Class D Design

[JFA]

An Patente dachte ich auch schon, aber ein simpler Selbstschwinger mit Pre-Filter-Feedback kann nicht patentierbar sein und ist mW auch nicht patentiert.
Und im PA-Bereich etwas machen nur weil es anders ist? Dachte, da ging es um Einfachheit, Effizienz und Stabilität. Oder sind das genauso irrationale Vögel wie die Highender-Horde?

[MT200]

Wie gesagt, so richtig verstehe ich das nicht, warum nicht einfach class D und fertig, meine Erklärung im PA Bereich war halt EMV, weil 50 m Kabel bei den Leistungen (und eben mehr Ripple aufgrund der hohen Railspannung) halt schon ganz andere Frequenzen abstrahlen als nur 3 m zu Hause an einer Endstufe mit deutlich kleineren Spannungen. Vielleicht wird dort auch eine höhere Anforderung in dem Bereich gestellt.
Wäre aber echt interessant mal zu erfahren, bin da nämlich bei Dir, das es irgendwie nicht richtig Sinn macht...

[JFA]

Als EMVler kann ich dir sagen, sobald du da Leistung irgendwo hin und herschaltest ist es egal, wo die sitzt. Wenn du es schlecht machst, hast du Tschernobyl nachgebaut

[MT200]

So sieht das bei einer 20 Hz Vollwelle aus.

Ich greife das mal auf, da ich jetzt Messungen gemacht habe. Und zwar mit einem einfachen class AB Autohifi-Amp, einer ohmschen Last, einem kleinen Lautsprecher und einem dicken Subwoofer im kleinen CB.
Es zeigt sich, dass die generatorische Leistung wirklich heftig ist, alles sieht noch viel unschöner aus als ich vermutet habe. Und es erklärt die häufigen Defekte an Endstufen im Car Hifi Bereich, wo eben solche Lautsprecher wie der hier im CB verwendete zum Einsatz kommen.
Zudem zeigt sich, dass bei einem Impuls wohl einige Verstärker ziemlich Müll bauen und schon ohne Last den Impuls verändern. Zu den Messungen:
Oszi/ Generator: Picoscope 3403D MSO
Spannungstastkopf: Testec SI 9002 Diff. Tastkopf
Strom: LEM PR1530 Hall-Stromzange
Endstufe: GZRA 4100X an 16 V betrieben (4S Hochstrom Lipo) Kanal 1 und 2 gebrückt)
Kleiner LS: Yamaha NS-CG 85
Den großen Bass wollte ich nicht aufschrauben um zu schauen, was das ist, aber auch als 4 Ohm (zwei 2 Ohm Schwingspulen in Reihe) und war so die 20 kg-Klasse, für ein 12er nicht klein. Hatte ich mal in meinem A1 drin mit ca. 1,5 kW angeblasen...
In den Bildern ist der extrem provisorische Aufbau zu sehen, die Oszis sind Grün Eingang, Blau Ausgang, Rot Strom

   

   

   

4 Ohm Lastwiderstand bei 80 Hz Burst

   

kleiner Yamaha bei 20,40 und 80 Hz

   

   

   


Dicker Bass bei 20,40 und 80 Hz


   

   

   

Nochmal mit mehr Pegel

   

Jetzt Yamaha mit 20,40 und 80 Hz bei längerem Burst, um zu zeigen, wie das sich einschwingt:

   

   

   

Jetzt der dicke bei langen Burst und 40/80 Hz (20 hab ich wohl vergessen aufzuzeichnen)

   

   

Das zeigt in meinen Augen folgendes:

Gängige Messungen sind völlig ungeeignet, um sagen zu können, ob eine Endstufe gute Basswiedergabe ermöglicht, denn dazu müsste immer die Ausgangsspannung der Eingangsspannung folgen, was zwar in eingeschwungenen Zustand so ist, bei einem Impuls aber mitunter nicht.

Die Belastung der Halbleiter -gerade in class AB- kann mitunter um ein Vielfaches höher sein, als bei der Auslegung berücksichtigt, wenn man nicht den generatorischen Betriebspunkt des Lautsprechers berücksichtigt.

Eingangsfilter scheinen das Verhalten bei Impulsen besonders kleiner Frequenz sehr stark zu beeinflussen, was ja aufgrund der Phasenverschiebung einleuchtet. 

Ich werde da ab jetzt ein sehr großes Augenmerk drauf legen, es scheint echt heftiger zu sein als ich gedacht habe und nun verstehe ich so einige Defekte in der Vergangenheit, die ich mir nicht erklären konnte. Zwar war das meine Vermutung, aber ich bin überrascht wie viel da an Strom in die Endstufe reingeschoben wird! Jetzt liegt ja an einer Linearendstufe volle Uce am Transistor und er bekommt derart viel Strom aufs Hirn, obwohl die SOA bei hohem Uce oft nur noch sehr wenig Verlustleistung zulässt. Alternativ macht die foldback-Begrenzung zu und der Bass schwingt aus (hier nicht so), was aber dann bei class H Probleme geben kann, da eben Die Spannung am Ausgang hoch wird und somit eventuell Ucemax überschritten wird, da ja bei class H oft mit mehr Spannung gefahren wird als +- Ucemax/2. 

Ich finde das tatsächlich höchst interessant, und es zeigt, dass hier Simulationen quasi unmöglich sind, da zu viele Parameter reinspielen, Am Ende vermutlich sogar der Raum wo ich messe.

Man muss also immer genug Reserven bei der Auslegung der Endstufe haben.

[walwal]

Ich habe keine Ahnung, aber vieleicht hilft diese Info "meiner" Endstufe weiter.

https://hifiakademie.de/?id=12.1.8.7.90&si=bing

[Kalle]

Man muss also immer genug Reserven bei der Auslegung der Endstufe haben.

Moin,
ja gerne , so halte ich das auch.
Vor 35 Jahren habe ich damals für unser neues Wohnzimmer Drehstromanschlüsse gelegt......angeregt durch G.J.Wasser und seinem Bericht über die Gröbox......aber drei dicke Ringkerne für die linearen Netzteile für die AB-Endstufen pro Seite haben es nie dorthin geschafft.
Jetzt betreibe ich meine Aktivlautsprecher mit gebrückten ICEpower ASX2 Bausteinen mit 270W und 100W an acht Ohm für Bass und Hochtontreiber......das ist ziemlich viel Leistung, wird aber belohnt mit 120db Störabstand und ein sehr gutes Impulsverhalten.
Aber diese Endstufen, z.B. den 125ASX 2 im Stereobertrieb mit 67W an 8 Ohm an Passivlautsprechern sind nicht das Ende der Fahnenstange. Das können meine 20.5 AB-Endstufen mit 4x33V Ringkerntrafo die gegenfasig an zwei Brückengleichrichtern erst auf der Gleichstromseite parallel geschaltet sind an aufwendigen Passivweichen deutlich besser....aber sie rauschen leider direkt an Hochtontreibern mit über 110db/ Watt mehr als deutlich.
Als Elektronik-Laie kann ich der obigen Diskussion kaum folgen, aber meine Beispiele zeigen in der Praxis auf, dass die theoretischen Überlegungen verifiziert durch entsprechende Messungen vor den Lautsprechern die unterschiedliche klangliche Wahrnehmung gut erklären.
Danke dafür!

Gruß Kalle

[walwal]

Genau. Bei mir 4 x 250 W (4 Ohm), teilaktiv. Reicht dicke.

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Genau. Bei mir 4 x 250 W (4 Ohm), teilaktiv. Reicht dicke. Zumal die LS 89 dB Kennschalldruck (in passiv) haben.

[Kalle]

   
Hier sieht man den Datenvergleich der ASX2 noch mit dem alten Chip.
Trotz gleichem sehr hohen Dämpfungsfaktor gemessen an Ohmschen Widerständen, erklären diese Werte nicht, warum die SE Versionen in der Praxis nicht so einen hohen Standard an komplexen Lasten zeigen.
Vielleicht sollte man eine komplexe Last durch genormte Kombinationen von  Widerstände, Spulen und Kondensatoren für die Dämpfungsfaktor-Messung entwickeln....um dies eben auch zum Vergleich zu messen.

[MT200]

Problem ist ja, dass Musik ja sehr dynamisch ist, und offensichtlich genau das den Endstufen Stress bereitet. Und das der dynamisch angesteuerte Lautsprecher keine reine R-L Kombination ist, sondern auch generatorisch, also über alle 4 Quadranten mit teils erheblichen Leistungsspitzen arbeitet.
Man müsste tatsächlich eine aktive Last verwenden, die solches Verhalten nachbildet, nur dann bekommt man wirklich richtig aussagekräftige Ergebnisse.
Im Zweifel gilt aber, wenn genug Reserven da sind, ist das schonmal gut.

[walwal]

...
Vielleicht sollte man eine komplexe Last durch genormte Kombinationen von  Widerstände, Spulen und Kondensatoren für die Dämpfungsfaktor-Messung entwickeln....um dies eben auch zum Vergleich zu messen....

Das macht "Stereophile" schon lange so. Zwar nicht den DF, aber die Wechselwirkung LS-Verstärker.


https://www.stereophile.com/content/dosh...asurements

[JFA]

Moin,

die Messungen sind toll, aber das hier

Gängige Messungen sind völlig ungeeignet, um sagen zu können, ob eine Endstufe gute Basswiedergabe ermöglicht, denn dazu müsste immer die Ausgangsspannung der Eingangsspannung folgen, was zwar in eingeschwungenen Zustand so ist, bei einem Impuls aber mitunter nicht.

lässt sich nur zum Teil daraus schließen. Halbwellen oder Bursts über mehrere Perioden wie du sie da zeigst sind eher ungewöhnlich. Meistens ist da noch eine Fensterfunktion drauf, bzw. die Welle ist in irgendeiner Form moduliert wodurch die Unstetigkeiten reduziert werden. Aber was du da gemacht hast ist eine Extremform, und Verstärker sollten das eigentlich können, und sei es alleine aus Betriebssicherheitsgründen.

Mich würde bei solchen Messungen eher interessieren, was der Verstärker im Clipping-Fall macht, denn dann hast du plötzlich wieder Unstetigkeiten drin bzw. die Regelung kommt in arge Schwierigkeiten. Und wie ein ehemaliger Kollege immer wieder sagte: Clipping ist ein normaler Betriebszustand.

[MT200]

Klar, was ich gemacht habe ist worst case (nicht ganz, das wäre nämlich den Amp mit den Burst ins clipping treiben und noch niederohmigere Lautsprecher mit noch stärkeren Antrieb). Eingeschwungener Sinus am Widerstand ist best case. Reale Musik an den meisten Lautsprechern irgendwo dazwischen. Aber ich finde eben man sollte -wie es auch üblicherweise gemacht wird- immer mit dem worst case Prüfen, um den zuverlässigen Betrieb in realen Situationen zu gewährleisten.
Im Audiobereich wird es ja genau umgekehrt gemacht, die abgeprüfte Lastsituation ist entspannter als so ziemlich jede Last.

[linux1972]

Hallo, tolle Messungen, da schlägt das Herz des E-Technikers höher. Klar, man sieht Abweichungen zwischen der Ein- und der Ausgangsspannug, die Endstufe hat da regelungstechnisch betrachtet ordentlich was zu schaffen. Aber das mit dieser Endstufe keine gute Basswiedergabe möglich sein soll, kann ich aus den Messungen nicht ableiten. Woran machst du das fest ? So groß sind die Abweichungen bei der Ausganpannung doch garnicht. Den Job als Spannungsverstärker macht er m.E. auch bei schwierigen Lasten nicht so schlecht. Und das, obwohl so ein CAR-Hifi Verstärker sicher nicht das Maß der Dinge ist.

Gruß
Achim

[MT200]

Also wie die Basswiedergabe dieser Endstufe tatsächlich ist, kann ich gar nicht sagen, die war mangels Leistung noch nie an einem Bass. Aber tatsächlich kam die Idee für die Messungen ja durch die Feststellung, dass viele Verstärker heftige Bassimpulse nicht präzise wiedergeben sondern wummern statt zu knallen. Ich muss das alles mal mit realer Musik machen, und zwar auch mit ordentlich Leistung. Im Prinzip muss ich das Pico mal in den Golf Packen und da anklemmen...zu Hause kann ich das nicht durchziehen, der Nachbar ist da eine Heulsuse

[linux1972]

Aber wie bringst du Wummern oder Knallen mit deinen Messungen in Verbindung. Wie muss die Messung ausschauen, dass es wummert, und wie, dass es knallt ? Gruß

[4711Catweasle]

... die war mangels Leistung noch nie an einem Bass. 

Moin,

kommt imho auf ein paar mehr Faktoren an - u.A. empfindlichkeit der LS und wie der Raum mit dem Bass interagiert.

Anekdote von einem Frickelfest: Hatte ein Pärchen 2wegeriche mit 15 Zoll TMT dabei, entzerrt haben die Böxlein
ca. 95dB @ 2,83V gemacht.
An einem DIY L15D Pro Amp haben die Teilchen einen ausgezeichneten Bass gemacht.
Der Vater eines Bastler Kollegen mußte den Raum verlassen da ihm der Druck / Punch im Bass
auf das Herz (vermutlich Vorerkrankung) gegangen ist.
Ansonsten hatte wir verdammt viel Spaß!
https://holgerbarske.com/ff2014/hb/slides/ff14_075.html

[MT200]

Ich vermute eben, dass zum einem viele Endstufen bei der hohen generatorischen Leistung Probleme haben und begrenzen, also die Ausgangsspannung nicht mehr kontrolliert wird. Des weiteren sorgen die Abweichungen bei Impulsen für Gleichanteile (was man tatsächlich sieht, oft beobachte ich bei hohen Pegeln eine Art hin und herschwimmen der Membran mit sehr kleiner Frequenz, was den eigentlichen Impulsen überlagert ist).
Insgesamt sieht man eben, welch extremen Ströme der Lautsprecher zurückschiebt, das ist eine plausible Erklärung für das Verhalten der Endstufen in der Praxis.
Problem ist, man kann das nicht wirklich zufriedenstellend modellieren und muss am realen System messen. Ich weiß jetzt nur, dass es diese Probleme in einem Ausmaß gibt, was absolut das Potential hat, sogar Endstufen zu zerstören.
z

[Kalle]

Hallo Thomas,
vor Jahren machten wir eine schwer verständliche Erhörung. Eine alte JBL L166, die Homeversion des Monitors 4313 aber mit echten 12db Weichen und der weißen Beschichtung hinter der Pappmembran , könnte an einer Gryhon Antileon im Bass nicht recht überzeugen, der Bass blubberte wie üblich. Dagegen hatte ein Gremlin, eine getunte Version des Sure/Wondom TDA 2400, den Bass als einzigste von einigen Endstufen wirklich im Griff, der Bass wurde knackig und präzise.
Zwischen beiden Endstufen liegen preislich  mehrere neue Kleinwagen. Erstaunlich.
Gruß Kalle

[JFA]

(was man tatsächlich sieht, oft beobachte ich bei hohen Pegeln eine Art hin und herschwimmen der Membran mit sehr kleiner Frequenz, was den eigentlichen Impulsen überlagert ist).

Das kann auch ein wandernder Arbeitspunkt der Membran sein. Ist eigentlich gnz profan, Klirr gerader Ordnung erzeugt immer einen DC-Anteil, und der kann die Membran raus- oder reindrücken.