Endstufe mit TDA7293

[harry_m]

Hallo Thomas,

möchte zum Thema IC/Diskret ein Paar Worte hinzufühgen.

Die Überzeugung dass diskret aufgebaute Analogschaltungen besser sind ist einfach veraltet. Das große Problem war mal die Tatsache, dass es nicht gelang npn und pnp-Transistoren auf einem Chip zu unterbringen. Da entstanden die Hybrid-Schaltungen. Aber irgendwann haben sie es geschafft. Man denke an den simplen Diff. Verstärker am Eingang jedes Operationsverstärkers. Der soll per Definition symmetrisch sein. Diskret müsste man dafür die Transistoren selektieren. Auf dem Chip entsteht es "von selbst".

Auch die Aussage "zu viele Elemente im Signalweg" stimmt nicht. Sieht man genauer hin, so sind es meistens 3 Verst. Stufen, die sich im Signalweg tummeln. Der Rest geht zu Lasten von diversen Stabilisierungen, Überwachungen Strom - und Spannungsreferenzen usw. Auch diese Elemente sind aus diskreten Bauteilen nur mit einem unglaublichen und meistens unbezahlbaren Aufwand zu fertigen und einzustellen.

Tatsache, dass die TDA'billig sind heisst nicht, dass es ramsch ist: es ist nur der Fortschritt der Mikroelektronik hinter dem hunderte von Patenten und Berge von Gehirnschmalz stecken.

Durch die Miniatürisierung der Transistoren und minimierung der Signalwege haben diese Chips ohne weitere Maßnahmen einfach besseres Impulsverhalten und besseren Rauschabstand. Mir wurde berichtet, auf diesen Chips werden Lösungen angewandt, die im diskereten Aufbau gar nicht umgesetzt werden können: z.B. Wechselwirkung zwischen zwei Elementen, die sich auf dem Chip sehr nahe sind, aber auf der Schaltung auf den ersten Blick nichts mieinander zu tun haben.

@FrankS:

Einstiegsgehalt eines Ing. von 3700$ im Monat? Das sollte ich in unserer Personalabteilung erzählen: die werden auch nach zwei Wochen noch lachen! Ich habe als Programmierer gearbeitet und weniger, als ein Arbeiter am Fliessband in Wolfsburg verdient.

Ansonsten: alles hat ein Anfang und ein Ende. Nicht nur schlimme Zeiten gehen vorüber. Und: keine Angst! Es wird sich einpendeln! Dem berühmten Henry Ford schreibet man folgenden Spruch zu:

"Autos kaufen keine Autos".

Wir haben seit dreißig Jahren KRIESEN DER ÜBERPRODUKTION!!! Und jede dieser Krisen wurde durch die Entdeckung neuer Märkte überlebt. Genau das passiert zur Zeit. Und wir sind auch ein sehr großer Markt. Für Japaner, Chinesen Spanier und Italiener.

Wir leiden auf einem sehr hohen Niveau... und sind richtig fett geworden. Letztes Jahr bin ich ca. 8000km durch Südamerika gefahren. Ich weiss, wovon ich rede.

[sinus]

Wir leiden auf einem sehr hohen Niveau... und sind richtig fett geworden

das unterstreich ich zweimal aber dicke

[Heiko]

Hallo,

@ harry_m
Einerseits gebe ich dir recht in Bezug des Jammerns. Ich sehe aber auch die andere Seite der Gesellschaft. Als normaleinkünftiger Rentner darfst du heute nicht sehr oft und lange krank werden. Sonst bist mehr als arm dran.

@ Frank S
jau, diese Vorstellungen kenn ich auch noch, vorgeträllert von irgendwelchen vergeistigten Profs, die nicht mehr wissen, wie's in der Wirklichkeit außerhalb des Elfenbeinturms aussschaut.
Jeder Personalchef bekommt bei dieser Vorstellung einen Lachanfall und fällt hintenrüber. Die Realität ist Grausam. Und wenn du nicht für den Kurs arbeiten willst, dein Kommilitone aus dem Osten oder weiten Süden nimmt in dankend an. Einer findet sich schon.

Gruß Heiko

[Frank S]

Die Überzeugung dass diskret aufgebaute Analogschaltungen besser sind ist einfach veraltet.

->Das kommt auf den Einbsatz an! In der Leistungselektronik ist die Zuverlässigkeit diskreter Schaltungen einfach besser. Es gibt da zwar auch ICs für 4-Quadranten-Steller bis etwa 2.5KW; diese sind aber recht schnell getötet. Bei höchsten Leistungen ist die Endstufe IMMER Diskret und nur die Ansteuerung integriert.

Bezüglich der HiFi Geräte ist die maximal zulässige Verlustleistung der begrenzende aktor. In der HCA2200 sind z.B. pro Kanal immerhin 12 Transistoren mit je 130W bei 25 Grad Gehäusetemperatur installiert. Um die entstehende Verlustleistung mit TDAs abzuführen wären min. 18 Stück nötig.

Konkret: für niederohmige Lasten muß man viele parallele TDAs nehmen um die Wärme zu verteilen. Senkt man die Betriebsspannung, so bricht die Leistung bei 8 Ohm massiv ein. Ein Betrieb mit +/- 80V ist zudem bei keinem aktuellen HiFi-IC möglich. Auch die Stromabgabe ist begrenzt auf etwa 5A wohingegen Transistoren locker mit 15A und mehr verfügbar sind.

Bipolare Transistoren (bei FETs auch zu empfehlen) benötigen zusätzliche Absicherung in Form von Schutzschaltungen oder intelligentem Benutzer. Die im IC integrierten Schutzschaltungen funktionieren nicht 100% zuverlässig. Ein TDA kann sehr einfach geschossen werden. dazu genügen kleinere Spitzen als bei einer diskreten Schaltung.

Zusammenfassung:

-Auf ICs wie dem TDA7293 basierende Schaltungen sind bei guter Auslegung den diskreten Konzepten klanglich ebenbürtig.

-bei niederohmigen Lasten müssen viele ICs parallelgeschaltet werden und zwar mehr als Transistorpaare. Die Parallelschaltung kann Probleme bereiten (defekte, Verzerrungen).

-Bei extremen Leistungsanforderungen sind IC Endstufen wegen der begrenzten Spannungsfestigkeit nicht mehr praktikabel.

-Bei diskreten Konzepten ist die Zuverlässigkeit höher.

[harry_m]

@FrankS:

Als ich von "besser" schrieb, meinte ich nur die Klangqualität. Was die Leistungsfähigkeit betrifft, hast Du selbstverständlich recht. Der TDA7293 kann mit seinem mickrigen Gehäuse keine Dauerleistung von 100W verkrafen. Sprich: TDA kann nur zuverlässig funktionieren, wenn er in einem richtig dimensionierten Verstärker zum Einsatz kommt. Der Hi-Amp von Thel, der aus diskreten Elementen aufgebaut ist wird sich unter diesen Umständen auch nicht besser verhalten: bringe die Enstufentransistoren an ihre Leistungsgrenze, und die wird genau so in die Knie gehen.

Die Überwachungen bei der Par. Schaltung kann auch nicht so gut funktionieren, wie es im "Single" Fall sein kann. Brennt die Leistungstufe durch, so hilft auch nur eine externe Überwachung mit einer Relaisabschaltung. Dies hat aber mit der Frage "Diskret/Integriert" nichts zu tun.
Viel mehr vergleichst Du einen kompletten Verstärker und allen dazu gehörenden Finessen mit einer Platine, wo 3 TDA7293 verbaut sind. Mich wundert es auch, dass Newtronics keinen Softstart und KEIN Überwachungsmodul in seinem Verstärker verbaut hat. Für meine Begriffe gehört es dazu.

-bei niederohmigen Lasten müssen viele ICs parallelgeschaltet werden und zwar mehr als Transistorpaare. Die Parallelschaltung kann Probleme bereiten (defekte, Verzerrungen).

3xTDA7293 läuft auch mit 2Ohm: also wäre mehr nicht nötig. Dass eine die Grenze des 3xTDA7293Gespanns bei ca. 180W liegt hat man zu akzeptieren. Wer mehr braucht, muss sich eine andere Lösung suchen.

[Mr. Pit]

Original geschrieben von harry_m
3xTDA7293 läuft auch mit 2Ohm: also wäre mehr nicht nötig. Dass eine die Grenze des 3xTDA7293Gespanns bei ca. 180W liegt hat man zu akzeptieren. Wer mehr braucht, muss sich eine andere Lösung suchen.

Viele PA-Stereo-Amp's laufen ja auch als Mono-Brücke. Eine solche "Brückenschaltung" sollte ja kein Bauteilegrab werden, höchstens klangverschlechternd?

Dann sind wohl 360 Watt (WOW) drinn.....

[harry_m]

Hersteller sagt, Brückenschaltung aus 2xTDA7293 möglich ist und schreibt von bis zu 180W Leistung.

Ob es auch mit 3x2 auch geht weiss ich nicht. Außerdem wäre es auch nicht mehr interessant. Leistungen über 200W sollte man über andere Konzepte umsetzen. Hier wird der Preis für das Netzteil ausschlaggebend sein. Faustformel 30% für Verstäker 70% für Netzteil, Siebung, Softstart und Überwachungsmodule. Der Verstärker selbst darf hier ruhig etwas mehr kosten.

Dafür ist z.B. auch der HoerWege Verstärker gut geeignet: es gibt ja die Zusatz-Endstufe dazu.

Oder die Thel Endstufe mit 10 Leistungstransistoren mit zusätzlicher Stromversorgung.

Und spätestens hier darf sich jeder fragen, wofür er das Ganze überhaupt braucht...

[Frank S]

Die Brückenschaltung paralleler TDAs ist kein Problem. In der Weiterführung ist der Brückenbetrieb sogar nur mit parallelen TDAs sinnvoll.

[broesel]

Da wurde ich aber vorher eine seeehr zuverlässige Protection entwickeln...

[vita]

also ich hoffe ich komme nicht zu weit vom Thema ab, aber in der Verstärker-Leistungsklasse ist mir ein Bausatz vom Elektor Magazin eingefallen:
Der IGBT-Leistungsverstärker mit 90W an 8Ohm und 160W an 4Ohm. Der ist zwar wieder Transistor Klasse und nichtmehr TDA, aber der Aufbau ist auch nicht allzu viel schwieriger. Der bringt sicherlich mehr Saft als 3 TDAs und ist auch nicht mehr wesentlich teurer.

also ich würde persöhnlich die IGBTs vor den TDAs vorziehen.

[Frank S]

Die Frage nach der Stabilität im Parallelbetrieb stellt sich da erneut. Zumindest in der Anfangszeit nach Einführung des 93ers gab es hier verstreute Probleme (spontaner Totalausfall der ICs: einfach kein Aiusgangssignal mehr ohne weitere Reaktionen). Evtl. wurden die Komplikationen von ST mittlerweile stillschweigend gelöst.

Die Vermutung ging in Richtung mangelhaften Gleichlaufs und Schwingungen mit hoher Frequenz. Fakt ist dabei nur, daß die TDAs ab etwa 25V Betriebsspannung nicht mehr zuverlässig kurzschlußfest sind. Bei Phasenfehlern zwischen den TDAs (treten bei hohen frequenzen schon alleine durch die lange Verbindung zwischen Master und Slave auf) wäre hier ein entsprechender Schaden denkbar. Ist anber Spekulation; die genauen Ursachen hat wohl noch niemand öffentlich untersucht.

Falls der Parallelbetrieb mehrer TDAs aktuell zuverlässig ist, spricht eigentlich nichts gegen den Betrieb in z.B. 2x2er oder 2x3er Gruppen. Teurer als die diskreten Endstufen wird es hier gerade so noch nicht und die Nachbausicherheit dürfte größer sein. Mit 2x2 wären auch größere 8 Ohm Lasten im Stil der Atlas gut zu betreiben.

Die Absicherungen sind sicher ein komplexes Thema. Vernünftig wäre z.B. eine einfache, diskrete Strombegrenzung direkt an den Rails auf etwa 8A. Von HF Schutz kann man bei Home-HiFi sicher absehen wenn nicht im laufendem Betrieb Kabel am Eingang umgesteckt werden. DC am Ausgang ist beim TDA auch meines issens nach noch nicht vorgekommen. Die von mir geschossenen TDAs waren einfach tot. Ausgänge hingen quasi in der Luft.

[harry_m]

Ausgänge hingen quasi in der Luft.

Bessere Art kaputt zu gehen, kann ich mir kaum vorstellen!

[Reim]

Hallo zusammen

ich habe mir nach nun mehrjähriger Erfahrung die Endstufe zum Tuning vorgenommen. Das mag etwas eigenartig klingen, denn eigentlich gab es nichts was ich bemängeln konnte. Aber von anfang an...

Ausschlaggebend war die sehr hohe Verstärung von 36dB der Endstufe. Diese wollte ich reduzieren um die Vorstufe besser nutzen zu können. Denn es reichte schon ein geringer Dreh am Poti der Vorstufe und die Endstufe war voll ausgesteuert. Eine äußerst feine justage der Lautstärke war mit der Fernbedienung so nicht möglich. Weiterhin wurde das ohnehin geringe Grundrauschen der Vorstufe merklich verstärkt, ohne das ein Signalpegel anlag. usw....

Also nahm ich mir den Schaltplan vor und simulierte mit Spice die Schaltung.

Herausgekommen ist...

1. Reduzierung der Verstärkung auf 27dB
2. Erhöhen der oberen Grenzfrequenz um 30kHz !!!
3. Verringern der unteren Grentfrequenz auf 10Hz !!!

Das alles habe ich am vergangenen Wochenende umgesetzt. Dazu tauschte ich diverse Widerstände und fertig... recht einfach für den etwas geübten Elektronikbastler.

Die Endstufe wird nun gründlich gehört, ob neben der besseren Justierung der Laustärke über die Vorstufe auch noch maßgeblich bessere Klangeigenschaften zu erhören sind.

PS : Die Anpassung der Verstärkung sei auf alle Fälle jedem zu empfehlen, der nicht den CD Player direkt (ohne Vorstufe) anschließen möchte!

Gruß Thomas

[broesel]

Hmmm, nun weiß ich nicht, welche Schaltung du nachsimuliert hast, aber wenn es sich um die Originalapplikation mit den 22 kOhm / 680 Ohm handelt: Die verstärkt eh nur um 30dB. 36dB ist das, was dem IC maximal zugemutet werden soll. Um von den 30dB auf 27 zu kommen, genügt es, den 22 kOhm auf 15 kOhm zu reduzieren.

30kHz macht die Schaltung sowieso, wenn ich mich nicht irre. Wozu man 10Hz braucht, ist mir aber schleierhaft. Aber wer gern möchte: Entweder den Eingangskondi auf 2µ2 erhöhen, oder C auf 1µ, und den Widerstand vom +In auf Masse auf 33 kOhm erhöhen.

Ich persönlich würde im Eingang am liebsten einen 0µ47 verbauen; für -2dB bei 20Hz. Aber dann ist Gestöhne bei den Jungs.

[Reim]

Hallo Broesel,

deine Darstellung zeigt mir, dass ich doch etwas mehr ausholen muß.

Die Schaltung ist nicht die Standardapplikation des Herstellers, sondern wurde von Newtronics entsprechend modifiziert, zumal auch 3 TDA's parallel arbeiten.

Die Verstärkung der Schaltung sollte nach Hersteller zwischen 26 und 40dB liegen. Nun ist es in der Schaltungstechnik bekannt, dass das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt einer Schaltung konstant ist, so auch hier. D.h. anders gesprochen, erhöhst du die Verstärkung sinkt die obere Grenzfrequenz der Schaltung. Also sollte im Sinne einer guten Impulsverarbeitung sollte die Grenzfrequenz möglicht weit oben liegen und die Verstärkung entsprechend niedrig. Da aber die Vorstufe nur eine bestimmte max. Ausgangsspannung liefern kann, wird dadurch die mind. Verstärkung der Endstufe bestimmt, um die Endstufe voll auszusteuern. Also ein Kompromis!

Hier habe ich nun gerechnet und bin zum Entschluß gekommen, dass die Verstärkung von 27dB aureicht um aus ca. 1,2V Eingangsspannung 100W an 8Ohm Ausgangsleistung zu erhalten.

Die Verstärung stellt man wie du richtig schreibst duch die Widerstandskombi in der Gegenkopplung ein. Dabei ist aber zu beachten, dass der Widerstand vom nichtinvertierten Eingang gegen Masse und der Gegenkopplungswiderstand vom Ausgang gegen den invertierten Eingang der Schaltung gleichgroß sein sollten. Das begünstigt die Symetrie und optimiert den Offset. Somit sind die widerstände nicht wahlfrei wählbar.
Weiterhin wird die untere Grenzfrequenz durch die RC Kombi in der Gegenkopplung und am Eingang bestimmt. Man bemerkt also, das mit dem Ändern des einen Widerstandes auch parallel andere Parameter verschoben werden. Etwas Fingerspitzengfühl bei der Dimentionierung sollte also immer zugegen sein.

Um das Musiksignal möglichst unverfälscht zu verstärken, sollte der (ideale) Verstärker ein möglichst hohe (unendliche) Bandbreite haben. Das begünstigt neben dem guten Frequenzverhalten auch das optimale Zeitverhalten. Denn um Impulse genau wiedergeben zu können, muß u.a. die obere Grenzfrequenz sehr sehr hoch sein. Gleichfalls kann man die elektrische Phase betrachten, denn bei der Grenzfrequenz (-3dB) liegt die Phasenverschiebung bereits bei 45Grad!!! Das betrifft gleichermaßen für die obere und untere Grenzfrequenz zu.

Nach diesen Betrachtungen wird klar, dass Bandbreiten von 20Hz bis 20kHz (Hörgrenze) bei weitem nicht ausreichen. In meinem Fall liegt nun die untere Grenzfrequenz bei 10Hz und die obere Grenzfrequenz der Schaltung bei 90kHz! Die Phasendrehungen im genutzten Hörbereich sind wirklich gering.

Gruß
Thomas