Endstufe PWM-Sound

OP #4142608
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Hallo,

ich habe ein PWM-Sound-Signal mit dem µC erzeugt. Die PWM-Frequenz 
beträgt 48 MHz / 256 = 187,5 kHz. Jetzt wollte ich mit einer kleinen 
Enstufe und einem Filter den Lautsprecher ansteuern. Leider sieht das in 
der LTSpice-Simulation nicht so gut aus. Ich fürchte, das digitale 
Signal wird zu sehr verfälscht weil die Transistoren nicht schnell genug 
schalten. Hat jemand einen Tipp, wie man eine simple 
Komplementärendstufe aufbauen kann die bis 200kHz sauber schaltet?
Gibt es so etwas fertig als IC (CMOS-Komplementärendstufe mit 
TTL-Eingang)?
Anbei der Schaltplan und der Signalverlauf (V1 ist das PWM-Signal, 
0/3,3V; R2 soll der Lautsprecher sein).

Gruß Andreas
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(Firma: matzetronics) #4144315
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Alex Zäd schrieb:
> ich kenne mich jetzt nicht so gut mit Soundtechnik aus, aber vllt wäre
> es besser das Signal erst zu Filtern, damit du ein saubers analoges
> Signal hast. Dieses Signal kannst du dann anschließend entsprechend
> verstärken.

Der Spass bei PWM Endstufen ist ja gerade, das du durch den reinen 
Schaltbetrieb der Endstufen so gut wie keine Verlustleistung entsteht.( 
Gut, ein BC548 ist nun auch nicht die Brülleendstufe, aber es geht ja 
ums Prinzip) Das ist schon richtig, Endstufen im PWM Betrieb und erst am 
LS Ausgang filtern.
Die Kunst ist eben das Filter am Ausgang.
(Firma: matzetronics) #4144352
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Andreas Richter schrieb:
> Mein Problem ist vielmehr das das Signal am Punkt pwm12 (grün) schon
> unsauber aussieht.

Na, du ziehst doch mit dem Elko schon einen viel zu hohen Strom aus den 
beiden kleinen Endstüfchen. Die brechen einfach zusammen und ackern wie 
doof, um den Elko zu laden und zu entladen. Im realen Leben dürften die 
Bürschchen kochen.
Gast #4144367
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Andreas Richter schrieb:
> Mein Problem ist vielmehr das das Signal am Punkt pwm12 (grün) schon
> unsauber aussieht.

Wie immer gilt bei Simmulationen das Du Dir schon alles anschauen musst 
um einen Erkenntnissgewinn daraus zu ziehen.

Anstatt Dir lang und beit zu erzählen was da im Detail passiert, hast Du 
mehr davon wenn Du Dir mal die Ströme in und um Q1 + Q2 anschaust und 
die Verlustleistung betrachtest.
In der Realität wären die Halbleiter schon rauchende Trümmer und das hat 
bei weitem nicht nur mit dem Ausgangsfilter zu tun.
#4144449
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Matthias Sch. schrieb:
> Alex Zäd schrieb:
>> ich kenne mich jetzt nicht so gut mit Soundtechnik aus, aber vllt wäre
>> es besser das Signal erst zu Filtern, damit du ein saubers analoges
>> Signal hast. Dieses Signal kannst du dann anschließend entsprechend
>> verstärken.
>
> Der Spass bei PWM Endstufen ist ja gerade, das du durch den reinen
> Schaltbetrieb der Endstufen so gut wie keine Verlustleistung entsteht.(
> Gut, ein BC548 ist nun auch nicht die Brülleendstufe, aber es geht ja
> ums Prinzip) Das ist schon richtig, Endstufen im PWM Betrieb und erst am
> LS Ausgang filtern.
> Die Kunst ist eben das Filter am Ausgang.

OK, das sehe ich ein. Ich kenne solche Verstärkungen von Signalen fast 
nur im Bereich der Frequenzumrichter ab 10kW und aufwärts. Da haben wir 
dann das Problem, dass ab 12kHz Modulationsfrequenz die IGBTs sehr warm 
werden. Bei noch höhre Frequenzen steigen Sie dann auch recht schnell 
aus. In wie weit das hier zutrifft, vermag ich nicht beurteilen zu 
können.

Werde den Thread hier aber gespannt verfolgen.
(Firma: matzetronics) #4144533
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Alex Zäd schrieb:
> Ich kenne solche Verstärkungen von Signalen fast
> nur im Bereich der Frequenzumrichter ab 10kW und aufwärts.

Hier findet nur eine Verstärkung in Q3 statt, die beiden 'Endstufen' 
sind ja nur Emitterfolger. Wenn der TE die Spule mal abtrennt, wird auch 
an pwm12 schon mal ein Signal stehen.
Q1 wird allerdings auch ganz schön überfahren. Man bedenke, das er ab 
etwa 0,7V UBE durchsteuert und wenn Q3 leitet.... Man muss also den 
Basisstrom reduzieren. Die Vorstufe sollte besser etwas symmetrischer 
aufgebaut werden. Dazu kann man sich mal die Innenschaltung von TTL 
Buffern wie dem LS244 o.ä. anschauen. Übrigens werden 8 
parallelgeschaltete Gatter eines solchen schon ganz gut funktionieren, 
wenn man sich mit 5V zufrieden gibt.
OP #4145229
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Ok mit dem passenden Filter sieht es schon viel besser aus. Ich habe es 
mal auf eine Grenzfrequenz von 20kHz ausgelegt. Es gibt immer noch eine 
kleine Verzerrung, aber es geht nicht um HiFi sondern nur um Ausgabe von 
Geräuschen. Die blaue Kurve ist der Strom durch R2 und sollte ein Sinus 
mit 1 kHz sein. Werde es jetzt mal in echt aufbauen - hoffentlich ohne 
rauchende Transistoren :-)
Danke für Eure Unterstützung!
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Gast #4145351
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Für Q3 könnte man auch einen Kleinsignalmosfet (n-Ch) nehmen. Ich denke 
Q3 geht bei 5mA in die Sättigung, und da kommt er nur langsam wieder 
raus. 180kHz sind dann sportlich. Alternativ den Arbeitspunkt so 
einstellen, das der Transistor nicht sättigt. Evtl. Shottky Diode von B 
nach C.
OP #4145440
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> Buffern wie dem LS244 o.ä. anschauen. Übrigens werden 8
> parallelgeschaltete Gatter eines solchen schon ganz gut funktionieren,
> wenn man sich mit 5V zufrieden gibt.

Wohl eher nicht:
5V an 8 Ohm bedeutet 625 mA.
Der 74LS244 hat einen Low-level output current von 24 mA pro Ausgang.
Der 74HCT244 hat einen max. Output current von 35 mA und einen max. 
Supply Current von 70 mA.
(Firma: matzetronics) #4145572
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Andreas Richter schrieb:
> Der 74LS244 hat einen Low-level output current von 24 mA pro Ausgang.

Grau ist alle Theorie. Du kannst diese Gatter so unverschämt überlasten, 
da sie auch mal pro Gatter 50-60mA bringen, tut ihnen nichts. Das soll 
aber nicht heissen, das man das unbedingt machen sollte, interessant ist 
hier eher die Struktur der Innenschaltung der Push-Pull Endstufe.

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