Audiophiler Class-D Verstärker

Nachtrag@Hektiker

Wie bereits gesagt - Deine Gedankengänge sind hervorragend, kommen aber meiner Meinung nach zu schnell und unreflektiert.

Noch mal etwas genauer: Es ist völlig richtig, dass es einem SODFA im Gegensatz zu einem gegengekoppeltem Analogverstärker völlig egal ist, ob der angeschlossene Lautsprecher eine induktive Gegenspannung erzeugt. Das heißt aber nicht, dass ein SODFA eine Stromquelle und sein Ausgang hochohmig ist.

Ansonsten sei doch bitte so nett, mathematische Herleitungen hier explizit darzustellen, und nicht mit vorschnellen "Ergebnissen" andere Ergebnisse zu "widerlegen".

Ich habe mir mal die Mühe gemacht und die Patentschrift durchforstet. Dabei möchte ich nicht so sehr auf die Formeln und diversen Wiederholungen eingehen, sondern darauf, wie ich mir die Schaltung erkläre. Ich glaube nämlich, dass vielen gar nicht bewusst ist, was die einzelnen Bauteile tun.

Zuerst einmal eine Vergleichstabelle, denn schliesslich haben wir 2 Schaltbilder, nämlich das beschriebene vom Anfang mit OPV, C, Komparator und R, R1 und R2. Und dann gibt es das Schaltbild Fig. 2 der Patentschrift mit OPV 32 inkl. C, R33 = R1, R40 = R2 Komparator 34 und R41 als R.

Lassen wir mal R 2 der Urschaltung weg, so geht gar nichts mehr. Als erste Grundlage nehmen wir mal den Ausgang des OPV als Null Volt und null Ohm an. Also bilden R1 und R2 einen Spannungsteiler. Wir können jetzt mal annehmen, dass der Komparator (aus welchen Gründen immer) hochgesteuert hat, also sein Ausgnag an Speisung, beispielsweise +15V, liegt. Dann könnte der + Eingang des Komparators (-E liegt an Masse, daher rede ich nur noch vom Eingang) beispielsweise bei +2V sein, eben durch den Teiler R1, R2.

Wäre der Komp tiefgesteuert, hätte er -15V am Ausgang und -2V am Eingang. R2 sorgt also für eine Hysteresis. So gesehen könnte man statt des Komparators auch einen Schmitttrigger verwenden (nur mal als Denkmodell).

Jetzt kommen R, Integrator und R1 ins Spiel. Nehmen wir wieder an, beim Einschalten wäre der Komp hoch, so würden die +15 V über R an den Integrator geführt (Invers-Eingang), dessen Ausgang langsam nach - fährt. Ist der Strom durch R1 so gross, dass er den Strom von R2 kompensieren kann, sinkt die Eingangsspannung des Komparators gegen Null, sodass er kippt. Durch das Kippen bringt einmal R2 eine zusätzliche negative Spannung an den Eingang und über R wird C des Integrators umgeladen, der seinerseits allmählich eine positive Spannung bringt.

R2 (oder R40) ist also für die Hysteresis (zusammen mit R1 oder R33) verantwortlich, R oder R41 für das Umladen von C.

Jetzt gehen wir einen Schritt weiter. In der Praxis haben wir ein Netzteil, dessen Spannung nicht stabil ist. Unter Last wird es also weniger Spannung liefern und wenn wir die bisherigen Vorgänge mit "allmählich" bezeichneten, so ist die NF im Vergleich dazu eine Sache von "Stunden". Ich gehe jetzt einfach mal von einer positiven Nutzsignal-Phasenlage aus. Das bedeutet, dass nach der Integration (LC) am Lautsprecher ein Strom vom +Netzteil her fliesst. Also wird die +Spannung sinken. Bei der Umschalterei zwischen - und + am Komparator-Leistungsschalterausgang haben wir nun keine symmetrischen Verhältnisse mehr, sondern die Schwellenspannung der Hysteresis ist asymmetrisch, nämlich im +Bereich kleiner.

Wir haben gesehen, dass wir ohne R2 (R40) keine Hysteresis hätten und demnach keine Schwingung. Das gleiche gilt, wenn wir keine Speisung oder keine Ausgangsspannung hätten.
Wenn wir also die Ausgangsspannung reduzieren (immer auf + bezogen), ändert sich die Steuerzeit und einfach so ganz am Rande: wenn sich die Hysteresisbreite (von beispielsweise +/-2V) ändert, ändert sich im Normalfall auch die Frequenz, weil bei schmalerer Hysteresis schon früher der Umschaltpunkt erreicht ist. Das muss nicht so sein, weil die kleinere Spannung, die die Hysteresis schmaler macht, auch über R (R41) weniger Strom zum Umladen des C im Integrator zur Verfügung stellt, sodass das Umladen langsamer geschieht. Das Letztere ist eine Frage der Abstimmung, wie weit die Frequenz unverändert bleibt, ist aber eh zweitrangig.

Dadurch, dass die sinkende Speisespannung und die dadurch reduzierte Ausgangsspannung die Hysteresis verschiebt, ändern sich die Schaltzeiten. Ist die Geschichte richtig abgeglichen, so kann man den Spannungsverlust durch die geänderten Schaltzeiten ausgangsseitig praktisch vollständig kompensieren. Das bedeutet auch, dass von extern zugeführte Spannungen (GegenEMK des Lautsprechers) eine Hysteresis-Beeinflussung erzeugen und diese eine entsprechende Verschiebung der Schaltzeiten zur Folge hat. Diese externe Spannung wird also durch diesen "genialen" Trick erwürgt. Daher ist der Ausgang der Schaltung niederohmig.

Unbeeinflusst bleibt der Integrator. Wenn er eine DC-Offsetspannung abgibt, wird diese erst nach Durchlaufen der Schaltung via R2 (R40) ausgeglichen. Auch Unlinearitäten der Dreieckspannung fliessen eigentlich direkt in die Schaltung und damit ins Audiogeschehen ein.

Was ich an dieser telle nicht ergründen kann und will ist die Frage der erreichten Daten oder einer Klangqualität. Das müsste ein seriöser Aufbau zeigen. Und dazu haben wir andere