Audiophiler Class-D Verstärker

Während Beobachter Chipgräber in Serie konstruiert, Till seine Impedanzunabhängigkeit wieder vergessen hat und Ampericher wieder seine Sprüche macht, hab ich mal richtig gearbeitet und hab mir mal den geschalteten Widerstand vs. der oszillierenden Halbrücke angesehen...

http://www.die-webto...d69fa03841295b78.jpg

Die aufwändige V2/V3/D1-4 Einrichtung dient nur dem Zweck, die Kondensatoren aufzuladen. Dummerweise beherrscht das LTSPice nicht mehr die "ic-Anweisung" bei Kondensatoren. Ein hammerharter Bug, weil manche Schaltungen stabilisieren sich erst nach einigen Sekunden, arbeiten dann aber im Mikrosekundenbereich. LT zwingt einen, alles von vorne bis hinten durchzusimulieren.

Zuerst hab ich die beiden Ströme R1 und R2 gleich eingestellt. Das Tastverhältnis beträgt 3+1. Empirisch kam ich auf ähnliche Entladeströme, wenn der "analoge" R1=10R und der geschaltete R2=4R beträgt.

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Im zweiten Bild sehen wir die Spannungen an C1 und C2. R1 entlädt nur C1, weswegen wir dort die typische Entladefunktion sehen. C2 entlädt sich jedoch nicht. Die Gesamtspannung sinkt auf zum Schluß 60V.

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Im dritten Bild sehen wir die Spannungen an C3 und C4. Tatsächlich gibt es einen Unterschied. Wie Tillg schon vorausgesagt hatte, erhöht sich die Spannung am unteren Kondensator. Insofern verbleibt nur der obere Kondensator zur Energielieferung, weswegen sich dieser entlädt. Und zwar in ähnlicher Weise wie bei der analogen Entladung im mittleren Bild. ABER: der C3 entlädt sich nicht vollständig. Diese Restladung und die leichte Spannungserhöhung am C4 scheint die Folge der "Wirkungsgradverbesserung" zu sein. Die Gesamtspannung beträgt 95V.


Diese Wirkungsgradverbesserung tritt nur zwischen den Schaltverhältnissen 2+2 und 4+0 auf (im Beispiel 3+1). Bei 2+2 fließt kein Strom durch den Lastwiderstand. Weder die "analogen" noch der geschalteten Kondensatoren werden wesentlich entladen. Bei Tastverhältnis 4+0 (Vollaussteuerung) fließt in beiden Modellen der volle Strom gleichermaßen.

SODFA-Problem!

Wir wissen ja, daß der SODFA nicht weit ausgesteuert werden darf. on=75% und off=25% wäre das höchste der Gefühle. Im vorigen Beitrag konnte ich zeigen, daß dabei nur 6A von 15 möglichen Ampere fließen können. Ein Schaltverstärker, der bis nahe auf 100% aussteuerbar ist, kann eine achtfach höhere Leistung erbringen!

Putzeys hat das bedacht......

...übrigens: wenn ich Putzeys Schaltbilder und Beobachters Poster vergleiche, liegen dazwischen Welten .

Beobachter,
du schreibst, dass du kein geeignetes Oszilloskop besitzt...

Ich frage mich jedoch schon die ganze Zeit, wie man unter diesen Umständen überhaupt eine dermaßen HF-kritische Schaltung entwickeln kann.
Wenn ich dich mal fragen darf: wie setzt du einen Schaltplan in die Praxis um? Baust du Labormuster auf Platinen, die dem Plan bereits 1:1 entsprechen und passt dann lediglich Bauelementewerte an? Und wenn kein geeignetes Oszi bzw. anderes, normalerweise unentbehrliches Equipment vorhanden ist, wie kontrollierst du den Erfolg/das Ergebnis deiner Maßnahmen?

Weitere Fragen: Wie ist das so ... Wieso muss jemand wie du seine Existenz verschleiern, der angeblich eine bekannte Branchengrösse ist - Leute wie B. Putzeys haben doch auch das Selbstvertrauen und die Charakterstärke, sich nicht hinter einer Maske verstecken zu müssen?
Und erstellst du eigentlich keine Dokumentationsunterlagen, in denen die Entwicklung (auch) in Bildern festgehalten wird? So viel ich weiss, ist das selbstverständlicher Usus, aber du hast ja nicht mal eine Kamera ... (sowas gibt es bei ebay übrigens mittlerweile fast geschenkt - sollen wir für dich sammeln gehen?)

Oszidiagramme und ein schlichtes Bild (oder sogar eine kleine Bildserie) der Aufbaumuster der gesamten Anordnung (einschl. Netzteil) wäre das Mindeste, was du nach über einem halben Jahr Entwicklungszeit für die Do-It-Your-Self-Interessierten einmal präsentieren könntest. Jeder andere hätte das hier bereits von sich aus aus ureigenem Stoz von sich aus gemacht, nicht nur um zu zeigen, dass die Sache tatsächlich existent ist. In deinem Fall haben wir nichts dergleichen gesehen. Wir lesen nur, dass du zufrieden bist.
Ist das nicht ein bisschen arg dürftig?

Tillg schrieb:

Mir fällt eben noch ein mögliches Problem des Halbbrücken-Schaltverstärkers auf,..... Die Spannung eines der Elkos steigt, und keiner hält sie auf.

Seh ich nicht so, weil der Schwingverstärker ja den Offset nullen sollte.

Zu meiner größten Schande muß ich aber jetzt mal Beobachter in Schutz nehmen, Spotnick!

Ich hab auch eine megaschlechte Ausstattung. Genaugenommen hab ich die gar nicht, aber ich bin einfach zu faul, meinen fetten Hintern nach drüben zu bewegen und einen Kollegen zu vertreiben. Dann hat der gleich ne Begründung, daß irgendein Projekt nicht fertig wird. Und abends fühl ich mich hier im kuscheligen Büro sowieso am wohlsten. Ich hasse es, an einem fremden Arbeitsplatz zu sitzen. Sieht immer gleich nach Spionage aus.

Also muß mein kleines Textverarbeitungs-Notebook herhalten, mein kleiner Lieblingsoszi (für die anderen braucht man ja nen Führerschein) und eine Wand Schalter und Knöpfegedöhns.

Früher hatte ich auch mal mein geliebtes Uralt-Spice mit der "ic="-Anweisung, aber von dem hat mich irgendeiner hier weggeschnackert.

Alles, was nicht mit diesen low-end-Geräten hinhaut, wäre auch nicht Gegenstand eines DIY-Forums.

...denke ich jedenfalls.


Nachtrag: ...achso. Ich verstecke mich auch hinter der Maske meines Nicks. Ich empfinde es unheimlich entspannend, weil man wirklich überhaupt nicht auf sein Image bedacht sein muß, sich entspannen kann und einfach Mensch ist....

...allerdings prahle ich auch nicht rum.

Schön, Rumgucker.

Im Umkehrschluss oder folglich wäre dann dieses ganze Projekt kein Gegenstand dieses Forums.

Maske, rumprahlen ... Stimmt, ein schönes Beispiel ist ja eben B. Putzeys, keine Spur von Geprahle in einem DIY-Forum.

Zu deiner Untersuchung: symmetrisch wäre das wohl nicht passiert, isntit?
Symmetrische Ub +/-35V: Aussteuerung bis knapp +/-30V problemlos (ohne nennesnwerten THD-Anstieg) möglich...

Spotnick schrieb:

Im Umkehrschluss wäre dann dieses ganze Projekt kein Gegenstand dieses Forums.

Derartige Chip-Grab-Poster, wie sie das Triumvirat in einer Tour entwirft, sind tatsächlich kein Vergleich zur Leichtigkeit und Harmonie der Putzey-Schaltung. DIY hat viel mit EInfachheit zu tun.

Maske, rumprahlen ... Stimmt, ein schönes Beispiel ist ja eben B. Putzeys, keine Spur von Geprahle in einem DIY-Forum.

Im Forum hab ich ihn nur ein- zweimal gelesen. Er wird ziemlich angehimmelt. Er ist offensichtlich ein Ingenieur, der professionell denkt und arbeitet. Mehr scheint er in sich auch nicht zu sehen.

Aussteuerung bis knapp +/-30V problemlos (ohne nennesnwerten THD-Anstieg) möglich...

Das hört sich spitze an. Wann sehen wir Dein Poster?

Poster - Schaltung für Blinde, oder wie?

Wie du aber siehst, scheint man nur in Subwoofer-Dimensionen zu denken - ergo: ich bin hier im falschen Film.

@Spotnick

Was Timo mit drei freundlichen Worten und einem "Prost" ausdrückt, wird bei dir gleich ein ganzer Roman über die eigene Erwartungshaltung.

Wenn sich die Gelegenheit ergibt, werde ich schon ein paar Fotos machen.

@Ampericher

Ich will nicht behaupten, dass ich Ucd schon bis in alle Einzelheiten durchschaut habe, aber mein erster Ansatz, auf dem die Schaltung beruhte, die Du eventuell praktisch aufbauen möchtest, war von mir in die falsche Richtung gedacht. Das Ding wird zwar so funktionieren, aber mit einem zu hohen Verzerrungsniveau schon bei mittlerer Aussteuerung.

Grundsätzlich funktioniert das originale UcD nur mit einem "schlechten" Komparator und "schlechten" Treibern. Damit sich eine Schaltfrequenz einstellt, die die Schaltstufe auch verarbeiten kann, benötigt man ein delay. Angeregt durch den "inversen Hysteresewandler" der "hifiakademie" ( der sich als völliger Murks herausgestellt hat ), hatte ich vermutet, einen "schlechten" Komparator dadurch nachbilden zu können, indem ich einen schnellen Komparator ( LT1016 ) mit einer minimalen Hysterese versehe. Das funktioniert aber nur einigermaßen verzerrungsfrei bei geringer Aussteuerung. Es wird eben keine Hysterese, sondern ein delay benötigt, welches sich aus der Ansprechzeit des Komparators und der Steiggeschwindigkeit der Treiber- und Schaltstufe zusammensetzt. Für 400kHz benötigt man insgesamt etwa 200ns. Deshalb der diskrete Aufbau zumindest des kleinen UcD-Moduls. Die erreichbare Signalverarbeitungsqualität bleibt dabei entsprechend der Qualität von diskretem Komparator und ebenso langsamen diskreten Treibern "bescheiden". Es gibt nun zwei Wege, die Signalverarbeitungsqualität erheblich zu steigern:

1. Man benutzt einen schnellen Komparator und schnelle Treiber, die dem Stand der Technik entsprechen. Die Signalverarbeitungsqualität ist jetz außerordentlich gut und der Verstärker arbeitet stabil. Einziges Problem ist dann die Schaltfrequenz. Sie steigt auf ca. 1.1MHz. Legt man die Schaltsufe aber so aus, dass sie diese hohe Frequenz verlustarm verarbeiten kann ( durchaus möglich! ), hat man einen hervorragenden Verstärker.

2. Man fügt ein zusätzliches delay über einen Intgrator hinzu ( UcD 4. Ordnung ). Die Schaltfrequenz kann jetzt auf ca. 600kHz eingestellt werden und es ergeben sich die gezeigten "spectacular paper specifications". Ich kann mir aber noch nicht vorstellen, wie es gelingen kann, diese Anordnung stabil zu halten.

Auszug aus Putzeys' profile im diyAudioforum:
Total Posts:535 (1.26 posts per day)
Wer lesen kann...

Im selben Forum gibt es einen Schweizer phase_accurate, wenn ich nicht irre, der sich mit Simulation und Systemtheorie gut auskennt, sowie analogspiceman aus den USA, der das leap frog design aus der Taufe hob. Für ihn gilt dasselbe. Beide haben mit Rückführungen höherer Ordnung hantiert, die auch zumindest in der LTSpice Simulation stabil waren. Es geht also.

Übrigens könnte ich für die erste ausgelieferte UcD-Version (ich habe die Nummern 47 bis 50, glaube ich) auch ebensolche Statements, wie auf den ersten Seiten dieses threads zu lesen, abgeben. Meine Kritik dazu habe ich ja schon veröffentlicht. Sie hielt sich "klangtechnisch" sehr in Grenzen, gelinde ausgedrückt. Wenn es jetzt noch besser werden sollte, kann ich es wahrscheinlich mit meinen Löffeln nicht mehr unterscheiden...

Gruß, der Faule

Manchmal sitze ich in den letzten Tagen vor meinen alten passiven Selbstbau-3Wegern aus der Studienzeit und frage mich, wozu ich die ganze schöne Zeit und insbesondere das liebe Geld verplempere. Ich hätte dafür schon längst zwei schnucklige aktive Genelec oder K&H kaufen können und alles wär gegessen.

@ spotnick

Es geht mir nicht darum, in Subwooferdimensionen zu denken.
Mein Ziel ist es, ein weiteres Verstärkermodul, in UcD Technologie zu bauen, mit dem ich einen fairen Vergleich zu meinem bestehenden SODFA vornehmen kann.Und das über den gesamten Frequenzbereich.
Dazu gehört, daß der, eine ebenso hohe Ausgangsleistung
aufweisen kann, wie der SODFA, denn ich will schließlich
auch bei größeren Lautstärken vergleichen.
Den SODFA kann ich bis nahe an die Begrenzung aussteuern, ohne daß er instabil wird.Dabei bringt er weit über 100Watt.
In dem meisten Anwendungsfällen wird von einer Verstärkerschaltung mindestens 100Watt gefordert, um eine ausreichende Aussteuerungsreserve zu haben.
Eure Simulationen beschränken sich seit Wochen auf Mini-Leistungen.Ich weiß nicht, was damit bezweckt werden soll?
Herr Putzeys hat es inzwischen immerhin geschafft, ein UcD-Modul
zu bauen, das 700Watt bringen kann.
Und wenn er so etwas baut, wird wohl auch eine Nachfrage dafür vorhanden sein.
Bisher ist Beobachter der einzige, der hier hervorragende Power-Schaltungen vorgestellt hat.Ich glaube, das ist auch das Ziel dieses Thread.

@ Ampericher:

Die Simulationen mit den kleinen Leistungen haben Modellcharakter. Damit sollen die Eigenschaften bestimmter Schaltungsvarianten untersucht werden. Architekten bauen auch manchmal kleine Modelle, bevor ein richtiges Haus gebaut wird, um zu sehen, wie es aussieht.
Für die richtige Power mangelt es Spice an geeigneten Bauelementemodellen (wie MOS-Treiber), oder es hat sie noch keiner irgendwo gefunden. Die ermittelten Schaltungsprinzipien sollten sich dann aber auf die Realität (reale Bauelemente) übertragen lassen.

Ich war bis vor kurzem kein Freund solcher Simulationsspielzeuge. Ich habe vor 15 Jahren schon Entwickler gekannt, die damit super Schaltungen gezimmert haben, die alles konnten, und in der Praxis total versagt haben. Für Elektronik-Anfänger fand ich sie nützlich, um Funktionen zu veranschaulichen.
Inzwischen, nachdem ich mich etwas damit beschäftigt habe, finde ich Simulationen doch ganz hilfreich. Man darf sie jedoch nicht überbewerten, wie es in diesem Thread gerade zu geschehen droht. LTSpice macht offensichtlich auch Fehler, und die muss man möglichst erkennen. Deshalb finde ich es wichtig, das man zuerst die Schaltung selber begreift, und wenigstens ahnt, was mit ihr möglich ist und in ihr abläuft. Spice kann einem dabei auf die Sprünge helfen.
Mit Sicherheit bleibt immer ein Unterschied zwischen Simulation und Praxis übrig. Ich kann z.B. solche Bodediagramme von Schaltverstärkern nicht nachvollziehen, wie sie hier gezeigt wurden, bei denen der Frequenzgang über alles in glatter Linie durch die PWM-Schaltfrequenz durchmarschiert, ohne dort auch nur ein wenig zu zappeln. Es dürfte auch unwahrscheinlich sein, dass man ein reales aktives Bauelement mit wenigen Anweisungszeilen exakt genug beschreiben kann. Und vor allem: Spice kann man nicht hören.

@ alle Simulanten:

Was passiert eigentlich, wen man die Rückkopplung an einer Anzapfung der (ersten) Filterspule abgreift?
Man erhält doch damit zugleich Anteile der Schaltspannung und der NF am Ausgang der (ersten) Filterspule.
Ich habe zur Zeit überhaupt keine ebensolche für eigene Versuche, kann gerade mal noch so diesen Thread im Auge behalten, werfe euch also diesen Gedanken einfach mal so vor die Füße.

Ich habe mir den TDA8939, den Captain-Chaos hier hier ins Spiel gebracht hat, gestern Abend noch reingezogen. Der sieht gar nicht so schlecht aus. Anfangs war ich schockiert über die Schaltfrequenzangeban auf Seite 13 in Figure 8. 47,7kHz ist da zu lesen.
Sieht man sich die Dynamic characteristics an, müsste aber weit mehr drin sein.
Die Modulationsart ist nicht vorbestimmt, man kann also alles daraus machen. Und bei 60% Aussteuerung müssten 100W an 4 Ohm auch möglich sein, obwohl die Rds_on's ein bisschen hoch sind.

Jedenfalls schaltet er sich ab, wenn es ihm zu heiß wird.

@Ampericher

Du willst nen UcD bauen, um ihn mit dem SODFA zu vergleichen? Was ist denn das für eine Idee? Wir haben das UcD-Konzept gerade mal soweit verstanden, daß "180 + konst + fast 180 - Ph(lead) = 360". Das mit der Anhebung der Schleifenverstärkung per vorgeschaltetem Integrator ist noch weitgehend unverstanden. Ebenso die "Mär" von den "schlechten" Komparatoren.

Wir sind zur Zeit allesamt nicht die richtigen Entwickler für einen UcD! Sowas sollte man besser fix-fertig kaufen. Timo hat mehrmals klar gesagt, was er vom UcD-Klang hält.

Zumindest schaltungstechnisch ist der UcD genial, weil er die Not des Ausgangsfilters zur Tugend macht.

Zur "Wattomanie": Spotnick und ich probieren den bipolaren Weg. Damit simulieren wir Schaltungen, die man so eigentlich auch schon vor 30 Jahren hätte bauen können! Da man das aber damals nicht konnte werden wir das vermutlich auch heute nicht problemlos hinbekommen und irgendwann vielleicht den Umstieg auf MOS-Transistoren vornehmen. Für alle Bauteile dieser Welt (also auch Power-MOS) scheint es Spice-Bibliotheken zu geben!

Wenn Du es eilig mit irgendwas hast, dann laß Dich doch nicht bremsen...... nur treib uns Hinterher-Trotter bitte auch nicht an. Im Gegensatz zu Dir bin ich kein geistiger Abheber und brauch wesentlich länger, bis ich (dank Tillgs/Beobachters/Spotnicks unermüdlicher Mithilfe) die einzelnen Details nach und nach und manchmal erst im vierten Anlauf begreife.

Und solange ich etwas nicht begreife, kann ichs ja wohl schlecht dimensionieren, oder?

Falls Du lange Weile hast: kauf Dir nen UcD... und erzähl uns, was Du da gehört hast. Ich hab den strengen Verdacht, daß der UcD genauso gut ist, wie Timo sagt.

Tillg schrieb:

@ alle Simulanten: Was passiert eigentlich, wen man die Rückkopplung an einer Anzapfung der (ersten) Filterspule abgreift?

Genau das hatte Spotnick uns doch gezeigt mit dem Ergebnis, daß er lastunabhängig wird und geringere Verzerrungen zeigt.

Hab ich da was übersehen?

Ich meine nicht ein (Teil-)Filterende, sondern eine Anzapfung, an der kein C liegt.

Dadurch kann man vielleicht einen "Rückweg" sparen, und in der Vollbrücke damit einen Differenzverstärker.

Du hast nichts übersehen. Exakt diese Anzapfungsart hat Spotnick noch nicht simuliert. Da er sich verständlicherweise weitgehend zurückgezogen hat, wird da wohl auch nichts mehr kommen.

Tillg,

I've used the TDA8939 before it is meant for logic interfacing hence the comparator inputs are very noisy if you want to feed them with an analog signal. The TDA8938, that came before it, unfortunately never made it to production but does feature low-noise analog comparator inputs, Van Medevoort a Dutch hifi equipment manufacturer has however been using them in their designs, I gather they bought the first trail run of chips from the factory.

I have designed a bridged amp with the TDA8939 using the UcD topology before. All you really need to do is put a good low noise comparator with logic outputs on the inputs so you keep the noise floor low, a LT1016 would work fine here, I used a LM311. Bridged output power is about 150-watts in 8-ohm, you're limited by the maximum output current though, that's limited to 7.5-A.

Van Medervoort class-D, TDA8939
http://www.hifi.nl/recensies.php?id=2167

Best regards,

Sander Sassen
Hardware Analysis

@ Sander:

Ich hätte auch nicht die Absicht, die Eingänge als Analog-Komparatoren zu benutzen, schon weil es 2 völlig unabhängige sind, die man dann für die Brücke nicht gleichzeitig geschaltet bekommt. Der SODFA-Komparator muss davor, wie du schon sagst.
Der Vorteil der Komparator-Eingänge ist, dass man die Betriebsspannung für die Ansteuerung legen kann, wohin man will (fast).

Ich kann z.B. solche Bodediagramme von Schaltverstärkern nicht nachvollziehen, wie sie hier gezeigt wurden, bei denen der Frequenzgang über alles in glatter Linie durch die PWM-Schaltfrequenz durchmarschiert, ohne dort auch nur ein wenig zu zappeln.

Tillg: Was sollte da zappeln? Ich hoffe, du verwechselst nicht die Amplitude über der Zeit mit der Amplitude über der Frequenz?!
Amplitudenabweichungen würde es bei Letzterem nur dann geben, wenn innerhalb des Übertragungsbereichs der Tiefpasskomponenten, welche die Schwingfrequenz per Mitkopplung definieren, weitere komplex konjungierende Pole (z.B. phasendrehende Schwingkreise) vorhanden wären. Es gibt aber keine (von Parasitären abgesehen), auch kein Hochpass, nur die Summe von Tiefpässen - ergo haben wir einen in den Grenzen fu=f0 bis fo=fx (fx= f1 beim UcD, f1+f2 beim PWMA bzw. bei beiden die zusätzliche f2/f3-Komponente des C über dem R in der Rückführung) einen linearen Frequenzgang.

Rumgucker: natürlich habe ich keine Anzapfung simuliert, warum auch ... (wer sich einen unbekannten, wundersamen Effekt erhofft, kann das ja machen)

@ Spotnick:

Der "wundersame Effekt" sollte nur sein, dass sowohl die Schaltspannung als auch die tatsächlich an der ersten Filterstufe entstandene Analogspannung (NF) in bestimmten Anteilen die Regelung mit eingehen, als wenn man sie getrennt zurückführen würde, wie du es gemacht hast. Trinkst du denn auch nur Cola?

Tillg: ich trinke weder braune Drecksbrühe, noch zappel ich herum ...

Probiere es doch einfach aus, dann weisst du es. Unter Umständen reicht dann (sehr wahrscheinlich) die Phasenverschiebung am Rückkopplungsknoten ("Anzapfung") zur Schwingungserzeugung nicht mehr aus ...

PS: was für eine "Regelung" bitte?

Spotnick schrieb:

ergo haben wir einen in den Grenzen fu=f0 bis fo=fx (fx= f1 beim UcD, f1+f2 beim PWMA bzw. bei beiden die zusätzliche f2/f3-Komponente des C über dem R in der Rückführung) einen linearen Frequenzgang.

Gibt keinen Grund für mich, das anzuzweifeln.
Ich rede auch nicht vom linearen Teil des Frequenzganges, sondern von dem was danach kommt, bis 1MHz. Und mit glatter Linie meinte ich dabei linear abfallend (und bei doppelt logarithmisch ist es in echt auch linear), irgendwo zwischen -20 und -100dB, also eigentlich irrelevant (ich hab jetzt kein Beispiel da, weder Lust noch Zeit es herauszusuchen, aber du weißt, was ich meine(?)). Das sieht genau aus wie die Filterkurve des Ausgangsfilters, soweit auch OK. Aber inmitten dessen liegt die Schaltfrequenz, die das Signal ja moduliert überträgt. Und da erwarte ich eben ein Zappeln. Und wie überträgt der amp mit 300..400kHz PWM-Frequenz die 1MHz, auch wenn’s bei -100dB liegt?
Nicht dass mich dieser Frequenzbereich besonders interessiert, das ist Rumguckers Spezialität. Ich verstehe nur nicht, wie Spice das macht. Ich habe bei meinen Simulationen einen Frequenzgang über einen Schaltverstärker noch nicht hingekriegt, da verweigert sich LTSpice bei mir, was ich ihm auch nicht besonders übel nehme. Wie lange braucht er eigentlich für diese Analyse? Müsste doch Monate dauern, bis er am arbeitenden Verstärker die Frequenz durchgekurbelt hat.
Mein Verdacht ist deshalb, dass LTSpice sich nur die vermeintlich für ihn frequenzbestimmenden Bauteile anguckt, und daraus die Analyse macht.
Anders natürlich bei FFT, da hat er vorher richtig gearbeitet.

Tillg schrieb:

Ich kann z.B. solche Bodediagramme von Schaltverstärkern nicht nachvollziehen, wie sie hier gezeigt wurden, bei denen der Frequenzgang über alles in glatter Linie durch die PWM-Schaltfrequenz durchmarschiert, ohne dort auch nur ein wenig zu zappeln.

OK, was ich da geschrieben habe war natürlich missverständlich. Mit "über alles" meinte ich über den ganzen Verstärker, vom Eingang zum Ausgang, und mit "glatter Linie" den Bereich um die Schaltfrequenz, die ja da irgendwo liegen muss. Ich hoffe, ich habe mich jetzt klarer ausgedrückt.

Nee, ich habe keine Ahnung, was du meinst und im Kreis herumdrehst (ich habe auch keine Lust, darüber weiter nachzudenken)
Edit: für den obigen Satz ich hatte #1978 noch nicht gelesen

Was mir bleibt, ist ein Kommentar zu deinem Ausdruck einer angeblichen "Regelung".

Dieses Tiefpass-Integrator-Schwingsystem ist IMO dermassen einfach in der Funktion, aber es wird offensichtlich dennoch nicht verstanden. Ich hatte ein halbes Dutzend mal darauf hingewiesen, teils fett herausgehoben, dass hier doch überhaupt keine Rückkopplung in Form einer Gegenkopplung wie bei einem Analogverstärker zur Ausregelung nichtlinearer Systemparameter vorliegt, sondern das genaue Gegenteil davon, nämlich eine schwingungserzeugende (A=>>1, P=~-180°)Mitkopplung. Oder sieht jemand was anderes?
Der Zusammenhang Ua/Ue entsteht i.e.L. durch den Eingangsteiler des invertierenden Verstärkers, während die Stabilisierung gegen Last- und Betriebsspannungsschwankungen allein über das Flächenintegral des Integrierers gebildet wird, dessen Funktionseigenschaften den wesentlichsten Bestandteil
einer linearen Übertragungsfunktion ausmachen.

Wenn etwas ein Flächenintegral bildet, und daraus eine Abbruchbedingung herleitet die die Bildung dieser Fläche beendet, ist es ja wohl eine Regelung. Den Begriff Gegenkopplung habe ich nie verwendet, er trifft im weitesten Sinne aber hierauf zu. Und Rückkopplung ist etwas ganz allgemeines, etwas was zurück wirkt auf das, was die Wirkung verursacht.

Eine Fläche wird über der Zeit integriert - das ist eine mathematische Operation aber keine Regelung (um es zu wiederholen: wie bei einem Analogverstärker zur Ausregelung nichtlinearer Systemparameter)

Und: Es gibt hier einfach keine Gegenkopplung, es handelt sich um eine Mitkopplung Komma Punkt (man sollte, um Missverständnisse zu vermeiden, diese Begriffe besser klar trennen und eindeutig benennen)

Na und? Man kann auch über die Zeit etwas regeln. Bügeleisen, Kühlschrank, an.......aus......
Eine Regelung ist IMO eine mathematische Operation. Auch beim Analogverstärker, da natürlich eine andere.
Soll ich es für dich Heinz nennen?

Und was heißt, keiner versteht dein Prinzip?

Dein Modulatorprinzip mag für die Schaltfrequenz eine Mitkopplung sein, damit er schwingt. Für die NF ist es gleichzeitig ganz klar eine Gegenkopplung. Wie beim Analogverstärker. Und nur das bewirkt deinen Ausgleich bei Impedanzänderung.
Der HF-Anteil wird in der Amplitude durch die (doppelte weil 2.Ordnung) Integration stark verringert. Darunter liegt die ebenfalls zurückgekoppelte NF-Amplitude des Ausgangs. Sie wird mit der Eingangsspannung verglichen (invers summiert). Dadurch schwingt die Spannung am Komparatoreingang mit der (heruntergeteilten) Restamplitude der HF ziemlich exakt um 0. Die HF-Phasendrehung macht die Schwingung, die NF ist per Gegenkopplung am Komparatoreingang auf 0 geregelt.

Der SODFA regelt in etwa so, wie du es beschrieben hast. Ohne (direkte) NF-Gegenkopplung, nur über das Flächenintegral. Deshalb kann er gegen Fehlanpassung am Filter auch nichts machen.

Darum ist dein Prinzip ja durchaus bedenkenswert.

Die NF ist über den Integrator am Eingang ganz klar gegengekoppelt, sorry!
Aber was soll jetzt die Anzapfung bewirken?
Durch die geringere Phasendrehung wird einmal die Schwingbedingung nicht erfüllt sein (<180°) und andererseits die Gegenkopplung für die NF noch weiter von der Last abgekoppelt ... (?)

@Tillg

Da muß ich Spotnick jetzt mal Recht geben. Die Rückführung der Schaltspannung auf den Integrator-Eingang beim SODFA ist keine Rückkopplung, oder im weiteren Sinne eine Regelung. Die Anstiegszeit des Integrators wird durch die Differenz der Ströme bestimmt, die die Rechteckspannung über Rgt und die analoge Eingangsspannung über Re hervorrufen. Rgt sollte man beim SODFA ( und auch beim Hysteresewandler ) also vielleicht besser "Rechteck-Rückführungswiderstand" ( scheußliches Wort, aber mir fiel gerade kein besseres ein )nennen und nicht "Gegenkopplungswiderstand", obwohl beim SODFA die Widerstände Re und Rgt letztlich die mathematisch gleiche Funktion haben, wie bei einem rückgekoppeltem invertierendem Analogverstärker.

Im Gegensatz zum Hysteresewandler hat der SODFA dann noch eine Regelung in Form einer Mitkopplung des Komparators vom Schaltausgang.

Erst bei einem post-filter-feedback kann man im engeren Sinne von einer Gegenkopplung sprechen.

@Spotnick

Eines scheinst Du aber wieder durcheinander zu bringen. Der PWMA ist ein SODFA mit zusätzlichem post-filter-feedback. Mit UcD hat das überhaupt nichts zu tun.

Also, Rumgucker (Edit: sorry, Beobachter!), wenn ich mir das Schaltbild des Ucd der Hifi-Akademie ansehe ...
http://hifiakademie.de/?id=1.7.6&si=google#
... könnte ich im PWMA auch einem UcD mit Schaltverstärkermitkopplung erkennen, es sei denn, das Akademieschaltbild stimmt so nicht

PS: Das Teilerverhältnis von Rgk und Re führt also für die NF im Ergebnis doch zu einer Gegenkopplung mit dem Wert V, wenn auch über die Umwandlung über Ströme (wie beim inv. Amp auch) - könnte man das so sagen ?

@ Beobachter:

Wenn man beim Regel-Bügeleisen von einer (Temperatur)-regelung spricht (das Rädchen unterm Griff), dann muss man das beim SODFA/Hywa auch.
Integrator voll - obere Schaltschwelle - "Aus-"Temperatur erreicht - Umschaltung - Bügeleisen aus.
Integrator leer - untere Schaltschwelle - "Ein-"Temperatur erreicht - Umschaltung - Bügeleisen ein.
Und das Flächenintegral (=Temperatur) (Produkt aus Zeit und Spannungsverlauf bzw. Leistungsauf/-entnahme) bestimmt den Umschaltzeitpunkt. Eine Regelung also, was denn sonst?
Ein Regelbügeleisen ist jedenfalls ein PWM-Hysteresewandler. Vielleicht sogar ein SODFA. Mal dran lauschen. Vielleicht ist auch mein Kühlschrank audiophil.

Tillg, könnte man sagen, dass der definierte Bereich zwischen oberer und unterer Schaltschwelle quasi unsern Istwertgeber darstellt?
(Blöde Frage, zugegeben, eigentlich kann es ja gar nicht anders sein)

Eher der Sollwertgeber * . Der Istwertgeber ist die Integrator-Ausgangsspannung.

* edit: Sollwert allerdings beim SODFA dynamisch, ein wenig Istwert auch ist dabei: die Schaltspannung zum Umschaltzeitpunkt.

Gut, Sollwert (was es sein soll). Das Teil halt, das den Referenzwert vorgibt.
Aber wenn die Referenz "dynamisch" ist, quasi variabel durch die variierende Schaltspannung, so schwankt doch auch damit die Ausgangsspannung Schwankung mal NF-Verstärkung in einer ansonsten intakten Gegenkopplung ?

Also noch mal:
Hywa: Schaltschwellen: Sollwert, Integratorausgang: Istwert.
Beim Sodfa treffen 2 Istwerte aufeinander.
Das betrifft die HF, also die Verteilung der Schaltspannung auf die beiden Seiten.
Gesteuert weid das Ganze durch die NF. Hier gibt es tatsächlich keinerlei Regelung. Das funktioniert per se linear, *.
Die Regelung der HF ist aber richtig wichtig. Die regelt alle Betriebsspannungsschwankungen, Nichtlinearitäten, Beulen im Rechteck etc aus. Deshalb funktioniert es ja so gut.

edit *: weil es mittels Strom die Integration verschiebt, was die Ausgangsspannung entsprechend ausgleichen muss.

Hoppla, jetzt fehlt plötzlich der Bezug. Eben stand hier noch was. Ich antworte mal trotzdem, wenn ich mir die Mühe schon gemacht habe:

In #326 habe ich schon mal erläutert, warum dem Integrator seine Schaltschwellen völlig egal sind. Die könnte man demnach im Prinzip sonst wo hinlegen, auch jedes mal wo anders. Die Schaltzeit ist zwar dann eine andere, aber darauf antwortet er sofort in der nächsten Schaltphase mit einer entsprechend veränderten Zeit, weil er sich ja per Integration die Änderung gemerkt hat (er hat einfach weiter integriert). Ich habe damals zugleich festgestellt, dass es dadurch für meinen Leihenhaften Unverstand keinen sichtbaren Unterschied zwischen Hywa und SODFA gibt, außer, dass beim SODFA die Schaltfrequenz bei Betriebsspannungsänderung konstant bleibt. Besser gesagt ist sie ohne Aussteuerung weitgehend unabhängig von symmetrischer Betriebsspannungsänderung.
Und heute bin ich eigentlich auch noch nicht schlauer, bei allem simulieren und diskutieren

Wir steuern hart aufs Millenium zu.

Für UcD vierter Ordnung muß ich wohl noch ein paar Informationspillen einwerfen, UcD zweiter Ordnung konnte ich simulationstechnisch aber schon ganz gut erfassen. Was den Wert von Simulationen angeht, so schließe ich mich der Meinung von Tillg an. Ich beschäftige mich jetzt seit ein paar Wochen damit und es ist wirklich eine Hilfe, die grundsätzlichen Eigenschaften von Schaltungen wenn auch nicht zu bestimmen, so doch vorauszuahnen. Ich habe zunächst versucht, die originale UcD-Schaltung zu simulieren:

http://img287.echo.cx/img287/1706/ucdoriginalasc7vw.jpg

Der diskrete Treiber ist aber zumindest mit den Bipolar-Transistoren, die LTspice zur Verfügung stellt „grottenschlecht“. Ich glaube gerne, dass es eine „Mordsfummelei“ war, bis der erste kommerziell zu verwertende UcD-Amp mit dieser Grundschaltung zufriedenstellend lief. Die folgende FFT-Analyse ist daher kaum ernstzunehmen und allenfalls von rein akademischem Interesse:

http://img287.echo.cx/img287/4933/ucdoriginal100wfft1ug.jpg

Die wahren Qualitäten der Schaltung werden etwas deutlicher, wenn man eine vernünftige Schaltstufe verwendet. Der diskrete Komparator ist für diese Anwendung gar nicht mal schlecht:

http://img256.echo.cx/img256/5704/ucddiskretasc2xe.jpg

Die FFT-Analyse bei 1W Ausgangsleistung zeigt keinerlei Beanstandung:

http://img256.echo.cx/img256/6299/ucddiskret1wfft5fr.jpg

Bei 100W wird das Klirrverhalten deutlicher. Oberwellen sind deutlich sichtbar, aber keinesfalls unangenehm hoch. Zudem zeigt sich ein in etwa ausgewogenes Verhältnis von geradzahligen und ungeradzahligen Oberwellen, was den Klang „weicher“ macht:

http://img256.echo.cx/img256/7725/ucddiskret100wfft8zf.jpg

Die Qualität des diskreten Komparators wird deutlich, wenn man ihn durch einen „mittelprächtigen“ integrierten ersetzt:

http://img265.echo.cx/img265/3130/ucd1671asc0lh.jpg

Die FFT-Analyse bei 1W zeigt wieder ein „sauberes“ Bild. Einziger Unterschied ist jetzt die deutlich höhere Schwingfrequenz, da der LT1671 etwas schneller ist, als der diskrete Komparator, also weniger delay hinzufügt:

http://img103.echo.cx/img103/7007/ucd16711wfft9ok.jpg

Die FFT-Analyse bei 100W zeigt ein Bild, das fast identisch ist mit Version mit diskretem Komparator. Tendenziell kann man sagen, dass die ungeradzahligen Oberwellen etwas höher sind und insgesamt alle Oberwellen etwas langsamer abklingen, vor allem die geradzahligen. Das mag an der höheren Schwingfrequenz liegen.

Das beste Ergebnis habe ich mit einem schnellen Komparator erzielt:

http://img178.echo.cx/img178/7272/ucd1016asc7dy.jpg

So sieht das Ergebnis bei 1W aus:

http://img178.echo.cx/img178/5521/ucd10161wfft5dw.jpg

Und so bei 100W:

http://img178.echo.cx/img178/5024/ucd1016100wfft7mo.jpg

Zumindest nach simulierter FFT-Analyse sollten die nichtlinearen Verzerrungen hier also wie beim SODFA unter der Wahrnehmbarkeitsgrenze bleiben. Einziges Problem ist die sehr hohe Schaltfrequenz, die ohne Aussteuerung etwa 1.1MHz beträgt. In der Realität sind also sehr gute Treiber und sehr schnelle MOSFETs erforderlich, um das simulierte Ergebnis zu reproduzieren.

Als nächste „Informationspille“ werde ich mal US6489841 einwerfen. Es entpuppt sich hoffentlich nicht als der zum Patent angemeldete Fehler, den ich in meinem Schaltungsvorschlag an Ampericher gemacht habe.

Guten Abend
Nachdem sich keiner der Idee des TDA8939 mit seiner zero dead time Technik angenommen hat, habe ich mir zwischenzeitlich alleine Gedanken über eine Halbbrückenansteuerung gemacht. Ziel war es die Mosfets im Nullpunkt des Stroms zu schalten, um eine Totzeit weitestgehend zu vermeiden. Die Schaltung funktioniert soweit, nur dass ich jetzt eine Art "Class-A Schaltverhalten" habe.
In der Kurve kann man sehen das die Schaltzeiten im Maximum zunehmen und im Minimum abnehmen (und nicht im Nullpunkt).
Die Simulation:
http://www.die-webto...f89599414a41095c.gif
Die Schaltung:
http://www.die-webto...a9a435ea888814fa.gif

@Captain-Chaos

Leg doch mal einen 1mOhm in die Drain-Leitung zum oberen MOSFET und stell den Strom durch den Widerstand dar.

Beim TDA8939 ist die Frage, ob hier einfach nur die Totzeit sehr gering eingestellt ist, oder ob mehr dahinter steckt. Z.B. eine temperaturabhängige Regelung der ( Minimal-)Totzeit. Ganz ohne Totzeit geht es nicht. Dann gehen die MOSFETs kaputt.

Ich habe gerade festgestellt, dass der Amp bei einer Übersteuerung sehr eigenwillig reagiert
Völlig unbrauchbar!
Hier der Strom:
http://www.die-webto...c9d2598af2015b0a.gif

@Captain-Chaos

Das "eigenwillige" Verhalten hängt mit dem Ansteuer-Übertrager zusammen. Wenn dessen Tastverhältnis zu stark von 1:1 abweicht ( hohe Aussteuerung ), geht die Spannung der schmaleren Halbwelle in die Höhe ( in der Realität wird dann die Oxidschicht am Gate des MOSFET zerstört ). Stell mal beide Gate-Spannungen dar, aber nicht mit Sinus am Eingang, sondern einmal mit Ue=0 und einmal bei Ue=GleichspannungX für Modulationsgrad=80%.

Hallo Captain-Chaos,

deinen TDA habe ich hier schon reflektiert. Ich find ihn gar nicht so schlecht, hast du eine Quelle zur Beschaffung? Wenn der verfügbar ist, könnte ich mit vorstellen, dass ich daraus mal eine SODFA-Schaltung bastle.
Ich denke nicht, dass seine zero dead time Technik etwas mit Schalten im Nulldurchgang zu tun hat. Er hat ja selbst gar keinen Einfluss darauf, wann er geschaltet wird.
Und wie deine Schaltung im Nullpunkt des Stromes schaltet, ist mir auch nicht klar. Das müsste ja etwas mit Resonanz zu tun haben. Stell doch mal deine .asc ins Netz, oder schick sie mir an tg@sodfa.de.
Auf Anhieb finde ich sie höchst abenteuerlich, aber ich hab ja hier schon Überraschungen erlebt. Die Simu zeigt jedenfalls, dass die Frequenz nach minus steigt und nach plus sinkt. Ach ja, das hattest du ja schon geschrieben.

edit: Oh, ich sehe gerade
1. Ich habe mich zu lange mit dem Schreiben aufgehalten
2.

Die Frage habe ich leider jetzt erst entdeckt:

Spotnick schrieb:

Aber was soll jetzt die Anzapfung bewirken? Durch die geringere Phasendrehung wird einmal die Schwingbedingung nicht erfüllt sein (<180°) und andererseits die Gegenkopplung für die NF noch weiter von der Last abgekoppelt ... (?)

Es geht übrigends um #1966

Kein UcD. Die Rückführung soll auf einen Integrator a la SODFA gehen. Und der NF-Anteil soll ein wenig NF-Gegenkopplung ins Spiel bringen.

Aber ich sehe auch gerade, dass das nicht reichen wird, weil der mit der Verstärkung des SODFA noch mal runtergeteilte NF-Anteil den Integrator kaum beeindrucken wird. An der Stelle gibt's ja keine Verstärkung.
Es war halt eine fixe Idee, die ich auf dem Weg zur Arbeit mal so hatte. Und ich fürchte, auf diesen Weg muss ich mich am Wochenende auch machen, weil ich meine Arbeit bis Montag (Termin) sonst nicht fertig kriege, wegen.....