieser Gegenkopplung steht die R1/R2-Komparator-Mitkopplung direkt entgegen.

Dass der Ausgangswiederstand NICHT niederohmig ist, siehst du sofort, wenn du dem Lautsprecher zusätzlich eine konstante Spannung aufschaltest. Zwar merkt der Integrator diese zusätzliche Spannung (er verändert seine Lade-Entladezeiten), aber dieses Bemühen wird durch die Mitkopplung wieder zunichte gemacht.

Der Effekt beim Anlegen einer zusätzlichen Gleichspannung ist: KEINER! Dem Verstärker ist es völlig egal, was sein Ausgang tut. Und damit ist er mathematisch "hochohmig" geworden. Und das gilt für alle Frequenzen: von einer Gleichspannung bis zur Taktfrequenz.

Weil wir das nun wissen, können wir sogar die Originalschaltung korrekt dimensionieren. Wir müssen mit R1/R2 die regelungstechnische Wirkung des Integrators vollständig kompensieren.

@Hektiker

Du liegst mit deinen Vermutungen total daneben. Der Ausgang ist nicht hochohmig. Dies wird gerade durch die Kombination von linearem Integrator mit über den Leistungs-Schaltausgang mitgekoppeltem Komparator erreicht.

Du kannst nicht etwas a priori verwerfen, wenn du es überhaupt noch nicht gelesen und schon gar nicht verstanden hast.
Die Patentschrift DE19838765A1 ( noch mal: https://depatisnet.dpma.de ) führt einen mathematischen Beweis, den du nicht widerlegt hast und auch nicht widerlegen kannst.

Ein SODFA ist die bisher einzige PWM-Grundschaltung, die eine zur Verstärkung des Audiosignals lineare Übertragungsfunktion hat, unabhängig von der Betriebsspannung. Genau das bewirkt die außerordentliche Klangqualität.

@hreith

Wenn man die mathematische Herleitung in der Patentschrift DE19838765A1 sowohl auf den SODA, als auch auf die IRF-Applikation anwendet, wird deutlich, warum diese eben nicht die Klangqualität eines Analogverstärkers erreichen können.