Projekt: Lab Amp

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TSvSuS
Schaut ab und zu mal vorbei
#1 erstellt: 07. Feb 2018, 21:13
Einen wunderschönen guten Abend,

Ich habe gerade ein kleines (vielleicht ein bisschen größeres) Projekt am Laufen, an dem ich euch gerne teilhaben lassen möchte. In dem Sinne sind auch Ideen, Kritik oder Sonstiges sehr erwünscht.

Fangen wir mit dem Projekt an: Es geht um einen relativ simplen "Laborverstärker".

Die Anforderungen von meiner Seite bisher wären:
- 8 Kanäle
- Aktive Filterung (-12dB/okt) 2xTiefpass, 4xBandpass, 2xHochpass, mit diskreten Frequenzen
Mit anderen Worten: Jeweils ein Stereokanal auf 4 Kanäle aufgeteilt, welche Tief/Hoch/Bandpass gefiltert werden können.
- Gain der Kanäle in diskreten Schritten einstellbar (im Moment plane ich -12dB bis +12dB in 3dB Schritten).

Das sind meine Mindestanforderungen. Der Hintergrund ist einfach ein Gerät zu haben, wo man mal schnell durch ein paar Übernahmefrequenzen probieren kann, ohne direkt den Lötkolben auszupacken. Und so ein Verstärker im "Labor" ist ja sicherlich auch, wenn man ihn gerade nicht zur "Arbeit" benutzt, ziemlich praktisch.

Allgemeiner Plan für einen "Stereo Kanal" ist also:
Platine 1: Hoch und Tiefpass
Platine 2: 2 x Bandpass
Platine 3: Endstufe (auf 4 Einzelplatinen, die kann man sicher auch für andere Projekte mal nutzen)

Wie ist der aktuelle Stand?
Schaltpläne für die Filter sind erstellt. Widerstandswerte sind berechnet. Das PCB Layout für Hoch und Tiefpass ist fertig, die PCBs wurden bereits in China hergestellt und sind auf dem Weg zu mir.

Schaltplan Tief und Hochpass

Zuerst der Schaltplan. Dazu gibt es nicht viel zu sagen, außer dass es sich, wie bereits erwähnt um je zwei gebufferte Tief bzw Hochpässe erster Ordnung handelt. Weiterhin, natürlich die Verstärkerstufe und zum Output geht es dann noch einmal durch einen Inverter und einen Spannungsfolger. Demnach geht es ab hier symmetrisch weiter. Das liegt in erster Linie daran, dass ich mir noch nicht so wirklich Gedanken darüber gemacht habe, wie das Gehäuse nun am Ende aussehen soll und es doch ganz gut sein könnte, dass Ich am Ende mit den Signalleitungen ein wenig zu nah am Trafo vorbei muss. Und da so ziemlich jeder Chip Amp den ich mir bisher angesehen habe sowieso eine differentielle Eingangsstufe hat, finde ich ist es nur fair diese auch zu nutzen.
An die Klammern können wahlweise 5kOhm Potis oder - wie ich eher Plane - Drehschalter mit festen Widerstanswerten angeklemmt werden.

Hier noch zwei Bilder vom Platinen Layout:
PCBLayout Tief und Hochpass
3D Platinenansicht Tief- und Hochpass

Da nun jedoch Karneval vor der Tür steht, wird das Projekt die nächsten Tage ein wenig stagnieren. Allerdings wird das nächste Update dann womöglich schon von den ersten Tests mit den Platinen sein.

Bis dahin: Ich bitte um Ideen, was man einer solchen Kiste noch an Features verpassen könnte. Kritik am schaurigen Platinenlayout (Mein erster Ritt auf dem Circuitmaker, da gibts sicher noch Verbesserungsbedarf) oder Schaltplan ist ebenfalls erwünscht. Oder was euch noch so einfällt. Vielen Dank schonmal im Voraus.
jehe
Inventar
#2 erstellt: 07. Feb 2018, 22:25

Der Hintergrund ist einfach ein Gerät zu haben, wo man mal schnell durch ein paar Übernahmefrequenzen probieren kann, ohne direkt den Lötkolben auszupacken.


also ich würde das bei den derzeitigen Preisen für einen DSP ganz sicher nicht mehr mir Analogfiltern umsetzen.
Fragt sich also - wieso kein DSP ?
jonath
Inventar
#3 erstellt: 07. Feb 2018, 22:34
Würde mich auch der Empfehlung für einen DSP anschließen, der Sure DSP kostet keine 20$.

Zudem: Willst du wirklich so viele Schraubklemmen? Was spricht gegen Stecker/Lötfahnen?

Das Layout sieht zudem nach Autorouter aus...
Kay*
Inventar
#4 erstellt: 08. Feb 2018, 15:05

ie bereits erwähnt um je zwei gebufferte Tief bzw Hochpässe erster Ordnung handelt

was willste denn damit machen,
wohl mit Sicherheit keine einstellbare Frequenzweiche.

p.s.
für eine halbwegs flexible FW braucht man HP/TP bis 4.Ord. plus para.EQ's,
Konsequenz, analog viel zuteuer, also DSP
alien1111
Inventar
#5 erstellt: 09. Feb 2018, 10:17
DSP Einsatz ist viel besser.
TSvSuS
Schaut ab und zu mal vorbei
#6 erstellt: 10. Feb 2018, 14:52
Ja, ich hab mir fast gedacht, dass sofort an DSP gedacht wird.
Und sicher, man kann mit nem DSP auch definitiv mehr, als mit meiner Idee.

Aber ist ein DSP wirklich günstiger? Die 4558 OPs... Kostenpunkt ca 10ct pro Stück, Widerstände im prinzip Kostenlos, MKTs und Kerkos in der Größe und der Masse tatsächlich auch so gut wie geschenkt. Also rechnen wir mal grob mit 5€, was an Elektronik Bauteilen fällig wird, für die Weichen. Teuer sind am Ende die Platinen (zumindest der Versand und die Einfuhr), aber auch nur, wenn man es da allgemein sieht, aufs Stück runter gerechnet sieht das auch wieder anders aus. Der nächste Punkt, der ins Geld geht sind die Drehschalter. Aber auch das hält sich tatsächlich in Grenzen.

Das Netzteil und die Verstärker bräuchte ich für den DSP genau so und demnach fällt da die Ersparnis auch weg.

Nächster Punkt: Parametrischer EQ? Sehe ich ein paar Probleme drin:
1. Wenn man den wirklich analog aufbauen will, explodiert sehr schnell der Preis (wenn ich daran denke was Potis kosten).
2. Reproduzierbarkeit von Einstellungen? Einfach nicht mehr gegeben. Deswegen auch bei den Weichen fixe Werte.

Und auch hier wieder... TP/HP 4. Ordnung? Schon bei passiven Weichenauslegungen kommt man sehr, sehr selten in den "Genuss" mal einen Filter 3. Ordnung zu benutzen (beim Tiefpass evtl noch am ehesten) und das auch eher, weil ein großer Lautsprecher ja doch ggf mal dazu neigt im etwas höheren Frequenzbereich ein bisschen hysterisch zu werden.
Also hier scheint es mir doch eher angebracht, wenn man statt einem param EQ und einem übertriebenen 24dB Filter (was so aus spontaner Schätzung heraus evtl auch die ein oder anderen Stabilitätsprobleme mit sich bringen könnte. Und von Overshoots spreche ich gar nicht erst.), eine Art Bandbegrenzung einsetzt. Also für einen Tiefpass Beispielsweise wahlweise eine zuschaltbare Filterstufe 2./3. Ordnung mit Grenzfrequenzen von pff... 200, 300 und 400Hz (Einfach mal so ein Schuss, das kann man sicher noch sinnvoller wählen). Das wären hier dann auch wieder 4 - 6 pass. Bauteile + 1 OP + 1 Schalter... Ich will ja nicht geschenkt sagen, aber... Oh, sorry, 2 Bypass Caps... hab ich vergessen, aber ich glaube die 0,145ct lassen sich noch irgendwie auftreiben.

Also: Es ist definitiv nicht zu teuer.

Aber, selbst wenn es letztlich auf den möglicherweise 3fachen Preis hinaus läuft. Ich möchte auch einfach kein DSP benutzen. Warum nicht?
1. Wie oft würde ich es tatsächlich nutzen? Vermutlich für ein oder zwei Projekte, dann wäre es mir schon wieder viel zu aufwändig immer den PC hochzufahren und das ganze ans laufen zu bringen.
2. Schließt ziemlich direkt an: Hinstellen, einstecken, Knöpfe drehen.
3. Es fängt ja auch keiner an einfach eine Box zu bauen, ohne nicht zumindest vorher mal ein bisschen simuliert zu haben. Meistens komme ich dabei auf mehrere Möglichkeiten, wenn ich mir aber die passenden Spulen für jede Option mitbestellen müsste... Puh....
4. Wieder Problem DSP: Ich bin ziemlich faul und es würde darauf hinaus laufen, dass ich einfach das nehme was in der Simu am besten aussah bevor ich am PC an den Boxen herumfuhrwerke.
5. Mit nem DSP hat man natürlich JEDE Menge Optionen. Aber ein Standardmäßiger AV Receiver hat leider keine 4Ausgänge pro Kanal. Insofern ists ja echt nett, dass ich mir den Frequenzgang bügeln kann... am PC... aber wenn ich dafür am Ende des Tages ne Extra Box brauche nur um die RLC Glieder unterzukriegen, damit auch alle meine EQ Einstellungen stimmen. Ich glaube genau hier ist dann tatsächlich weniger mehr.
6. Anderer Anwendungsfall wäre ein (kleines) 2.1 System, auch da würde ich aktiv trennen und evtl größere Ausreißer passiv begradigen.

7. Und das ist tatsächlich der wichtigste Punkt:
Was hätte ich am Ende des Tages gelernt, wenn ich ein vorgefertigtes DIng nehme? Meine Layout Fähigkeiten sähen in ein paar Wochen immernoch nach Autorouter aus. Und auch wenn, euch möglicherweise die Sinnhaftigkeit dieses Projektes nicht erschließt, schätze ich trotzdem dass es eine Menge Potenzial hat. Das meine ich nicht im Sinne eines marktreifen Produktes oder sonstiges, sondern in dem Sinn, dass es sicherliche viele Optionen gibt, welche Funktionen ein derartiges Gerät möglicherweise zu bieten haben sollte. Also seid bitte so nett und sagt mir nicht, dass ein DSP ein kleines Zaubergerät ist das in jede Hosentasche passt und meiner Idee den Arsch versohlt (auch wenn es vielleicht stimmt). Auch nicht, dass meine PCB nach Autorouter aussieht, sondern etwas in dem Sinne von: Das und das ist scheiße, weil... Danke


jonath:
Mein erstes Konzept sah vor, die Schraubklemmen nur als Platzhalter zu verwenden und einfach die Lötpads zu benutzen. Stecker machen da glaube ich keinen großen Unterschied zu Klemmen, aber das mit den Lötfahnen ist eine super Idee. Vielen Dank.


[Beitrag von TSvSuS am 10. Feb 2018, 15:18 bearbeitet]
IPv6
Stammgast
#7 erstellt: 10. Feb 2018, 21:02
Ganz grundsätzlich: Dein Projekt, deine Idee, deine Umsetzung!
Du hast da eine Idee im Kopf, hast dir Gedanken gemacht und es ist ja nicht so, dass es analog nicht auch geht.


7. Und das ist tatsächlich der wichtigste Punkt:
Was hätte ich am Ende des Tages gelernt, wenn ich ein vorgefertigtes DIng nehme?


Das ist einfach eine Frage des Interesses. Das DSP scheint zwar vorgefertigt, ist aber im Grunde genauso vogefertigt wie ein Operationsverstärker. Das DSP alleine macht noch ungefähr gar nichts. Da verschiebt sich die Entwicklungsarbeit nur eben mehr an den PC in Richtung programmieren. Das mag auch nicht jeder, völlig klar.
DSP würde aber auch offline funktionieren, da bräuchte es nichtmal immer einen PC zum Betrieb.
Dafür könnte zum Beispiel ein parametrischer EQ und auch sonstige Einstellungen sehr genau und reproduzierbar eingestellt werden. Ob das nötig ist weißt du selbst am besten.

Wenn du analoge Schaltungen entwickeln und aufbauen möchtest, inklusive Leiterplattendesign, dann ist das schon der richtige Weg.
Würdest du so effizient wie möglich und so flexibel wie möglich ans Ziel kommen wollen wäre der DSP eher der richtige Weg.
Von Kosten brauch man hier denke ich nicht reden, da sind weder DSP noch OPV samt Beschaltung ausschlaggebend. Da fallen Dinge wie Gehäuse, Netzteil und Verstärker mehr ins Gewicht, die für beide Varianten nötig wäre. Von der Bastelzeit ganz abgesehen, die hier ja aber als Freizeitvergnügen verbucht wird.

Wenn du einfach nur möglichst billig und schnell ans Ziel kommen wolltest könntest du dir auch einen DCX2496 und ein paar Verstärkermodul besorgen, allerdings "nur" mit 6 Kanälen, dafür jede erdenklichen Filter und sogar noch mehr.
Aber wir sind ja schließlich im DIY Bereich, wo bliebe denn da das Basteln...

Ich bin jedenfalls gespannt wies weitergeht und stelle hier mal meinen Stuhl auf!
Kay*
Inventar
#8 erstellt: 11. Feb 2018, 13:12

Aber, selbst wenn es letztlich auf den möglicherweise 3fachen Preis hinaus läuft. Ich möchte auch einfach kein DSP benutzen. Warum nicht?

dir ist aber schon klar, dass man akustisch korrekte Flanken beim Filtern i.d.R. nicht mit einfach berechneten Standard-Filtern herstellen kann?

Es gab vor langer Zeit mal ein Elektor-Projekt, "Die analytische Aktivbox" (sollte man gelesen haben!)
Seit dieser Zeit weiss ich, dass sinnvolle Aktiv-Projekte fast immer auch EQ's brauchen
und jede Menge Rechnerei neben dem Messen
...
und wir reden erstmal nicht über raumakustische Anpassungen
...

Da man mittlerweile kostengünstig, auch im DIY,
DSP einsetzen kann, ist das mehr als empfehlenswert

edit:
Beispiel 1
Was machst du bei deinem LS mit dem "Baffle Step"? Voll ausgleichen? Wie?
Über die Änderung des Pegels und der TrennFreg. zum Mitteltöner?
Wie behandelst du die Änderung durch Aufstellung der LS?
Beispiel 2
Akustisch sinnvoll sind z.B. Filter Linkwitz 4.Ord.
Hochpass einfach = aktiv 2.Ord. und 12dB/Okt Abfall des MT unter der ResonanzFreq. (nebenbei TrennFreq fix)
Tiefpass braucht dann ein Filter 4.Ord., da kein "natürlicher" Abfall des TT nach oben.

nebenbei

DSP sollte sicher auch Raum haben.
Ist aber aus unterschiedlichsten Gründen kein Universalmittel, ... breiter gefächerte Kundschaft.

in jedem dusseligen AVR steckt seit gut 20 Jahren so'n Teil,
heutzutage auch mit Fgang-Begradigung/Einmessung auf den Raum,
... und da hängt der Hammer
(habe nix gegen Old-School, aber heute ist 2018)


[Beitrag von Kay* am 11. Feb 2018, 13:38 bearbeitet]
IPv6
Stammgast
#9 erstellt: 11. Feb 2018, 15:22
Woher stammt dein Zitat Nr. 2? Ich kann den Originaltext nicht finden?

Ich habe es bisher nicht so verstanden, als sollte hier der heilige Grahl für die Lautsprecherentwicklung entstehen. Sicherlich nicht perfekt und das ein DSP viel zeitgemäßer, universeller und vielfältiger ist sollte ja inzwischen klar sein.
Aber um mal auf die schnelle verschiedene Trennfrequenzen grob durchzutesten dürfte das immernoch funktionieren.
Dafür ist der Aufwand eben ein bisschen hoch für das, was es am Ende kann, bei Bastelprojekten ist das ja allerdings durchaus gewollt.
Kay*
Inventar
#10 erstellt: 12. Feb 2018, 15:24
Ich habe es bisher so verstanden,
als wenn hier zum x-ten Mal die 70/80iger Jahre auferstehen
..
wie gesagt, habe ich nix dagegen,
aber es gibt eben heute andere, auch nachhaltigere, Ansätze.

edit:

als sollte hier der heilige Grahl für die Lautsprecherentwicklung entstehen

akustisch , nicht rechnerisch, sinnvolle Flanken sind seit mind. 30 Jahren Stand der Technik.
Das weiss aber auch heute noch nicht jeder
Wenn ein aufwändiges aktives System schlechter dasteht, als pass. FW's, lohnt es den Aufwand nicht,
d.h. man bekommt keine bessere Qualität.
Bitte auch mal bei www.linkwitzlab.com schauen,
wie der Profi aktive FW's ohne DSP baut.

noch ein edit:
nur mal so, erinnert sich jemand?
seit wann sind diese LS-Mangement-Systeme alá Behringer DCX am Markt, seit 20 Jahren?


[Beitrag von Kay* am 12. Feb 2018, 15:38 bearbeitet]
Kay*
Inventar
#11 erstellt: 14. Feb 2018, 15:52
zur Ergänzung,
einfach mal boxsim ausprobieren,
gibt's als freeware,
aber nicht kostenlos, da Einarbeitung nötig.
Dann einfach ein dort vorhandenes 3-Wege-Projekt
modifizieren:
MT und oder HT auf der Schallwand verschieben,
und sich anschauen, was passiert.

Boxsim kann in Grenzen auch aktive Filter
TSvSuS
Schaut ab und zu mal vorbei
#12 erstellt: 14. Feb 2018, 17:53
Ich finde es auf jeden Fall sehr schön, dass hier doch ein wenig los ist und ich spare mir jetzt gerade einfach mal allen direkt zu antworten.

Dass das ganze Projekt ein wenig umständlich ist, ist mir völlig klar. Dass das Ergebnis sicherlich deutlich einfacher zu erreichen wäre, ist mir natürlich auch klar. Aber es geht hier ja auch tatsächlich weniger um das Ergebnis, als viel mehr um den weg dahin. Und es ist nunmal einfach so, dass man nichts über Elektronik lernt, wenn man in der Uni hier und da ein paar Schaltungen durchrechnet.

Soviel dazu, jetzt erstmal ein Update:
Gestern kamen die Platinen an. (Für alle die es nicht wissen sollten, wie ich bis gestern, JA auch auf die Versandkosten -aus China - werden Steuern fällig!!!)
Ich bin wirklich sehr beeindruckt von der Qualität, die man für diesen Preis bekommt. Der Silkscreen ist wirklich extrem gut geworden. Ein paar klitzekleine Fehler gibts jedoch schon:
Die Bohrungen für die Schrauben sind keine Bohrungen. Naja, das kann man verschmerzen, es ist ein Lötpunkt mit einem großen nicht kontaktiertem Abstand. Also nachbohren kann man es definitiv, ohne dass man irgendetwas von der Schaltung erwischt.
Und zweitens ist mir ein minimalster Versatz im Silkscreen an einer Stelle aufgefallen, durch Zufall, ich finde ihn tatsächlich nicht wieder. Also entweder gibt es ihn nur auf einer Platine oder ich habe ihn mir eingebildet.
Achso die Platinen habe ich im übrigen bei EasyEDA bzw JLCPCB fertigen lassen. Also was das angeht, ganz klare Empfehlung, 8Tage Zeit zwischen Bestellung und Lieferung (DHL Express).

Leider konnte ich noch keine testen, weil ich vor Karneval wohl verpeilt habe die restlichen Teile zu bestellen, insofern geht es da dann weiter. Fotos von den Platinen folgen dann, sobald die erste bestückt und getestet wurde.

Nachdem ich mir jetzt mal die fertigen Platinen angeschaut habe (Ich sehe jetzt auch, was Du mit der Autorouter-Optik meintest, da muss noch ein wenig Übung her), werde ich die Bandpässe mit 4Kanal OPs aufbauen, in der Hoffnung ein wenig Platz zu sparen. Ich hoffe, dass ich Morgen die Zeit finde das Layout soweit fertig zu bringen.

Und zum Thema BOXSIM: Ich arbeite seit einiger Zeit damit, ergibt sich schon aus dem Umstand heraus, dass ich bisher eigentlich nur VISATON verbaut habe. Und in Grenzen trifft es

Und zu den Filterungen: Wenn mir wirklich jemand erklären will, dass es einen Unterschied macht ob ich Aktiv 12dB/okt wegnehme, also schon im "Kleinsignal" oder danach auf der Leistungsseite mit passiven Bauelementen, wo es natürlich allgemein ein wenig anders zugeht. Ich sehe die Problematik da viel eher bei passiven Weichen, weil es da wirklich nur noch komplex zugeht und eine händische Berechnung absolut nicht mehr sinnvoll ist. Auf aktiver Seite sehe ich mehr die Problematik, dass man sich mit den Eigenheiten aktiver Bauelemente auseinandersetzen muss und sich das ein oder andere Geräusch einfängt.

Aber mir gefällt tatsächlich die Idee ein paar zuschaltbare Bandsperren einzurichten. Ist notiert, vielen Dank
Kay*
Inventar
#13 erstellt: 16. Feb 2018, 12:51
Will man eine vorhandene Übertragungsfunktion (LS, Kiste, Umgebung)
in eine gewünschte Übertragungsfunktion (passender z.B. HP) überführen,
so muss man die vorhandene Übertragungsfunktion kennen!

Auf diese Gemeinsamkeit aller FW-Ansätze wollte ich hinweisen!


passiven Weichen, weil es da wirklich nur noch komplex zugeht

es braucht 5 Bauteile, dann könnte man "händisch" rechnen,
käme dann aber auch nicht zu dem Ergebnis einer definierten Ü-Funktion.

p.s.
"Die analytsiche Box" von Elektor hatte,
HP, TP, Allpass und quadratischer/cubischer EQ und
Einbeziehung des LS in die Gegenkoppelung (negativer Ausgangswiderstand) .
Dieser Ansatz war der ambitionierteste, den ich je in einem DIY-Blatt gesehen habe
...
von DSP-Lösungen mal abgesehen

edit:
noch ein Satz zum Layout,
wenn möglich Signal- und Power-GND getrennt führen
und nicht einfach überall auf die schirmende Fläche
(die schirmt nur, wenn kein Strom drüberfliesst)

noch ein edit:
das zwei hintereinander geschaltete Filter 1. Ord. kein Filter 2.Ord. ergeben ist klar, oder?


[Beitrag von Kay* am 16. Feb 2018, 13:46 bearbeitet]
TSvSuS
Schaut ab und zu mal vorbei
#14 erstellt: 16. Feb 2018, 16:29
Na, selbsverständlich kann man eine ganze Menge händisch berechnen. Aber ich denke, dass wir das nicht ausdiskutieren brauchen, weil man sich die Wochenenden mit schöneren Dingen vertreiben kann, als zu versuchen von Hand eine passive Weiche zu berechnen. (Ich nehme an es ginge deutlich schneller mit Testen - Messen - Korrigieren).

Das Elektor Projekt werde ich mir mal ansehen. Danke für den Tip.

Über die Masseführung habe mir auch schon Gedanken gemacht, da gebe ich dir völlig Recht. Nur auf den ersten Gedanken hin, hatte ich überlegt, dass über die Schaltung sowieso so gut wie kein Strom fließt, weshalb ich das im ersten Schritt mit einem "Wird schon passen" abgetan habe. Allerdings könnte man auch die Pins für GND (vom Signal) einfach frei lassen und den Massebezug am Netzteil herstellen.

Und... Ohwei... Ich gehe mich ganz dringend jetzt schämen. Mit den Filtern hast du natürlich auch völlig Recht. Da war wohl jemand etwas voreilig :x Mir gefielen alle positiven Aspekte davon wohl ein bisschen zu gut (zwei unabhängige 6dB Filter, dass es so super einfach ist, bla bla bla), als dass ich noch weiter darüber nachgedacht hätte, dass ich bei der Grenzfrequenz dann ja gar keine -3dB mehr habe. Na gut, die Flakensteilheit stimmt zumindest. Irgendeinen Nutzen wirds für die Platinen sicher noch irgendwann geben, könnte evtl für ne Trennung mal ganz praktisch sein. (Sie die Platinen, ich Platz im Schrank)

Juut, astrein, alles auf Anfang. Zum Glück wollte ich ja hauptsächlich etwas lernen bei der ganzen Sache...
Kay*
Inventar
#15 erstellt: 17. Feb 2018, 03:34

dass über die Schaltung sowieso so gut wie kein Strom fließt,
weshalb ich das im ersten Schritt mit einem "Wird schon passen" abgetan habe

das ist soweit auch korrekt,
problematisch wäre es bei den Endstufen!


Na gut, die Flakensteilheit stimmt zumindest

wie gross ist denn die Flankensteilheit
beim Hintereinanderschalten von 2 Filtern 1.Ord. ?
TSvSuS
Schaut ab und zu mal vorbei
#16 erstellt: 19. Feb 2018, 15:28
Also ich bin entweder völlig neben der Kappe, oder du wilst mich ärgern.

Soweit mir das bekannt ist, ist die asymptotische Flankensteilheit eines Filter n-ter Ordnung grundsätzlich -n*20dB/dek, natürlich unterscheiden sich verschiedene Filtertypen in der Übergangsphase voneinander. (Überschwingen, Welligkeit, etc), was dazu führt, dass einige früher und andere etwas später abfallen.
Entsprechend lassen sich Filter n-ter Ordnung ebenso, als n Filter 1. Ordnung ausdrücken.
Auch das kling nur logisch, denn wenn ich die Übertragungsfunktion des Filters aufstelle (hier mal am bsp des Tiefpasses) komme ich auf: Ua/Ue = 1/(1+sRC)², was einem TP 2. Ordnung entspricht.
Woraus sich ergibt, dass die Reihenschaltung zweier Filter eine Multiplikation ihrer Übertragungsfunktionen mit sich zieht, was im logarithmischen additive Auswirkungen hat, womit -6dB + -6dB unumgänglich -12dB ergibt. Was sich jedoch ändert ist die Grenzfrequenz, was auch nur sinnvoll ist, auch wenn ich es versiebt habe, denn auch hier ergeben sich aus -3dB und -3dB -6dB. Wodurch sich entsprechend die Grenzfrequenz verschiebt.

Soweit so gut... Das stellt mich jetzt vor ein paar Fragen:
Wie würde denn eine sinnvolle Einstellbare Filterung 2. Ordnung aussehen? Da stehe ich ja vor einigen Problemen:
Schaltungstechnisch könnte man ja sicher eine Sallen Key Filterstufe mit einem Stereopoti bestücken...
Aber das halte ich für wenig sinnvoll, ziemlich teuer und ach...

Andere Option, hier wird es vielleicht sinnvoller: Ich behalte es so bei... entsprechend muss ich dann natürlich beide Filterstufen einzeln so auslegen, als würden sie eine Filterstufe 2. Ordnung darstellen. Also bspw ich will einen Besselfilter, also schaue ich mir die Filterkoeffizienten an, lege die Filter so aus, dass es passt, dann dürfte es doch wenn ich das hier so richtig sehe genau so funktionieren? Das wäre zumindest das was die Herren Tietze und Schenk hier vorschlagen.
Kay*
Inventar
#17 erstellt: 20. Feb 2018, 14:17

Also ich bin entweder völlig neben der Kappe

das kann ich nicht entscheiden, denn ich weiss nicht,
was du weisst, da ich dich nicht kenne

zwei entkoppelte Filter 1.Ord. machen erst etwa 2 Oktaven unter der Trennfreq. den Verlauf eines Filters 2.Ord. !
Einfach mal die Belastbarkeit eines HT überlegen.


Also bspw ich will einen Besselfilter,

wie stellt man denn per Filter 1.Ord. das Q ein?


Wie würde denn eine sinnvolle Einstellbare Filterung 2. Ordnung aussehen?

f und Q einstellbar machen, 2 Filter 2.Ord. hintereinander,
...
Freq-bestimmende Widerstände umschaltbar gestalten, Schalter mit mehreren Ebenen,
oder siehe www.Reichelt.de , Trimmer mit durchsteckbarer Achse (Problem Gleichlauf)
oder per 4051 zu den Freq-bestimmenden Widerständen Widerstände parallelschalten,
oder VCF bauen (LM13600/LM13700)

edit:

dass die Reihenschaltung zweier Filter eine Multiplikation ihrer Übertragungsfunktionen

dann ist dir ja auch klar,
dass du ggf. am Q eines LS drehen müsstest
und natürlich der LS in deine Ü-Funktion mit eingeht

p.s.
welche Messtechnik setzt du ein?
welchen Simulator für aktive Filterschaltung verwendest du?
lastbutnotleast, welchen LS sind angedacht?


[Beitrag von Kay* am 20. Feb 2018, 14:29 bearbeitet]
TSvSuS
Schaut ab und zu mal vorbei
#18 erstellt: 20. Feb 2018, 15:19
Na, da kommen ja ein paar Ideen. Besten Dank!

Ja, das mit den Filterkoeffizienten habe ich mal durchexerziert und bin tatsächlich zu keinen sinnvollen Ergebnissen gekommen. Das hat dann erst bei Filtern höherer Ordnung funktioniert. (3. Ordnung, durch zusammenschalten eines Filters 1. und eines 2. Ordnung) Entsprechend verworfen.

Anderer Ansatz: Unter der Voraussetzung, dass die beiden Filter erster Ordnung immer die selbe Grenzfrequenz haben, würde sich die Grenzfrequenz um den Faktor von ugf 0,64-0,65 ändern, damit könnte man arbeiten. Aber auch wie du schon erwähnst, asymptotisch alles top, nahe der Grenzfrequenz passt es dann wieder nicht. Also auch verworfen.

Die Idee mit dem 4051 finde ich sehr schön. Der war mir völlig unbekannt. Werde ich an dieser Stelle jedoch nicht verwenden, aber ganz gewiss an anderer Stelle. Wäre vielleicht eine interessante Möglichkeit zwischen Outputs hin und her zu wechseln oder ähnliches. Mal sehen was ich damit anstelle. Sehr geil, vielen Dank!

Meine Wahl wird wohl auf die Option mit dem Spannungsgesteuerten Filter fallen. Was in erster Linie den Grund hat, dass ich mich für eine Prüfung im April ein wenig mit Current Feedback Amplifiern beschäftigen sollte. (Naja, sooo viel wird da nicht gefragt sein, aber hey, haben ist besser als brauchen.) Auch auf die Idee wäre nie gekommen, also auch dafür vielen Dank!

Aber inwiefern interessiert mich an diesem Punkt hier der Lautsprecher? Ich meine, natürlich hat er eine eigene Übertragungsfunktion. Wäre der Frequenzgang eines jeden LS von sich aus schon ein hübscher Strich parallel zur x-Achse... Wäre Mundorf wohl schon lange pleite.

Zum Rest... Messtechnik ist im Aufbau... Bisher ist alles ein wenig rudimentär, aber im Zweifel kann man sicher, wenn es mal so weit ist Kapazitäten der Uni nutzen. (Immer vorhanden: Analogscope, Multimeter) Fürs DSO fehlen gerade noch ein paar Groschen.
Simulator bisher den online von TI (Filter Designer (?)).

Und über die LS habe ich mir tatsächlich noch keine Gedanken gemacht. Hier geht es tatsächlich nur darum ein möglichst aufwendiges Projekt zu haben, was mich vor immer neue Aufgaben stellt. Und das ganze soll hier natürlich auch eventuell anderen Leuten helfen um zu sehen wie ein Kackboon wie ich durch jede Falle tapst die er findet und eventuell dem ein oder anderen das zu ersparen. Und ich bin wirklich gespannt was am Ende raus kommt, zumal ich gerade wieder ganz erfolgreich am Nullpunkt angekommen bin. Aber auch das finde ich gut, weil ich schließlich kein Profi bin und euch meinen geilen Verstärker verkaufen möchte (Ha ha ha), sondern Bock darauf habe mehr über Elektronik zu lernen (was leider im Studium viel zu kurz kommt, wie ich finde) und mit ein bisschen Glück am Ende hier ein Gerät stehen zu haben, was möglicherweise sogar gut gelungen sein könnte.
Kay*
Inventar
#19 erstellt: 20. Feb 2018, 17:11

was mich vor immer neue Aufgaben stellt.

schaue dir RTA und HolmImpulse an.
Heute kann jeder messen, der eine brauchbare Soundkarte hat,
im übrigen kostenlos, von der Einarbeitung abgesehen


zumal ich gerade wieder ganz erfolgreich am Nullpunkt

sowas geht nicht anders, sage ich dir aus Erfahrung!
Es ist immer ein Kampf
Ich habe in letzter Zeit etwa 10 Ansätze für eine USB-Audio-Messbox
angedacht, mit Schaltung und Layout,
und bin immer noch nicht soweit, dass ich mich entscheiden könnte

edit:
VCF, suche nach
Paoletti Opera Sub
Rane Service Manual


[Beitrag von Kay* am 20. Feb 2018, 17:22 bearbeitet]
TSvSuS
Schaut ab und zu mal vorbei
#20 erstellt: 21. Feb 2018, 11:45
Guten Morgen,

ich habe einen recht interessanten Schaltplan gefunden, bei dem ich noch ein bisschen am grübeln bin wie er tatsächlich funktioniert. http://www.ericarche...v-analog-diy-lpf.pdf

Fangen wir einfach mal mit meinen ersten Vermutungen an:


Teil eins, alles was um den IC3B TLC2262: Das scheint mir eine einfache Spannungsgesteuerte Stromquelle zu sein, welche dafür zuständig ist gm einzustellen. Damit also prinzipiell die Verstärkung des OTAs. Das wird hier genutzt um die Filterfrequenz einzustellen. Das klingt für mich soweit ganz sinnvoll, denn je mehr Strom bereitgestellt wird, desto schneller können die Kondensatoren umgeladen werden, desto niedriger wird die Grenzfrequenz des Filter. Und das ganze funktioniert, weil der Output eines OTAs eine Stromquelle darstellt, im Gegensatz zum "normalen" OP, wo er eher einer Spannungsquelle entspricht.

Dann weiter: Line-In:
Einkoppeln, Spannungsteiler um die Differenzspannung an den Eingängen klein zu halten.
ERSTE FRAGE: Was genau macht das Reso-Poti? Bzw ist mir die ganze Feedback Strecke ein wenig unklar. Ich würde mal so ins blaue tippen, dass die die Filter zurecht biegt, womit das Problem umgangen wird, dass man 2 serielle Filter 1.Ordnung erhält. Ist das Reso Poti eventuell für die Einstellung der Filtergüte zuständig?
Ich bin mir leider auch noch nicht ganz so sicher wie ich mit den OTAs umzugehen habe, also inwieweit oder ob überhaupt da die allgemeinen Regeln für OPs gelten. Ich bin einfach mal davn ausgegangen: Eingänge Hochohmig, durch Differenzverstärker am Eingang und auf gleichem Potenzial?

Letzte Stufe Mischer: Naja einfacher Addierer, das Poti sorgt für die Gewichtung der Kanäle, also gefiltert zu ungefiltert.

Achso und oben Rechts: Erzeugung von virtueller Masse, durch Rail Splitter.

Dann gehts weiter: Aus dem TI Datasheet des LM13700:
BW_Filter_OTA

Die Schaltung besteht ja prinzipiell aus zwei seriellen 1pol TP, nur dass C2 = 2*C1 ist und C1 auf den Ausgang gebootstrapped wird. Und dass hier gm einfach über einen Widerstand eingestellt wird.

Also folgende Frage hierzu: Dadurch dass gm = 19,2 * Iabc ist. Ist dann Iabc einfach die Spannung geteilt durch den Widerstand die ich dort anlege? Ich denke aber dennoch es ist vielleicht etwas eleganter dort mit einer Stromquelle zu arbeiten, wie im Beispiel oben.
Kay*
Inventar
#21 erstellt: 21. Feb 2018, 14:51

ich habe einen recht interessanten Schaltplan gefunden

auch wieder ein dolles PDF, 5mb, aber die Angabe im Schaltplan, welcher OTA fehlt,
(steht aber immerhin drüber,
warum können die Leute keine vollständigen Schaltungen zeichen?
Ein Techniker kann nicht lesen, sondern versteht Bilder )

Ohne jetzt ins Detail gehen zuwollen/zukönnen,
(dazu müsste man z.B. in LTspice simulieren)
Die Schaltung bassiert auf dem LM13700,
angesteuert, wenn ich es richtig verstehe, über eine Stromquelle mit log. Kennlinie,
sonst wäre die Skala linear = nicht schön
ResoPoti stellt nur den Strom, da OTA stromgesteuert.
Die Geschichte mit dem Addierer ist ein besserer bypass


gm = 19,2 * Iabc

wenn Quelle Spannung, dann Widerstand (schlechte Stromquelle) nötig

edit:
1. in Bücherei gehen, ELRAD DVD_ROM ausleihen, LM13700 in Generator (=Filter mit anderer GK) -Schaltung, durchstimmbar 1:10000
2. RANE = Studiotechnik, SAC23 oder so, aktive FW mit SSM2164 (VCA, leider obsolet),, ggf. durch Thatscorp ersetzbar
3. VCF, VCA, Schaltung für analoge Tasteninstrumente, Synthies (in der Welt gibt's auch fertige Steine mit log.Ctrl+Filter4.Ord.)
4. ganz doof, Lampe + LDR, siehe Siliconix

p.s.

Aber inwiefern interessiert mich an diesem Punkt hier der Lautsprecher? Ich meine, natürlich hat er eine eigene Übertragungsfunktion

weil du mit Hilfe eines aktiven Filters und einem pass. Filter(=LS) auf eine definierte Ü-Funktion kommen solltest.


[Beitrag von Kay* am 21. Feb 2018, 15:35 bearbeitet]
TSvSuS
Schaut ab und zu mal vorbei
#22 erstellt: 21. Feb 2018, 15:30
Wieso Stromgesteuert?
FBlockDiaLM13700

So wie ich das sehe: Differenzverstärker am Eingang. Strom von der Nichtinvertierenden Seite wird ausgangsseitig auf die PNP Transistoren an der positiven Versorgungsspannung gespiegelt. Der der nichtinvertierenden auf die NPN in Richtung der negativen Versorgung. Also: Differenzspannung positiv -> Strom fließt aus dem OTA hinaus. Ud negativ Strom fließt hinein. Also grundlegend stellt der OTA eine Spannungabhängige Stromquelle bzw Spannungsabhängige Last dar je nach angelegter Differenzsspannung.
Kay*
Inventar
#23 erstellt: 21. Feb 2018, 15:44

Wieso Stromgesteuert?

Q2 = Stromquelle
TSvSuS
Schaut ab und zu mal vorbei
#24 erstellt: 21. Feb 2018, 16:20
Ist korrekt, aber I Q2 = I Q1 = Iabc, richtig? Q1, Q2 und D1 stellen ja nichts anderes als einen ganz anständigen Stromspiegel dar. Das ist ja nur der Strom der dem OTA zur Arbeit zur verfügung steht. Welcher letztendlich die Verstärkung des OTAs einstellt. Das Reso Poti liegt am nicht invertierenen Eingang.


Edit:
Also klar, natürlich ist die Verstärkung stromgesteuert. Für Iabc = 0 tut sich nunmal gar nichts. Aber Iabc legt in dieser Schaltung ja vorrangig die Grenzfrequenz des ganzen fest.


[Beitrag von TSvSuS am 21. Feb 2018, 16:33 bearbeitet]
Kay*
Inventar
#25 erstellt: 21. Feb 2018, 16:31
eben
ideale Spannungsquelle = Spannung konst.
ideale Stromquelle = Strom konstant

regel. Spannungsquelle + Ausgangsinnenwiderstand = regelbare Stromquelle
TSvSuS
Schaut ab und zu mal vorbei
#26 erstellt: 21. Feb 2018, 17:01
Ja gut... Das erklärt jetzt nicht so richtig was das Reso Poti genau macht.

An sich ändert es ja nur in wirklich sehr kleinem Rahmen welches Potential an welchem Eingang liegt. Aber da wir ja hier sowieso von Differenzspannungen im Milivoltbereich reden, ist das vielleicht nicht zu verachten.
Andersrum ob jetzt 1k||20k oder 1k||30k in dem Spannungsteiler mit den 82k... Ich würde dann doch eher davon ausgehen, dass es hier mehr darum geht das Eingangssignal des ersten OTAs auf den zweiten durchzuschleifen.


[Beitrag von TSvSuS am 21. Feb 2018, 17:03 bearbeitet]
TSvSuS
Schaut ab und zu mal vorbei
#27 erstellt: 22. Feb 2018, 13:27

TSvSuS (Beitrag #20) schrieb:

denn je mehr Strom bereitgestellt wird, desto schneller können die Kondensatoren umgeladen werden, desto niedriger wird die Grenzfrequenz des Filter.


Korrektur: Natürlich ist das Gegenteil der Fall: Je mehr Strom bereit gestellt wird, desto HÖHER wird die Grenzfrequenz, weil sich natürlich durch umladen des Kondensator das Potential an der Basis des Transistors ändert. Also je mehr Strom, desto schneller kann umgeladen werden, desto höhere Frequenzen werden an die Basis übertragen, also Grenzfrequenz steigt!

Wie geht es also weiter?
1.) Ich habe mich, wie zu erwarten war, für die Lösung aus dem TI Datenblatt entschieden, das habe ich insofern geändert: Ich nehme keine Kapazitäten von 100pF bzw 200pF sondern tausche diese gegen 10nF bzw 20nF. Dadurch komme ich im ersten für den TP auf folgende Werte:
fg = 80Hz => Iabc = 131uA ; fg = 300Hz => Iabc = 492uA
Iabc MAX = 2mA, also muss ich im uA Bereich bleiben.

Also habe ich mich dazu entschlossen, dass der TP ein wenig mehr Spielraum kriegt und ich also im nächsten Schritt eine Stromquelle entwerfen muss, welche mir aus 0 - 5V 82 - 820uA zaubert (50-500Hz). Wobei... Wenn ich das so betrachte, wäre es vielleicht ganz geschickt die Widerstände noch ein wenig anzupassen, dass dieser Frequenzbereich zwischen 100uA und 1mA liegt.

Warum 0-5V, logisch ich denke über eine Mikrocontrollersteuerung nach.

Weitere Vorschau: Ich hatte überlegt, dass ich für die Enstufen auf TDA7293V zurückgreife, dazu folgende Frage: In dem Datenblatt hängen die Anschlüsse für Mute und Standby an einem Stecker/Jumper. Da ich keine der Funktionen benötige würde ich diese gerne permanent außer Kraft setzen. Wie stelle ich das an?
Kay*
Inventar
#28 erstellt: 22. Feb 2018, 13:57

was das Reso Poti genau macht.

vlt. Q?
TSvSuS
Schaut ab und zu mal vorbei
#29 erstellt: 22. Feb 2018, 17:04

Kay* (Beitrag #28) schrieb:

was das Reso Poti genau macht.

vlt. Q?


Das war ja meine erste Vermutung.

Aber gut, ich hatte gerade kurz ein paar Minütchen um mit einer Idee zur Stromquelle für Iabc anzufangen:
IMG_20180222_164711824

An sich gibt es da nicht viel zu zu sagen. Allerdings habe ich auch an diesem Punkt einige Optionen im Kopf:

Den Transistor am Ausgang des OPs könnte man sich ja vom Prinzip her sparen, weil 100uA-1mA stellt sicherlich keinen OP vor irgendwelche Aufgaben. Und im Sinne von eventuellen Oszillationen wäre es ebenfalls keine schlechte Idee (obwohl, wenn R2 groß genug, kein Thema mehr).

Eventuell könnte man einen besseren Stromspiegel nehmen (Wilson o.Ä.).

Meine Idee:
Stromspiegel bleibt,
R2 und Transistor am OP- Ausgang raus
Iabc durch einen Shunt schicken, über uC auslesen
Und innerhalb des Programmes Uin über Ushunt einstellen.

Einsprüche?
Kay*
Inventar
#30 erstellt: 23. Feb 2018, 00:46

logisch ich denke über eine Mikrocontrollersteuerung nach.

da würde ich aber dann eher zu Stink-normalen Filtern ohne OTA,
aber mit digi. einstellbaren Widerständen greifen,
Analog, Maxim/Dallas, Xicor,
gibt's auch log.!


Einsprüche?

probiere es!
du wirst schon sehen, was du davon hast


[Beitrag von Kay* am 23. Feb 2018, 01:19 bearbeitet]
TSvSuS
Schaut ab und zu mal vorbei
#31 erstellt: 26. Feb 2018, 18:06

du wirst schon sehen, was du davon hast


Ja... Nachdem es nicht funktioniert hat und ich nochmal drauf geschaut habe...
Kann man Bilder auch wieder entfernen?


Nunja auf jeden Fall habe ich eine neue Lösung, die tatsächlich auch funktioniert:
Stromquelle mit Messshunt

Widerstand R12 liegt nur in der Simulation, damit der nicht invertierende nicht auf "sowas in der Art, wie Masse" liegt, weil die Simulation damit ein leichtes Problem hatte und entsprechend etwas merkwürdige Voraussagen über das Potential am unteren OP getroffen hat.

Der bias Strom fließt entsprechend durch das Amperemeter. Die Analyse sagt: "Jap so gehts." Ich spare mir mal weitere Grafiken, nur so viel:

I = Uin/5k => 5V - 1mA, 0,5V - 100uA Forderung stimmt.

Die Messschaltung spuckt am Ende Ushunt * 10 aus. Also für 1mA Ushunt = 0,5V Uout = 5V, passt.


da würde ich aber dann eher zu Stink-normalen Filtern ohne OTA,


Wie schon gesagt, das bietet sich für mich gerade an, weil ich mich damit sowieso beschäftigen muss.


aber mit digi. einstellbaren Widerständen greifen,


Ich nehme mal spontan an, dass ich auf soetwas zurückgreifen werden müsse, weil ich so grob überschlagen habe, dass ich ja allein für die Filter schon ohne Ende PWM Kanäle verbraten müsste. 4 für 2*HT und 2*TP und für die Bandpässe dann nochmal 4. Da ich in erster Instanz einen Arduino verwenden werde (Grund: Liegt halt gerade rum), welcher leider nur 5 PWM Kanäle zu bieten hat, muss ich mir auch da etwas überlegen.


Also weiteres Vorgehen:
-Mal wieder Teile bestellen
-Sobald diese da sind den ersten Prototypen für den Tiefpass zusammenkloppen
-Weiter mit Hochpass

Ja und dann gehts wohl wieder ans Layout.
Kay*
Inventar
#32 erstellt: 27. Feb 2018, 15:03

welcher leider nur 5 PWM Kanäle zu bieten hat, muss ich mir auch da etwas überlegen

wenn man denn unbedingt will,
finden sich mehr-kanal-DA-Wandler zum Einstellen (z.B. TDA8444, wenn ich recht erinnere),
siehe auch thatcorp, Mehrkanal-Volume-Einstellung.
Ist logisch, dass man statt DC auch gleich einen Widerstandwert programmieren kann?!
Vergiss' die Stromquellen mit OP:
DAC+R+µC, fertich is' die Laube

Es ist klar, dass der Steuerpfad "sauber" sein muss, kein Rauschen oder so?

Wenn du ernsthaft mit OTA's spielen willst, wäre das Thema Analoges Keyboard/Synthie die bessere Gelegenheit
(Elektor, "Formant" oder auch ELRAD-DVD-Rom)
Damals hatte man nichts besseres als rauf und runter mit OTA's.
Erinnere mal die grossen Kisten von Emerson,Lake&Palmer, usw.

p.s.
Elektronik ist (auch) ein Literaturstudium
TSvSuS
Schaut ab und zu mal vorbei
#33 erstellt: 27. Feb 2018, 18:39
Ja, nur wenn ich über die Preise von DACs nachdenke...

Aber klar, sone PWM ist natürlich ziemlich "laut". Dann wäre es halt eher eine Option die Spannung über Digi-Pots einzustellen.

Aber zum Thema rauschen... Im allgemeinen würde der Strom durch einen OP laufen, zwei Widerstände und dann ab in den OTA. Ist das wirklich sooo gravierend? So rein vom Gefühl her würde ich spontan schätzen, dass das jetzt eher weniger ins Gewicht fällt, wenn ich so an alles mögliche denke, was ich mir allein über Kabel etc einfange.
Kay*
Inventar
#34 erstellt: 28. Feb 2018, 02:21
es gibt langsame DAC's für Steueraufgaben,
die sind dann eher billig.
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