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Bemos - Eine verzerrungsarme Mosfetendstufe in class-B

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Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#1 erstellt: 21. Okt 2010, 03:00
Ziel meiner Überlegungen ist es eine Mosfetendstufe in class-B zu entwickeln, die einfach und sicher nach zu bauen ist, wenig verzerrt und kleine Abmessungen hat. Auf SMD-Bauteile möchte ich der Einfachheit halber verzichten.

Die komplette Schaltung ist symmetrisch aufgebaut und hat eine sehr hohe Leerlaufverstärkung (über 80dB laut LTspice). Durch die starke Gegenkopplung werden die Übernahmeverzerrungen weitestgehend vermieden. Außerdem ist der Stromverstärker in Compount-Schaltung geplant, wobei die Treibertransistoren mit einem geringen Ruhestrom von ca.10mA am Ausgang liegen und somit den Übergang gewährleisten. In Ruhe leiten die Mosfets nicht, erst wenn ein Signal anliegt schalten sie sich dazu. Somit sollte die Endstufe erst bei höheren Pegeln ins schwitzen geraten.

Die Bauteile sind alle leicht zu bekommen und nicht all zu teuer. Auf Emitterwiderstände kann man bei nur einem Transistor pro Halbwelle verzichten, das spart Kosten und Platz auf der Platine.

Der Schaltplan:


Eine FFT-Simulation mit Ltspice:


Die Übergänge im Nullpunkt:




Ich habe hier noch einen schönen 300Watt Ringkerntrafo mit 2 X 30 Volt rumliegen, den ich für das Projekt verwenden will.
uweda
Stammgast
#2 erstellt: 21. Okt 2010, 06:40
moin !!!

hab da mal ein paar fragen

wieso b endstufe ???
ist a_b nicht besser um verzerrungen zu vermeiden ???
kannst du nicht noch nen überlastschutz einfügen ?
ich habe ne größere menge n-kanal mosfet im schrank aber keine p kanal .
kaufen will ich da nix mehr .
was muß man ändern um in der endstufe nur mit n kanal mosfets auszukommen ?
hast du schon n layout ?

gut ist das mit ner standard spannung ( 2*30v~ ) gearbeitet wird .
( trafo von der "stange" )
das erleichtert die trafo auswahl und verringert die kosten .

mfg
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#3 erstellt: 21. Okt 2010, 12:33
Hallo uweda.


wieso b endstufe ???

Weil es genügend A/B-Endstufen gibt, die auch sehr gut klingen. Mich würde es einfach interessieren, ob es möglich ist eine gut klingende class-B-Endstufe mit wenigen Mitteln zu realisieren. Rein akademisch betrachtet braucht es nur eine sehr hohe Leerlaufverstärkung, eine schnelle Schaltung mit entsprechender Topologie und einen Eingangsfilter gegen TIM-Verzerrungen. Die Simulation mit TL-Spice funktioniert soweit ganz gut und bestätigt die Theorie.
Streng genommen arbeitet die Endstufe in einer Mischform; Die Treibertransistoren T3 und T11 arbeiten mit ca. 10mA Ruhestrom im A/B und die Mosfets ohne Ruhestrom in class-C, wenn ich mich nicht irre. Allerdings steuern die Treiber im dynamischen Betrieb maximal ca. 80mA zum Gesamtsignal dazu, das ist relativ wenig und sollte sie thermisch nicht anstrengen, den Rest vom Schützenfest übernehmen die Mosfets, die dann auch einen Kühlkörper brauchen.

ist a_b nicht besser um verzerrungen zu vermeiden ???

Abwarten wie's klingt

kannst du nicht noch nen überlastschutz einfügen ?

Mir persönlich reicht eine Schmelzsicherung zum Schutz der Lautsprecher. Ich will die Schaltung so klein wie möglich halten und wer einen elektronischen Überlastschutz unbedingt braucht, kann ihn nachrüsten.

ich habe ne größere menge n-kanal mosfet im schrank aber keine p kanal .
kaufen will ich da nix mehr .
was muß man ändern um in der endstufe nur mit n kanal mosfets auszukommen ?

Der P-Kanal kostet gerade mal 1 Euro! Also ein Preis, der in keinem Verhältnis zum Rest er Bauteile liegt. Prinzipiell ginge es auch mit N-Kanaltypen, aber der Aufwand lohnt sich nicht (die zusätzlichen Bauteile wären ähnlich teuer wie ein P-Kanaltyp und außerdem wird der Schaltungsaufwand größer...)

hast du schon n layout ?

Nö, kommt aber noch, es sei denn jemand sagt mir, dass diese Schaltung ein großer Fehler ist
stopbit
Ist häufiger hier
#4 erstellt: 21. Okt 2010, 16:01
Hi Captain-Chaos,

so rein vom Schaltplan anschauen gefällt mir die Schaltung. Schon allein deshalb, weil sie symmetisch aufgebaut ist.

Wenn ich Zeit dafür hab, dann werde ich die Schaltung selber auch nochmal simulieren. Vielleicht fällt mir dann noch was auf.

Aber was mir komisch vorkommt: Du hast so viele verschiedene Transistortypen verwendet. Hat das einen bestimmten Grund? Besonders bei Q11 und Q16 wunderts mich, weil man mit gleichen Transistoren die Temperaturabhängigkeit der BE-Strecke kompensieren könnte.
Ich würde neben den Endtransistoren/Mosfets immer versuchen mit max. zwei NPN und zwei PNP Typen auszukommen. Wenn man mal was tauschen muss oder sich beim Zusammenlöten mit den Typen vertut wird man ja sonst zum Hirsch
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#5 erstellt: 21. Okt 2010, 17:06
Hallo stopbit,



Aber was mir komisch vorkommt: Du hast so viele verschiedene Transistortypen verwendet. Hat das einen bestimmten Grund?

Das hat es in der Tat.
Die SA/SC-Typen sind von hause aus sehr linear und rauschen wenig, außerdem ist die Stromverstärkung schön hoch.
Das trifft auch auf die 2N-Typen zu, nur dass sie mehr Strom liefern können. Leider ist die Stromverstärkung nicht so hoch wie bei den SA/SC-Typen, so dass ich sie nicht im Eingang einsetze.

Besonders bei Q11 und Q16 wunderts mich, weil man mit gleichen Transistoren die Temperaturabhängigkeit der BE-Strecke kompensieren könnte.

Schön beobachtet Das hatte ich auch vorher so geplant, aber die guten SC5271/SA1930 an dieser Stelle wäre pure Verschwendung. Dafür reichen die billigen BD139/140 völlig aus. Wer weiß, vielleicht ändere ich es sogar noch...
Für R23 ist ein Trimmer mit 500 Ohm vorgesehen, T11/16 und T3/15 werden thermisch gekoppelt.

Ich würde neben den Endtransistoren/Mosfets immer versuchen mit max. zwei NPN und zwei PNP Typen auszukommen. Wenn man mal was tauschen muss oder sich beim Zusammenlöten mit den Typen vertut wird man ja sonst zum Hirsch

Ich sag nur 'konzentriertes Arbeiten vermeidet den Hirsch'
stopbit
Ist häufiger hier
#6 erstellt: 21. Okt 2010, 19:08

Captain-Chaos schrieb:
Ich sag nur 'konzentriertes Arbeiten vermeidet den Hirsch' ;)


Da ist was dran

Danke für die Erklärungen!

Irgendwann will ich auch mal einen diskreten Verstärker aufbauen. Aber da plane ich kleinere Leistungen. Deshalb wäre eins noch interessant: Mit der +/- 50 V Versorgung, wie weit lässt sich die Endstufe ohne Verzerrung aussteuern? Max. +/- 45 V? Bei weniger Leistung wären die 5V Differenz ja immernoch vorhanden.
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#7 erstellt: 21. Okt 2010, 20:35

wie weit lässt sich die Endstufe ohne Verzerrung aussteuern?

Das kann ich gar nicht so genau sagen, denn die Werte, mit denen ich in LT-Spice simuliert habe, gehen von einer unendlich stabilen Spannungsquelle aus. Zumal ich aus meinem Trafo eh nur ca. +/-42 Volt heraus hole. Wenn es +/- 32 Volt an 8 Ohm werden bin ich glücklich, denn viel mehr gibt der Trafo nicht her. Ehrliche 120 Watt sollten machbar sein. Die Mosfets machen das locker.

Wenn ich LT-Spice bemühe schaue ich eher wie der Verstärker clippt oder wie er sich an kapazitiver Belastung verhält.
stopbit
Ist häufiger hier
#8 erstellt: 26. Okt 2010, 15:13
Sodele. Ich hab mal ein bisschen gespielt. Die ganze Sache gefällt mir sehr.
Vor allem der Teil mit der Ruhestromeinstellung. Da die Endtransistoren im Ruhezustand gesperrt sind, ist die Einstellung unkritisch. Man könnte sogar komplett auf Trimmer verzichten.

Die Schaltung hab ich auch mal zusammengesteckt (ja, gesteckt) und ausprobiert. Allerdings hatte ich natürlich nicht die Teile da, die Du verwendet hast. Also hab ich an ein paar Widerstandswerten gedreht und den Verstärker nur mit BC548/558 und BD135/136 an +/- 15V laufen lassen. Das Ergebnis hat mir so gut gefallen, dass ich das Teil jetzt auch mal löten möchte. Bipolar. Mit entsprechend kleinerer Leistung. Das reicht aber für meine Zwecke.

Wie gesagt wollte ich sowieso einen (bzw vier) Verstärker bauen. Die sollen dann zwei Aktivboxen antreiben. Das heißt, dass ich den schönen breitbandigen Verstärker gewissermasen kastrieren werde, um die einzelnen Chassis direkt zu betreiben. Nun stellt sich mir die Frage: Wie soll die Frequenzweiche aussehen?

Eine (doofe?) Idee: Ein Verstärker bekommt nur den Hoch-/Mitteltonbereich über einen Hochpass 1. oder 2. Ordnung. Dessen Ausgang wird in das Feedback-Signal des zweiten Verstärkers eingespeist, so dass der quasi alles das verstärkt, was der andere wegfiltert.
In der Simulation funktioniert das eingeschränkt. Die Verknüpfung der Rückkopplungen ist kritisch, weil Toleranzen bei den Widerständen dazu führen, dass hohe Frequenzen im Tieftonverstärker nicht komplett verschwinden.
Vorteil dabei wäre, dass die Sprungantwort erhalten bleibt und keine Lücken im Frequenzverlauf der Summe aus Hoch- und Tieftonsignal entstehen.

Die Alternative wäre die klassische Variante: Je einen aktiven Filter vor den Verstärker schalten. Das wäre die sichere Variante.
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#9 erstellt: 26. Okt 2010, 15:59
Sehr schön

Auch ich habe die Schaltung nach etlichen Simulationen noch leicht verändert.
Dabei habe ich leider feststellen müssen, dass die Mosfets bei hohen Strömen nicht mehr so schön schalten. Aber keine Sorge, die Gegenkopplung bügelts fast faltenfrei glatt. Die Simulation ergibt was von 0,008% THD.

Bipolare Transistoren schalten in der Tat sauberer bei hohen Strömen, benötigen wiederum einen Emitterwiderstand zur Temperaturkompensation.

Ich werde trotzdem bei Mosfets bleiben. Zur Zeit versuche ich ein Layout mit Kicad zu erstellen, bei dem die Maße bei 50mmx80mm liegen. Das ist schon gar nicht so leicht.


Eine (doofe?) Idee: Ein Verstärker bekommt nur den Hoch-/Mitteltonbereich über einen Hochpass 1. oder 2. Ordnung. Dessen Ausgang wird in das Feedback-Signal des zweiten Verstärkers eingespeist, so dass der quasi alles das verstärkt, was der andere wegfiltert.
In der Simulation funktioniert das eingeschränkt.

Watt Zeig mal ein Bild.
stopbit
Ist häufiger hier
#10 erstellt: 26. Okt 2010, 16:49
Ich habs mal schnell mit nem primitiven Verstärker modelliert, da blickt man einfacher durch:
trennung
Rechts der Hochton-Teil mit einem Hochpass 1. Ordnung. Links wird das rückgekoppelte Signal mit dem vom Hochton verknüpft. Damit gibt die Summe aus beiden wieder das Originalsignal.

Korrektur: Ich merk gerade, dass ich nen Fehler gemacht hab. R8 muss weg (der 1k), R9 muss 1k haben, nicht 500 Ohm. Sonst passt das mit der Summe nicht...

Nachtrag: Hier (LTspice-Schematic) mal ein Zustandsvariables Filter (mit Hoch-, Tief- und Bandpassausgang). Über R16 und R17 sind Hoch- und Tiefpassausgang verknüpft. Dazwischen kann das Summensignal (um die Hälfte abgeschwächt, aber das tut nichts zur Sache) abgenommen werden.
Im Gegensatz dazu R14 und R15 verknüpfen den Hochpass und einen über Subtrahierer gebildeten Tiefpass. Die Summe sieht anders aus als bei den anderen zwei Ausgängen.


[Beitrag von stopbit am 26. Okt 2010, 17:56 bearbeitet]
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#11 erstellt: 27. Okt 2010, 05:31
Äußerst interessante Schaltung, ist die auf Deinem Mist gewachsen?
Mir gefällt sie
Über die Praxistauglichkeit kann ich leider nichts sagen, aber einen Versuch ists wert.
stopbit
Ist häufiger hier
#12 erstellt: 27. Okt 2010, 07:21

Captain-Chaos schrieb:
Äußerst interessante Schaltung, ist die auf Deinem Mist gewachsen?


Mit einem Filter erster Ordnung wie im Beispiel kann man das auch auf die klassische Art hinbekommen. Mit Filtern höherer Ordnung zeigen sich aber Unterschiede.

Auf die Idee bin ich gekommen, als ich überlegt habe, welche Art Filter in die Aktivbox rein soll. Ich wollte irgendwie vermeiden, dass am Übergang eine Lücke im Frequenzgang entsteht, auch wenn ich Filter höherer Ordnung verwende.

Man sieht den Unterschied auch deutlich, wenn man sich die Impulsantwort anschaut. Wenn Du einen Hoch- und Tiefpass zweiter Ordnung kombinierst kommt in der Summe nie ein Rechteck raus, wenn ein Rechteck rein geht.

Vielleicht hat vorher schonmal jemand die Idee gehabt, aber gesehen hab ich sowas bisher noch nirgends.


Captain-Chaos schrieb:
Mir gefällt sie


Danke


Captain-Chaos schrieb:
Über die Praxistauglichkeit kann ich leider nichts sagen, aber einen Versuch ists wert.


Dann nehm ich mir den Spruch aus Deiner Signatur zu Herzen
Injen
Stammgast
#13 erstellt: 28. Okt 2010, 19:09
Moin!

@ Captain-Chaos:
Find deine Schaltung auch nicht schlecht weil es eben mal was anderes ist. Habe aber nochmal 2 Fragen dazu:
Kennst du eine vernünftige, sinnvolle Variante einem Diff-AMP ähnlich wie in deiner Schaltung eine Bandbegrenzung aufzudrücken? Ich beschäftige mich schon seit einiger Zeit mit so einer Verstärker-topologie und mir gehts da prinzipiell mal um die ganze Stabilitätsgeschichte. Dabei hab ich festgestellt, dass im Diff-AMP meistens nicht so schönes Verhalten rauskommt wie bei einer normalen Spannungsverstärkerstufe. Da setzt du ja hier ebenfalls die 47pF rein um den ersten Pol zu ??? Hz zu drücken.

Ausserem würde mich mal interessieren welche Simulation du bei LT machst um 0.008% klirr zu kriegen Habe festgestellt, dass das bei LT extrem davon abhängt wieviele Signalperioden ich transient simuliere. Wenn man es übertreibt und einfach mal 100 Stk nimmt, kommen da bei mir locker mal Klirrwerte raus die Faktor 50-200 größer sind als jene die ich nur mit 10 oder 5 Perioden berechne....Bedienfehler !?


Über die Schaltung von stopbit muss ich erstmal nachdenken

doch wieder soviel geschrieben....

Gruß Manuel


[Beitrag von Injen am 28. Okt 2010, 19:10 bearbeitet]
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#14 erstellt: 29. Okt 2010, 06:04
Hallo Manuel,


Ich beschäftige mich schon seit einiger Zeit mit so einer Verstärker-topologie und mir gehts da prinzipiell mal um die ganze Stabilitätsgeschichte.


Ich nehme mal an, Du meinst Schwingungen. Die Stabilität eines Verstärkers hängt von verschiedenen Faktoren ab. Einige die da wären:

- Eine geschickt gewählte Kompensation. Ich begrenze die Bandbreite meines Spannungverstärkers mit den Kondensatoren C1 und C4 auf ca. 1,5MHz.
- Die Wahl der Bauteile, SMDs wären eigentlich von Vorteil.
- Gute Entkopplung der einzelnen Funktionsblöcke innerhalb der Schaltung.
- Geschicktes Layout mit kurzen Leiterbahnen.

Symmetrische Schaltungen sind sehr schnell, aber auch sehr schnell am Schwingen.


Ausserem würde mich mal interessieren welche Simulation du bei LT machst um 0.008% klirr zu kriegen Habe festgestellt, dass das bei LT extrem davon abhängt wieviele Signalperioden ich transient simuliere. Wenn man es übertreibt und einfach mal 100 Stk nimmt, kommen da bei mir locker mal Klirrwerte raus die Faktor 50-200 größer sind als jene die ich nur mit 10 oder 5 Perioden berechne....Bedienfehler !?

Jein

Ganz grob: Je mehr Perioden, desto genauer. Du musst bei LT-Spice noch die Anzahl der Messpunkte pro Periode angeben. Bei zB. 100 Perioden bei einer Genauigkeit von 100n bei einer Messfrequenz von 1K. Und starte nicht von Null sondern erst nach einer kurzen Warmlaufphase von wenigsten 1mS. Die THD-Messung mit LT-Spice nehme ich eh nicht soo ernst, mehr als Wegweiser, ob ich mich in die richtige Richtung bewege.


[Beitrag von Captain-Chaos am 29. Okt 2010, 06:05 bearbeitet]
Injen
Stammgast
#15 erstellt: 29. Okt 2010, 07:38
Hi!


Captain-Chaos schrieb:

Ganz grob: Je mehr Perioden, desto genauer. Du musst bei LT-Spice noch die Anzahl der Messpunkte pro Periode angeben. Bei zB. 100 Perioden bei einer Genauigkeit von 100n bei einer Messfrequenz von 1K.


Da gehts Licht an, vielen Dank

Und mit der Verstärkergeschichte meinte ich das Problem, dass sich ohne kompensation sowas immer selbstständig macht.
Werde wohl einfach weiter am Layout rumspielen...


Gruß Manuel
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#16 erstellt: 31. Okt 2010, 14:08
So, endlich habe ich etwas Zeit

Ein einseitiges Layout bei einer Platinengröße von 80mmx50mm und sogar ohne Brücken. Aus einer Euro-Platine könnte man 4 Platinen herstellen.



Es ist an der Zeit ein paar Bauteile zu bestellen...
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#17 erstellt: 01. Nov 2010, 18:20
Wie erwähnt, habe ich die Schaltung ein wenig verändert. Nachdem ich die Widerstände R24/25 verringert habe, schalten die Mosfets sauberer, das allerdings auf Kosten einer verringerten Leerlaufverstärkung. Aber Kompromisslosigkeit war auch nicht das Motto dieser Schaltung
D2 ist nur vorgesehen, wenn man auf den Abgleich verzichten möchte. In dem Fall fällt R18(Trimmer mit 500ohm) weg. Ich werde beide Varianten Testen.

Die Schaltung wie ich sie zur Zeit favorisiere und auf dem das Platinenlayout basiert:

stopbit
Ist häufiger hier
#18 erstellt: 01. Nov 2010, 18:35
Bei meinen Versuchen habe ich für R4 und R17 größere Werte verwendet. Damit wird der Trimmer auch überflüssig.
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#19 erstellt: 01. Nov 2010, 21:10
Wenn ich sämtliche Kompensationen raus nehme, hat Bemos eine Bandbreite von 3MHz(-1dB) an 8ohm und eine open loop Bandbreite von 30kHz(-1dB).
Alles nur simuliert, aber immerhin.


Bei meinen Versuchen habe ich für R4 und R17 größere Werte verwendet. Damit wird der Trimmer auch überflüssig.


Auch nicht schlecht, muss ich mal ausprobieren...
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#20 erstellt: 02. Nov 2010, 17:52

Bei meinen Versuchen habe ich für R4 und R17 größere Werte verwendet. Damit wird der Trimmer auch überflüssig.


Das habe ich mit LT-Spice simuliert und konnte genau die gegenteilige Wirkung erzielen. Je höher R4/17 werden, desto geringer der Strom durch Q3/11, eigentlich auch logisch...
Die Gegenkopplung scheint in Deinem Fall prima zu funktionieren
stopbit
Ist häufiger hier
#21 erstellt: 02. Nov 2010, 19:04
So hab ich den Verstärker mal aufgebaut:

bebip

Versorgungsspannung +/- 10..15 V

R23/R24: ca. 0,9 mA
-> R29/R26: ca. 0,4 mA
-> R30/R28: ca. 1,6 mA
-> R32: ca. 1,6 mA
-> R33/R36: ca. 2 mA

Der Strom in R32 hängt von den davor aufgeführten Werten ab. Der Strom in R33/R36 wird sich so einstellen, dass die Spannung über den Widerständen genau soch hoch ist wie über R32.

An R31/R37 stellt sich daher eine Spannung von ca. 200 mV ein. In Deinem Fall, mit FET-Endtransistoren muss das natürlich etwas höher sein.
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#22 erstellt: 02. Nov 2010, 21:13
Jetzt hab ichs

Ich dachte schon Du hättest den Trimmer komplett raus geschmissen und durch eine Leiterbahn ersetzt. Ne, jetzt ist alles klar.

Bebip Den Gedanken hatte ich auch sofort, als Du von Deiner Umsetzung erzählt hast...
stopbit
Ist häufiger hier
#23 erstellt: 03. Nov 2010, 09:33

Captain-Chaos schrieb:
Ich dachte schon Du hättest den Trimmer komplett raus geschmissen und durch eine Leiterbahn ersetzt. Ne, jetzt ist alles klar.


Das wäre sicher schief gegangen

Übrigens hab ich in der Hardware die 1-Ohm-Widerstände weggelassen (durch eine Leiterbahn ersetzt ). Die 47 Ohm begrenzen den Basisstrom schließlich auch schon.
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#24 erstellt: 03. Nov 2010, 15:53

Übrigens hab ich in der Hardware die 1-Ohm-Widerstände weggelassen (durch eine Leiterbahn ersetzt ). Die 47 Ohm begrenzen den Basisstrom schließlich auch schon.

Widerstände in der Basisleitung dienen bei Verstärkern eher zur Kompensation gegen Phasendrehungen und damit gegen eine Schwingungsneigung. Bipolare Transistoren sind da nicht so empfindlich wie zB. Mosfets, gerade im niederfrequenten Bereich. Allerdings erhöhen sie die Rauschzahl nicht unerheblich, weswegen ich sie lieber weg lasse. Sinnvoller sind Widerstände in der Basisleitung bei Hochfrequenzverstärkern oder in reinem Schaltbetrieb.
stopbit
Ist häufiger hier
#25 erstellt: 04. Nov 2010, 17:21
Soweit so gut.

PIC_0060
Bestückte Lochrasterplatine

PIC_0065
Mit Kühlkörper

PIC_0070
Im Gehäuse

PIC_0072
Die andere Seite

PIC_0075
Beide fertig & Deckel drauf

Jetzt brauch ich nur noch die Lautsprecher dazu
Injen
Stammgast
#26 erstellt: 04. Nov 2010, 17:46
Moin!

Sieht ja ganz gut aus was du da gebaut hast, aber ich komm wieder mal nicht mit

Wo sind denn da die MOSFETs ? Haben die nur son TO126 Gehäuse oder wie....Die Kühlung scheint ja nur über das Blech zu laufen

Gruß Manuel
stopbit
Ist häufiger hier
#27 erstellt: 04. Nov 2010, 18:14

Injen schrieb:
Wo sind denn da die MOSFETs ? Haben die nur son TO126 Gehäuse oder wie....Die Kühlung scheint ja nur über das Blech zu laufen


Mir reicht etwas weniger Leistung. Ich will nur das eigene Wohnzimmer beschallen, nicht das der Nachbarn mit.
Wie gesagt, hab ich bipolare Transistoren verwendet (bebip ) und das Blech reicht für die Kühlung ... hoffe ich. Wenn nicht, dann überleg ich mir was anderes. Ich wollte die Transistoren schon ans Gehäuse schrauben, habs dann aus optischen Gründen doch gelassen.

Gruß Manuel
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#28 erstellt: 05. Nov 2010, 01:15
Da war der Manuel doch glatt schneller...

erst mal Respekt

Allerdings vermisse ich auf Deiner Platine ein Paar Entkoppelkondensatoren, oft ein Fehler bei vielen DIY-Projekten, die ich gesehen habe und gern die Ursache, wenn die Geschichte anfängt zu schwingen.

Naja egal, scheint ja zu funktionieren

Mein Prototyp ist auch fertig und je mehr ich mit LT-Spice arbeite, desto mehr Respekt bekomme ich vor diesem Programm.

Aufbauen-anschließen-fertig!

Ich hab eben ein paar Tests gemacht und bin äußerst erfreut. Das dünne Blech zum Kühlen reicht tatsächlich für Zimmerlautstärke. Nach 20 Minuten wird es gerade 38° C. Erst wenn ich einen Widerstand von 8ohm mit einem Rechtecksignal und voller Aussteuerung beheize wird das Blech Spürbar wärmer. Zur Sicherheit habe ich nach ca.20s runtergepegelt.
Wenn ich den Eingang kurzschließe kann ich weder Rauschen noch Brummen vernehmen. Das Einzige was brummt ist der Ringkerntrafo, wenn ich ordentlich Gas gebe.
Was erstaunlich ist, dass ich den Trimmer auf 0ohm stehen habe und trotzdem keine Übernahmeverzerrungen hörbar sind. Das Oszilloskop bestätigt diesen Eindruck mit einem Blitzsauberen Dreieck.
Mit einem Kopfhörer habe ich die mit 8ohm belastete Endstufe mono gehört und bin schon mal beeindruckt.
Morgen werde ich mal Lauter über Boxen hören.

Hier ein Bild vom Prototypen:



Achja, die Transistoren wurden nicht selektiert.
stopbit
Ist häufiger hier
#29 erstellt: 05. Nov 2010, 09:53

Captain-Chaos schrieb:
Da war der Manuel doch glatt schneller...


Aber nicht viel


Captain-Chaos schrieb:
erst mal Respekt


Danke! Deine Platine sieht auch gut aus.
Im ersten Moment kam mir die Zahl der Transistoren etwas klein vor, dann hab ich die zusammengeschraubten bemerkt
Ich warte mal gespannt auf den Gehäuseeinbau.


Captain-Chaos schrieb:
Allerdings vermisse ich auf Deiner Platine ein Paar Entkoppelkondensatoren, oft ein Fehler bei vielen DIY-Projekten, die ich gesehen habe und gern die Ursache, wenn die Geschichte anfängt zu schwingen.


Ja, die SMD-Teile auf der Lötseite sind schwer zu sehen bei der Auflösung der Fotos


Captain-Chaos schrieb:
Mein Prototyp ist auch fertig und je mehr ich mit LT-Spice arbeite, desto mehr Respekt bekomme ich vor diesem Programm.

Aufbauen-anschließen-fertig!


Das Programm ist ganz schön mächtig, stimmt. Aber ich hatte schon den einen oder anderen kritischen Aufbau, wo Bauteiletoleranzen oder Leiterbahnführungen oder parasitäre Eigenschaften für ein anderes Verhalten in der Praxis gesorgt haben.
Injen
Stammgast
#30 erstellt: 05. Nov 2010, 10:38
Moin!

Ich muss leider noch etwas warten bis mein Amp funktioniert...aber ich hab da nochmal ne Frage an die Spezis

Ich kenne ja inzwischen das sog. Zobel-Glied. Wenn ich richtig liege ist das die meistens angeschaltete Last aus C und R um für HF den AMP nicht lastlos zu haben. ABER ich habe noch nie etwas gefunden über diese merkwürdige Konstruktion mit der Spule und dem Widerstand in Reihe zum Ausgang. Wie heisst das und was tu ich damit !? Ich habe mir da bisher noch keinen Sinn reindenken können.

Gruß Manuel
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#31 erstellt: 05. Nov 2010, 16:11
Hi


ABER ich habe noch nie etwas gefunden über diese merkwürdige Konstruktion mit der Spule und dem Widerstand in Reihe zum Ausgang. Wie heisst das und was tu ich damit !?

Wie man dieses Detail nennt ober ob es explizit einen Namen hat weiß ich auch nicht.
Ich weiß nur soviel, dass die Spule den Verstärker gegen kapazitive Belastungen schützt. Das mögen die meisten stark gegengekoppelten Verstärker gar nicht, wenn sie einen Kondensator treiben müssen. Schau dir mal Datenblätter von Präzisionsopamps an. Dort wird oft angegeben wie der Verstärker auf Kapazitäten reagiert. Der Opamp wird mit einem Rechtecksignal befeuert und am Ausgang hängt ein kleiner Kondensator von zB. 100p. Darauf hin finden sich an dem Dach des Rechtecks Einschwingvorgänge. Je weniger, desto besser.
Wenn ich meine Selbstbauverstärker teste, hänge ich immer auch einen Kondensator an den Ausgang und schaue mir das Rechteckverhalten am Oszilloskop an.

@stopbit:

Ja, die SMD-Teile auf der Lötseite sind schwer zu sehen bei der Auflösung der Fotos


Guter Mann
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#32 erstellt: 05. Nov 2010, 21:07
Nachdem ich einige Messungen vorgenommen habe, zeigen sich doch noch Schwachpunkte. Die beiden Zehnerdioden sind komplett überflüssig, denn die Spannung steigt an dieser Stelle gerade mal auf 6V. Hier liegt also ein klassischer Spannungsteiler vor C7/8 stabilisieren die Spannung wie in einem ungeregelten Netzteil. Funktioniert zwar, aber ich traue dem noch nicht so ganz...
Wenn ich den Verstärker einschalte gibt es zwar kein knacksen, aber die Bassmembran macht eine kleine Verbeugung ;).
Der Kondensator im Eingang war wohl auch etwas zu optimistisch gewählt, denn richtig tiefe Bässe stellten sich erst im DC-Betrieb oder mit parallel geschaltetem Elko(100µ)ein.

Bitte noch nicht nachbauen! Layout und Schaltung sind noch in der Entwicklung.
Injen
Stammgast
#33 erstellt: 05. Nov 2010, 21:45
Hi!

Das ist natürlich weniger gut. Wie wärs, wenn man R14/R15 einfach vergrößert (auf z.b. 6k8)!? Dann hätte man ne bessere Spannung weil Zenerdiode mal benutzt wird und der Eingangswiderstand inkl. R10 wird größer / kann größer gewählt werden.

Fragt sich nur ob der Differenzstrom dann für Q10 und Q7 ausreicht....achso, R5 und R8 müssten dann auch größer.

Nicht falsch verstehen, will hier keinem Reinpfuschen. Ist nur meine bescheidene Idee, mal gucken was der Rest so sagt

Gruß Manuel
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#34 erstellt: 05. Nov 2010, 22:28

Nicht falsch verstehen, will hier keinem Reinpfuschen. Ist nur meine bescheidene Idee, mal gucken was der Rest so sagt

Gar kein Problem

Dafür ist das hier schließlich auch ein öffentliches Forum.

Das was Du vorschlägst könnte in der Tat funktionieren, aber ich möchte die Widerstände wegen Rauschen und HF-Verhalten möglichst klein halten. Ich könnte zB. auch die Z-Dioden gegen welche mit einer größeren Durchbruchspannung ersetzen. Das würde laut Simulation auch klappen, aber ich bin mir jetzt gar nicht mehr so sicher, dass der Aufwand an dieser Stelle sein muss.
Injen
Stammgast
#35 erstellt: 05. Nov 2010, 22:48
Hi!


Captain-Chaos schrieb:
Das was Du vorschlägst könnte in der Tat funktionieren, aber ich möchte die Widerstände wegen Rauschen und HF-Verhalten möglichst klein halten.


Sehr gutes Argument. Bei dem Eingangskondensatorproblem würde mir nur ein extra Emitterfolger einfallen der aber sich auch den Aufwand sprengt. Ansonsten halt nen Emitterwiderstand reinsetzen...das hätte auch gleich den guten Effekte die Transistorabweichungen zu glätten.

Überlege grade das ding auch nochmal aufzubauen so als kleiner Testverstärker. Aber irgendwie wachsen mir meine Projekte über den Kopf...

Gruß Manuel


[Beitrag von Injen am 05. Nov 2010, 22:48 bearbeitet]
stopbit
Ist häufiger hier
#36 erstellt: 06. Nov 2010, 10:54
Wie im Schaltplan zu sehen ist, hab ich die Widerstände auf 4k7 vergrößert. Außerdem hab ich 5V1 Z-Dioden eingebaut und die Widerstände R2 und R3 auf 1k verkleinert (die musste ich wegen der kleineren Spannung sowieso verkleinern.
Auf die Z-Dioden wollte ich nicht verzichten - ich hab das auch schon überlegt - weil die den Ruhestrom von Q3/Q11 bestimmen. Ohne die Dioden wäre der von der Versorgungsspannung abhängig.

Was den Frequenzgang angeht, da wollte ich sowieso was einbauen, womit der Bass angehoben/abgesenkt werden kann, um die die Chassis nachher aufeinander abzustimmen. Also hab ich in die Feedbackleitung des Bassverstärkers ein trimmbares RC eingebaut. Quasi einen einstellbaren Hochpass, damit der Bass mehr oder weniger verstärkt wird. Das kompensiert nebenbei auch die fehlenden Bassanteile durch das Eingangs-C.
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#37 erstellt: 06. Nov 2010, 17:30

Wie im Schaltplan zu sehen ist, hab ich die Widerstände auf 4k7 vergrößert. Außerdem hab ich 5V1 Z-Dioden eingebaut und die Widerstände R2 und R3 auf 1k verkleinert (die musste ich wegen der kleineren Spannung sowieso verkleinern.


Du bist ja auch ein Fuchs Hast Du den Mängel gleich gesehen, oder auch erst beim Testaufbau bemerkt?


Ohne die Dioden wäre der von der Versorgungsspannung abhängig.

Damit kann ich leben

Ich habe gerade mal den Unterschied simuliert, mit Z-Diode ergibt sich eine Restwelligkeit von 250µVss, ohne 480µVss(bei 1kHz und 22Vss am Ausgang).
Z-Dioden haben leider auch die Eigenschaft zu Rauschen, ich werden mal 4,7V-Dioden einsetzten und schauen...
stopbit
Ist häufiger hier
#38 erstellt: 06. Nov 2010, 17:44

Captain-Chaos schrieb:
Du bist ja auch ein Fuchs Hast Du den Mängel gleich gesehen, oder auch erst beim Testaufbau bemerkt?


Ich wusste ja schon von Anfang an, dass ich keine 50V habe/brauche. Da war mir schon klar, dass ich an der Stelle was für meinen Spannungsbereich anpassen muss. Dass Deine Werte für die 50V nicht passen, hab ich nicht gemerkt
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#39 erstellt: 06. Nov 2010, 18:17

Dass Deine Werte für die 50V nicht passen, hab ich nicht gemerkt


Das beruhigt mich

Jetzt habe ich den Verstärker mit 4,7V Z-Dioden laufen, die auch wirksam werden! Erhöhtes Rauschen können meine Ohren nicht wahrnehmen, selbst wenn ich das Ohr auf den Hochtöner presse ist das Rauschen an meiner Wahrnehmungsgrenze.
Mit anderen Worten; Die Z-Dioden dürfen bleiben.

Die Endstufe hat momentan einen Ruhestrom von 5mA, allein erzeugt durch die Treibertransistoren Q3/11.
Wenn ich laut höre, sodass sich die Mosfets dazu schalten, gehen Q3/11 bis 40mA mit. Die Transistoren werden dann deutlich wärmer(man kann sie gerade noch anfassen), ich überlege sie ebenfalls auf das Kühlblech zu setzten.
stopbit
Ist häufiger hier
#40 erstellt: 06. Nov 2010, 18:48

Captain-Chaos schrieb:
ich überlege sie ebenfalls auf das Kühlblech zu setzten.


Was hältst Du davon, für R24/R25 größere Widerstände einzusetzen? Mit 220 Ohm statt 100 wärst Du immer noch in einem Bereich, in dem die MOSFETs im Leerlauf sicher sperren, hast aber nur den halben (Spitzen-) Strom in den Treibern. Jedenfalls würde ich es so versuchen.
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#41 erstellt: 06. Nov 2010, 19:20

Was hältst Du davon, für R24/R25 größere Widerstände einzusetzen? Mit 220 Ohm statt 100 wärst Du immer noch in einem Bereich, in dem die MOSFETs im Leerlauf sicher sperren, hast aber nur den halben (Spitzen-) Strom in den Treibern.

220 Ohm hatte ich ursprünglich auch vorgesehen, aber dann schalten die Mosfets nicht so schön, die wollen lieber Niederohmig angesteuert werden...irgendwas ist immer.

Ich habe mal ein paar Bilder:



Das ist Bemos bei 1kHz und 10Vss an 8 Ohm.



Und das ist Bemos bei 1kHz, 10Vss an 8 Ohm und 1µF am Ausgang.

Das sieht schon mal sehr gut aus. Viele andere Verstärker würden hier schon schlapp machen, auch so manch sog. High-End'er.
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#42 erstellt: 07. Nov 2010, 14:29
Die Flanken bei dem 1kHz Signal sind etwas unsauber, das liegt am Schaltverhalten der Mosfets. Man wird es zwar nicht hören können, da es sich um Frequenzen im Megaherzbereich handelt, aber ich kann sie sehen
Beim Versuch das zu verbessern, ist mir aufgefallen, dass die Z-Dioden und damit die Spannungsversorgung der Kaskodeschaltung direkten Einfluss auf die Bandbreite des Verstärkers nimmt. Mit 4,7V ist die Bandbreite auf etwa 1MHz abgesunken. Bei Versuchen mit 30V ergab sich eine Bandbreite bis ewta 8MHz! Gleichzeitig hat sich auch das Schaltverhalten der Mosfets verbessert und die THD sind auch noch etwas gesunken.
Also habe ich meinen Lötkolben angeschmissen und die Veränderung vorgenommen. Leider sehen die Schaltflanken in der Realität immer noch unschön aus, ganz im Gegensatz zu denen in LT-Spice...

Aber das Wichtigste ist, dass Bemos bis jetzt schon richtig gut klingt.

Achja, fast vergessen. Der Niederfrequente Impuls beim Einschalten hat sich auch erledigt. Jetzt schaltet Bemos fast geräuschlos ein und aus.


[Beitrag von Captain-Chaos am 07. Nov 2010, 14:35 bearbeitet]
Injen
Stammgast
#43 erstellt: 07. Nov 2010, 17:15
Moin!

Ist das nicht logisch mit der Bandbreite ? Ich meine wenn die Zenerspannung steigt bzw die Spannung an diesem Punkt wird doch automatisch auch der Strom im diff amp größer -> größeres ft, mehr saft zum Cs umladen verfügbar.

Wegen der Rechteckflanken:
Wenn du die Bandbreite bis auf 8MHz schiebst, kannst du dann nicht einfach ein paar pF über R1 legen und die Welt ist gut? Würde es auf jeden Fall mal ausprobieren.

Gruß Manuel
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#44 erstellt: 07. Nov 2010, 18:17

st das nicht logisch mit der Bandbreite ? Ich meine wenn die Zenerspannung steigt bzw die Spannung an diesem Punkt wird doch automatisch auch der Strom im diff amp größer -> größeres ft, mehr saft zum Cs umladen verfügbar.

Der Strom durch den Differenzverstärker stellt sich durch die Z-Dioden und durch R14/15 ein und ist ungefähr so groß wie zuvor. Die abrufbare Leistung in den Differenzverstärkern ist durch die Spannungserhöhung gestiegen und damit wahrscheinlich auch die Bandbreite, aber so logisch finde ich gar nicht


Wenn du die Bandbreite bis auf 8MHz schiebst, kannst du dann nicht einfach ein paar pF über R1 legen und die Welt ist gut? Würde es auf jeden Fall mal ausprobieren.


Ja sorry, ich meinte natürlich auch den unkompensierten Verstärker. Mit LT-Spice schaue ich mir die Frequenzeigenschaften der Schaltung unkompensiert an, um zu sehen, wie stabil sie läuft und ob es am Ende des Frequenzbandes Überhöhungen gibt. Zur Zeit kompensiere ich intern mit C1/4 (100p) auf ca. 100kHz und mit C14 am Eingang auf ca. 30kHz. Somit bin ich auf der sicheren Seite was die Stabilität des Verstärkers betrifft.
Die unsauberen Flanken kommen vom Schalten der Mosfets.
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#45 erstellt: 07. Nov 2010, 18:21
Das ist die aktuelle Schaltung:

Injen
Stammgast
#46 erstellt: 08. Nov 2010, 23:37
Moin!

Nur nochmal so zum Verständnis: unkompensierter frequenzgang heisst bei dir Frequenzgang der offenen Schleife, also Rückkopplung "aus" ? Ist dann das Rückkoppelnetzwerk dabei oder nicht?

Wegen dem Diff amp, dachte ich du hättest R14/15 gleich gelassen, sry dafür - macht natürlich sinn die gleichermaßen mit der Zenerspannung zu ändern.

Seh grad ebei der Schaltung nicht mehr so richtig durch. Habe wohl in der Eile die Verschaltung der MOSFET Gates nich mitbekommen. Wie groß ist denn der Ruhestrom durch R24/25 ? Bisschen was sollte da ja fließen. Könnte man nicht versuchsweise diesen Strom mal erhöhen (gleichzeitig mit verkleinerung von R24/25) um mal zu testen ob die MOSFETs damit schneller schalten? Und wie sähe es mit einer art "Miller-C" für die MOSFETs aus? Das solte zwar die bandbreite limitieren aber ich könnte mir gut vorstellen, dass damit die Flanke besser aussieht.

Gruß Manuel

PS: wenn was dummes im text steht, einfach ignorieren...heute is bisschen viel Denkstress gewesen.
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#47 erstellt: 09. Nov 2010, 16:54

Nur nochmal so zum Verständnis: unkompensierter frequenzgang heisst bei dir Frequenzgang der offenen Schleife, also Rückkopplung "aus" ?

Nein.
Ausgehen vom aktuellen Schaltplan: Der Verstärker ohne C1,4,14.
Ich schrieb:
Zur Zeit kompensiere ich intern mit C1/4 (100p) auf ca. 100kHz und mit C14 am Eingang auf ca. 30kHz

Also nix, von wegen Leerlaufverstärkung...

Ich werde mich mal an ein neues Layout setzten, bei dem die Treibertransistoren und die Ruhestromreglung mit auf das Kühlblech kommen.

Wie wärs, wenn ich C3,6,15 weg lasse und eine aktive DC-Reglung einbaue? Das ist billiger als so manch Folienkondensator und nimmt auch nicht vielmehr Platinenplatz in Anspruch.
stopbit
Ist häufiger hier
#48 erstellt: 09. Nov 2010, 19:45
Den C6 würde ich drin lassen. Ich meine der kann ja nicht schaden, oder? Aber vielleicht bin ich da auch nur zu ängstlich.

Aktive DC-Regelung? Wie würde das denn aussehen?

Für C3 könntest Du statt einem Folienkondensator auch einen bipolaren Elko oder zwei Elkos mit Vorspannung verwenden. Die Zenerdioden könnten die Vorspannung liefern. Aber das ist nur so ne Idee, simuliert oder getestet hab ich das noch nicht.

C15 sollte ja unproblematisch sein.
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#49 erstellt: 09. Nov 2010, 23:28

Den C6 würde ich drin lassen. Ich meine der kann ja nicht schaden, oder?


Gerade die Kondensatoren im Signalweg geben immer wieder gern Anlass zu seitenlangen Diskussionen in diversen Foren
Ehrlich gesagt, bisher konnte ich den Unterschied zwischen Elko und Folienkondensator nur bei Frequenzweichen in hochwertigen Lautsprechern hören


Aktive DC-Regelung? Wie würde das denn aussehen?

In etwa so:

Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#50 erstellt: 10. Nov 2010, 17:06
Momentan bin ich noch am feintunig, denn Bemos erzeugt durch seine enorm hohe Leerlaufverstärkung Ansatz zum Schwingen. Nicht doll, doch schön mit dem Oszilloskop an den Spitzen eines Dreiecksignals zu entdecken.
Jetzt experimentiere ich mit verschiedenen Abstimmungen. Die Schwingungen habe ich soweit schon im Griff, ich suche nur noch den besten Kompromiss.
Captain-Chaos
Hat sich gelöscht
#51 erstellt: 11. Nov 2010, 18:07
Der Kompromiss ist gefunden

Die aktive DC-Regelung lasse ich weg, dafür schalte ich einen Opamp als Puffer vor Bemos. Das spart den Kondensator im Signalweg und man kann problemlos einen Poti an den Eingang legen.
Einige Bauteilwerte sind noch mal verändert worden; Der maximale Treiberstrom wurde etwas reduziert und mit R19/20,C18/19 wurde eine weitere Kompensation eingebaut.

Für den Opamp habe ich eine einfache Netzteilregelung aus der Spannungsversorgung der Endstufe vorgesehen, außerdem werde ich die großen Netzteilelkos für die Endstufe ebenfalls auf die Platine setzen.

Soweit der aktuelle Plan:


Ich werde erst mal eine neue Platine layouten und schauen ob sich die Schaltung mit einer veränderten Topologie verträgt.
Wenn alles glatt läuft(Murphy) habe ich einen somit einen einfachen Vollverstärker. Die Eingangswahl realisiere ich mechanisch, die dann auf direkt auf den Poti trifft.
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