Digital Endstufe

[Rockford]

suche nur einmal einen bauplan eines Nf digitalverstärkers er soll mir als grundaufbau oder hilfe dienen muss keine komplexe Schaltung sein... ich möchte nur dass funktionsprinzip umgestalten

danke jetz schon,,, grüß Rockford

[Leverator]

Hallo Rockford,

die Idee eines digitalen NF-Verstärkers wurde bei einer deutschen Technischen Hochschule geboren. Viele Experimente und Diplomarbeiten wurden darüber verfasst und man hat festgestellt, daß man ein vernünftiges System, das höchsten audiophilen Ansprüchen gerecht wird, leider nicht herstellen kann.
Das ist jetzt ganz grob eine Zusammenfassung eines Berichtes den ich irgendwo im Netz gefunden habe. Leider weiß ich nicht mehr wo.

Wenn Du das Funktionsprinzip verstehen willst:
Nimm eine Schrittmotor-Brückenendstufe und lass sie über ein 100kHz PWM-Signal ansteuern und klemme statt eines Motors einen Lautsprecher an das Dingen. Eine PWM-Frequenz darunter wird Dir erhebliche Probleme mit den Audiofiltern (obwohl Audio nur von ca. 20Hz-20kHz reicht) erzeugen.
Das Tastverhältnis entspricht dann 1:1 der aktuellen Amplitude. Modulierst Du das Tastverhältnis nun mit einem Audiosignal, dann kannst Du sicher auch Musik aus dem erzeugten Krach heraushören. :)

Nun zu den Audio-Filtern:
Das PWM-Signal ist zunächst einmal ein Rechtecksignal. Je nach Einstellung mit einer kurzen Einschalt- und einer langen Ausschaltzeit, bzw. umgekehrt.
Ein Rechtecksignal besteht leider aus vielen weiteren Frequenzen (siehe Fourieranalyse), die sich wiederum mit dem Audiosignal modulieren und in alle möglichen Frequenzen hineingemischt werden. Und wenn das noch nicht genug wäre: An den 'Enden' des Frequenzspektrums (hier die Frequenz der PWM: 100kHz und -natürlich- 0Hz) wird wiederum das Audiosignal gespiegelt und die Seitenbänder wiederum zurückgespiegelt --- Es ist wirklich lustig, wenn man sich das Frequenzgemisch anschaut.

Jetzt kann man sich überlegen, welche Filter man wo einsetzt: Direkt hinter den PWM-Generator würde zwar wirkliche Besserung bringen, aber dann hat man ja auch wieder einen analogen Verstärker, den man gerade nicht aubauen wollte. Die zweite Möglichkeit ist, den Filter an die Lautsprecherklemmen zu verlegen. Jetzt wird es noch komplizierter: Wir haben einen Lautsprecher (induktivität) und einen Filter, der wiederum aus Kondensatoren und Induktivitäten besteht. Es entsteht ein Schwingkreis, der wiederum seine Resonanzfrequenzen hat und dazu noch Lautsprecherabhängig ist. Da wir natürlich den NF-Bereich herausfilter möchten, wird das Teil genau in diesem Bereich herzlich nach Lust und Laune schwingen, wenn wir jetzt einfach mal von den Oberwellen (bzw. Unterwellen) absehen. Da wir den Lautsprecher im Schaltbetrieb betreiben wollen, werden wiederum die Resonanzfrequenzen des Filters mit der PWM-Frequenz gefaltet und entsprechend überall reingemischt.

Laß' Dir versichern: Das Dingen macht keinen Spaß.

Man kann - natürlich - einen geschalteten Verstärker aufbauen, wenn man kaum Anforderungen an das Audiosignal stellt, das herauskommen soll.
Aber für mehr ist das Ganze Prinzip leider nicht zu gebrauchen.


Ich hoffe, ich konne das halbwegs verständlich erklären.

Gruß,
Lev

[Manf]

Hier gibt es application notes von Maxim zum Produkt:
http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN1760.pdf
http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX4295.pdf
http://search.maxim-ic.com/search?ie=utf-8&num=20&as_dt=1&filter=0&output=xml_no_dtd&restrict=english&image=submit&client=Maxim&oe=utf-8&site=Maxim&q=MAX4297&proxystylesheet=http://www.maxim-ic.com/search3.xcgi

[Leverator]

Jung, junge, gleich mal in eine der Datasheets geschaut und über folgendne Sätze gestolpert:
"Most fully integrated switch-mode amplifiers are not intended for high-fidelity audio applications. Instead, devices
such as the MAX4297 are intended for portable, battery-powered equipment such as cellular phones, portable radio/
CD/tape players, MP3 players, laptop computers, PDAs, and portable DVD players. Consumers of those products are
lured by the promise of portability and how long the device will last on three AA batteries, not by the expectation of a
stunning, theater-quality audio experience. As the market for portable devices continues to grow and Class D
amplifiers gain acceptance, you can therefore expect to see more switching amplifiers, featuring greater flexibility and
higher levels of integration."

Also nix mit High-Fidelity, sondern billiger Kopfhörerausgang, bei dem man in der Bahn eh mehr vom Zug als von der Musik mitbekommt.

Danke Manf für die Links. Sehr interessant.

Gruß,
Lev

[Leverator]

Nachtrag zu den PWM-Frequenzen. Da arbeiten die Maxim-Leutchen mit mehr als dem doppelten als ich empfohlen habe:

"The best balance between performance and component size is achieved with an oscillator frequency at least ten times the maximum signal frequency (which is typically 20kHz). A 250kHz switching frequency, for instance, allows moderately sized 15μH inductors and 1μF capacitors for a 4 load, to set the output-filter bandwidth at 30kHz. Such a filter attenuates the switching frequency sufficiently while allowing most of the audio signal to pass unattenuated to the load. For the MAX4295, a 250kHz oscillator frequency and 4 load yields a THD of 0.3% and an efficiency of
85%"

Gruß,
Lev

[Manf]

Hier gibt es einen weiteren Überblick über die Technik.
Manfred

http://209.85.135.104/search?q=cache:YnbJsU0tXBgJ:www.educypedia.be/electronics/amplifierclasses.htm+%22digital+audio+amplifier%22&hl=de&ct=clnk&cd=20&gl=de

[Leverator]

Hey Manfred,

wie schätzt Du die Chancen folgender Idee ein:
Man mißt das Antwortverhalten eines solchen Klasse-D-Verstärkers (Dirac-, oder Einschalt-Impuls) und lässt dann einen DSP das Audiosignal entsprechend vorverarbeiten, sodaß die Störfrequenzen dazu führen, daß erst das eigentliche Signal (durch Faltungen usw.) entsteht.

Dadurch daß man den Bock zum Gärtner macht, könnte man vielleicht die Audioqualität erheblich verbessern..?

[Manf]

Um dann digitale Verstärker für Konzertveranstaltungen einzusetzen?
Hier ist eine relativ neue Quelle, offensichtlich bemüht man sich darum in dieser Richtung etwas zu tun.
http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/3881

[Leverator]

Für Konzertveranstaltungen wäre eine passende Anwendung.

Maxims Spread Spectrum - Technik klingt wirklich interessant. Vor Allem: Peaks, die die eigentliche Leistung transportieren, werden auf mehrere Frequenzen verteilt, sodaß der Peak nicht mehr so stark wird und der Frequenzbereich in dem die Peaks auftreten erheblich verkleinert wird. Erreicht wird dies, indem an der PWM-Frequenz gedreht wird.
Evtl. wird die PWM-Frequenz einfach per Zufall neu gesetzt und damit erzeugt man im (audio-) Frequenzbereich ein einfaches Rauschen, das das menschliche Ohr fast nicht mehr wahrnimmt (Psycho-Akkustische Filterfunktion).

Mein Ansatz war jedoch leicht anders: Ich wollte von einem Prozessor ein Signal erzeugen lassen, das bspw. in der Schaltung entstehende Störfrequenzen in das Audiosignal mit einer umgekehrten Amplitude einrechnet, sodaß sich im Lautsprecher eine Frequenzauslöschung im Audio-Frequenzbereich ergibt.

[Leverator]

Nachtrag: Wenn man beide Ansätze kombinieren würde, dann kämen sicher richtig gute Resultate heraus, weil man ja auch das Rauschen mit einem entsprechenden negativen Wert einrechnen könnte und damit das Signal wirklich brilliant werden lassen. Leider kann man da nicht auf die Maximi-Produkte zurückgreifen, weil man die aktuelle PWM-Frequenz auslesen, bzw. setzen können muß, um dann die entsprechenden Filterfunktionen im Mikroprozessor durchführen zu können.

Hm... Ob sowas wohl schon patentiert worden ist?

[Manf]

ein einfaches Rauschen, das das menschliche Ohr fast nicht mehr wahrnimmt.
Das wird bei den im Artikel angesprochenen 140-160 MHz nicht so sehr die Sorge sein.

[Leverator]

Huch? Habe ich da was überlesen?

Ich finde immer nur eine Angabe, daß die Modulationsfrequenz um ± 10% variiert wird. Das ist bei einer Modulationsfrequenz von 1MHz dann 100kHz.

[Rockford]

hey jungs ihr seit einfach krank,,, :-D naja ich wollte zwar keinen so tiefen einblick darüber weil ich eig was anderes plane aber richtig interessant ist es scho,,,

ich hab auch eine idee mit der mann guten sound bekommen könnte nur die idee muss noch ausreifen da könnte mann billige schaltmosfets zum verstärken des impusles benützen...

[Manf]

In welchem Bereich willst Du den Verstärker denn einsetzen? Für eine gute Sprachausgabe wird es immer reichen. Die Vorteile liegen eben bei der effizienten Nutzung der Leistung.
Manfred

[Rockford]

für mich ist der Verstärker nur im hz beriech interessant also unter 1000 hz,,, ich will ihn mit einfachen Vertikalen Powermosfets bauen,,, und sie so schalten dass sie versetzt zu einander arbeiten,,, so dass z.b wenn eine der erste mosfet nur spannungen von ka 0,7-2 volt verstärkt und dannach ein anderer hinzuschalten der dann wieder von 2-3,3 volt geht um ein großes spektrum zu erreichen,,, ist dass möglich... ich dacht das des im grunde ja auch eine digitalverstärkung ist weil man ja zum schluss ein etwas abgehacktes signal hat,,, oder,,, des wär günster wie mit nf mosfets aber viel leistungstärker wie mit einfachen bipolaren

wär des möglich,,, ???

[Manf]

Du kannst Dir ja mal ansehen wie man bis jetzt digiale Endstufen baut.
Wenn Du einen besseren Vorschlag hast, warum nicht.
Manfred

http://209.85.135.104/search?q=cach.....hl=de&ct=clnk&cd=20&gl=de

[Rockford]

ja merce... ich muss nochmal nachdenken mal schaun wenn was gescheite rauskommt,,, werd ich mal reich... hehe :-D
ich weiß ich träume....

aber entschuldige der link funtioniert ned weil er den begriff in google anscheinend ned findet,,,
trotzdem danke euch allen

[Manf]

Richtig, das war der Link von oben, hier noch einmal:

http://209.85.135.104/search?q=cache:YnbJsU0tXBgJ:www.educypedia.be/electronics/amplifierclasses.htm+%22digital+audio+amplifier%22&hl=de&ct=clnk&cd=20&gl=de

Und hier ein grundlegender Artikel daraus:

http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN1760.pdf

[Rockford]

ich danke dir nochmals Manf

[Yossarian]

Hallo
http://www.hifi-forum.de/viewthread-71-2487.html
Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Rockford]

ja ich habs mir angeschaut danke nochmals alle

[Leverator]

Hey Rockford,



hey jungs ihr seit einfach krank,,, :-D


Nein, das ist nicht krank. Das sind Ingenieure unter sich... ;)

Gruß,
Lev

[Rockford]

ja man merkts,,, wenn ihr so redet muss ich mich echt anstrengen... ok kommt vielleicht daher da ich erst 17 bin und elektronik ein halbes jahr mache,,, ;-D