Grundlagen Verstärker mit negativem Innenwiderstand !!!

[ChPuls]

Ich habe mal in einer alten K&T einen Test eines Aktiv - Subwoofermoduls gelesen und da stand was von negativem Innenwiderstand.

Im Internet habe ich nur wenig über Verstärker mit negativem Innenwiderstand gelesen und weiß nur, daß ein negativer Innenwiderstand mit der Gegenkopplung erreicht werden kann.

Es wurde aber auch behauptet, daß solche Schaltungen eher zu Schwingungen neigen.

Ich bitte um Aufklärung bzw Schaltpläne zur Anschauung

[Calvin]

Hi,

Gegenkopplung, genauer negative Gegenkopplung bedeutet, daß ein Teil des Ausgangssignals vom Eingangssignal subtrahiert wird. Wird dagegen ein Teil des Ausgangssignals addiert, so spricht man von positiver Gegenkopplung oder Mitkopplung. Mitkopplung wird verwandt um das Eingangssignal zu vergößern, also bspweise in Schwingkreisen um sie zum Schwingen zu veranlassen.
Bei Lautsprechern wird das Signal durch Abgriff an einem niederohmigen Widerstand (R3) gewonnen, der in Serie zum Treiber nach Masse geschaltet ist. Damit kann ein Teil des ohmschen Widerstandanteils der Lautsprecherimpedanz ´gekontert´werden.
Der Verstärker bekommt eine (virtuell) negative Ausgangsimpedanz.

Der Anteil der Mitkopplung (durch R4/R5 oder ein Poti eingestellt) muss aber mit Bedacht gewählt werden, weil ein Zuviel eben zum Schwingen führt. Da die Mitkopplungsspanung durch den Strom durch LS und Widerstand bestimmt wird, führt das zu einem nicht mehr linearen Amlitudengang, sondern folgt im Groben der Umkehrung des Impedanzganges des LS. das Verfahren wird in verschiedenen Ausführungen im Bassbereich eingesetzt. Erweiterungen des Prinzips sind die ACE-Bässe und Yamaha-Subwoofer.



jauu
Calvin

[battlecore]

Moin,
war das nicht in den 80ern oder so mal aktuell?
Da gabs mal Endstufen die mit negativem Innenwiderstand beworben wurden. Outsider? oder Abacus? Da war mal was.

:EDIT:

Irgendwie war das so in Zusammenhang mit Dämpfungsfaktor.

[Calvin]

Hi,

die Probleme mit denen alle Regelungen kämpfen sind die immer vorhandenen Tendenzen zum Schwingen, sowie die Linearität des Sensors und die Dynamik der Regelung. Der einfache Widerstand in der Masseleitung sorgt bei der Mitkopplung bspweise für einen verbogenen Frequenzgang aufgrund der schwankenden LS-Impedanz. Zur Linearisierung müsste daher der Messwiderstand ein exaktes kleineres Abbild der LS-Impedanz sein, was in der Praxis nicht machbar ist. Alternativ könnte durch Vorfilterung der Frequenzgang des Verstärkers vorverbogen werden, was durch das unterschiedliche dynamische Verhalten von Filter/Verstärker, bzw. Lautsprecher ebenfalls nur in Grenzen funktioniert. In der Praxis müssen die Systeme aufgrund der immer vorhandenen Toleranzen abgeglichen werden und zwar auch so, daß das Ergebnis langzeitstabil ist. Dieser Aufwand ist im Vergleich zur erzielten Verbesserung kaum vertretbar.
Da ist es leichter Frequenzgangkorrekturen und selbst Parameteränderungen durch steuernde Filter zu bauen (Linkwitz-Poleshifter, HPs mit hohem Q, etc.) als durch echte Regelungen. Die Regelungen besitzen fast ausschließlich den Vorteil bei guter Auslegung den Klirr zu senken. Da diese Verbesserung aufgrund der Unempfindlichkeit des Ohres praktisch nicht wahrnehmbar ist, ist nahezu kein vertretbarer Nutzen gewährleistet. Kleinere Klirrwerte, sind durch Verbesserung im Magnetkreis des Treibers viel einfacher und drastischer erzielbar.

jauu
Calvin

[Frankynstone]

Jein, Calvin. Das mit dem negativen Ausgangswiderstand sollte ja gerade nicht mit einem verkleinerten Abbild der Lautsprecherimpedanz erfolgen, sonst erreicht man nämlich das Ziel der Resonanzgütereduzierung schlechter Tieftöner nicht. Oder anders ausgedrückt, der Frequenzgang SOLL verbogen - genauer gesagt: geradegebogen - werden. Dazu ist das Verfahren nämlich gedacht.

Und man kann damit die Übergangs- und Leitungswiderstände der Kabelage annähernd ausgleichen, die vorwiegend ohmsch sind und im Bassbereich sind die Parasitäten eh unkritisch.

Zum Thema Aufwand: es geht immer ums Geld. Ein Subwooferchassis mit schwachem Antrieb ist diverse EUR billiger ... und hat ein hohes Qes. Die Widerstände für die Mitkopplung kosten wenige Cent. Hat man einmal im Experiment eine funktionierende Impedanz eingestellt, kann das Set tausende Male verkauft werden und man kann sogar noch einen markigen Werbespruch drauf schreiben.

Für Bastler ist ein Verstärkermodul mit negativem Ausgangswiderstand besonders dann interessant, wenn ein vorhandenes Chassis in ein besonders kleines Gehäuse gequetscht werden soll, man kann die Resonanzüberhöhung so etwas zähmen. Noch ein Tipp für kleine Gehäuse: mineralische Stopfwolle (gibts zwecks Wärmedämmung und Schalldämpfung billig im Baumarkt).

[PeterG]

mineralische Stopfwolle (gibts zwecks Wärmedämmung und Schalldämpfung

die gibt es bis 1000°C ! Falls ein Magnetsystem mal zu warm wird!

Wenn man in obiger Schaltung die Gegenopplung negativ einspeist, erhält man einen "Stromverstärker". Wenn ein Treiber wegen Impedanzanstieg zuwenig Höhen produziert, kann man dies damit linearisieren. Er muß aber ausserhalb seiner Reso betrieben werden, da die sonst gut überhöht wird.



MfG
Peter

[Frank Schölch]

Wenn die Schleifenverstärkung im Mitkopplungszweig einen Wert von 1 erreicht, schwingt der Aufbau. Das ist in der Praxis z.B. auch dann gegeben, wenn z.B. bei einer Reparatur ein anderes Chassis eingebaut wird. Habe das selbst erlebt bei einer Aiwa Kompaktanlage. Da eine einheitliche Simulation mit Verstärker, Chassis und Gehäuse sehr aufwendig ist, habe ich den Mitkopplungswiderstand einfach soweit reduziert, bis das System stabil lief.

Insgesamt würde ich von solchen Konzepten eher abraten, da sie nichts bringen. Das Ein/Ausschwingverhalten ist miserabel und ein Vorfilter in Verbindung mit einem herkömmlichen Verstärker ist definitiv die bessere Lösung. Und den Nachteil der begrenzten Ausgangsspannung der Endstufe hilft die Mitkopplung auch nichts. Ein gangbarer Mittelweg ist die Schaltung des Verstärkers mit Stromgegenkopplung, also quasi als Stromquelle. Gute Resultate erhält man dort aber auch nur nach langen Abpassungsarbeiten.

[kboe]

könnte man, um sein gewissen irgendwie zu beruhigen , und ein wenig verbesserung bei minimaler gefährdung, den spannungsgegenkopplungspunkt über eine separate ader von den LS-klemmen des amps direkt an den eingang der box verlegen?

gruß
kboe

[ropf]

Falls jemanden diese Technik interessiert, kann er sich ihr auch über Boxsim nähern - Boxsim erlaubt die Eingabe von negativen Werten (bei Widerständen) und rechnet damit sogar richtig

Also einfach im Weicheneditor einen Widerstand in Reihe zum Chassis schalten und einen negativen Wert eingeben, der betragsmäßig kleiner als Rdc sein sollte.

Das Erste, was man feststellt ist eine fette Resonanz, gebildet aus Schwingspuleninduktivität und der Ersatzkapazität für die Membranmasse - die bekommt man durch die übliche Kompensationsschaltung von Lvc in den Griff. Das Zweite ist eine deutliche Verschiebung Rolloffs nach oben hin

Das Dritte ist eine abgeflachte Einbauresonanz, entsprechend einer erheblich verringerten elektrischen Güte, was der eigentliche Zweck des Ganzen ist - so lassen sich preiswerte Chassis mit schwachem Antrieb mit kleinen Gehäusen kombinieren.

Es wird also (ehemals teures) Magnetmaterial durch Verstärkerleistung und erhöhte Komplexität erkauft.

[Frankynstone]

Kboe, es hat tatsächlich Verstärker gegeben mit einer separaten Klemme für die Gegenkopplung zur Verwendung eines drei- oder sogar vieradrigen LS-Kabels. Weil dann die Gegenkopplung am Ende des LS-Kabels ansetzt, ist dessen Innenwiderstand wurst.

Allgemein versucht man Gegenkopplungswege jedoch wegen der Schwingneigung möglichst kurz zu halten: wenig Parasitäten. Das durchaus lange LS-Kabel hat jedoch eine nicht zu vernachlässigende parasitäre Kapazität und auch eine Antennenwirkung. Damit knabbert man an der Bandbreite des Verstärkers und verschlechtert auch seine Störfestigkeit.

Außerdem entfällt bei der Gegenkopplung über separate Ader(n) die Möglichkeit, die Endstufe mit einem RL-Glied gegen die Kabelkapazität zu isolieren, das muss nämlich hinter dem Ansatzpunkt der Gegenkopplung erfolgen. Eine dafür geeignete Endstufe muss außerordentlich stabil auf Blindstrom reagieren.

Mir ist kein aktueller HiFi-Verstärker mit separaten Gegenkopplungsklemmen bekannt (was nicht heißt, dass es keine gibt). Hat wohl nicht viele Vorteile gebracht.

In manchen Testberichten von Verstärkern sieht man den Spannungswürfel (Ausgangsspannung über Blind- und Wirkleitwert der Last). Meiner Meinung nach genügt es, da möglichst wenig Abfall nach vorne (hoher Wirkleitwert) und nach den Seiten (hoher Blindleitwert) zu haben.

Verstärker mit geringer Gegenkopplung reagieren "gutmütig", der Spannungswürfel fällt nach vorne wie eine Dachschräge ab, nach den Seiten überhaupt nicht. Sehr hart gezüchtete Verstärker, die einen extremen Dämpfungsfaktor haben, machen manchmal nach den Seiten so Pagoden, die brechen in der Spannung schier zusammen, sobald man sie blind belastet. Ein sehr gut ausgelegter Verstärker macht einen Wüfel, gleiche Ausgangsspannung bei jeder noch so windschiefen Last --> Ausgangswiderstand ist weder positiv noch negativ. Jede normale Box ist auf dieses Ideal ausgelegt.