Beschaltung TDA7293/*4/*5/*6

Hi,
die Bootstrap-Schaltung soll sich durchaus positiv auf den Klang auswirken.
Schau mal hier, da findest Du eine erprobte Schaltung/Platine mit DC-Servo,
sowie ausführliche Diskussionen zu den einzelnen Bauelementen und deren Einfluss:
Link diyaudio.com

Es sind auch Gerber-Daten für die Öffentlichkeit zugänglich, also Du könntest für ein paar Euro sogar einige Platinen hiervon fertigen lassen. Ich war selbst auch kurz davor welche zu bestellen, aber habe jetzt ein Projekt mit einem TDA7293 mit "nested feedback", also mit einem kontrollierenden Operationsverstärker,
um die Eigenschaften des TDA7293 noch weiter zu optimieren.

Du müsstest allerdings einen Account oben erstellen; alternativ kann ich Dir den Schaltplan und Gerber-Daten schicken.

Gruss
Jens

Hallo Jens,
ich habe mir die Seite mal angesehen - es handelt sich dabei um die Standardbeschaltung mit einem größeren Kondensatorwert in der Bootstrapschaltung und einer ergänzten automatischen Offsetkorrektur. Letztere ist mit dem eingebauten Kondensator im Gegenkopplungszweig aber eigentlich überflüssig. Die gezeigten Messwerte entsprechen denen im Datenblatt und sind für einen so einfachen Verstärker gar nicht schlecht

Mir stellt sich allerdings die Frage ob diese Beschaltung nach dem Datenblatt den Verstärker "ausreizt"....

Im Moment sieht es wohl so aus als ob ich das ganze aufbauen und ausmessen muss

Gerne würde ich mehr über Dein Projekt mit dem "nested Feedback" erfahren

Gruß
Bernd

Die Bootstrapschaltung ist notwendig, damit der Ausgang näher an die positive Versorgungsspannung kommt.
Ohne Bootstrap clippen die positiven Halbwellen vermutlich ca. 5 V unter der Versorgung, weil das Gate des Endstufentransistors nicht hoch genug angesteuert werden kann.
Folgen:
- geringere maximale Ausgangsleistung
- unsymmetrisches Clippen
- höherer Klirrfaktor bei hoher Leistung

Bei invertierendem Betrieb bleiben die Arbeitspunkte der Eingangstransistoren konstant. Das wirkt sich positiv auf Verzerrungen aus, vermutlich auch beim TDA7293. Der Effekt ist meistens gering.
Damit man mehrere Verstärker und Lautsprecher parallel betreiben kann, müssen sie phasengleich arbeiten.
Dazu hat man sich geeinigt, bei Lautsprechern eine Ader zu kennzeichnen und Verstärker nichtinvertierend aufzubauen.

Der Klirrfaktor des TDA7293 ist viel kleiner als der von Lautsprechern. Ich sehe keinen Vorteil bei invertierendem Betrieb.

Hallo Bernd,
zum Testen, wie Du schreibst, sollte die Platine auch hinreichend taugen.
Den DC-Servo muss man nicht bestücken.
5 Platinen bekommt man ja schon für 2-4$ + Porto aus China.

Unser Projekt findet sich hier, ist aber nicht "up to date":
Link TDA7293-composite

Es gibt mittlerweile eine Schaltung und Platine für die 1. Revision.
Ich arbeite mit jemandem, der sich gut mit den Schaltungen auskennt und wir werden in den nächsten Wochen bestücken und testen.
Im Prinzip hast Du einen (schnellen) kontrollierenden Opamp der den Leistungsverstärker treibt und "korrigiert", da das Feedback vom Ausgang des Leistungsverstärkers genommen wird.
Durch diese Verschaltung hat die Konstruktion aber reichlich Möglichkeit zu Schwingen und man muss mit Kompensationsmassnahmen zusehen, dass die Phasenreserve bei allen Frequenzen und Ausgangsspannungen ausreichend ist.
Link Theorie Composite amplifiers

Da wir keine Netztwerkanalysatoren besitzen und entsprechend keine Bode-Plots von open-loop-gain etc. erzeugen können, wird das Ganze sehr empirisch/praktisch ablaufen.
Ich kann Dich gerne auf dem Laufen halten, oder Du schaust mal wieder rein.
Der Fortschritt ist aber nicht so rasend, da wir alle auch Anderes zu tun haben.
(und noch mehr Projekte ;-))
Ich könnte mir aber gut vorstellen, dass wir ganz gute Ergebnisse mit der Platine haben werden und dann auch keine 2. Revision machen.

Grüsse
Jens

Hallo Jens,

vielen Dank für die links - das diy audio forum ist ja sehr ergiebig - schade dass ich das nicht schon früher entdeckt habe. Und eine Antwort auf meine Fragen habe ich dort auch schon entdeckt: Die Verwendung von Pin 11 für einen zusätzlichen Kompensationszweig kommt offensichtlich nicht in Frage, denn hier liegt wohl nicht der Ausgang des Spannungsverstärkers an...

Auch gefunden habe ich eine mögliche Beschaltung des TDA die einen stabilen Betrieb bei Verstärkung -3 zulässt - das heißt auch die Frage nach dem invertierenden Betrieb ist beantwortet, wenn gleich auch unklar bleibt ob das Verzerrungsspektrum "gewinnt".

Ein "composite amplifier" ist letztlich das was auch ich im Sinn hatte. Ich zeichne / simuliere mal ein Schaltbild ob das im Prinzip funktioniert und stelle es im Erfolgsfall hier ein

Bootstrap erhöht die Aussteuerbarkeit des Leistungsteils - das macht in meinen Augen aber nur Sinn wenn die Spannungsversorgung des Eingangs- und Spannungsverstärkers nicht separat zugänglich ist. Beim TDA ist sie das aber. Hier kann ich also eine etwas höhere Spannung anlegen und die potenziell Klangschädliche Modulation der Betriebsspannung durch die Bootstrapschaltung so umgehen. Es kommt halt jetzt darauf an wie das ganze im IC umgesetzt ist

Das Klirren der Lautsprecher ist nicht direkt mit dem Klirren von Verstärkern zu vergleichen, die Ursachen und Auswirkungen sind jeweils spezifisch...

Gruß
Bernd

Die Bootstrap-Schaltung führt die Versorgung der Treiberstufe mit der Ausgangsspannung mit.
Im Datenblatt des TDA7295 ist auf Seite 2 ein Blockschaltbild, in dem auch die Bootstrap-Schaltung enthalten ist. Der externe Bootstrap-Kondensator sorgt für konstante Spannung über der Stromquelle, die das Gate des oberen Endstufentransistors ansteuert, auch wenn die Ausgangsspannung in die Nähe der positiven Versorgungsspannnung kommt. Ohne Bootsrap-Kondensator gerät der mitlaufende "Bootstrap-Spannungsregler" in die Sättigung.

Unterhalb der Sättigung des mitlaufenden "Bootstrap-Spannungsreglers" scheint der Bootstrap-Kondensator wirkungslos zu sein. Er liegt an konstanter Spannung und durch ihn fließt kein Strom. Was du als "klangschädliche Modulation" beschreibst, kann man bei den TDA729n nicht umgehen. Wobei ich bezweifle, dass die konstante Versorgungsspannung der Stromquelle ""klangschädlich" wirkt.

Beim TDA7293 gibt es für den Bootstrap-Kondensator einen separaten Verstärker mit begrenzter Ausgangsamplitude. Bei Anschluss am Lautsprecher-Ausgang steigt die Spannung am Bootstrap-Eingang bei Vollaussteuerung auf die 1,5-fache Versorgungsspannung. Beim TDA7293 wäre die Spannung dann zu hoch, wenn das TDA7293 über 100 V versorgt wird.

Wie das in den TDA729n genau gelöst ist, kann ich aus den Datenblättern nicht entnehmen.

Bei allen voll integrierten Vollverstärkern gibt es eine thermische Kopplung von den beiden Endstufentransistoren auf die beiden Transistoren des Eingangs-Differenzverstärkers. Diese Kopplung führt bei Belastung zu kurzen Unsymmetrien des Differenzverstärkers. STM scheint das aber gut im Griff zu haben, sonst würde der Klirrfaktor bei tiefen Frequenzen stärker ansteigen. Auch das Rauschen nimmt mit steigender Temperatur zu.

Sehr wichtig ist das Layout und dort besonders das Gegenkopplungs-Netzwerk. Durch ungünstiges Layout kann man die guten Eigenschaften des ICs vielleicht nicht nutzen.

vielen Dank für die ausführliche Erläuterung , Elektronator.

Mein Ansinnen war die positive Versorgungsspannung der Spannungsverstärkerstufe höher zu wählen als die der Leistungsstufe und zusätzlich den Bootstrapeingang mit an diese Spannung anzuklemmen. Auch so sollte der obere Leistungstransistor noch sauber gesteuert werden können wenn die Aussteuerung in die Nähe seiner Betriebsspannung kommt.
Dass der Wert des Bootstrapkondensators einen Einfluss auf den Klang hat liest man quer durch alle Foren - mit größerem Wert soll der Bass sauberer sein.


Die Simulation des angedachten Schaltungsprinzips war erfolgreich, hier das Schaltbild:

engel_audio (Beitrag #8) schrieb:

Mein Ansinnen war die positive Versorgungsspannung der Spannungsverstärkerstufe höher zu wählen als die der Leistungsstufe und zusätzlich den Bootstrapeingang mit an diese Spannung anzuklemmen. Auch so sollte der obere Leistungstransistor noch sauber gesteuert werden können wenn die Aussteuerung in die Nähe seiner Betriebsspannung kommt.

Das müsste funktionieren, wenn der Bootstrap-Spannungsregler an +Vs(Signal) angeschlossen ist. Ist er an +Vs(Power) angeschlossen, klappt das nicht. Wo beim TDA7293 die Trennung der Signal- und Power-Versorgungen ist, habe ich im Datenblatt nicht gefunden.
Den Bootstrap-Anschluss würde ich nicht mit +Vs(Signal) oder +Vs(Power) verbinden, weil dann die Spannung über der Stromquelle für die Gate-Ansteuerungen mit dem Ausgangssignal stark schwankt.

engel_audio (Beitrag #8) schrieb:

Dass der Wert des Bootstrapkondensators einen Einfluss auf den Klang hat liest man quer durch alle Foren - mit größerem Wert soll der Bass sauberer sein.

Der Bootstrap-Kondensator muss den gesamten Strom für die Ansteuerung der Endstufe während der positiven Halbwelle liefern können. Es gibt aber unterschiedliche Bootstrap-Schaltungen. Alle enthalten einen Kondensator, der den Strom und die höhere Spannung liefert. Der weitere Aufbau ist dagegen unterschiedlich. Das reicht vom einfachen Widerstand an die Versorgungsspannung bis zum mitlaufenden Spannungsregler wie bei den TDA729n. Bei denen muss der Kondensator nur Strom liefern, während die Ausgangsspannung dicht unter der positiven Versorgung liegt. Hier genügt eine relativ kleine Kapazität. Das hat STM meiner Meinung nach sehr gut designed.

engel_audio (Beitrag #8) schrieb:

Die Simulation des angedachten Schaltungsprinzips war erfolgreich, hier das Schaltbild ...

Das sollte so funktionieren. Zur Stabilität wird ein Kondensator C1 vermutlich notwendig sein.

Das Substrat des ICs ist mit Pin 8 "-Vs(Signal)" verbunden, es muss immer das niedrigste Potential haben, außer wenn andere Schaltungsteile separat in Wannen eingebettet sind. Dazu habe ich im Datenblatt auch keinen Hinweis gesehen.

(Persönliche Meinung: STM macht gute ICs aber schlechte Datenblätter dazu.)

Das sollte so funktionieren. Zur Stabilität wird ein Kondensator C1 vermutlich notwendig sein.

Ich gehe davon aus, dass wir mindestens noch eine zusätzliche Kompensation brauchen.

Der Schaltplanentwurf ist von FauxFrench und beinhaltet alle möglichen Kompensationsmassnahmen, die wir evtl. brauchen werden. (aber sicher nicht alle gleichzeitig)
Der Miller-Kondensator am kontrollierenden opamp mit "nulling resistor" wird aber sicher gebraucht werden.
In ein paar Wochen haben wir sicher was Funktionierendes beisammen und evtl. auch schon THD-Messungen (mit grober Auflösung 0.003% max. zumindest).

Ob man eine derart hohe Bandbreite, sehr gutes PSRR, geringste THD etcpp. für Hifi braucht und wie das Ganze letztendlich klingt, sei mal dahingestellt.

Es gibt übrigens ein ähnliches Projekt mit 3xLM1875 parallel als Composite (da steckt viel Info drin, wenn man sich damit beschäftigen möchte):
Linke LM1875-Projekt

Und wer keine Lust hat, sowas zu entwickeln, es gibt bereits ne schöne Produktreihe zum Thema mit dem LM3886:
Modulus LM3886

Der gezeigte Schaltplanentwurf umgeht die etwas kritische thermische Kopplung zwischen Endstufe und Eingangsdifferenzverstärker, indem es den Differenzverstärker eines guten Audio-OpAmps verwendet. Die Fehler in den folgenden Schaltungsteilen werden durch die Gegenkopplung stark reduziert.

Der TDA7293 muss die Spannung mindestens 20-fach (26 dB) verstärken, damit die Schaltung stabil arbeitet. Wenn man stärker gegenkoppelt, also weniger verstärkt, muss man zusätzliche Maßnahmen zur Stabilität ergreifen. Der Schaltplanentwurf zeigt ja mehrere Möglichkeiten.

Teil-Gegenkopplungen mit Kondensatoren begrenzen die Spannungssteilheit (dU/dt). Das hat zur Folge, dass hohe Amplituden bei hohen Frequenzen in der zeitlichen Darstellung vom Sinus zum Dreieck verformt werden, was wiederum bei der Messung den Klirrfaktor erhöht.
Verzerrungen für Töne über 10 kHz betrachte ich aber in der Praxis als unerheblich. Der erste Oberton erscheint bei 20 kHz und liegt bereits außerhalb des menschlichen Hörbereichs.

Bei integrierten Audio-Endstufen im Leistungsbereich 1...100 W haben STMicroelectronics (STM) und National Semiconductor Corp. (NSC, inzwischen von Texas Instruments gekauft) viel Erfahrung und gute ICs.

Viel Erfolg bei eurem Projekt

Der TDA7293 muss die Spannung mindestens 20-fach (26 dB) verstärken, damit die Schaltung stabil arbeitet.

Genau das, hab ich bis vor diesem Projekt auch gedacht.
Ist im Prinzip auch richtig, nur dass damit nicht Signalspannung gemeint ist, sonder das Rauschen.
Der sog. "noise gain" bestimmt die Stabilität und der kann durchaus anders als der "signal gain" sein.

Siehe bspw. Abb. 3, die unserer Schaltung am nächsten kommt:
fig.2 MT-033 tutorial (Analog devices)

Zudem kommt, dass die Werte im Datenblatt oft "konservativ" sind und die Chips auch bei kleineren Verstärkungen stabil sind. Das muss natürlich hinreichend getestet werden!

Teil-Gegenkopplungen mit Kondensatoren begrenzen die Spannungssteilheit (dU/dt)

Na, so stark sollte man natürlich nicht gegekoppeln.
Wenn man das ganze extrem langsam macht, bleibt von dem Composite-Gebilde nur noch ein Leistungsverstärker mit DC-Servo.
Die opamps, die wir testen wollen (LM4562, OPA1656, OPA1612 etc.) sind um ein Vielfaches schneller als der TDA7293 (~600kHz UGB) und da ist entsprechend viel Luft um langsamer zu machen.

Der kontrollierende Opamp muss am Ende noch schnell genug sein, um den Leistungsverstärker zu kompensieren, sonst hat das Ganze natürlich kein Sinn.

Ich bin gespannt, was das gibt. Theoretisch dürfte der TDA7293 dem LM3886 in nichts nachstehen.
So gute THD- und PSRR-Werte wie beim Modulus werden wir aber sicher nicht erreichen.
Dafür bräuchte man tatsächlich Netzwerkanalysatoren, mit denen man sehr genau alle Pole und Nullen bestimmen kann und entsprechend genau kompensieren kann.

Aber wie gesagt, es ist zumindest ein Erfahrener im Boot und mit der Beurteilung der Sprungantwort kann man auch schon Vieles machen.

Grüsse & schönes sonniges WE
Jens

Na der Entwurf von FauxFrench ist meinem doch ziemlich ähnlich - das gefällt mir. Dann muss ich das ganze nicht parallel noch einmal entwickeln und sehe trotzdem die "Fallstricke" und wo es gegebenenfalls "klemmt". Und vor allen Dingen ob das Ergebnis die gesetzten Erwartungen erfüllt. Was ich in dem Entwurf allerdings vermisse ist die komplette Beschaltung des TDA7293.

Ein guter Test für die Qualität ist meiner Meinung nach auch der Intermodulationstest mit eingespeisten 19kHz und 20kHz in jeweils gleicher Höhe. Die Klirrkomponenten gerader Ordnung zeigen sich dann im Spektrum von 1kHz aufwärts und die ungerader Ordnung abwärts. Wenn hier die Gegenkopplung und die Kompensation auf die geringsten Amplituden des "Störspektrums" optimiert werden sollte dabei doch (hoffentlich) was sehr brauchbares herauskommen. Mit einer ordentlichen externen Soundkarte und ARTA bleibt hier sogar der finanzielle Aufwand für das Testequipment im überschaubaren Rahmen...

Ich könnte dir bei Interesse sogar ne Platine zukommen lassen. Hab noch eine übrig. (davon ausgehend dass ich nur 2 brauche und keine verpfriemel)
Allerdings ist das Porto dann mehr als die Platine wert ist.
Benutzt du kicad und bist du im Besitz einer vernünftigen Soundkarte?
Die Anschaffung steht bei mir noch aus.

Als Soundkarte habe ich eine terratec dmx6fire-usb , der Loop-Selbsttest der Karte sieht sehr brauchbar aus, zumindest beim Test mit einzelnen Frequenzen... den Test mit den beschriebenen Testfrequenzen muss ich noch machen. Dieser Test ist die Idee eines Profis (Bob Cordell), primär um class-D Verstärker sinnvoll testen zu können, die ja prinzipbedingt knapp oberhalb des Audiobandes zwingend einen Filter benötigen.

KiCAD ist mir nicht fremd, und für ein kostenloses Programm ist es sogar hervorragend. Für einfache Schaltungen kann man es gut verwenden. Für komplexere Projekte konnte es aber nicht überzeugen (zu viele nervige bugs). Aktuell arbeite ich mit Eagle, das funktioniert meines Erachtens noch am besten. Ausprobiert habe ich auch Fusion360. Das konnte aber auch nicht überzeugen. Der Elektronikentwurf entspricht zwar weitestgehend Eagle - hat aber zusätzlich ein paar nervige Eigenheiten. Als 3D Programm ist es aber im Vergleich zu anderen Programmen verhältnismäßig einfach zu bedienen.
Eagle und Fusion360 (beide Autodesk) sind übrigens nach Registrierung in der Vollversion für den Hobby-Anwender kostenlos. Wie lange das so bleibt...

Wenn Du die KiCAD - Dateien hast und sie mir schicken könntest wär das schon eine Hilfe, einen Prototyp fertigen kann ich dann selbst - ich habe Zugang zu einem Fräsbohrplotter.

Wenn die Schaltung wie gewünscht funktioniert wird zwei mal eine große Platine mit 6 Kanälen aufgebaut zum Betrieb eines Aktivlautsprechers nach dem Vorbild LX521.4 von Siegfried Linkwitz... jedem Chassis seine eigene Endstufe

Ich mag Kicad. War sehr intuitiv sich einzuarbeiten und nutze sehr viel das "Replicate"-Plugin.
Damit kann man identische Schaltungsteile einmal routen und dann kopieren un plazieren.
Gibt aber noch weiter sehr gute Plugins zum Bestücken etwa.

Wollte ursprünglich auch ein Mehrkanalverstärker bauen, aber jetzt sind es doch einzelne Gehäuse.
Momentan 2xLM3886 (von denen ich hier noch 2 verkaufe:
Link LM3886), sowie ein Aiyima A04 für die Woofer.
Hab noch ein Baby Aksa im Aufbau/Test und einen kleinen 4W-Klasse-A-Verstärker in Planung.
Mal schauen, welche ich am Ende nutze.
Gehe demnächst dann auch vom minidsp auf diskrete Frequenzweichen.
Link XO mit Diamond Buffern
Hab aber auch noch eine mit Jfets produzieren lassen.

Die Kicad-Dateien kann ich Dir schicken, wenn Du mir dann Deine schickst ;-)
Musst mir Deine Email geben. Hier im Forum kann man (ich?) nichts anhängen.

Gruss
Jens

zunächst vielen Dank an Jens für die zugesandten Dateien.

Zur Schaltungstopologie habe ich nochmals LT-spice bemüht und durch zwei weitere Widerstände nochmals deutlich verbesserte Kliir- und Intermodulationswerte erhalten. Vermutlich ist diese Schaltungstopologie auch im Modulus 3886 zu finden....



Jetzt werde ich mich mal daran machen das ganze Praktisch umzusetzen, zum testen zunächst mit dem LM4562 und dem TDA2050, auch wenn letzterer für gehobene Lautstärke von der Leistung vielleicht doch schon etwas knapp ist

Guten Morgen Bernd,
ich raube Dir ja ungerne Illusionen, aber
1. sind viele Opamp-Modelle nicht zum Simulieren von THD-Werten zu gebrauchen
2. kannst Du einen Composite-Verstärker nicht einfach mit irgendeinem anderen opamp simulieren und schon garnicht, wenn Du nicht weisst, was in diesem Modell alles (mehr oder minder realistisch) abgebildet ist. Wichtig ist vor allen Dingen der open-loop-gain und Phasenverlauf. Wenn Du irgendein anderes Modell nimmst sitzen doch die Pol- und Nullstellen entsprechend auch woanders. Dann ist die ganze (letztendlich entscheidende) Stabilitätsbetrachtung soviel "pi mal daumen", dass man auch gleich einfach aufbauen und probieren kann. (was nicht unbedingt schlecht ist und bei deiner "minimalistischen" schaltung evtl. sogar von nöten)

Bin mir nicht 100% sicher und habe es selbst noch nicht genutzt, aber ich glaube im Tina Spice von TI, sind die meisten Modelle für solche Simulationen zu gebrauchen.
LM3886 auf jeden Fall. Evtl. könntest du den LM1875 alternativ einsetzen (ist ja glaube ich auch pinkompatibel zum TDA20xx). Da sollte es ein Modell geben.

Ich würde hier nochmal durchschauen (hab es nicht komplett gelesen, aber da sind ja funktionierende Schaltungen dabei):
Link Lm1875&Co
Ansonsten auf jeden Fall vorher auf Veroboard aufbauen.
Du erwartest bei Deiner Schaltung, dass Du alles mit dem einen Kondensator kompensieren kann, was am Ende so aussehen kann, dass Du den kontrollierenden Opamp für Stabilität so langsam machen musst, dass nur noch ein DC-Servo bleibt, oder sogar die obere Grenzfrequenz (20kHz) beschnitten wird.

So ist zumindest mein bisheriges Verständnis und wie gesagt, praktische Erfahrungen kann ich diesbezüglich nicht aufweisen.

Beim Modulus gibt es einen "balanced-unbalanced-converter", einen separaten DC-Servo und den kontrollierenden Opamp (LME49xxx). Kann man auf einigen Bildern auch erkennen.

Gruss&viel Erfolg
Jens

Hallo Jens,
Simulationen sind grundsätzlich kein 100%iges Abbild der Realität, sie zeigen aber klar ob etwas grundsätzlich die Chance hat zu funktionieren und welcher Art die Veränderungen sind wenn man etwas ändert. Sie sind also mit Vorsicht und Bedacht einzusetzen. Da ich beruflich sehr viel mit Elektronik zu tun habe bin ich mir darüber im Klaren. Mir geht es im aktuellen Projekt darum mit möglichst geringem Aufwand (sowohl finanziell als auch was den Platz betrifft) einen möglichst hochwertigen Mehrkanalverstärker zu bauen.

Für den LM1875 / TDA2050 oder auch den TDA7293 braucht es noch mindestens eine weitere Kompensation, damit bei dem angestrebten geringen Verstärkungsfaktor nicht schwingen - das berücksichtige ich natürlich bei der Erstellung des Boards. Ideengeber für die Kompensation (und auch für die Erweiterung der simulierten Schaltung) ist das Datenblatt des LM675. Nach dem Studium dieses Datenblattes gehe ich davon aus, dass der verbaute Chip mit dem des LM1875 identisch ist....

Einen DC Servo sehe ich beim Prototypen erst einmal nicht vor, denn ich arbeite ja nur mit einem Leistungsverstärker und wenige mV Offset kann ich gut tolerieren. Was später in den fertigen Amp auf jeden Fall muss ist eine DC-Erkennung, die im Fehlerfall den ganzen Verstärker ausschaltet.

Glaub der LM1875 ist ein netter Chip, aber leider nicht so günstig wie der TDA2030.
Bei dem Preis (LM1875) könnte man auch gleich zum TDA7293 greifen.
Wenn man dann die ganzen anderen Kosten bedenkt, ist das evtl. nichtig, aber ich würde doch zögern,
zumal der LM1875 dem einen oder anderen Woofer auch nicht gerecht wird.
(bspw. Woofer auf offener Schallwand mit EQ)
Die Arbeit darf man natürlich auch nicht rechnen, ansonsten kann man einfach Tom´s Platine(n) kaufen.
Wenn ich das aktuelle Projekt nicht hätte, hätte ich auch zumindest einen Stereo-Amp derart aufgebaut.

Bin auf jeden Fall gespannt, was Du am Ende nutzen wirst.
Ich halte Dich auf dem Laufenden, was aus unseren TDA7293´s wird.

es geht voran... ich habe jetzt eine Schaltungstopologie gefunden die es wert ist umgesetzt zu werden:

Hi,

engel_audio (Beitrag #22) schrieb:

... ich habe jetzt eine Schaltungstopologie gefunden die es wert ist umgesetzt zu werden: ...

Mal zwischengefragt:

-- Welcher Einsatzort schwebt dir für diese Schaltung vor ?

Gruss,
Michael

...siehe Post #16

Sehr cool Bernd!
Ich bewundere Deinen Enthusiasmus und die ganzen Messungen, die Du gemacht hast.
Bin mir sicher Du wirst was Brauchbares dabei herausbekommen.

Nach dem, was ich in Post 19 geschrieben habe, frage ich mich aber doch warum Du weiterhin mit "irgendwelchen" Opamp-Modellen etwas simulierst.
Der open-loop-gain ist anders und daher sind die Kompensationen, die man für Stabilität braucht, auch nicht passend. (oder zumindest extrem unwahrscheinlich).
Tom hat es ja selbst kürzlich jemanden deutlich gesagt: Derjenige wollte den kontrollierenden Opamp gegen irgendeinen ganz tollen diskreten Sparkos-opamp tauschen und Tom hat ihm versichert, dass das Ganze nicht stabil sein wird.
siehe Post #5606 ff

Ebenso sind THD-Ergebnisse nicht zu gebrauchen. a) weil viele Modelle brauchbare THD-Simulationen gar nicht hergeben und b) weil es ganz andere Modelle/Bauteile mit gänzlich anderer innerer Beschaltung sind.

Hast Du jetzt jedesmal eine neue Revision der Leiterplatte gemacht oder arbeitest Du auf Veroboard?

Viele Grüsse & weiterhin guten Erfolg
Jens

engel_audio (Beitrag #24) schrieb:

...siehe Post #16

... also ein optimierter OP (mit V = 15 ?) für die Filter-Stufen etc.
oder Treiber für die Endstufen ?

Die Simulationen dienen nur dem grundlegenen Verständnis der Topologie und die dabei verwendeten ICs sind nicht die letztlich verwendeten, haben aber was die Stabilität betrifft recht ähnliche Eigenschaften. Simulation ist nur ein Werkzeug - man muss halt wissen wie man es einsetzt. Mit meiner Vorgehensweise habe ich noch immer gute Ergebnisse erreicht. (Habe ich aber weiter oben schon erklärt, dachte ich....).

Das ganze gibt die Basis für den Leistungsteil für einen 4-Wege Dipol-Aktivlautsprecher. (Habe ich aber weiter oben schon erklärt, dachte ich....).

Tom kocht auch nur mit Wasser und was er im Post schreibt ist richtig - mit anderen ICs ist auch eine andere Kompensation notwendig.
Mittlerweile bin ich mir sicher Toms Topologie gefunden zu haben, sie ist der vom letzten Diagramm sehr ähnlich. Die Änderung habe ich eingearbeitet und ich denke es ist jetzt an der Zeit Platinen zu bestellen. Die bisherigen Platinen habe ich mit einer Isolationsfräse erstellt.

hier noch das aktuelle Board

Hallöchen.

Für die audiologische Messtechnik war ich vor einigen Jahren an Projekt zu einer Endstufe beschäftigt, die sowohl für Kopfhörer als auch Lautsprecher geeignet ist, dabei Grundrauschen und Verzerrungen stets unter der Wahrnehmbarkeitsschwelle liegen sollten. Von allen getesteten Bausteinen war der TDA7293 sowie TDA7295 mit Modifikationen der Beschaltung herausragend. Im Vergleich hatten die 7295 geringfügig bessere Verzerrungswerte, die Entscheidung fiel jedoch wegen der integrierten Clippinganzeige auf den 7293.

Das Erfreuliche, nach etlichen Versuchen, die Modifikationen der Beschaltung zur Optimierung von Grundrauschen und Verzerrungen betrafen letztendlich lediglich die Gegenkopplung, mehr brauchte es nicht. Diese wurde niederohmiger und auf eine Verstärkung von ca. 8 angepasst. Der SNR verbessert sich um über 20 dB, der THD sinkt auf ca. ½ der Herstellerangaben.

Damit die Schaltung stabil bleibt und nicht zur Schwingneigung neigt, sind zusätzliche Filter notwendig. Hierüber ist vor einigen Jahren bereits die Elektor bei einem Projekt mit dem TDA 7293 (7294) gestolpert. Eine einfacher Lowpass-C in der Gegenkopplung führt zu hohen Frequenzen zur Mitkopplung. Etwas tricky ist jedoch ein Zugriff zwischen Treiber und Endstufe am Pin 11 möglich. So lässt sich mit etwas geschickter Dimensionierung eine funktionierende Bandbegrenzung realisieren. Zumindest für eine Betriebsspannung bis +- 30 Volt (Trafospannung Netzteil 2 x 21 Volt unstab.)

Die Dimensionierung der Filter wird vom Leiterplattenlayout beeinflusst, daher keine Angabe an dieser Stelle.

Vor einiger Zeit habe ich die Schaltung wieder aufgegriffen und verwende sie nun in der ARTA-Messbox erfolgreich. Hier wird der TDA 7293 über 2 Akkus mit +- 12 Volt versorgt. Das ermöglicht Lastimpedanzen ab 1 Ohm, und eine Ausgangsleistung von über 10 Watt bis ca. 8 Ohm. Als hochwertiger (niederohmiger) Line-Ausgang lässt sich die Endstufe so ebenfalls gut nutzen.

Nachfolgend Messdaten:

old diabolo, vielen Dank für den Beitrag und die Diagramme.

Der Verstärker zum geposteten Layout ist ein zusammengesetzter Verstärker. Im Eingang sitzt ein hochwertiger Signal-IC (LM4562) der als Fehlerverstärker dient und deshalb als Integrator beschaltet ist. Die Werte des RC-Gliedes im Gegenkopplungspfad sind kritisch um die ganze Schaltung stabil zu bekommen. Der Ausgang des Fehlerverstärkers treibt den Leistungsverstärker (TDA7293/4/5/6) der in nicht invertierender Schaltung angeschlossen ist. Der Leistungsverstärker ist dabei mit dem Verstärkungsfaktor 2 beschaltet... ja das geht - mit einem weiteren RC-Glied zwischen dem positiven und negativen Eingang des TDA. Auch hier sind die Werte wieder kritisch, damit es nicht schwingt. Nun kann der Fehlerverstärker aber nur bis ungefähr 24V Spitze-Spitze Aussteuern und der Leistungsverstärker hebt den Pegel nur auf 48V Spitze-Spitze an. Das reicht aber nicht für Vollaussteuerung. Deshalb wird am Fußpunkt des Gegenkopplungskreises des Leistungsverstärkers ein weiterer Widerstand ergänzt, der wiederum über ein weiteres RC-Glied den Fußpunkt mit dem Signal aus dem Fehlerverstärker anhebt. (Das ist im Grunde das gleiche wie die von old diabolo beschriebene Mitkopplung) Auch diese Werte sind mit Sorgfalt zu wählen um kleinstmögliche Verzerrungswerte zu erreichen. Das funktioniert in der Simulation ganz hervorragend und auch der Prototyp (im fliegenden Aufbau) zeigt sehr brauchbare Messwerte. Das gepostete Layout setzt das ganze praktisch noch etwas kompakter um und zeigt (sehr wahrscheinlich) im Vergleich zum fliegenden Aufbau bessere Messwerte. Bis ich die hier präsentieren kann dauert es aber noch - jetzt muss ich erst mal einen günstigen Leiterplattenhersteller finden, der auch an Privat verkauft. Hinweise hierzu sind willkommen.

Bernd

Hallöchen Bernd.
Fein, wenn ich etwas Positives beitragen konnte. Dir auch danke für deine Beschreibung.

Ist folgendes noch nützlich?

Das erhöhten der Versorgungsspannung der Vorstufe, falls möglich unter Verzicht des Bootstrap Kondensators, ergab keine besseren Werte. Bei der Boostrap-Auslegung für die interne, quasi komplementäre Auslegung der Endstufe (2 x N-Kanal) hat der Hersteller denke ich gute Arbeit geleistet.

Bekannte integrierte Verstärker wie de LM 3886 ließen sich nicht auf ein vergleichbares Niveau wie der TDA 7293 optimieren.

Eine Kompensation wie du sie via Fehlverstärker verwirklichst wollte ich vermeiden, wenn möglich passiv arbeiten (mehr Erfahrung). Hierfür zeigte sich der Zugriffspunkt zwischen Treiber und Endstufe des 7293 am Pin 11 nützlich. Jedoch hatte ich keinen Einsatz mit Versorgungsspannungen weit über +-30 Volt. Bei höherer Betriebsspannung steigt vermutlich das Schwingneigungsrisiko, da ist dein konsequenteres Vorgehen eventuell zielführender.

Der Versuch den 7293 alternativ symmetrisch anzusteuern gelang nicht zielführend, zumal die intergierte Mutingschaltung nur auf den nicht invertierten Eingang greift.

Auch bei zueinander differierender Dimensionierung der beiden 22 kOhm Widerstände (R1, R3) zur Anpassung der Verstärkung / Optimierung des SNR bei weiterhin akzeptablem Eingangswiderstand gelang eine ploppfreies Muting (ist zum beim Einsatz in der audiologischen Messtechnik gefordert). Die Muting-Ansteuerung des 7293 wurde hierzu optimiert.

Zur besseren Wärmeableitung wurde der 7293 an der Rückseite mit 400er Körnung feingeplant, und der Baustein anstelle der vorgesehenen Befestigungsschraube über einen aufgelegten Metallbügel mit dem Kühlkörper verspannt, das ergab einige Grad Temperaturvorsprung.

Mit einem Sinus als Eingangssignal ist der 7293 nur bedingt kurzschlußfest, bei typischer Ansteuerung mit Musiksignal überlebt er Kurzschlüsse eher.

Eurocircuits ist nicht der billigste Anbieter für Leiterlatten, meiner Erfahrungen jedoch günstig bei guter Qualität und Service.

Würde mich freuen, wenn du weiterhin über dein weiteres vorankommen berichtest.

Gute Zeit!

Hallo old diabolo (und alle interessierten Mitleser)

Der Bootstrapkondensator erhöht nur die Aussteuerbarkeit zur positiven Betriebsspannung hin. Die Qualität der Ausgangsstufe ist wohl eher auf die IC-intern verwendete "output inclusive"- Kompensation zurückzuführen - das drückt die Klirrwerte ordentlich in den Keller.

Auf die Erhöhung der Versorgungsspannung der Vorstufe habe ich Aufgrund des dann notwendigen erhöhten Bauteileaufwandes verzichtet - zumal das Pinout des TDA einfach nur schrecklich ist. Es freut mich zu hören dass ich hier nichts an Qualität verschenke.

Wenn man dem Datenblatt Glauben schenken kann erhöht sich die Schwingneigung des TDA eher bei kleinen Betriebsspannungen, denn für Spannungen kleiner als +/- 25Volt empfiehlt der Hersteller explizit die Verwendung eines RC-Gliedes am Ausgang.

Den Pin 11 für Kompensationszwecke wollte ich vermeiden, damit das Layout auch Verwendung für die Artverwandten finden kann.

Die Standby / Mute Schaltung findet aus gutem Grund bei mir keine Verwendung. Die beiden Pins hängen bei mir direkt an der positiven Versorgungsspannung. Dennoch höre ich beim Anlegen der Betriebsspannung kein Plopp. Es lassen sich aber Einschalt-Artefakte weit außerhalb des hörbaren Bereichs mit dem Oszilloskop nachweisen (digitalem Speicheroszilloskop sei Dank - mit meinem alten analogen Oszi hätte ich die nicht entdeckt...)

Meine Schaltung kann ich sowohl HiFi-typisch single ended als auch Beschallungstechnisch-typisch differentiell ansteuern. Dazu dient der zweite Teil des LM4562, der ja sonst brach liegen würde.

Kurzschlussfest ist der TDA nach Datenblattangabe auch nur ohne Eingangssignal. Insgesamt scheint der TDA aber sehr robust zu sein - durch zwei Lötfehler (passiert bei einer Platine aus der Isolationsfräse sehr schnell) hatte ich den Ausgang kurzgeschlossen und die negative Betriebsspannung der Vorstufe fehlte. Gerade letzteres sollte nach den vielen Berichten im Internet zum sofortigen Tod des TDA führen....kann ich nicht bestätigen.

Die angestrebte Betriebsspannung beträgt +/- 35Volt, da kann die beschriebene Montage mit zusätzlichem Bügel, am besten aus dickem Kupfer, sicher nicht schaden.

Den bisher günstigsten Leiterplattenhersteller den ich gefunden habe ist Fischer pcb supermarkt, hat hier schon jemand Erfahrungen mit der Qualität gesammelt?

Bernd

Ich hab bisher nur bei Beta-Layout, ehemals PCB-Pool und PCB-Joker in Deutschland bestellt.
Die waren preislich zum Zeitpunkt noch bezahlbar und Qualität für einfache Platinen gut.
Mit der heutigen Technik glaube ich, dass die meisten einen sehr guten Qualitätsstandard haben
Die letzten Bestellungen habe ich bei JLCPCB gemacht, da unschlagbar günstig.
2$ für 5 Platinen + Porto. 10St. oder 4-Lagen dann glaube ich 5$+P.
Qualität ist ebenso gut. Da kann man auch gleich bestücken lassen, was sich aber für DIY Zwecke i.d.R. nicht lohnt.
Auf der anderen Seite sollte man ja eigentlich die lokale Wirtschaft unterstützen..

So, Platinen sind bestellt. Ich habe mich für eine Fertigung in Deutschland entschieden - bei Ätzwerk.de

Die Versuchung in China zu bestellen ist groß - die Preise sind praktisch unschlagbar. Wenn man den Berichten allerdings Glauben schenkt geht das schwer zu Lasten der Umwelt. Und die liegt mir sehr am Herzen - auch wenn China weit weg ist....

bei Ätzwerk.de

Gute Entscheidung! Wenn die Umwelt leidet, ist es das nicht wert.
Die Firma scheint sich auch mit Konfliktmineralien auseinanderzusetzen; das ist recht vorbildlich für eine deutsche Firma, die wahrscheinlich keine amerikanischen Kunden hat.

Ich fang auch bald mit dem Bestücken an, aber werd sicher noch ein paar Tage brauchen bis das Teil Töne von sich gibt.
Freu mich auf Deine Erfahrungen mit den neuen Platinen. Viel Erfolg schonmal vorab!

Die erste Leiterplatte ist bestückt und hier sind ein paar Messwerte dazu, zuerst die zum Testen verwendete Soundkarte im Selbsttest:

und im Anschluss der Verstärker, versorgt von einem Labornetzteil mit 2x30Volt, symmetrisch angesteuert und mit 4 Ohm Lastwiderstand, eingestellte Signalgröße für ca. 2 Watt

sieht soweit hervorragend aus, nur für die Ursache für der 50Hz "Störung" muss ich mich noch auf die Suche machen....

Wow, die Ergebnisse sind wirklich wahnsinnig gut Bernd! Gratulation!
Wunder mich dass Deine Soundkarte so gut misst; das bekommt man auch mit ner Focusrite so nicht hin,
wenn ich richtig informiert bin. edit: nochmal nachgesehen: ist doch etwa zwischen -130dB...-140dB.
Die üblichen Stabilitätstests mit Kondensator hast Du schon gemacht?

Könnten die 50Hz eine einfache Kopplung von den Trafo-Windungen sein?
Der PC ist ja scheinbar auszuschliessen.
Ansonsten würde ich auf ne "kleine" Brummschleife tippen.

Wünschte ich könnte THD so gut messen!
Unser Prototyp vom TDA-composite ist auch "fertig" und stabil.
Da muss wohl noch ne neue Soundkarte her.
DIY kann ganz schön teuer werden!

Hallo Jens,

Brummschleife kann ich ausschließen - die hatte ich aber auch schon im Sinn. Ich werde das ganze mal mit einem "normalen" Netzteil betreiben und sehen was übrig bleibt...

Die Soundkarte-Artefakte sind deshalb so klein, weil ich den Ausgangspegel auf -20dB eingestellt habe. Auf 0dB eingestellt sieht der Selbsttest der Karte auch nicht so schön aus. Scheint am eingebauten DAC oder dem Ausgangsverstärker zu liegen. Der Anstieg des Rauschens zwischen 30kHz und 50kHz ist auch dem DAC zuzuschreiben - beim Messen eines Sinussignals von einem analogen Generator ist hier alles "flach". Der ADC Teil der Karte scheint hier unproblematischer zu sein. Bei 24bit ist der Rauschgrund etwa bei -144dB zu erwarten - und da liegt er ja auch im Selbsttest. Und bei Verwendung des symmetrischen Eingangs ist eine 6dB Verschlechterung zu erwarten, auch das zeigt der Test des Verstärkers (Rauschgrund -138dB). Zu beachten ist allerdings meine Aussteuerung des ADC auf -20dB, das heißt effektiv gemessen sind "nur" -118dB.

Die Stabilitätstests waren beim Prototypen schon ohne Beanstandung und haben durch die in der Schaltungsbeschreibung genannte "Mitkopplung" noch einmal gewonnen. Der Verstärker ist also auch unter Kapazitiver Last stabil, keinerlei Anzeichen von Schwingneigung.

DIY kann teuer werden - aber am Ende weißt Du genau was Du hast und bist nicht auf windige Beschreibungen der HiFi-Gazetten angewiesen. Es ist schon beschämend, dass (gerade beim extra-teuren "Ultra-High-End") keine Messwerte veröffentlicht werden, die die Qualität der Geräte belegen könnten. Am Ende sind es die Haptik, die Optik, das Image und die Werbung die die Geräte so teuer machen. Die verbaute Elektronik ist da mitunter nur durchschnittlich.

Ich habe noch etwas Zeit in meinen Verstärker investiert und konnte die Messwerte noch einmal verbessern, alle gezeigten Signale gemessen mit 1W an 8 Ohm - sie sehen aber mit 2W an 4 Ohm praktisch genau so aus. Dabei lag die Platine ohne Gehäuse auf der Werkbank, deshalb auch die relativ hohen Brumm-Artefakte.







Die maximale Leistung kann ich (aktuell) leider nicht in dieser Qualität messen - aber ich arbeite daran...

old-DIABOLO (Beitrag #30) schrieb:

... auf eine Verstärkung von ca. 8 angepasst. Der SNR verbessert sich um über 20 dB

Warum?
...
vlt. weil die Standard-Spannungsverstärkung von 30,5dB auf 18dB reduziert wurde?

@Bernd
https://audio.rightmark.org/products/rmaa.shtml

Hallo Kay

vielen Dank für den Link. Aber so wie ich das sehe ist das nur eine weitere Software zur Analyse. Die Software (ARTA) die ich benutze ist aber nicht das begrenzende Element für die Messungen. Es ist die Hardware die mich begrenzt. Wenn Du also eine externe Soundkarte kennst die 0dB Signale mit 24 bit praktisch Verzerrungsfrei ausgibt wäre mir sehr geholfen.

Gruß
Bernd