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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bitte um Rat und Ideen für Verstärkernetzteil


Autor: Markus B. (lordnoxx) Benutzerseite
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Guten Morgen.
Wie man an meinen anderen Fragen hier im Forum erkennen kann arbeite ich 
momentan an einem Audio-Vollverstärker bestehend aus Vorverstärker, 
Klangsteller, Endstufe und zur Steuerung des ganzen eine 8051 
Mikrocontroller-Platine.

Nun geht es mir um das Netzteil dafür. Konkret brauche ich folgende 
Spannungen:

Digitalteil: 5V bis 100mA
Vorverstärker, Klangsteller: 15V bis 300mA
Endstufe: +-25V bis 7A

Ich dachte an folgende Lösung:
Die theoretischen, maximalen 7A für die Endstufe treten wenn überhaupt 
immer nur kurzzeitig auf und können daher direkt aus einem groß 
bemessenem Lade-Elko gezogen werden. Für die Endstufe ist dann 
eigentlich keine Spannungsregelung nötig.

Um jedoch von den +25V auf die 15V bzw 5V zu kommen würde ich 
Spannungsregler einsetzen. Vielleicht aber einen Traffo mit 18V und 10V 
Anzapfung, damit die Verlustleistung um von den 25V auf die 5V zu kommen 
nicht zu groß wird? Also jeweils einen Regler von 25V auf 15V und von 
10V auf 5V. Diesbezüglich habe ich aber in den Weiten des Internet 
gelesen, dass sich Spannungsregler gerade im Audiobereich negativ auf 
den Klang auswirken können/sollen. Stimmt das? gibt es andere "gut 
klingende" Regellösungen?


Soweit mal meine eigenen Überlegungen zu der Geschichte. Was haltet ihr 
davon? Habt Ihr mir bessere Vorschläge? Würde mich über jede Anregung 
freuen.

Gruß

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Markus M. schrieb:
> Diesbezüglich habe ich aber in den Weiten des Internet
> gelesen, dass sich Spannungsregler gerade im Audiobereich negativ auf
> den Klang auswirken können/sollen. Stimmt das?
Jede Elektronik im Verstärker wirkt sich negativ auf den Klang aus. Nur 
ganz ohne geht es nicht...  :-o

Sieh dir einfach mal Schaltpläne von anderen an. Und bilde dann einen 
Mittelwert...

Du wirst sehen: 90% haben einen Spannungsregler für die Vorstufe.

> Für die Endstufe ist dann eigentlich keine Spannungsregelung nötig.
Und fast 100% haben für die Endstufe tatsächlich keinen Spannungsregler.

> Vielleicht aber einen Traffo mit 18V und 10V Anzapfung, damit die
> Verlustleistung um von den 25V auf die 5V zu kommen nicht zu groß wird?
Besser wäre: keine Anzapfung, sondern eine getrennte Wicklung!
Dann kannst du das Thema Analoge Masse und Digitale Masse einfacher in 
den Griff bekommen.

Autor: Horst (Gast)
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Traffo...steht das jetzt so im Duden?
Ich kann es nicht mehr ersehen, fast jeden Tag, genau wie Travo. Sorry, 
das musste jetzt raus.

Autor: Markus B. (lordnoxx) Benutzerseite
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Horst schrieb:
> Traffo...steht das jetzt so im Duden?
> Ich kann es nicht mehr ersehen, fast jeden Tag, genau wie Travo. Sorry,
> das musste jetzt raus.

Tja die Rechtschreibung war noch nie meine Stärke :-) aber Traf(f)o ist 
ja auch nur so eine Kurzform. Und sprechen tut man das "f" ja 
schnell....also haben meine Fingerchen einfach auch mal schnell 2 "f" in 
die Tastatur gehackt:-)

Naja tut hier ja auch nichts zur Sache. Dennoch danke für die 
Richtigstellung :-)

In diesem Sinne....zurück zum Thema.

Autor: oszi40 (Gast)
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Man kann auch 2 Trafos nehmen, wenn man dadurch Geld spart. Man sollte 
sie nur nicht in einer Sichtachse anordnen (um magnetische Verkopplungen 
zu vermeiden).

@Markus M.: Je mehr Wicklungen ein Trafo hat, desto mehr fff braucht er?

Autor: Klaus Ra. (klara)
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Hallo Markus,
die +-25V/7A kannst Du ohne Regelung bauen. Ansonsten käme da nur ein 
Schaltnetzgerät infrage. Ausser, Du bist einer der besonders 
Anspruchsvollen die A-Klasse Endstufen einsetzen und somit die 
Raumheizung unterstützen wollen. Für die anderen Spannungen würde ich in 
der Tat Schaltnetzregler einsetzen. Bei Deinen Leistungen kein Problem. 
Je hochfrequenter desto besser. Allerdings geht auch ein Linearregler. 
Bei den 15V (25V->15V) wären 3W+1W und bei den 5V (15V->5V) wären 1W zu 
vernichten. Auch kein Problem.
Gruss Klaus.

Autor: ... (Gast)
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Klaus Ra. schrieb:
> Schaltnetzregler

Im Audiobereich besser nicht. Allerhöchstens für den Digital-Teil, aber 
ob man sich da nicht auch Rückwirkungen einhandelt?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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... schrieb:
> Allerhöchstens für den Digital-Teil, aber
> ob man sich da nicht auch Rückwirkungen einhandelt?
Mit der richtigen Führung der Versorgungsspannung (insbesondere GND) 
nicht..

Autor: ... (Gast)
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Lothar Miller schrieb:
> ... schrieb:
>
>> Allerhöchstens für den Digital-Teil, aber
>
>> ob man sich da nicht auch Rückwirkungen einhandelt?
>
> Mit der richtigen Führung der Versorgungsspannung (insbesondere GND)
>
> nicht..

Ich hab dabei an unsere HiFi-Freaks gedacht, die ja auch noch die 
Kupferleitungen vergolden lassen, weil das ja dann ein "transparenteres 
Klangbild" ergeben soll....

Autor: Tom (Gast)
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Mein Vorschlag:

Schliesse die Spannungsregler direkt an die 25 Volt an. Für die paar 
wenigen Watt kaufst du je einen kleinen Kühlkörper. Die verheizte 
Leistung ist peanuts im Vergleich zur Leistungsaufnahme der Endstufe.

Und leg die Stromversorgung der Endstufe ruhig großzügig aus. Na klar 
werden die 7 A nur krzfristig gebraucht, aber es klingt einfach nicht 
gut, wenn bei großer Lautstärke die Spannung einbricht.

Autor: Markus B. (lordnoxx) Benutzerseite
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Tom schrieb:
> Und leg die Stromversorgung der Endstufe ruhig großzügig aus. Na klar
> werden die 7 A nur krzfristig gebraucht, aber es klingt einfach nicht
> gut, wenn bei großer Lautstärke die Spannung einbricht.

Bedeutet das also dann im Klartext, ich sollte die Ladeelkos 
überdimensionieren, so dass sie auch noch 14A liefern können ohne das 
die Spannung weg bricht? Was bedeutet für dich in diesem Fall 
"großzügig"?

Autor: ... (Gast)
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Gegenfrage: Welche Ausgangsleistung an welchen Lastwiderstand soll denn 
deine Endstufe liefern?

Autor: Markus B. (lordnoxx) Benutzerseite
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... schrieb:
> Gegenfrage: Welche Ausgangsleistung an welchen Lastwiderstand soll denn
> deine Endstufe liefern?

An 4 Ohm bis zu 60 W.

Autor: ... (Gast)
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Markus M. schrieb:
> An 4 Ohm bis zu 60 W.

Und das Ganze 2mal für Stereo?

Autor: Markus B. (lordnoxx) Benutzerseite
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Ja. Sorry ich dachte das sei klar.

Autor: ... (Gast)
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also rund 4A/Kanal bei Sinusdauertonaussteuerung. Dein Netzteil sollte 
dann rund 8A bei +-25V liefern können. Also rund 400W. Wenn du die 
Gleichrichtung über einen Brückengleichrichter machst, wird der Trafo 
immer nur halb belastet, also Trafo mit 200W/2x 22V Nennspannung.
Faustformel für Ladekondensator 1000µF/A. Also 2 Ladekondensatoren a 
10000µF/>30V. Parallel zu den Gleichrichterdioden jeweils 100nF/50V.
Damit der Trafo nicht so in dein Schaltung streut Ringkerntrafo 
verwenden.

Autor: Markus B. (lordnoxx) Benutzerseite
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... schrieb:
> also rund 4A/Kanal bei Sinusdauertonaussteuerung. Dein Netzteil sollte
> dann rund 8A bei +-25V liefern können. Also rund 400W. Wenn du die
> Gleichrichtung über einen Brückengleichrichter machst, wird der Trafo
> immer nur halb belastet, also Trafo mit 200W/2x 22V Nennspannung.
> Faustformel für Ladekondensator 1000µF/A. Also 2 Ladekondensatoren a
> 10000µF/>30V. Parallel zu den Gleichrichterdioden jeweils 100nF/50V.
> Damit der Trafo nicht so in dein Schaltung streut Ringkerntrafo
> verwenden.

Hey danke für diese doch ausführliche kleine Bauanleitung :-)
Nachdem ich mir das gerade durchgelesen habe sind mir auch nochmal 2 
Weitere Fragen gekommen, die ich mir selbst so nicht beantworten kann.

1. Warum brauche ich parallel zu jeder Gleichrichterdiode 100nF?
2. Der größte Strom fließt ja dann durch die Dioden, wenn die 
Ladekondensatoren nachgeladen werden müssen. Und wenn ich das richtig 
sehe, dann stellt sich diesem Strom nur der differentielle Widerstand 
der Dioden in den Weg. Wie muss ich also meine Dioden dimensionieren?

Autor: ... (Gast)
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Markus M. schrieb:
> 1. Warum brauche ich parallel zu jeder Gleichrichterdiode 100nF?

Im Bereich des Spannungsverlaufes einer einfachen 
Brücken-Gleichrichterschaltung kann es zu steilflankigen 
Spannungsspitzen kommen. Diese Spannungsspitzen sind besonders bei 
langsamen Dioden zu beobachten (Messung mit Oszilloskop).
Nachteilig macht sich dies bemerkbar, wenn Geräte im Umkreis (Empfänger) 
gestört werden.
Abhilfe schaffen 4 Keramik-Kondensatoren mit ca. 100 nF parallel zu den 
Gleichrichterdioden. Die Spannungsspitzen werden dadurch 
kurzgeschlossen.

Markus M. schrieb:
> 2. Der größte Strom fließt ja dann durch die Dioden, wenn die...

siehe Beitrag "Brückengleichrichter dimensionieren"

Ich würde der Einfachheit halber einen B80C25000 nehmen. Diese Sorte:
http://www.conrad.de/ce/de/product/501140/SILIZ-BR...

Die Schaltung sollte wie im Anhang aussehen.

Autor: Markus B. (lordnoxx) Benutzerseite
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Wirklich vielen Dank für die Hilfestellung :-)
Da ich gerade noch nebenher auf Prüfungen lernen muss, zieht sich die 
Realisierung des ganzen noch etwas in die Länge. Ich werde mich aber 
wenn es dann soweit ist an euren Ratschlägen orientieren, und dann auch 
berichten was daraus geworden ist. Vielleicht hole ich auch schon etwas 
früher diesen Threat wieder hervor....und zwar genau dann wenn ich nicht 
weiter komme.

Sodann, danke euch allen und noch ein schönes Wochenende.

Gruß

Autor: Markus B. (lordnoxx) Benutzerseite
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Hallo,

ich hole diesen alten Thread mal wieder raus, da ich noch eine Frage 
dazu habe. Alle bis hier her gemachten Rechnungen und die daraus 
resultierende Trafo Leistung von 200VA sind mit klar. Jedoch sind wir 
von 4A effektiv pro Kanal ausgegangen. Jedoch wurde nicht bedacht, dass 
diese 4A ja eigentlich aus den Siebelkos gezogen werden. Der Trafo 
liefert ja eigentlich nur den Ladestrom für diese Elkos. Und dieser 
Ladestrom wird sicherlich größer als 4A sein. Muss der Trafo dann nicht 
anders/großzügiger ausgelegt sein?

Autor: mhh (Gast)
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Markus M. schrieb:
> Jedoch sind wir
> von 4A effektiv pro Kanal ausgegangen. Jedoch wurde nicht bedacht, dass
> diese 4A ja eigentlich aus den Siebelkos gezogen werden. Der Trafo
> liefert ja eigentlich nur den Ladestrom für diese Elkos.

Durch den Lautsprecher fließen bei 60 Watt knapp 4 A. Da beide 
Wicklungen abwechselnd Energie liefern, landest Du bei effektiv der 
Hälfte (also 2 A) pro Kanal. Da sich Musik aus bum, bummm und bummmmm 
zusammensetzt, funktioniert es auch mit etwas unterdimensioniertem 
Trafo.

Nur die 1000 µF/ A sind zu wenig. Keine Ahnung wer das mal in die Welt 
gesetzt hat. Dimensioniere besser mit 3000 µF/ A.

Autor: ArnoR (Gast)
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Bei der Trafodimensionierung kannst du nicht einfach den Strommittelwert 
als Trafolast ansetzen, sondern musst den Zeitverlauf des Stromes 
beachten. Beim Einsatz von Glättungskondensatoren fließt nur dann Strom 
aus dem Trafo, wenn seine Momentanspannung größer ist als die 
Kondensatorspannung. Daher fließt nur um den Maximalwert der Spannung 
herum ein sehr großer Ladestrom (Stichwort Stromflußwinkel). Die 
Verluste, die dieser Strom im Trafo erzeugt, sind viel größer als bei 
gleicher mittlerer Belastung mit sinusförmigem Strom. Der Trafo muss 
deshalb deutlich überdimensioniert werden.

Autor: Fralla (Gast)
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Deshalb Trafo nach VA wählen, nicht W. -> also Verzerrungsblindleistung 
berücksichtigen.

Bei der Leistung hier könnte man schon über ein Schaltnetzteil 
nachdenken.... wenn simpel, dann Flyback. Und keine Angst, man kann auch 
Filtern...

Autor: Markus B. (lordnoxx) Benutzerseite
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ArnoR schrieb:
> Bei der Trafodimensionierung kannst du nicht einfach den Strommittelwert
> als Trafolast ansetzen, sondern musst den Zeitverlauf des Stromes
> beachten. Beim Einsatz von Glättungskondensatoren fließt nur dann Strom
> aus dem Trafo, wenn seine Momentanspannung größer ist als die
> Kondensatorspannung. Daher fließt nur um den Maximalwert der Spannung
> herum ein sehr großer Ladestrom (Stichwort Stromflußwinkel). Die
> Verluste, die dieser Strom im Trafo erzeugt, sind viel größer als bei
> gleicher mittlerer Belastung mit sinusförmigem Strom. Der Trafo muss
> deshalb deutlich überdimensioniert werden.

Genau das was du so schön in Worte gefasst hast, war das, was ich 
gemeint hatte. Nur was mir nicht klar ist, wie ich damit nun auf die 
Auslegung der Leistung des Trafos komme. Zumal ja bei den Trafos immer 
die Effektive Scheinleistung, also S_eff angegeben ist.

Fralla schrieb:
> Deshalb Trafo nach VA wählen, nicht W. -> also Verzerrungsblindleistung
> berücksichtigen.

Die gesamten Berechnungen in diesem Thread wurden auf Basis der 
Effektivwerte von Strom und Spannung durchgeführt. Die errechnete 
Leistung bezieht sich aber nur auf eine ohmsche Last von 4 Ohm am 
Verstärkerausgang.
Nach den Ausführungen von ArnoR müsste dann noch zusätzlich die 
Blindleistung zum Laden des Siebelkos hinzukommen. Dann hat man 
schließlich die benötigte Scheinleistung die aus Sicht des Trafos 
benötigt wird. Sehe ich das so richtig?

Autor: ArnoR (Gast)
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Die Trafohersteller geben für Brückengleichrichter + fetten Elko einen 
Korrekturfaktor von 1,5...1,8 an, um den die Trafoleistung größer als 
die tatsächlich benötigte sein soll. Dabei aber den Wirkungsgrad der 
Endstufe (ca. 50%) nicht vergessen.

Was stehts eigentlich mit der Endstufe selbst?

Autor: Markus B. (lordnoxx) Benutzerseite
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Habe zum Thema diesen Artikel gefunden: 
http://www.tnt-audio.com/clinica/ssps2_e.html

Dort schreibt der Author: "So, our transformer ratings should be 200W 
per channel. To obtain a VA rating, we need to multiply this by 1.41, 
and we get (200x1.41) 282VA, or 300VA, which is a common manufacturer 
transformer rating."

Das mit dem "* 1,41" also "* sqrt(2)" ist doch so nicht richtig. 
Zwischen Wirk- und Scheinleistung besteht doch der Zusammenhang über den 
Leistungsfaktor. Und der ist wiederum nie größer als 1.

Autor: Harald Wilhelms (Gast)
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Markus M. schrieb:
> Habe zum Thema diesen Artikel gefunden:
> http://www.tnt-audio.com/clinica/ssps2_e.html
>
> Dort schreibt der Author: "So, our transformer ratings should be 200W
> per channel. To obtain a VA rating, we need to multiply this by 1.41,
> and we get (200x1.41) 282VA, or 300VA, which is a common manufacturer
> transformer rating."
>
> Das mit dem "* 1,41" also "* sqrt(2)" ist doch so nicht richtig.
> Zwischen Wirk- und Scheinleistung besteht doch der Zusammenhang über den
> Leistungsfaktor. Und der ist wiederum nie größer als 1.

Es geht hier ja auch nicht um Wirk-, und Scheinleistung, sondern um
die grosse Impulsbelastung beim Laden der Elkos in jeder Periode.
DEeshalb kann man auch keinen festen Faktor angeben. Ein typischer
Faktor wäre etwa zwei. Siehe auch hier:
http://reocities.com/SiliconValley/2926/txt/dcdc.html
Gruss
Harald

Autor: Peter R. (pnu)
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Wenn zum Beispiel der Strom für die Endstufe (2A) in Ladephasen von 1/3 
der Zeit an den Kondensator geliefert wird, ist der Effektivwert des 
impulsförmigen Stroms Wurzel aus 3 größer als der Gleicstrom- also etwa 
3,4 A.(der Effektivwert eines impulsförmigen Stroms ist deutlich größer 
als der Mttelwert  des Stroms, etwa Wurzel aus N wenn N das 
Tastverhltnis ist.)

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