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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Fragen zu Tiefpass


Autor: mr.chip (Gast)
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Hallo

Ich bastel immer noch an meinem Class-D-Verstärker, dabei haben sich ein 
paar Fragen zum nachgeschalteten Class-D-Verstärker 
herauskristallisiert:

1. Grundsätzlicher Aufbau: C parallel zum Lautsprecher, davor ein L in 
Reihe (zum Lautsprecher). Ist das so machbar? (Man sieht häufig andere, 
kompliziertere Topologien, beispielsweise auf beiden Seiten der Brücke 
ein L in Reihe zum Lautsprecher und ein C gegen GND)

2. Dimensionierung: Die Cut-Off-Frequenz legt man etwas oberhalb der 
Audio-Frequenz, aber da kann man L und C ja im Prinzip voneinander 
abhängig beliebig wählen. Wie geht man in der Praxis vor?

3. Energie: Eigentlich eine eher theoretische Frage, aber: Wohin geht 
eigentlich die Energie? Wir schicken eine Frequenz ins Filter, die kommt 
auf der anderen Seite aber nicht mehr raus. Verbraten wird sie nicht, da 
L und C ja (theoretisch) verlustlos sind, in andere Frequenzen 
umgewandelt wird sie ebenfalls nicht, da das Filter linear ist.


Gruss
Michael

Autor: Sven P. (haku) Benutzerseite
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Doch, da wird auch verbraten...
Hohe Frequenzen passieren den C und brechen nach Masse ab. Hohe 
Frequenzen wollen in der L ein träges Magnetfeld umpolen und werden da 
auch verheizt :-}

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Michael,

> 3. Energie: Eigentlich eine eher theoretische Frage, aber: Wohin geht
> eigentlich die Energie? Wir schicken eine Frequenz ins Filter, die kommt
> auf der anderen Seite aber nicht mehr raus. Verbraten wird sie nicht, da
> L und C ja (theoretisch) verlustlos sind, in andere Frequenzen
> umgewandelt wird sie ebenfalls nicht, da das Filter linear ist.
Du mußt Dir nur anschauen, wie das Integral von u(t)*i(t) aussieht. 
Energie wird nur in resistiven Widerständen umgesetzt. Spulen und 
Kondensatoren nehmen zwar kurzfristig Energie auf, geben sie aber 
postwendend wieder ab.

Es gibt sowohl Filter, die Leistung verbrauchen, als auch solche, die 
keine Leistung umsetzen.
Ein RC-Hochpaß ist ein Filter, das keine Leistung umsetzt (R: 
Lastwiderstand).

       C
o------||-----*------------o
              |
|             |            |
|UE           |            | UA
|            ###           |
v            ### R         |
              |            v
o             |
|             |            o
--------------*------------| GND

Bei den tiefen Frequenzen schickst Du zwar Spannung auf das Filter, es 
fließt aber kein Strom. Die Leistung ist gleich Null.

Es gibt natürlich auch Filter, die Leistung verbrauchen.


Gruß,
  Michael

Autor: mr.chip (Gast)
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Hmmm...klingt logisch, danke.

Darf ich nochmals auf die erste Frage verweisen? (Topologie) Dort wäre 
ich besonders um eine Antwort froh.

Autor: Johannes Slotta (johanness)
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@Michael: Wenn ein RC-Hochpass keine Leistung umsetzt, was macht dann 
der Widerstand da drin? Wenn der keine Leistung verbraten soll, dann 
müsstest du ihn weglassen.

@mr.chip
Erst mal als Warnung: Bin kein Audioexperte, nur Physiker, ich hör mir 
gefilterte Signale nicht an, sondern betrachte sie auf dem Oszi.
Ich könnte mir vorstellen, dass einfache Filter im Audiobereich den 
Klang verzerren. Das liegt einerseits daran, dass die Spannung beim 
LC-Tiefpass in der Nähe der Resonanzfrequenz überhöht wird, außerdem 
ändert sich um die Grenzfrequenz herum die Phasenlage drastisch. Ein 
Spannungspuls würde dir da glatt auseinanderlaufen. Wie komplexe 
Geräusche hinter einem solchen Filter klingen kann kann ich mir nur 
schlecht vorstellen, mit der Signalverarbeitung im Ohr kenne ich mich 
absolut nicht aus.

Autor: Peter (Gast)
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@Slotta: Michael schreibt: der Widerstand ist die Last! Und wenn ein 
Audio-Filter gut dimensioniert ist (flacher Durchlass von 5 Hz..20 kHz, 
gute Sperrdämpfung für Sampling-Frequenz) dann hört und misst man keinen 
Unterschied!

@Mr.Chip:
Meist sind es Push-Pull stufen, dann sollte das Fileter symetrisch 
aufgebaut sein: Dass heisst, je ein L in Reihe und ein C auf Masse, pro 
Draht zum Lautsprecher.

Die HF-Leistung wird weder umgewandelt noch vernichtet. Die Spule hat 
für die Hochfrequenten Signalanteilung eine sehr hohe Impedanz, es 
fliessen keine HF-Ströme und somit wird auch keine HF-Leistung 
verbraten. Der NF-Anteil vom gepulsten Signal gelangt zum 
Lautschprecher.

Die Spule kann nicht beliebig gewählt werden, L+C müssen auf die 
Impedanz des Verstärkerausganges (1..4 Ohm) und der Lautsprecher (4..8 
Ohm) angepasst werden, sonst gibt es keinen flachen Frequenzgang im 
Durchlassbereich. (=> Simmulation) Die Grenzfrequenz des Filter würde 
ich irgendwo knapp über 20 kHz legen, so dass das Filter die 
Samplingfrequenz gut unterdrückt (40..60 dB)

Die Spulen müssen zudem die maximalen Ströme aushalten (100 W @ 4 Ohm => 
25 A !!!) sollten über den gesammten Audiobereiche kleine Verluste 
aufweisen und die Eigenresonanz-Frequenz der Spulle sollte deutlich 
oberhalb der HF- bzw. Samplingfrequenz liegen!

Alles in allem, keine ganz so einfache Aufgabe, wenn man etwas gutes 
bauen will.

Autor: Johannes Slotta (johanness)
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Peter wrote:
> @Slotta: Michael schreibt: der Widerstand ist die Last! Und wenn ein
> Audio-Filter gut dimensioniert ist (flacher Durchlass von 5 Hz..20 kHz,
> gute Sperrdämpfung für Sampling-Frequenz) dann hört und misst man keinen
> Unterschied!

OK, ich hatte angenommen, der Widerstand sei extra. Muss wohl besser 
lesen :D

Autor: mr.chip (Gast)
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Ok, danke schonmal für die Antworten!

Autor: DerAlbi (Gast)
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100W -> 4 Ohm -> 25A ?
nö.
Da schiele ich auf meinen 120W Selbstbau und sehe flinke 3.15A bei den 
+/-45V.
Vielleicht W mit V verwechselt? ;-)

Autor: Johannes Slotta (johanness)
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Ich komm da auch auf
 Vielleicht hat er vergessen, die Wurzel zu ziehen, passiert schon mal. 
Wenig sind aber auch 5A nicht.

Autor: Peter (Gast)
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Oups... Sorry wegen den 25A! Früh morgens, ich war da noch am 
schlafen...

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Johannes,

> @Michael: Wenn ein RC-Hochpass keine Leistung umsetzt, was macht dann
> der Widerstand da drin? Wenn der keine Leistung verbraten soll, dann
> müsstest du ihn weglassen.
Das ist der Lastwiderstand. Bei hohen Frequenzen wird dort Leistung 
umgesetzt, bei tiefen nicht.

Gruß,
  Michael

Autor: Michael D. (xaero80c51)
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@DerAlbi:

Ist die Selbstbaueundstufe zufällig die vom Elektor '82?

Geiles Teil, wenn erst die Kinderkrankheiten ausgebügelt sind..

Lg, Mike

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