Projekt Eigenentwicklung + -bau Endstufe

[Frankynstone]

@Manfred

Das Audioexperiment arbeitet auf eine andere, höchst faszinierende, Art. Es hat, wie ich das so überschaue, nämlich keinen Taktgeber. Es wird einfach bei Unter- oder Überschreitung der Soll-Ausgangsspannung die Endstufe umgeschalten. Mein erster gedanke: Die Performance könnte durch eine andere Ausgangsfilter-Kegenkopplung-Kombination eventuell verbessert werden, falls es da Probleme gibt.

Die Leistungsabteilung vom Audioexperiment merke ich mir.

Die 13,8-Volt-100-Watt-Konstruktion ist ganz lustig, wenn sich jemand so ein Ding ins Auto packen will. Für einen stationären Amp eher nicht, die paarnsiebzig % bei Vollaussteuerung schafft man ja fast mit Klasse B.

@lenz

Ui, irgendwie hat jeder seine Schaltung als was total neues und revoluzionäres zum Patent angemeldet und keinen Pfeng mit verdient. Sag mal, welche Patentnummer Dir vom Prinzip, was dahinter steckt, am besten gefällt.

[tiki]

In andere Foren reinzuschauen (über den Tellerrand) kann sehr hilfreich sein.
Hier ist übrigens ein funktionierender classD-Verstärker, welcher nach Aussagen vieler Anwender einige "Analoge" in den Schatten stellt: UcD180.
Die Module von Hypex gibt es auch in 400W-Ausführung. Und das sind beileibe nicht die einzigen Hersteller...
Hier ist eine aufgebaute, ursprünglich dreieckgetriebene Schaltung mit nur "halber" Endstufe (Foto). Jetzt modifiziert zum SODA-ähnlichen Prinzip (siehe Patent Bruno Putzeys), funktioniert als Heizerregelung bestens.
schematic
simudata
Naja, die Endstufe sähe für Audioanwendungen etwas anders aus...
Ich finde, die selbstoszillierende Variante führt schneller und sicherer zu AHA-Effekten der angenehmen Sorte.
Gruß, Timo

edit:
Das Simulationsprogramm LTSpice oder Switchercad von Linear Technology ist Freeware und wärmstens zu empfehlen. Einzig die mitgelieferte Modellvielfalt ist eingeschränkt, jedoch erweiterbar.

[lenz]

Oha! Da hast du mich voll erwischt!
Nein,im Ernst:
Es scheint so zu sein,daß, besonders in den großen Firmen und hier im Besonderen USA, jeder Gedankenfurtz eines Entwicklers sofort in ein Patent gepackt wird.Da scheint die Durchführbarkeit und Qualität absolut keine Rolle zu spielen.Hauptsache:erstmal abgesichert.
Im internationalen Überblick rangiert wohl das UcD Patent von Philips qualitativ vorne.
Auf der Site: http://www.classd.org/indexold.html
wird der neue Chip von Philips "DSL PP-A" als Nonplusultra bezeichnet.Leider ist dieser noch nicht lieferbar.
Hab heute die Nachricht von TI erhalten,daß die einen neuen,mehrkanaligen "Highquality" PWM Chip entwickelt haben.
Muss ich mir in den nächsten Tagen mal genauer ansehen.
Wenn man den deutschen "Usern" glauben kann,dann ist der Amp von Hubert Reith allererste Sahne.
Im oben erwähnten Hifi Forum geht ja wohl jetzt der Amp von "Beobachter",welcher wirklich alles in den Schatten stellen soll, seiner Vollendung entgegen.
Ich bin ja mal gespannt.
Gruß
Lenz

PS.Das mit html und nur Text hab ich ehrlich gesagt dennoch nicht verstanden.Ich hab doch bei den Portalen wie WEB oder GMX gar keine Wahl.Oder hab ich da was nicht kapiert?

[Frankynstone]

@Lenz: Dein PS war zwar OT, aber ich antworte mal: bei GMX habe ich noch gar nicht gesucht, ob man da irgendwie HTML machen kann, wenn man will. Wer das aber vorhat, kann ja einen eMail client dafür nutzen oder mit Adobe Professional 6 in HTML speichern und ab in den Anhang damit.

Back to Topic: Da haben ja schon viele das pon+ultra gefunden oder sind zumindest kurz davor und ich weiß nicht, warum ich mir noch was ausdenke, da es eh nur die HiFi-Norm anknabbert, aber niemals eine rein analoge Konstruktion toppen kann, da ich einfach über ein Funktionsmuster nicht hinauskommen kann. Prinzipiell geht sicher High-End, das kann ich in vier, fünf Jahren als Diplomarbeit abliefern. Dann mache ich aber auch noch ein Schaltnetzteil, ebenfalls synchron natürlich, und der Gesamtwirkungsgrad beträgt konstant 95% und der Klirrfaktor maximal 0,015% zwischen quiescent und 99% der Vollaussteuerung

Ich bin der Meinung, dass freilaufende Konzepte für Mehrkanalverstärker wegen Interferenzen nur bedingt taugen, obwohl man Pfeifgeräuschen mit guten Filtern und guter Siebung der Betriebsspannung sicher begegnen kann. Deshalb sei ein beliebiges Konzept mit Festfrequenz erste Wahl, wenn man einen gemeinsamen Generator oder synchronisierbare Generatoren hat.

[mamuesp]

Original geschrieben von Frankynstone
Da haben ja schon viele das pon+ultra gefunden oder sind zumindest kurz davor und ich weiß nicht, warum ich mir noch was ausdenke

Ich seh's mal so: fertigen Kram kaufen kann jeder - darum geht es hier wohl eher nicht. Über'n Tellerand schauen ist interessant - als Denkanregung. Aber hier geht es ja um den Aufbau eines Class-D Verstärkers, den man auch nachvollziehen kann - und das ist hier der Sinn der Sache. Wenn's dann nachher gut klingt - umso beser.

Denn meine ersten Gehversuche (Delta-Sigma-Wandler mit zwei Schmitt-Triggern, danach eine einfache MOS-FET-Leistungsstufe) endeten mit einem laut zwitschernden Haufen Elektroschrott - und ich dachte, das könnte man doch besser machen.

Oder?

Gruß, Manfred

[Frankynstone]

Ich denke weiter, und es wird nachvollziehbar und hinterher soll es ein PDF geben, wo alle Informationen gebündelt sind. Die anderen Bastler haben's ja so fürchterlich verstreut, dass man es nicht komplett zusammenfindt.

Übrigens bleibe ich doch meinem Prinzip treu, die Ausgangsstufe wird definitiv mit Bipolartransistoren bestückt und nach möglichkeit auch hübsch symmetrisch, also mindestens quasikomplementär. Jaja, Diskussionen stecken lassen, ich bin altmodisch und bleibe es.

Das nächste Projekt wird dann Klasse A, aber jetzt powere ich erstmal hier durch.

[tiki]

Wenn es denn noch um classD geht:
Bist Du Dir wirklich sicher mit den BJTs? RF-Transistoren? Dann, bitteschön, simuliere wenigstens vorher, Du holst Dir unnötige Probleme an den Hals. Auch wenn Du noch so altmodisch bist, manche neue Prinzipien gehen eben nur eingeschränkt mit alten Technologien, gelinde ausgedrückt.
Du hast doch nach Erfahrungen gefragt, soweit ich weiß, werden in classD-Ausgangsstufen seit etlichen Jahren keine BJTs verbaut.
Verzeih mir bitte die fehlende Diplomatie.
Gruß, Timo

edit: Ausdrucksschärfe vermindert

Wenn man ein synchrones Design vorzieht, würde ich jedoch nicht unbedingt die dreieckgetriebene Variante wählen, weil man zu sehr von der Qualitität des Generators abhängt. Besser wäre meiner Meinung nach ein Design mit Mindest-Ein- und Ausschaltzeiten (um die komplette FET-Umschaltung zu garantieren), Einschalten wird von einem Synchronsignal initiiert, Ausschalten erfolgt ähnlich wie beim selbstoszillierenden Design abhängig vom Differenzsignal Eingang/Ausgang. Ein post-filter-feedback halte ich für ein Muß.

[Frank S]

Der Bau einer getakteten Endstufe mit mittlerer Ausgangsleistung erfordert schon erheblichen Aufwand. Mit einseitiger oder normaler, doppelseitiger Platine geht garnichts. Halbleiter? Spezialtypen nötig! Standard-bipolar hat keine Chance: die erzielbaren Taktraten enden bei etwa 70kHz. Der Ausgangsfilter fällt entsprechend aus, die Verzögerung für die Gegenkopplung wird extrem. Keine Stabilität und gigantisch hoher Innenwiderstand. Mit aktuellen Halbleitern ist es nicht möglich, die Klangqualität eines normalen Verstärkers zu erreichen. 300W sind noch sehr wenig, so daß problemlos eine billig-PA Endstufe beschafft werden kann. Die selbstoszillierende Variante funktioniert ebenfalls nicht, da die Theorie nur von konstanten Abweichungen ausgeht, die aber im getakteten Umfeld einfach nicht vorliegen.

[Frankynstone]

Was nicht auf eine einseitige Platine passt, bau ich nicht. Es wäre auch für den Normalbastler nicht so einfach nachbaubar, was das Hauptziel ist. Ziel zwei: billig (ich bin Student). Ziel drei: laut (wer wollte das eigentlich?).

Schon vor Jahren sollte ich für die Gesangsanlage einer Schülerband einen 300-Watt-D-Verstärker bauen, der leider über die Planung nicht raus gekommen ist, da eine andere Lösung gefunden worden war: Auflösung der Band. Es war eine Schaltfrequenz von 50 kHz oder sowas geplant. Es sollte in diskreter Transistortechnik gebaut werden. Audiobandbreite spielte keine Rolle, da eh nur Billigboxen dran gekommen wären.

Falls ich je einen Testaufbau hinbekomme, dann maximal 200 Watt an meinem Versuchswiderstand bei einer Schaltfrequenz von 100 kHz. Der Audiofrequenbereich wird sich nicht sonderlich weit über 18 kHz gehen, worum ich mir hierbei keine Sorgen mache.

Da es keine hinreichend schnellen Transistoren der entsprechenden Strombelastbarkeit gibt (Strom brauch Fläche bringt Kapazität macht langsam), wird das Problem durch parallelschalten mehrerer Transistoren gelöst. Die Ausgangsstufe wird diesen Aufbau haben (also Q1 bis Q7, eventuelle Tricks zur Vollaussteuerung der letzten beiden, wobei Übersteuerung wegen der Basisausräumzeiten aber vermieden werden muss).

Per Definition: es wird eine "billig-PA Endstufe", das wird in fetten Lettern auf den Layout stehen und wehe das retuschiert einer weg.

[tiki]

Jetzt mal ernsthaft:
1. @ Frank S
Es gibt bereits ausgezeichnet funktionierende classD-Verstärker, fullrange und mit sehr ordentlichen Verzerrungs-/Rauschwerten von mehreren Herstellern. Ein Beispiel habe ich bereits gepostet. Dieses Design _ist_ selbstoszillierend!
2. @ Frankynstone
Die UcD-Module sind auf zweiseitigen LP aufgebaut, das geht also (mit viel Mühe und 5 Iterationen nch Bruno Putzeys Worten). Einseitig würde ich nicht probieren, es sei denn, Du willst Dir nur selbst bestätigen, daß das Prinzip überhaupt funktioniert. Für einen hinterher unbrauchbaren Aufbau würde ich aber nicht extra eine LP bemühen, da reicht auch ein Steckbrett.
Okay, einseitige LP geht auch für diesen Versuch.
Soll das aber hinterher spielen, würde ich schon wenigstens die aktuelle Version statt der allerersten von Sorensen nutzen. Zu finden hier. Ist ja immer noch in weiten Teilen diskret. UcD ist voll diskret, aber auch um Einiges anspruchsvoller.
Die Taktfrequenz für die volle Audiobandbreite sollte nicht wesentlich unter 400kHz liegen. Evtl. Probleme rühren nicht vorrangig aus diesem Grundtakt, sondern z.B. aus den sehr steilen Schaltflanken und der ggf. falsch bemessenen deadtime.
Auch ist es besser, zunächst niedrige Betriebsspannungen zu wählen, die verbratenen Energien steigen ja mit deren Quadrat! Da ist sicherer als nur eine niedrige Taktfrequenz.

Aber: Du kannst natürlich tun und lassen, was Dir gefällt...
Allerdings kannst Du mich tagsüber in der Uni auch mal anrufen oder besuchen - wenn es Dir gefällt.

Gruß und Gute Nacht, Timo

[Frank S]

"ausgezeichnet funktionierend" ist relativ - es kommt eben auf die Ansprüche an. Es geht mit sogar brauchbarer Qualität, erreicht aber nicht das Niveau besserer Verstärker klasisscher Bauart. Deren Niveau zu übertreffen (wurde im anderen Forum behauptet) ist mit den aktuellen Halbleitern definitiv nicht mit vertretbarem Aufwand möglich. Das selbstschwingende system ist auf den ersten Blick genial. Auf den zweiten Blick fallen schwächen auf - und auf den dritten Blick zerfällt es zu Staub.
Klirr+Rauschen sind nicht die ein einzigen Kriterien: das schaffen auch Hybride.

Durch Parallelschaltung von Transistoiren läßt sich die Physik nicht überlisten. Ob die nötige Gesamtfläche nun geteilt statt am Stück ist - das bringt keinen Vorteil! Im Gegenteil: die einzelnen Transistoren dürften kaum vom selben Wafer stammen -> Gleiche Schaltdynamik fast ausgeschlossen. Selbiges gilt für den Fall, daß getrennte Gatetreiber verwendet werden.

Um bei 100kHz Schaltrate eine Audiobandbreite von 18kHz zu erreichen sind aufwendige Ausgangsfilter nötig. Trotzdem sind die Phasenfehler so groß, daß die GGK über dne Filter hinweg unmöglich wird.

100kHz Schaltfrequenz in getakteter Anwendung sind für bipolare Transitoren schon fast utopisch. In der Leistungselektronik arbeitet man mit 5-20kHz, um Quer/Rückströme etc. im Rahmen zu halten.

Sinnvoll sind Multilayer mit 4 Schichten; dann kann das Signal zwischen Abschirmebenen auf kürzestem Weg geführt werden.

Vor allem ist gerade im Lo-Cost Bereich die Anwendung getakteter Endstufen nicht sinnvoll. Bei gleicher Ausgangsleitung muß trotz schlechterem Klang mit mindestens dem dreifachen Preis gerechnet werden.

[Frankynstone]

Bei dem Zusammenschalten ging es mir ja um die f_beta, also die Minusdreidezibelfrequenz der Stromverstärkung, die bei kleinen Transistoren viel höher liegen kann. Und die ändert sich bei Parallelschaltung mehrerer nicht, aber ein Fettklops kommt nicht hinterher oder ist technologisch bedingt recht expensiv. Ich halte es für möglich und kostengünstig umsetzbar, sehe aber keinen Grund, mir weiter einen Kopf zu zerbrechen.

Multilayer kriegt ein Bastler nur durch übereinanderkleben mehrerer Leiterplatten hin. Klar, die kriegt man zur Deckung, aber den Aufwand wird sich kaum einer geben.

Hybride arbeiten in B- oder AB-Betrieb (letzerer auch new class A genannt?) und verbraten die meiste Energie. Das wollten wir ja gerade vermeiden. Wenn ich die Hand über unseren Technics-Receiver halte, dann fühlt sich das nach Heizung an.

Da ich mit meinen steinzeitlichen Ideen (zwei OPVs, einige BJTs, paar passive Bauteile drumrum, fertig) offensichtlich keine große Anhängerschaft finde, reiche ich das Zepter an tiki weiter.

tiki, es wäre gut, wenn Du Dein modernes Konzept hier ausführlich vorstellen könntest und es auch Bastlern mit wenig Erfahrung schmackhaft und verständlich machen.

[HCW]

New Class A war, soweit ich mich entsinne, ein Technics- Patent, wo eine Class-A-Endstufe am übermäßigen Verbraten gehindert wird, indem sie Ihre Betriebsspannung von einem AB-Verstärker moduliert bekommt oder so, auf jeden Fall eine Verschachtelung zweier separater Endstufen und keine "echte" A. Gibts in diesen wüsten unbeschaffbaren STK 8040-Modulen.

Gruß, Christian

[tiki]

@ Frank S:

"ausgezeichnet funktionierend" ist relativ - es kommt eben auf die Ansprüche an. ... - und auf den dritten Blick zerfällt es zu Staub.

Ich habe die links zu wenigstens einer Beschreibung gepostet, es gibt deren mehr inklusive Messwerten, suchen, lesen, vergleichen und dann erst, wenn noch nötig, kaputtreden!

Um bei 100kHz Schaltrate eine Audiobandbreite von 18kHz zu erreichen sind aufwendige Ausgangsfilter nötig. Trotzdem sind die Phasenfehler so groß, daß die GGK über dne Filter hinweg unmöglich wird.

Deshalb hatte ich ja auch >=400kHz empfohlen, da funktioniert es nachweislich.

Sinnvoll sind Multilayer mit 4 Schichten; dann kann das Signal zwischen Abschirmebenen auf kürzestem Weg geführt werden.

In der Regel liegen die Signale außen, Masse und Betriebsspannungsebenen innen, warum wohl?

Vor allem ist gerade im Lo-Cost Bereich die Anwendung getakteter Endstufen nicht sinnvoll. Bei gleicher Ausgangsleitung muß trotz schlechterem Klang mit mindestens dem dreifachen Preis gerechnet werden.

Wodurch begründet? Möglicherweise sind einige classD-ICs noch teurer, als deren analoge Pendants, in der Summe kann und wird sich das sehr schnell durch eine bessere Ausnutzung des Netzteils und das Fehlen jeglicher Kühlkörper (-> vereinfachtes thermisches Management) relativieren. Warum gibt es denn wohl den classD-Hype bei den Herstellern der Massenprodukte (von CD-Player über Handies bis zu PCs)? Klang siehe oben. Ich habe sowohl einen analogen als auch einen classD-Amp, mit meinen bescheidenen Lautsprechern kann ich zumindest keine Verschlechterung feststellen, wenn ich den classD anschließe.
Fazit: Bitte nur gut begründete/verifizierbare Behauptungen!

@ Frankystone:
Ich kann und will nicht diesen thread übernehmen. Einerseits werde ich in der nächsten Zeit keinen Audio-classD selbst bauen, andererseits fressen mir die Foren momentan sowieso zuviel Zeit, zum dritten ist im Hifi-Forum und diyAudio-Forum schon sehr viel in dieser Richtung passiert, was hier wahrscheinlich eine Dopplung erführe.

Ich bin natürlich weiterhin gerne bereit, Erfahrungen aus meinem noch recht dürftigen Schatz beizusteuern. Aus diesen Erfahrungen heraus bin ich bemüht, Sackgassen zu vermeiden, man möge mir verzeihen.

Das Konzept lehnt sich an Bruno Putzeys SODA-Prinzip (WO03090343) an, habe ich bereits gepostet. Die Schaltung ist inzwischen auch als SwitcherCAD-Simulationsdatei an der angegebenen Stelle zu finden, also kann jeder "losmachen". Was muß ich noch tun?

Gruß, Timo

edit:
An meine Gerätschaften stelle ich keinen "audiophilen" Aspruch, das riecht mir zu sehr nach VooDoo. Insofern galube ich auch entsprechenden Behauptungen, in welchem Forum auch immer, grundsätzlich nicht. Deshalb empfehle ich, ohne vorschreiben zu wollen, auch allen anderen ein kritisches Hinterfragen von solcherlei Gerede.
Der_Axel hat da einen passenden Spruch in seiner Signatur: Music is Art -- Audio is Engineering

[lenz]

Hallo Timo

Dem schließe ich mich - ohne nähere Begründung - voll und ganz an.

Lenz