Mono-Bassverstärker in Klasse D

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Der_Papst
Stammgast
#1 erstellt: 30. Jun 2009, 17:23
Ich möchte hier mal ein Konzept anschneiden dass laut meinen Recherchen im Internet ziemlich unbekannt zu sein scheint.
Jeder Student der Elektronik & Ähnlichem hört irgendwo beim Thema OPV-Anwendungen vom Rechteck-Dreieck-Generator und auch von dessen Einsatzmöglichkeit als selbstschwingender Pulsweiten-Modulator

Ich habe aber nie verstanden warum diese Schaltung in keiner Funktionsbeschreibung des Klasse D-Verstärkers im Internet auftaucht, also habe ich im Labor ein paar Experimente gemacht und tatsächlich, der Sinus vom Funktionsgenerator wurde mit konstanter Trägerfrequenz sauber in ein PWM-Signal umgewandelt.

Schema, nur zur besseren Vorstellung (die Dimensionierung ist NICHT richtig)

Vorraussetzung dafür ist aber eine so hohe Trägerfrequenz, dass man das Audiosignal in Relation (fast) als Gleichstrom betrachten kann.
Und das ist der Grund warum mein erster Versuch zu dem Thema ein Bassverstärker werden soll: Hier brauche ich mit der Trägerfrequenz nicht in den 100KHz-Bereich gehen.

Ich möchte dabei klein anfangen und mich langsam hocharbeiten: Am Anfang wird das ganze an meinem Labornetzteil laufen und mit hohen Kollektorwiderständen aufgebaut werden, später dann mit dem richtigen Netzteil und den richtig dimensionierten Widerständen.
Ich werde von Anfang an mit dem komplementären Leistungs-Darlingtonpaar BDW93C/BDW94C (100V, 12A) und Kühlkörper arbeiten.
Diese Leinstungstransistoren sind für mein Ziel sogar überdimensioniert und überleben wohl auch einige Fehler solange man sie früh genug bemerkt...

Ziel:
Mein Ziel ist eine passende Endstufe für aktive Tieftöner wie zB dem Eckhorn, ich rechne dabei mit den Daten vom Mivoc AWM 124.

Nun hoffe ich noch, dass sich hier Leute mit Erfahrung finden, die mir vielleicht einige Fragen beantworten können:

Die etwa 10fache max. Signalfrequenz ist nach meinen Recherchen als Trägerfrequenz üblich, bei einem Bassverstärker wären das etwa 1 - 1,5KHz.
Wäre es hier sinnvoll, das 100fache, also 10-15KHz zu wählen?

Die 2. Frage ist wesentlich schwieriger:
Selbst die Hersteller integrierter Klasse D-Verstärker streiten scheinbar darum, ob hinter die Endstufe ein Tiefpass gehört oder der Lautsprecher als Tiefpass ausreicht... (Jedenfalls wird dieser in vielen Datenblättern empfohlen, in anderen als überflüssig bezeichnet...)

Also rechnen wir mal:
Der AWM124 hat einen Ohm'schen Widerstand von 3Ohm und eine Induktivität von 2,3 mH.

Die Impedanz liegt bei einer Trägerfrequenz von 10 KHz somit bei 144,54 Ohm. (Laut Fourier ist die niedrigste Frequenz einer Rechteck-Schwingung deren Grundfrequenz)
Diese Frequenz ist hörbar, durch die hohe Impedanz ist aber die Leistung dieser Frequenz sehr gering und ich frage mich auch, ob ein Lautsprecher mit 125g bewegter Masse 10KHz überhaupt folgen kann.
Erhöhen wir den Träger weiter auf 25KHz, so ist dieser sicher nicht mehr hörbar und die Impedanz liegt hier schon bei 361,3 Ohm.

Ich hoffe auf Hinweise und Erklärungen, vor allem zu den letzten beiden Fragen und vielleicht fällt auch noch wem von euch zum Grundprinzip etwas ein.


[Beitrag von Der_Papst am 30. Jun 2009, 17:26 bearbeitet]
Kay*
Inventar
#2 erstellt: 30. Jun 2009, 18:18
Deine Motivation und dein Ansatz in Ehren,
aber warum?

Wenn ich mir die Spielchen auf diyaudio.com ansehe, finde
ich dort ausreichend überlegenswerte Designansätze, bishin
zu fertigen und/oder optimierbaren Lösungen.
Insbesondere der "Cakeamp" wäre m.E. interessant.


ob hinter die Endstufe ein Tiefpass gehört oder
der Lautsprecher als Tiefpass ausreicht


Hinter jedem "Dreck"-Erzeuger gehört mindestens ein Filter,
vgl. Elektor, TriPath TA3020, Stichwort EMV usw.

Ich habe gerade so'n ärgerliches Problem mit HF-Störeinstrahlung
und ein solches Problem löst man nur an der Quelle.

Davon mal abgesehen, die Abschwächung der Störungen durch
den LS wird sich berechnen lassen. Auch ohne NF-Signal
dürften störende Reste hörbar werden.
(Was ist eigentlich mit Mischprodukten?)

p.s.
es soll wohl auch ein Forum geben, das sich ausschliesslich
mit Class-D beschäftigt.
Der_Papst
Stammgast
#3 erstellt: 30. Jun 2009, 18:43

Kay* schrieb:
Deine Motivation und dein Ansatz in Ehren,
aber warum?

Wenn wir uns diese Frage stellen können wir dieses Unterforum hier dicht machen, denn die Chinesen bauen alles zu Preisen um die man nichtmal die Bauteile einkaufen kann...

Für mich ist die Elektronik eine Freizeitbeschäftigung.
Das entwickeln macht mir Spaß, zudem lernt man noch sehr viel dabei.

Ein Tiefpass hinter der Endstufe schadet sicher nicht, die Frage ist eher theoretischer Natur: braucht man ihn unbedingt?
Ich habe ja vorgerechnet dass der Lautsprecher bei einer hohen Trägerfrequenz eine hohe Impedanz hat.


[Beitrag von Der_Papst am 30. Jun 2009, 20:20 bearbeitet]
Kay*
Inventar
#4 erstellt: 30. Jun 2009, 19:54

Das entwickeln macht mir Spaß, zudem lernt man noch sehr viel dabei.


Keine Frage,
aber lernen kann man auch, wenn man die Dinge unter diyaudio.com studiert.
Es steht ja nicht gegeneinander
tiki
Inventar
#5 erstellt: 01. Jul 2009, 14:20
Hallo,

Der_Papst schrieb:
Rechteck-Dreieck-Generator und auch von dessen Einsatzmöglichkeit als selbstschwingender Pulsweiten-Modulator
Ich habe aber nie verstanden warum diese Schaltung in keiner Funktionsbeschreibung des Klasse D-Verstärkers im Internet auftaucht,...

Das ist nicht richtig, bitte besser suchen. Es ist eine der Standardschaltungen schlechthin, deshalb aber sicher nicht die beste. Ich kann Kay nur beipflichten.
tede
Inventar
#6 erstellt: 02. Jul 2009, 09:29
Hallo,

info's und Grundlagen sind z.b. hier zu finden:http://www.irf.com/product-info/audio/
wie auch bei weiteren Halbleiterherstellern.

die Taktfrequenz würd ich auf jeden Fall > 20kHz anpeilen. Ein Ausgangsfilter kann meiner Meinung entfallen, wenn die Endstufe nahe am Lautsprecher sitzt und z.b. die Zuleitung zum Lautsprecher verdrallt wird, das LS-Chassis geerdet wird .......

Das hängt aber auch vom gesamten Schaltungskonzept ab.


Grüße
Thomas


[Beitrag von tede am 02. Jul 2009, 09:35 bearbeitet]
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