Idee für digitalen Audioverstärker, aber wie umsetzen?

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Autor
Idee für digitalen Audioverstärker, aber wie umsetzen?

    







BID = 900946

ffeichtinger

Schreibmaschine



Beiträge: 1050
Wohnort: Traunkirchen im Salzkammergut
 

  


Hallo

Ich habe vor einen digitalen Audioverstärker zu bauen. Soll heißen die Endstufe besteht nicht aus Bipolartranssitoren im AB-Betrieb sondern aus geschalteten MOSFETs. Im Mittel entspricht die Ausgangsspannung dann der (verstärkten) Eingangsspannung. Hochfrequente Anteile im Signal werden von Filter bzw. dem Lautsprecher selbst herausfiltert bzw. gar nicht gehört.

Vor einiger Zeit habe ich zusammen mit einem Kollegen eine kleine Schaltung gebaut, die zunächst ein Dreiecksignal erzeugt und dieses dann mit dem Eingangssignal vergleicht. Fertig ist das Steuersignal der Transistoren!

Ich denke das ist das übliche Verfahren für einen digitalen Verstärker. Nach diesem Vorbild will ich auch meinen neuen Verstärker bauen. Das Prinzip hat aber ein Problem: Wenn die Versorgungsspannung nicht konstant ist sondern Schwankungen unterliegt (zb. einem 100Hz Rippel von einem Gleichrichter) so werden diese Schwankungen 1:1 auf den Ausgang weitergereicht, das will ich natürlich nicht!

Diese Schwankungen bei entsprechender Leistung vollständig aus der Versorgungsspannung herauszufiltern wäre recht aufwändig und würde den Vorteil eines digitalen Verstärkers wohl wieder zunichte machen.

Es muss doch auch schlauer gehen, dachte ich mir, und bin zu folgender Überlegung gekommen:
Wenn ich es schaffe, dass die Amplitude des Dreiecksignals proportional zur Versorgungsspannung ist hebt sich der Einfluss der Schwankung von selbst weg! Eine kleinere Versorgungsspannung führt dann automatisch zu einer längeren Einschaltphase des PWM-Signals. Wenn die Abhängigkeit also wirklich linear ist, verschwindet die Störung theoretisch komplett.

Das Problem, das jetzt bleibt ist die Umsetzung des ganzen. Wie erzeuge ich ein Dreiecksignal, das streng proportional zu einer Referenzspannung ist?

Ich habe mir auch schon diese nette Schaltung angesehen:
https://forum.electronicwerkstatt.d......html

Aber bis jetzt ist es mir noch nicht gelungen, das mit meinem Problem zu verquicken.

Hat jemand eine geniale Schaltungsidee?

Vielen Dank, mfg Fritz

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BID = 900954

der mit den kurzen Armen

Urgestein



Beiträge: 17437

 

  

Die Mühe kannst du dir sparen Class D -Verstärker gibt es fix und fertig und mit einem Eigenbau wirst du nie die Ergebnisse einer industriellen Fertigung erreichen.
http://www.ebay.de/bhp/class-d-amp

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Tippfehler sind vom Umtausch ausgeschlossen.
Arbeiten an Verteilern gehören in fachkundige Hände!
Sei Dir immer bewusst, dass von Deiner Arbeit das Leben und die Gesundheit anderer abhängen!

BID = 900961

ffeichtinger

Schreibmaschine



Beiträge: 1050
Wohnort: Traunkirchen im Salzkammergut

Eines Tages wird man diesen Satz auch auf Babys anwenden können. Aber das ist kein Grund es nicht selbst zu versuchen!

_________________

BID = 900977

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Ich denke das ist das übliche Verfahren für einen digitalen Verstärker.
Wenn es das wäre, hätten die Chiphersteller seinerzeit nicht mit NDAs herumgeeiert.
Selbst ein Trabi war mehr als eine Holzpalette mit vier Rädern an den Ecken.

BID = 900978

ffeichtinger

Schreibmaschine



Beiträge: 1050
Wohnort: Traunkirchen im Salzkammergut

OK, ich habe mich dabei eher auf diese wikipedia-seite gestützt:
http://de.wikipedia.org/wiki/Klasse-D-Verst%C3%A4rker

Was die Chiphersteller auf dem Sektor der class-D Verstärker so treiben ist mir weitgehend unbekannt.

mfg Fritz



_________________

BID = 900997

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
ich habe mich dabei eher auf diese wikipedia-seite gestützt
Dann solltest du sie auch bis zum Ende lesen, denn einige der Fallstricke sind dort angesprochen.
Die Erwähnung der Probleme ist aber noch keinesfalls auch ihre Lösung.

BID = 901001

ffeichtinger

Schreibmaschine



Beiträge: 1050
Wohnort: Traunkirchen im Salzkammergut

Du meinst die vergleichsweise hohe THD und die EMV? Dessen bin ich mir durchaus bewusst. Aber diese Probleme sind wieder ein anderes Thema.

Außerdem ist mein Gehör objektiv betrachtet wohl kaum gut genug diese Oberschwingungen wirklich als störend zu empfinden, wohl aber einen satten 100Hz Brumm.

Ich schreibe hier ja nicht um mir das Projekt ausreden zu lassen.

Ich suche eher nach einer Schaltungsidee um die von mir vorgeschlagende Kompensation der Spannungsschwankung zu realisieren.

mfg Fritz

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BID = 901008

Murray

Inventar



Beiträge: 5168


Zitat :

.... wohl aber einen satten 100Hz Brumm.


Und wo soll der bitteschön herkommen?
Willst du den Verstärker mit Wechselspannung betreiben?
Warum hat NIEMAND anderes außer dir dieses Problem?
Na ... ???

BID = 901014

ffeichtinger

Schreibmaschine



Beiträge: 1050
Wohnort: Traunkirchen im Salzkammergut


Zitat :

Warum hat NIEMAND anderes außer dir dieses Problem?


Ich weiß nicht ob niemand außer mir dieses Problem hat. Aber vielleicht gibt es auch sehr viele die nicht über solche Dinge nachdenken und deshalb dieses Problem nicht haben.

Wo soll der Brumm herkommen? Naja, ich dachte das hätte ich oben erklärt, ich versuchs nochmal:

Die Versorgungsspannung kommt zb. von einem Trafo und einem Gleichrichter. Diese Gleichspannung wird von ELKOs gepuffert. Wenn diese Gleichspannungsquelle nun belastet wird, so müssen sich die ELKOs periodisch nachladen, eben im 100Hz Takt. In der Zwischenzeit fällt die Spannung etwas ab. Abhängig vom Laststrom und der Kapazität der ELKOs. Ich hoffe dieser Punkt ist mal klar, über solche grundlegenden Dinge brauchen wir wohl nicht zu diskutieren.

So, wenn die MOSFETs nun diese Betriebsspannung geschaltet an die Last weitergeben so geht dies linear in die Ausgangsspannung ein. Ich versuche das mal mit ein wenig Mathematik zu erklären. Die Betriebsspannung sei ub(t). Das Schaltsignal (PWM) sei g(t) und kann lediglich die Werte 1 und -1 annehmen.

Für die Ausgangsspannung ua(t) gilt dann (angenommen ich nehme eine Vollbrücke):

ua(t)=ub(t)*g(t)

Die Amplitude der Ausgangsspannung wird also mit der Betriebsspannung moduliert. Es kommt also zu allerlei Mischungen zwischen dem Nutzsignal und der Betriebsspannung. Daher wird sich der Brumm auch in der Ausgangsspannung bemerkbar machen.

mfg Fritz

_________________

BID = 901016

Murray

Inventar



Beiträge: 5168

Du suchst ein Problem wo keins ist.

Willst einen Porschemotor in einen Käfer einbauen und störst dich dann noch daran das man den hört.

Mach dir erstmal Gedanken darüber wie groß diese "Rippel" überhaupt sind und in welchem Verhältnis die zum Nutzsignal stehen.

Du willst das Pferd von hinten aufsatteln.

Um so erschreckender ist zudem das du die üblichen Probleme von Digitalverstärkern einfach beiseite wischst.

Ich frage mich echt wo du so einen Schwachsinn herhast ...

Armes Deutschland. (edit: ist zum Glück nicht D)






[ Diese Nachricht wurde geändert von: Murray am  1 Okt 2013 20:26 ]

BID = 901017

DonComi

Inventar



Beiträge: 8604
Wohnort: Amerika


Offtopic :

Zitat :
Ich frage mich echt wo du so einen Schwachsinn herhast ...

Schlechten Tag gehabt?


Sich so aufzuregen ist doch albern.


_________________

BID = 901019

ffeichtinger

Schreibmaschine



Beiträge: 1050
Wohnort: Traunkirchen im Salzkammergut

Wie groß der Brumm ist hängt einzig davon ab wie groß ich die ELKOs wähle. Aber naturgemäß will ich diese so klein wie möglich wählen.

Ich will ja nicht einen class-D für eine Leistung von 20W bauen. Ich rede von 200W und aufwärts. Wenn ich da ELKOs einbauen würde so dass "kein Rippel" mehr entsteht bräuchte ich schon riesige Apparate von ELKOs. Die brauchen Platz, haben Gewicht und kosten Geld. Außerdem handle ich mir damit wieder andere Probleme wie das Einschalten usw. ein.


So, gibt es jetzt auch noch konstruktiven Input, oder nur negatives Geplapper und hohle Floskeln?

mfg Fritz

_________________

BID = 901022

der mit den kurzen Armen

Urgestein



Beiträge: 17437

mach dir erst mal klar warum trotz Elkos immer noch ein Ripple vorhanden ist!

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BID = 901023

Harald73

Schreibmaschine


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Beiträge: 1016


Zitat :
Murray hat am  1 Okt 2013 20:25 geschrieben :

Mach dir erstmal Gedanken darüber wie groß diese "Rippel" überhaupt sind und in welchem Verhältnis die zum Nutzsignal stehen.


Nun ja, so im Bereich von -20dB, oder?! Das ist nicht unbedingt das, was man sich so als Störabstand wünscht. Das Problem ist also durchaus vorhanden.


Fritz, deine Idee das Eingangssignal mit einem festen Takt zu vergleichen ist recht "open loop". Selbst bei einem mit Vcc skalierten Dreieck schätzt du nur den Ripple raus, aber alle anderen Fehler (Spannungsfall am Schalter, Verzögerungen, ....) bleiben drin.
Es gibt den HIP4080. Dazu gab es mal Application Notes zum Audioverstärker. Aus irgendwelchen Gründen finde ich die aber nicht mehr so auf Anhieb. Wenn Du aber nach HIP4080 und amplifier suchst, dann findest du Diskussionen in Audio-Foren, vielleicht ist da irgendwo auch ein Schaltplan dabei.
Es geht (wenn ich es richtig vor meinem geistigen Auge habe) ähnlich wie hier: http://www.intersil.com/content/int.....UTF-8
nur dass in diesem Plan der Strom durch die Last geregelt wird. Wenn du den Differenzverstärker stattdessen an die Ausgänge der Halbrücken anschließt, dann misst du die Spannung über Last (fast, dahinter kommt noch das Filter, bin nicht sicher, ob das mit gemessen wurde oder nicht). Auf jeden Fall ist es dann halt so, dass du den Eingang mit dem (fast tatsächlichen) Ausgang vergleichst.

Edit: und noch ein Integrator, weil bei Uin = Uout muss nichts geändert werden, nicht jedoch ein Tastgrad von 50% eingestellt werden Sorry, hatte einen harten Tag heute...


Gruß
Harald





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*..da waren sie wieder, meine 3 Probleme: 1)keiner 2)versteht 3)mich
* Immer die gültigen Vorschriften beachten und sich keinesfalls auf meine Aussagen verlassen!

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Harald73 am  1 Okt 2013 21:42 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Harald73 am  1 Okt 2013 21:43 ]

BID = 901025

ffeichtinger

Schreibmaschine



Beiträge: 1050
Wohnort: Traunkirchen im Salzkammergut


Zitat :

mach dir erst mal klar warum trotz Elkos immer noch ein Ripple vorhanden ist!


Na weil ich auch Strom aus dem Netzteil entnehmen will!

ΔU=I*T/(2*C)

Was soll denn das? Wer die Funktion eines Gleichrichters nicht verstanden hat sollte sich zuerst mal darüber informieren bevor er mitredet.

http://de.wikipedia.org/wiki/Gleichrichter#Gl.C3.A4ttung

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