Class AB Amp Schaltungsvorstellung mit Bitte um Feedback

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Nils_H.
Neuling

#1 erstellt: 11. Nov 2020, 20:57

Guten Morgen alle miteinander,

Wie der Titel schon sagt möchte ich euch einen Schaltungsentwurf für einen Class AB Verstärker vorstellen und zum Beschuss freigeben. Vorher aber noch ein paar Worte zu mir und den Rahmenbedingungen.

Zu mir:
Ich bin Elektroniker in der Industrie, daher habe ich zwar das nötige Wissen, um mit gegebener Vorsicht an elektrischen Anlagen und Schaltungen zu arbeiten, allerdings erschreckenderweise nicht, um solche Schaltungen auch selbst vollständig zu entwerfen. Deshalb die Bitte, einmal ein kritisches Auge auf mein Resultat zu werfen.

Zum Rahmen:
Auf Basis der Schaltung sollen 3 Kanal Endstufen entstehen, um selbst bau Lautsprecher mit aktiver Frequenzweiche zu betreiben. Da die Lautsprecher noch nicht existieren müssen zum Testen meine Canton Ergo RC-L herhalten. Auch die Weichen und der Vorverstärker sind zum aktuellen Zeitpunkt noch in der Planung und werden erst realisiert, wenn sich der Endstufen Prototyp als akzeptabel erwiesen hat. Tonal sollte er wenigstens auf selbem Niveau spielen wie mein derzeitiger Yamaha AX-596. Man will ja keinen Rückschritt machen =).

Nun zur Schaltung:
Die Schaltung soll 100 W an 4Ohm bei 2*35 Volt Versorgung bzw. 100W an 8Ohm bei 2*42V Versorgung liefern. Die Schaltung besteht aus zwei sich sehr ähnlichen Entwürfen aus dem Netz, die ich in leicht verbesserter Form zu dieser Version vereint habe. Als Endstufe dient eine Gegentakt Compoundschaltung mit Ruhestromeinstellung.

Zusätzlich zum Freien Beschuss hätte ich noch ein paar spezifische Fragen:

1.Wie bestimme ich den Strom, den ich für den Diff-Verstärker einstelle? Aus der Schaltungsvorlage gehen 1mA hervor die ich über die Konstantstromquelle einstelle. Allerdings würde mich interessieren wieso das so sein soll. Genauer gesagt welche Vor bzw. Nachteile sich ergeben wenn ein anderer Strom gewählt wird.

2.Selbiges gilt für den konstant Strom des Spannungsverstärkers. Ich gehe erstmal von 10mA aus.

3.Auf welcher Grundlage lege ich den optimalen Ruhestrom der Endstufe fest? Hätte so 150mA angepeilt.

4.Von den verwendeten On-Semi Leistungstransistoren habe ich im Netz nur gutes gefunden. Sieht das jemand anders und hat evtl. Alternativen?

5.Zu den BC546 habe ich sowohl gutes als auch schlechtes gefunden. Also auch hier die Frage ob es lohnende Alternativen gibt.

6.Ich überlege für den Bass-Verstärker die Endtransistoren aufzudoppeln bin mir da aber noch nicht wirklich sicher. Spricht unter der Voraussetzung, dass ich die jeweiligen Transistoren matche irgendwas gegen?

7.Noch habe ich keine Schutzschaltungen integriert. Hat jemand Vorschläge für eine simple Integration? DC Schutz ist Pflicht. Leistungs und Übertemperatur Schutz wären die Kür.

Ich hoffe, dass ich euch mit den ganzen Fragen nicht allzu sehr abschrecke und bedanke mich schonmal jetzt, für eure Zeit 😉

Lg Nils

joensd
Ist häufiger hier

#2 erstellt: 11. Nov 2020, 23:24

Hi,
ich werkel auch gerade an einem Aktivsystem und möchte die temporären Class-D-Verstärker austauschen.
(chipamps und Baby Aksa sind noch im Aufbau).

Erstmal allgemein als Rückfrage:
Was ist das für ein Verstärker?
Das Design würde ich erstmal so übernehmen, falls Du kein Neudesign anstrebst.

Zu den technischen Fragen würde ich mal bei google nach "bob cordell amplifier book" suchen.
Da gibts ein pdf.

Bei den Spannungen, die Du anstrebst, würden es auch 2SC5200/2SA1943 tun, aber falls Du beim Woofer evtl. die Spannung aufdrehen willst, nimm lieber andere mit höherer SOA.

Ich würde ja persönlich bei Hoch- und Mitteltöner die Spannungen deutlich anpassen. Mehr als 20W würde ich da garnicht einplanen, aber da ist jeder anders...(ich plane mit 50W gesamt pro Seite)
Hätte auch den Vorteil, dass man im vielleicht empfindlicheren Hoch-Mitteltonbereich den Ruhestrom ggfs. etwas aufdrehen kann, ohne dass man gleich das Zimmer beheizt.

zu 7. ich habe mich für eine Halbleiterrelais-Schaltung entschieden. Mit Optokoppler und FETs.
Platine ist vor ein paar Tagen eingetrudelt. Kann berichten, wenn ich getestet habe, aber das Design ist von einem recht angesehen Verstärkerbauer. (diyaudio.com, Diskussion zu "output relays", post 288)
Ich hab die 4N32 von Reichelt bestellt, Mosfets sind IRF2805.

Gruss
Jens

[Beitrag von joensd am 11. Nov 2020, 23:26 bearbeitet]

Keksstein
Inventar

#3 erstellt: 13. Nov 2020, 00:54

Ich kann Dir nicht bei allen Punkten helfen, trotzdem ein paar Gedanken:

1. Ganz grob, größerer Strom weniger Spannungsrauschen, kleinere Strom weniger Stromrauschen. Ist der Strom zu hoch werden die Transistoren thermisch überlastet. Du überschreitest die SOA der BCs im Diff sowieso, Uce sind maximal 45V. BC550/560 sind rauschärmer. Simuliere es am besten in Spice.

2. Das hängt ganz von deinem Sziklai-Paar in der Endstufe ab. Der Strom an dem Punkt darf bei keiner Aussteuerung 0 betragen, entsprechend hoch und mit Reserve muss es sein. Es gibt Konzepte die an der Stelle Kaskoden verwenden, Vorteil ist das nur 1 Transistor hohe Verlustleistungen vertragen muss und die Verstärkung so einer Stufe hoch ist, unter Umständen macht das den Verstärker Breitbändiger und hilft gegen TIM.

3. Um so höher um so später verlässt die Endstufe den verzerrungsarmen A-Betrieb. Wenn das passiert werden Verzerrungen im B-Betrieb durch die Gegenkopplung ausgeglichen, vorausgesetzt es gibt genug Reserven.

6. Das hängt vom Rest der Schaltung ab, würde ich simulieren. Ich würde Statt dem Sziklai-Paar einen normalen Darlington mal simulieren, die Endtransistoren mit jeweils eigenem Emitterwiderstand aufdoppeln. Nachteil ist das man Aussteuerungsreserve verliert.

7. Das sieht meistens so aus, am Emitterwiderstand abgegriffen:

http://bilder.hifi-forum.de/max/287794/endstufe_186976.jpg

Über R5 gehört ein kleiner Kondensator, irgendwas zwischen 22-100pF. Der soll die Streukapaziät am Knoten Q2+R5+R4 ausgleichen, sonst schwingt der Verstärker vermutlich. Ich würde am Ausgang eine RL Kombination in Reihe zum Lautsprecher vorsehen, die entkoppelt kapazitive Lasten zu hohen Frequenzen von der Schaltung. Simuliere mal mit der Spice AC-Analyse die Schaltung, dazu R4 gegen Masse mit 1000F Brücken. Man kann dann sehen wie breitbändig der Verstärker ist und ob er bei der gewählten Verstärkung stabil sein kann. (oder ob er überhaupt stabil ist) Dazu die AC Quelle direkt an Q1 ohne Tiefpass oder Vorwiderstand, vorerst R15 ausbauen.

Die Frage kannst Du auch im Mikrocontroller.net Analog Forum stellen, dort sind einige Experten für NF Technik unterwegs. (mal nach Bode Diagramm dort suchen)

Die Schaltung ist ein Teil, mindestens so wichtig ist das Layout der Platine.

Einen guten Audio Verstärker zu entwickeln ist sehr schwer, ich würde mich an bestehenden Schaltungen orientieren. z.B.

http://www.hifi-foru...um_id=103&thread=103

Nils_H.
Neuling

#4 erstellt: 13. Nov 2020, 18:44

Ja das sind doch schonmal 2 Antworten die mir weiterhelfen. Vielen Dank für den Anfang.

@Jens

Das Empfohlene Buch habe ich mir besorgt und somit werde ich ich die nächsten Wochen wohl genug Abendlektüre haben. Die ersten Einblicke waren jedenfalls schon sehr vielversprechend.

Es handelt sich um eine Class AB Verstärkerschaltung mit Compound Endstufe (Sziklai Pair). Im Vergleich zur klassischen Schaltung mit Darlington Stufe sollen weniger harmonische Verzerrungen auftreten. Des Weiteren ist der Temperaturgang deutlich einfacher in den griff zu bekommen. Vorlage war eine Schaltung von Rod Elliott (Projekt3a).

Bei den Spannungen bin ich auch noch am überlegen. Bei ersten Messungen habe ich allerdings bei 5000Hz auch gute 30Vp am Amp um meine Hochtöner so richtig in Wallung zu bringen. Möchte die Tage noch die Spannung direkt am Treiber ohne Weiche ermitteln. Dank ausgelagerter Weiche geht das ja zum Glück recht einfach von der Hand.

Dein Schutz-Schaltungsvorschlag sieht interessant aus. Auf deine Ergebnisse wäre ich wirklich gespannt.

@Keksstein
1.Ist also wie so oft auch ein wenig eine Glaubensfrage. Simuliert habe ich die ganze Schaltung schon. Kann ich denn das Rauschverhalten mit Simulieren?

2.Also simuliere ich die Vollaussteuerung an der Stromgrenze und ermittele die Basisströme der Treiber. Der Spitzenwert + Puffer wäre dann mein Startpunkt fürs erste? Eine Kaskode kannte ich bisher auch noch nicht (Asche auf mein Haupt). Lese ich micht die Tage mal ein.

6. Wieso verliere ich denn Aussteuerungsreserven? Ich dachte ich würde welche gewinnen wenn ich die Last aufteile =)

Die AC-Analyse werde ich dann Morgen mal versuchen umzusetzen.

Nochmal Danke für den Input. Werde ich die nächsten Tage wieder was zu tun haben. =)

DB
Inventar

#5 erstellt: 13. Nov 2020, 19:50

Nils_H. (Beitrag #4) schrieb:

6. Wieso verliere ich denn Aussteuerungsreserven?

Weil sich ein Darlingtontransistor nur auf ein Ucesat von minimal etwa 0,8V durchsteuern läßt.
Ich würde aber dennoch ein Darlingtonpaar nehmen (sowas wie TIP142/147).

Wieso aber einen AB-Verstärker? Probiere es doch mal mit einem B-Verstärker und OPV davor. Das läßt sich auch ohne Übernahmeverzerrungen hinbekommen.

MfG
DB

ESELman
Stammgast

#6 erstellt: 14. Nov 2020, 12:19

Hi,

wenn Du magst kannst Du ja mal

hier auf meiner Websch schauen, was ich da zu einem Sziklai AB-Verstärker schreib (LJM 12-2).
Ist ein gutes, bewährtes Design, flexibel, sehr stabil und klingt sehr gut.

zu 3) Siklai Paare können auf sehr geringem Ruhestrom laufen ... um die 20mA reichen für geringen Klirr bereits aus .... mehr lässt sich aber problemlos einstellen, falls man etwas höheren class-A Bereich haben möchte.

zu 4) Alternativen gibt es u.A. bei Sanken. Deren LAPT oder Ringemitter zählen immer noch zu den schnellsten. Die Endtöpfe sollten geringe Kapazitäten aufweisen, da der Emitterwiderstand der Treiber mit den Eingangskapazitäten einen Bandbreite begrenzenden Tiefpass bildet. Das spricht für die LAPTs.
Die Sanken 2SA1186/2SC2837 oder ihre berühmten größeren Brüder 2SA1195/ 2SC21922 wären geeignet. Von letzteren gibt es hervorragende und günstige gleichnamige Ersatztypen von ISC (z.B. bei Reichelt). Die MT100 und MT200 Gehäuse lassen sich auch leicht an Kühlkörpern befestigen.

zu 5) BC327/337 wären rauschärmer. Daneben gibt es viele amerikanische und japanische Vergleichstypen mit besseren Werten.

zu 6) Sziklai ist etwas anfälliger gegen Oszillation ... parallel schalten mehrerer Endtöpfe an einem Treiber verstärkt die Tendenz, aber machbar ist es zweifelslos, zumindest mit einem Paar.
Hast Du auch mal über eine Brückenschaltung nachgedacht? Ist der Verstärker kräftig genug bezgl. Stromlieferfähigkeit und Thermik (der LJM12-2 z.B. nutzt dazu 4 Endtöpfe), dann erlaubt die Brückenschaltung ~3-fache Leistung bei gleichen Versorgunsgsspannungen.
Das wiederum erlaubt es den Bass- und die Mittel-Hochton-Sektionen aus einem gemeinsamen Netzteil zu versorgen trotz unterschiedlicher Leistungen.

DerESELman

ps. falls Dir als Bastelei reicht die Peripherie und die Aktivweiche zu bauen (bei letzterer wir der gute Klang erzielt .. oder meist auch eher versaut), dann gäb es die LJMs als fertige Module zu einem Preis, der Selbstbau noch unterbietet.

[Beitrag von ESELman am 14. Nov 2020, 12:51 bearbeitet]

joensd
Ist häufiger hier

#7 erstellt: 24. Nov 2020, 18:41

nochmals zu 7:
die Schaltung habe ich jetzt aufgebaut und funktioniert soweit.
Ab etwa 1.6V machen die Mosfets zu.
Habe 4N32 als Optokoppler und IRF2805 als Schalt-Mosfets eingebaut.
R4 habe ich mit 47k bestückt. Das war lt. Simulation etwas besser.

Ich hab das jetzt separat aufgebaut, aber man kann so eine Schaltung natürlich auch schön auf der Verstärkerplatine unterbringen. s. bspw. TGM8-Verstärker

joensd
Ist häufiger hier

#8 erstellt: 24. Nov 2020, 18:47

Aktivweiche zu bauen (bei letzterer wir der gute Klang erzielt .. oder meist auch eher versaut)

Hast Du selbst schon ne Aktivweiche gebaut und irgendwelche Empfehlungen diesbezüglich?

Will langfristig mein mini-DSP austauschen und eine mind. 2-Wege-Aktivweiche planen.
Ein- & Ausgangsbuffer, Notch-Filter, Shelving LP/HP, Allpass und 24dB-LR-Filter, um etwas Flexibilität zu haben und dann halt mit Opamps LM4562/NE5532/OPA1654 o.ä.

Nils_H.
Neuling

#9 erstellt: 25. Nov 2020, 20:56

Soo habe die letzten Tage erstmal daran gearbeitet meine simulations Fähigkeiten auszuweiten. Ich würde meine Ergebnisse hier gerne kurz mit euch teilen, um herauszufinden ob die Ergebnisse halbwegs der Realität entsprechen können oder ob ich mich irgendwo verrannt habe.

- Open loop Gain : 87dB
- Crossover Frequenz : 800kHz
- Closed loop Gain : 26,8dB
- Frequenzgang -3bB : 2,5Hz - 220kHz
- Slewrate : 5,88V/us
- THD-1 : 0,0016% (1W)
0,03% (100W)
-THD-20 : 0,013% (1W)
0,18% (100W)
SNR ungewichtet bei 1W : 106,45dB
Dämpfungsfaktor : >2000 bis 20kHz
>72000 bis 50Hz

Keksstein: Ganz grob, größerer Strom weniger Spannungsrauschen, kleinere Strom weniger Stromrauschen. Ist der Strom zu hoch werden die Transistoren thermisch überlastet. Du überschreitest die SOA der BCs im Diff sowieso, Uce sind maximal 45V. BC550/560 sind rauschärmer. Simuliere es am besten in Spice.

Habe die BCs gegen die 550 getauscht. Uce liegt im Diff bei maximal 36,4V.

Keksstein: Der Strom an dem Punkt darf bei keiner Aussteuerung 0 betragen, entsprechend hoch und mit Reserve muss es sein

Liege im Worstcase bei 20kHz laut Simulation bei einem Peakstrom von 6mA. Wenn ich 12mA einstelle sollte also eigentlich genug Spielraum sein.

Keksstein: Über R5 gehört ein kleiner Kondensator, irgendwas zwischen 22-100pF

Habe ich erledigt. Allerdings schwingt sich der Verstärker in der Simulation so deutlich schneller auf =)
Sind das nur Simulationsprobleme oder Habe ich dann noch einen größeren Bock?

Keksstein: Simuliere mal mit der Spice AC-Analyse die Schaltung, dazu R4 gegen Masse mit 1000F Brücken. Man kann dann sehen wie breitbändig der Verstärker ist und ob er bei der gewählten Verstärkung stabil sein kann. (oder ob er überhaupt stabil ist) Dazu die AC Quelle direkt an Q1 ohne Tiefpass oder Vorwiderstand, vorerst R15 ausbauen.

-->

Joensd: die Schaltung habe ich jetzt aufgebaut und funktioniert soweit.
Ab etwa 1.6V machen die Mosfets zu.
Habe 4N32 als Optokoppler und IRF2805 als Schalt-Mosfets eingebaut.
R4 habe ich mit 47k bestückt. Das war lt. Simulation etwas besser.

Das freut mich zu hören. Wenn ich irgendwann soweit bin werde ich mir Schaltung dann nochmal genauer vornehmen. Könntest du mir die Simulation einmal zukommen lassen?

DB: Wieso aber einen AB-Verstärker? Probiere es doch mal mit einem B-Verstärker und OPV davor. Das läßt sich auch ohne Übernahmeverzerrungen hinbekommen.

Eigentlich primär weil sich das in meinem Kopf falsch anhört sämtliche Verzerrungen nur durch eine Rückkopplung auszubügeln. Aber ich gebe der Idee Raum zum wirken. Wird die Tage mal durchsimuliert.

ESELman: Hast Du auch mal über eine Brückenschaltung nachgedacht? Ist der Verstärker kräftig genug bezgl. Stromlieferfähigkeit und Thermik (der LJM12-2 z.B. nutzt dazu 4 Endtöpfe), dann erlaubt die Brückenschaltung ~3-fache Leistung bei gleichen Versorgunsgsspannungen.

Ist eine sehr gute Idee, die ich auch nicht mehr aus meinem Kopf rausbekomme. Aktuelle Gesamtplanung bedient sich einer Brücke für den Bass, einen einzelnen Class AB für den Mittelton und einer kleinen Class A für den Hochton. Der LJM12-2 sieht wirklich gut aus und baut ja auch auf dem selben Schaltungskonzept auf wie mein bisheriger Entwurf. Er ist in jedem Fall im Hinterkopf und dient als plan B falls meine Bemühungen nicht das gewünschte Ergebnis erzielen. Allerdings möchte ich vorher meinen Bastel- und Wissensdrang befriedigen und sehen was ich so auf die Beine bekomme. Deshalb werde ich die nächsten Wochen das Buch von Bob Cordell weiter durcharbeiten und versuchen das erlernte in meinem Entwurf einzubinden.

Keksstein
Inventar

#10 erstellt: 25. Nov 2020, 21:57

Sehr sehr sauber!

Simuliere mal bitte bei deutlich höheren Frequenzen, (z.B. 1-50Mhz) interessant ist der Punkt bei dem die Verstärkung 0 wird bzw. die Phase 180° erreicht. Damit kannst Du bestimmen wie stabil die Schaltung bei der angedachten Verstärkung ist. Es muss ein Kompromiss gefunden werden, zum Testen auch mal gerne im AC-Plot C4 ändern. Die THD haben bei 20kHz keine große Relevanz, erstens hören wir schlechter in den Regionen, (falls wir das überhaupt hören, ich mit meinen 30 Jahren komme gerade noch auf 16kHz) zweitens liegen die harmonischen erst recht jenseits dessen was wir wahrnehmen.
Es ist bei sehr vielen Endstufen so dass die Verzerrungen zu hohen Frequenzen steigen. Es gibt weniger Verstärkungsreserve für eine Gegenkopplung, da muss man einen Kompromiss finden.

Habe ich erledigt. Allerdings schwingt sich der Verstärker in der Simulation so deutlich schneller auf =)
Sind das nur Simulationsprobleme oder Habe ich dann noch einen größeren Bock?

Es gibt Endstufen die ohne auskommen, das hängt unter anderem davon ab wie viel Phasenreserve die Endstufe besitzt, wie schnell sie ist und wie niederohmig das Netzwerk der Gegenkopplung ist. Überbrücke mal R4 mit einigen pF, Du wirst sehen das der Verstärker irgendwann anfängt zu schwingen. Mit R5 entsteht ein Tiefpass der Dir die Phasenreserve zu hohen Frequenzen frisst.

In der Transienten Analyse kann man auch solche Fehler finden, die Spannungsquelle wird auf ein Rechteck eingestellt mit z.B. 1ns Anstiegs und Abfallzeit. Du wirst vermutlich sehen dass der Kondensator über R5 einen Einfluss darauf hat wie das Rechteck am Ausgang ankommt, heftige Überschwinger an den Flanken heißen wenig Phasenreserve.

joensd
Ist häufiger hier

#11 erstellt: 25. Nov 2020, 23:01

Könntest du mir die Simulation einmal zukommen lassen?

ich glaube hier kann man keine Dateien anhängen.
Soll ichs Dir schicken?

Keksstein, was ist der Trick mit dem dicken C (1000F) über dem Lastwiderstand?
Was erwarte ich für eine Kurve, bzw. wie soll diese nicht aussehen?

Keksstein
Inventar

#12 erstellt: 25. Nov 2020, 23:14

Nicht Lastwiderstand, der Widerstand in der GK der gegen Masse geht. Der andere wird benötigt.
Dadurch wirkt die GK nur noch für Gleichspannung, für AC ist es so als wäre sie nicht da. Man kann den open Loop Gain damit sehen und Aussagen bezüglich Stabilität machen. (Bode-Diagramm)

Keksstein
Inventar

#13 erstellt: 25. Nov 2020, 23:21

So sieht z.B. mein Diskreter Kopfhörerverstärker simuliert aus den ich vielleicht irgendwann mal baue:

Man sieht das:

- Der Verstärker bei 20kHz noch eine Verstärkung von ~64dB hat
- Man bei Verstärkung 1 noch über 40° Phasenreserve hat (Differenz zu 180°)
- Die Verstärkung erst bei über 20MHz auf unter 1 abfällt.

joensd
Ist häufiger hier

#14 erstellt: 25. Nov 2020, 23:35

Ach, ich hab den R4 auf den Schaltplan von Nils bezogen...
Jetzt machts Sinn!
Vielen Dank für die Ausführungen Keksstein!

Nils_H.
Neuling

#15 erstellt: 26. Nov 2020, 22:36

Keksstein (Beitrag #10) schrieb:

Simuliere mal bitte bei deutlich höheren Frequenzen, (z.B. 1-50Mhz) interessant ist der Punkt bei dem die Verstärkung 0 wird bzw. die Phase 180° erreicht.

Bis 50MHz muss ich garnicht

Ich habe hier die Millerkapazität von 0 bis 1000p gesteppt. Mit größerer Kapazität geht der Verstärkungsfaktor also in den Keller. Allerdings hält sich die Phasenlage länger. Wie genau kann ich denn aus diesen Daten bestimmen ob der Verstärker stabil arbeiten kann? Gibts da eine Formel oder Faustregel?

@joensd: Wollte dir eigentlich ne PM wegen einer Mailadresse schicken. Allerdings habe ich da scheinbar keine Berechtigung für...

[Beitrag von Nils_H. am 26. Nov 2020, 22:40 bearbeitet]

joensd
Ist häufiger hier

#16 erstellt: 27. Nov 2020, 12:04

Wollte dir eigentlich ne PM wegen einer Mailadresse schicken. Allerdings habe ich da scheinbar keine Berechtigung für...

Ich scheinbar auch nicht. Seltsam! Was ein bräsiges Forum!

ESELman
Stammgast

#17 erstellt: 28. Nov 2020, 18:59

Hi,

@ #8, joensd
"Hast Du selbst schon ne Aktivweiche gebaut und irgendwelche Empfehlungen diesbezüglich?"
Latürnich

"Ein- & Ausgangsbuffer, Notch-Filter, Shelving LP/HP, Allpass und 24dB-LR-Filter, um etwas Flexibilität zu haben und dann halt mit Opamps LM4562/NE5532/OPA1654 o.ä."
Das ist m.b.M.n genau der richtige Weg um eine Weiche zu bauen, die nach HiFi und Technik klingt, aber nicht nach Musik.
Da Du eine DSP-Weiche hast, bietet sich folgende Vorgehensweise an:
- Filterkurven mittels DSP ermitteln
- Den ganzen Schmonzes über aktive Filter zunächst mal ´vergessen´ und anschauen wie passive Weichen gebaut werden und sich fragen warum die vergleichsweise so wenige Bauteile brauchen.
- mehrere Filterfunktionen zusammen fassen (z.B. HP, Notch und Shelve) ... LTSpice ist dabei eine starkes Werkzeug.
- Unity Gain Sallen-Key Filterstrukturen wählen, jedoch nicht mit OPAmps, sondern diskreten Buffern .... sehr gut geignet sind JFET-Buffer (mehr dazu auf meiner Websch)
Für meine ESL-Panele braucht es z.B. einen steilen HP und zwei Notches, eines high-Q und eines low-Q.
Dazu reicht ein(!) Buffer aus, zuzüglich einem Ausgangstreiber/-Verstärker.
Synthetisiert man noch die Ls der LCR-Notches durch Gyratoren, kommen zwei Buffer hinzu.
Die Anzahl der aktiven Bauelemente im direkten Signalpfad ist jedenfalls auf das äußerste minimiert .. und das ist deutlich hörbar.

DerESELman

joensd
Ist häufiger hier

#18 erstellt: 29. Nov 2020, 11:59

Hi Calvin,
ich hatte mir eine ähnliche Antwort erhofft! Macht Sinn vom DSP nicht erst über opamps, sondern gleich auf diskret und "minimal" zu gehen.
Dein Pamphlet über diskrete Buffer, bzw. die lange Diskussion auf diyaudio steht schon ne Weile auf meiner "to-read-Liste".
Und Filterstrukturen zusammenfassen ist ein guter Hinweis; damit werde ich mich mal näher beschäftigen.

In diesem Sinne Danke für den Arschtritt und entschuldige Nils für den kleinen Exkurs.

Gruss & schönen 1.Advent allerseits
Jens

Nils_H.
Neuling

#19 erstellt: 04. Dez 2020, 17:07

@josend: Kein ding. Sind ja durchaus Themen die auf mich auch noch zukommen. Von daher bin ich um alle Denkstöße dankbar.

Ansonsten habe ich in den letzten Tagen einige Optimierungen auf Grundlage eurer Empfehlungen vorgenommen die ich euch gerne kurz präsentieren würde. Gerade das stabilitäts Thema hat mir keine Ruhe gelassen. Also speziell dazu bitte um Feedback ob das nachher auch in der harten Realität klappen kann.

Folgende Änderungen habe ich vorgenommen:
1. Schalttransistoren durch welche mit höherer Uce ersetzt.
2. Den VAS mit einer "Darlington Schaltung" versehen
3. Die Endstufe auch durch eine Darlington mit 3 Stufen ersetzt. Die Driver und Predriver arbeiten in Class A
4. Den Transistoren im Diff eine Emitter Degeneration gegönnt.
5. Ordentliche Stromspiegel für Diff und VAS
6. Den Diff mit einem Stromspiegel belastet.
7. Die Endtreiber auf gedoppelt
8. Einen DC-Servo statt AC-Koppelkondis.

Folgende Messergebnisse habe ich nun zu bieten:
Slewrate: 70V/us
SNR : 101dB ungewichtet bei 2,83V
THD-1 bei 120W : 0,000343%
THD-20 bei 120W:0,00713%
Frequenzgang -3dB: 0-950kHz
0db Grenze: 13,4MHz

Laut meiner Interpretation des Frequenzgangs habe ich noch 60 Grad Phasenreserve gemessen zwischen den beiden Eingängen des Diff im 0dB durchgang des Ausgangs.

Keksstein
Inventar

#20 erstellt: 04. Dez 2020, 20:24

Du solltest in der AC Analyse den R25 mal brücken und schauen was passiert. Das gibt einen Tiefpass mit der Millerkapazität von Q8 und der verfälscht das Ergebnis. Um zu bewerten ob so eine Schaltung stabil ist prüfe ich gegen indem ich die Rechteckantwort anschaue.

Noch ein Paar Ideen:

1. SNR lässt sich vielleicht erhöhen indem man R25 niederohmiger macht. Im fertigen Konzept würde ich aber wieder einen Tiefpass an den Eingang setzen zwecks EMV Schutz.
2. Ich fand Deine erste Variante mit den Dioden in der Spannungsversorgung eine gute Idee, die würde ich wieder einbauen. 1N400x oder sowas reicht ja.
3. Es sollte sich ziemlich leicht ein Kurzschlussschutz ergänzen lassen, würde ich auf jeden Fall machen.
4. Bin ich mir nicht sicher wie es mit der Thermischen Stabilität aussieht, könnte mir vorstellen das es nicht gut ist 3 (6) BE Stecken in Serie zu haben. Eventuell kann jemand mit mehr Erfahrung etwas dazu schreiben. Auf jeden Fall alle Transistoren in dem Bereich auf einen gemeinsamen Kühlkörper setzen.

[Beitrag von Keksstein am 04. Dez 2020, 20:25 bearbeitet]

Nils_H.
Neuling

#21 erstellt: 05. Dez 2020, 17:34

Keksstein (Beitrag #20) schrieb:

Du solltest in der AC Analyse den R25 mal brücken und schauen was passiert. Das gibt einen Tiefpass mit der Millerkapazität von Q8 und der verfälscht das Ergebnis.

Hab ich mal gemacht. Das Ergebnis sieht von der Phasenlage her eigentlich besser aus als vorher.

Keksstein (Beitrag #20) schrieb:

Um zu bewerten ob so eine Schaltung stabil ist prüfe ich gegen indem ich die Rechteckantwort anschaue.

Das glaube ich dir gerne. Mir treibt das nämlich gerade Tränen in die Augen =) Bei 1Khz 20Vpp im Ausgagssignal habe ich einen 2Vpp ripple mit 9Mhz drauf. Hättest du eine Idee zum abschaffen? Habe schon mit sämptlichen Kapazitäten gespielt aber konnte nicht wirklich eine Lösung finden.

joensd
Ist häufiger hier

#22 erstellt: 28. Feb 2021, 19:48

Falls das relevant sein könnte für die Frequenzweiche,
ich hab hier mal einen Entwurf für eine diskrete 2-Wege-Frequenzweiche eingestellt:

Diskrete 2-Wege-Frequenzweiche

Ich bin mir sicher, dass Calvin sagt, dass das immer noch viel zuviele Buffer sind

jörg-525-touring
Stammgast

#23 erstellt: 16. Mai 2021, 21:56

Hallo Nils,
ich hab gerade Deinen Thread gefunden. Ich möchte mir auch einen Class AB-Verstärker bauen, hab aber davon weniger Ahnung als Du. LTspice hab ich gerade erst installiert und noch nicht viel damit gemacht.
Wie ist es Dir mit dem Verstärkerbau ergangen? Welche Literatur hat Dir am meisten geholfen?
Gruß,
Jörg

ESELman
Stammgast

#24 erstellt: 22. Mai 2021, 08:26

Hi,

Calvin sagt: "Zu viele Buffer!"

ESELman sagt: "Da fehlen noch zwei Catcher-Dioden vom Ausgang zu den Betriebsspannungen ... 1N 400x wären ok."
und
"Die Stromquellen Q2-Q5 sind nicht sonderlich temperaturstabil."
Quellen aus LED und Transistor sind diesbezüglich besser, insbesondere wenn LED und Transistor thermisch gekoppelt werden.
Als Sparversion könnte eine LED zusammen mit Q2 und Q4 für beide Stromquellen dienen.

DerESELman

[Beitrag von ESELman am 22. Mai 2021, 08:39 bearbeitet]

joensd
Ist häufiger hier

#25 erstellt: 22. Mai 2021, 19:57

jörg-525-touring (Beitrag #23) schrieb:

Hallo Jörg,
in Post #2 hab ich über ein Buch berichtet, dass ein grosses Kapitel über Spice-Simulation hat.
Die Spice Modelle gibt es zum Teil auf der Webseite des Autors.

Calvin sagt: "Zu viele Buffer!"

Ja ja, ich hab mir das schon gedacht.
Wollte flexibel bleiben. Als Kopfhörerbuffer taugt die Schaltung schonmal nicht; keine Ahnung was ich da simuliert habe, aber die Verzerrungen sind ohne Modifikationen der Platine zu hoch. (war auch nur ein Extra-Gimmick, das ich eigentlich nicht brauche). Schaltung ist soweit bestückt und wartet auf Test.

Hab parallel noch was Ähnliches mit einfachen FET-Buffern (2SK117GR) gemacht, wo ich noch auf die Platine(n) warte.
Werde dann beide mal gegeneinander hören und berichten.
Da Dir das zu viele Stufen sind (die man aber brücken kann) und Du ja eh schon wesentlich ausgeklügeltere Buffer gebaut hast, frag ich erst garnicht: Hab dann nämlich von beiden Frequenzweichen jeweils mind. 3St. über.

Danke für den Tip mit den Stromquellen. Ja, der Buffer ist wohl das einfachste, was man aus der Diamant-Schaltung machen kann. Hatte es mal bei Head-fi.org gesehen als Ersatz für nen BUF634.
Und auch wenn es dafür nicht wirklich taugt, sind die (simulierten) THD-Werte bei Lasten >500Ohm wahnsinnig gut.

Gruss&schöne Pfingsten
Jens