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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Fast fertige Schaltung: Class-D Verstärker mit TPA3106D. Evtl. Platinensammelbestellung?


Autor: Nils S. (nilss)
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Hallo!

Ich plane derzeit mit einem Freund zusammen einen möglichst kleinen 
Verstärker auf Basis des TPA3106D von TI zu bauen. Das ist ein kleiner 
IC, der einen Mono Class-D Verstärker enthält, sich mit knapp 12 bis 25V 
gut betreiben lässt und 40W (36,7W Spitzenleistung hatte ich gemessen 
kurz bevor die Schutzschaltung ihn abgeschaltet hat) macht. Wirkungsgrad 
und Klirrfaktor sind entsprechend hoch. Ca. 92% verspricht das 
Datenblatt beim Wirkungsgrad. Der Klirrfaktor ist - finde ich zumindest 
- garnicht soo schlecht wie ich es erwartet hätte. Natürlich kein 
Vergleich gegen eine vernünfitge AB-Endstufe, aber wenn die 
Schallwandler nicht all zu hochwertig sind, sollte es passen. Der 
Vorverstärker (20 bis 37dB, in 4 Stufen wählbar) ist auch schon drin.

Wir haben nun schon seit einigen Monaten einen funktionsfähigen Prototyp 
auf einer 50x50mm großen Platine aufgebaut und sind gerade dabei zwei 
weitere, diesmal allerdings 60x60mm, zu löten.

Bilder vom Prototyp (ja, wir hatten kaum ein SMD Bauteil da, und uns 
keine Mühe gegeben):

http://www.nilsschneider.net/electronics/wuerfel2/...
http://www.nilsschneider.net/electronics/wuerfel2/...

Der Vorteil der 60x60mm Version liegt im Moment darin, dass dort alle 
Bedienelemente an einer Kante angeordnet sind. Dies würde ich nun jedoch 
gerne wieder auf 50x50mm quetschen, oder gerne noch kleiner. Dazu wäre 
es meiner Meinung nach sinnvoll eine doppelseitige Platine zu 
entwickeln. Die würde ich dann gerne fertigen lassen. Hier wäre auch 
meine erste Frage:

Hätte jemand Interesse an einer Sammelbestellung der Platinen (womöglich 
sogar inkl. Bauteile)? Ich schätze, dass es ab ca. 10 Platinen halbwegs 
günstig (~ 8€/Platine) wird.

Nun stehe ich allerdings vor zwei Problemen, die zwar durchaus einfach 
zu lösen sind, aber vielleicht mit eurer Hilfe noch besser gelöst werden 
könnten:

1. Der Ein/Ausschalter. Der TPA3106D besitzt einen !SHUTDOWN Pin. Ein 
Highpegel dort, ruhig über 100kΩ an VCC, schaltet ihn ein. Masse 
entsprechend aus. Das ist im Moment über einen Kippschalter gelöst, da 
Reichelt dort einen im Angebot hat, den man gewinkelt auf der Platine 
befestigen kann - der ist allerdings Riesig (im Prototyp ists noch ein 
Schiebeschalter).
Hier fände ich einen Taster mit FlipFlop schöner. Allerdings ist so ein 
CMOS FlipFlop vergleichsweise riesig - hat da jemand eine winzige 
Schaltung, die evtl sogar nur mit ein paar Transistoren auskommt und 
beim Anlegen der Spannung definitiv auf Low geht, sodass der Verstärker 
nicht ungewollt angeschaltet wird? Versorgungsspannung dafür würde 
allerdings stark schwanken (12V bis 25V).

2. Akku als Energiequelle. Da sollte es schon LiIon oder Polymer sein. 
Da habe ich mir bisher noch kaum Gedanken gemacht. Mein Freund bastelt 
im Moment eine Schaltung, die sieben Handyakkus einzeln läd und über 
Relais in Reihe schaltet um den Verstärker zu versorgen. Damit ist die 
Schaltung allerdings mehr als vier mal so groß wie der Verstärker 
selber.

Vielleicht mag sich darüber ja jemand Gedanken machen. 
Nennausgangsspannung sollte 25V bei 1..2A sein. Vielleicht über 
DC/DC-Wandler (muss ja nichtmal sonderlich stabilisiert sein).

Wozu das ganze?
Wir haben vor das ganze in Lautsprecherboxen einzubauen (oder die auch 
gleich selbst zu bauen). Als aktiver Lautsprecher für Unterwegs. Gibt 
sicher auch noch andere Anwendungen. Sollte die Platine wirklich 
industriell gefertigt werden, werde ich sie universal gestalten, also so 
gut wie alles über Pinheader herausführen, sodass man auch nicht 
zwingend Poti und Buchse direkt auf der Platine verlöten muss.

Dann werde ich auch vorsehen, dass sich mehrere Platinen (wobei die 
zusätzlichen dann ICs + ein paar 0603 Bauteile enthalten werden) 
aufeinanderstecken lassen. Man kann nämlich mehrere TPA3106D miteinander 
verbinden und so die Leistungen addieren.

Soweit erstmal, hoffe das war nicht zu viel. Würde mich über Feedback 
freuen!

Nils

Der TPA3106D bei TI:
http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tpa3106d1.html

Autor: BASS (Gast)
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wo gibts den, wie ist der klirrfaktor?

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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von ELV gibts einen ähnlichen digitalen Verstärker, 2*15W aus einem 
kleinen SMD-IC, ebenfalls 9-13V Versorgung
http://www.elv-downloads.de/service/manuals/T30/38...
IC-Bezeichnung: TA1101B Hersteller Tripath

Autor: Nils S. (nilss)
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Bass: Ich verbaue momentan Samples. Wenn der nächste Prototyp fertig 
ist, werde ich ihn mal an die Klirrfaktormessbrücke anschließen eine 
hoffentliche schöne Kurve aufnehmen.

Christoph: Danke für den Link! Ja, sowas soll es im Prinzip werden. Nur 
winzig und Mono.

Ich habe jetzt ein vorläufiges doppelseitiges Layout auf 40x40mm mit 
Taster als Ein/Aus-Schalter gebastelt. Das werde ich die nächsten Tage 
noch etwas abrunden. Eingang, Poti, LEDs (Betriebs- und Überlastanzeige) 
sowie Ein/Aus-Taster sind nun an einer Seite, je eine Klemme für 
Lautsprecher und Betriebsspannung an der gegenüberliegenden Seite. Wenn 
das schon wer bauen möchte, kann ich die Eagledateien mailen. Das 
FlipFlop am Taster ist jedoch noch nicht dimensioniert.

Bis auf den TPA3106D und die 3,5mm SMD Buchse müssten alle Bauteile bei 
Reichelt erhältlich sein.

Die restlichen Bauteile kosten dann ca. 10 bis 15 €.

http://www.nilsschneider.net/electronics/wuerfel2/...

Autor: Alexander S. (boostar)
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Hallo Nils,
hast Du den Amp mal vermessen? Ich hab leider meine HP 333A Meßbrücke 
verkauft...
Das Flip-Flop würde ich durch den ATtiny ersetzen - ist kleiner. Ist der 
Ein/Aus Schalter jetzt einer, wo die Versorgungsspannung einfach 
abgeschaltet wird?
Ein Problem sehe ich noch im Poti - wie stellst Du sicher, daß der linke 
und der rechte Kanal gleich laut sind?
Bin am überlegen, mir auch für zuhause einen Digitalverstärker zu bauen. 
Das Problem sehe ich nur in der fehlenden Rückkopplung wie bei jedem 
AB-Verstärker, womit jede Schwankung in der Versorgungsspannung voll 
durchschlägt. Kann man das Problem in den Griff bekommen?

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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>Das Problem sehe ich nur in der fehlenden Rückkopplung wie bei jedem
>AB-Verstärker...
Gegenkopplung ist vorhanden. Siehe Blockschaltbild der Innenschaltung im 
Datenblatt auf Seite6. (Gaincontrol)

Autor: Alexander S. (boostar)
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Oha, die Gain Control hatte ich übersehen. Die ist nämlich intern, bei 
AB ist die Rückkopplung ja nach den Filtern am Ausgang angeschlossen.
Haben die alle Class-D Amps? Dann steht ja dem Design fast nix mehr im 
Wege.
Eine Frage noch: warum sind das alles BTL Chips? Liegt das daran, daß 
man mit 12V schon Großes erreichen kann?

Autor: S. Matlok (smatlok)
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Alexander S. wrote:
> Eine Frage noch: warum sind das alles BTL Chips? Liegt das daran, daß
> man mit 12V schon Großes erreichen kann?

Weil bei einer Halbbrücke + niedrigen Frequenzen Energie z.b. bei einer 
positiven Halbwelle von der positiven Versorgung in die Negative gepumpt 
wird - unnötig große Elkos müssten die rückfließende Energie puffern - 
zu teuer.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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>Eine Frage noch: warum sind das alles BTL Chips?

Und weil Du sonst die "vollen" 200..300Khz im Auskoppel-C umladen 
müsstest und immer auf ein Ausgangsfilter angewiesen wärst.

Bei der Brückenschaltung hier liegt die Oszillatorfrequenz gleichphasig 
an den Ausgängen an und Du hast praktisch keinen HF-Stromfluss, wenn 
nicht ausgesteuert wird. (Datenblatt Seite16 Fig.27)
Unter bestimmten Voraussetzungen kann man sich also die teuren und 
großen Induktivitäten am Ausgang sparen.

Autor: Alexander S. (boostar)
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Ich meinte ja nicht +12V und GND sondern eine +- Versorgung wie bei 
analogen AB Verstärkern. Da spart man sich pro Kanal die Hälfte an 
Transistoren, braucht aber eine zweite Versorgung.

Autor: rudi (Gast)
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Da gilt das von smatlock gesagte aber genauso.

Autor: rudi (Gast)
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smatlock -> smatlok
sry.

Autor: Alexander S. (boostar)
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Bei klassischen Verstärkern entlade ich doch bei einer pos. Halbwelle 
nur die pos. Versorgung. Die Negative bleibt, wo sie ist. Dann wäre das 
Konzept bei analogen Verstärkern auch besser. Irgendwas stimmt doch net.
M.W. ist BTL nur zur Leistungserhöhung bei gegebener Spannungsversorgung 
gut, da nun U anstatt U/2 zur Verfügung steht. Beie analogen Verstärkern 
hab ich ja auch nur U, obwohl die Versorgung 2*U ist.
Die Gleichspannungsauskopplung ist mir klar, gibts oft bei PC Boxen.

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