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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Digitale Rückkopplung


Autor: Sebastian Menz (Gast)
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Hallo,
ich bin mir nicht sicher, ob das hier das richtige Forum für meine
Frage ist, aber ich hoffe einfach mal, dass mir hier jemand helfen
kann.
Also, ich steige gerade in die Welt der digitalen Verstärker (Class-D)
ein und versteh auch schon zum größten Teil wie PWM usw. funktioniert,
frage mich jedoch, warum man bei Class-D Verstärkern eine Rückkopplung
benötigt? Es wird doch immer nur zwischen vollem Pegel und GND
gewechselt, wo die verwendeten Transistoren doch keine Unlinearität
oder Ähnliches zeigen sollten. Liegt es daran, dass der Transistor zum
umschalten eine bestimmte Zeit benötigt und dadurch das Signal
verändert, oder leigt es an den Ausgangfiltern, da diese nur für eine
Impedance ausgelegt sind oder an was ganz anderem?
Oder habe ich nur was falsch verstanden und es gibt gar keine
Rückkopplung (-;

MfG Sebastian

Autor: BenTu (Gast)
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Hallo,

ich gehe bei meiner Antwort mal davon aus, dass es sich um ein
"digtalen Verstärker" für Audiozwecke handelt.

Bei PWM basierenden Audio Verstärkern muss man erst einmal zwischen dem
weg der Signalverarbeitung unterscheiden. Da wären zum einen die mit
analogem Eingangssignal und die mit digitalem Eingangssignal.Bei
ersterem ist durchaus üblich eine Rückkopplungsschleife mit einzubauen,
was auch an der relativ einfachen möglich ist. Bei der voll digitalen
Signalverarbeitung wird dieses meist nicht eingesetzt, da dies sehr
aufwendig ist ( zusätzlicher AD-Wandler, Eingriff in die digitalen
Regelschleifen usw. ).

Nun aber zum Kern der Frage. Warum das ganze? Du hast einen Teil schon
abgesprochen, den Ausgangsfilter. Hier wird versucht die unlinaritäten
im "Nutzbereich" des Ausgangssignals zu kompensieren. Ein weiterer
Grund ist die Erhöhung des Dämpfungsfaktors gegenüber dem Lautsprecher.
Diese beiden Punkte spielen aber nur eine untergeortnete Rolle. Der
Hauptproblem was durch die Rückkopplung angegangen werden soll, ist
dass die Störungen und Schwankungen der Spannungsversorgung der
H-Brücken !ungedämpft! an die Ausgänge weitergegeben werden. Geht man
davon aus, dass gute Lautsprecher Spannungen im Milivoltbereich in
hörbare Signale wandeln, wird die Grösse des Problems klar.

Ich hoffe ich konnte dir damit weiterhelfen.

MfG

BenTu

Autor: Sebastian Menz (Gast)
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Danke, das hilfe mir schonmal sehr weiter! Ich würde eigentlich sehr
gerne eine voll digitalen verstärker bauen, den ich direkt mit dem dig.
Ausgang meines CD-Players betreiben kann. Ich kenne mich mit FPGA ein
wenig aus, wäre es damit nicht möglich die Steuerung der H-Brücke und
die digitale Rückkopplung zu managen?

Gruß Sebastian

Autor: Profi (Gast)
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@BenTu: ..., dass die Störungen und Schwankungen der Spannungsversorgung
der
H-Brücken !ungedämpft! an die Ausgänge weitergegeben werden. Geht man
davon aus, dass gute Lautsprecher Spannungen im Milivoltbereich in
hörbare Signale wandeln, wird die Grösse des Problems klar.

kannst Du mir mal erklären, ich glaube das nämlich gar nicht.

Sebastian:
Suche mal nach CoolAudio, ClassD, Klasse-D, Digitalendstufe ... hier im
Forum oder bei Behringer (die haben CoolAudio von Harris/Intersil
gekauft).
Wir haben zu dem Thema schon sehr viel getippt.

Wie man das mit den digitalen Eingängen löst? Im Prinzip müsste man für
eine Gegenkopplung an den Ausgang nach dem Filter einen AD-Wandler
anschließen, dessen Ausgang vorne mit dem digitalen Eingangssignal
verglichen (subtrahiert) wird.

Autor: BenTu (Gast)
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@Sebastian

Es ist durchaus möglich so etwas mit einem FPGA zu lösen. Allerdings
sollte man den Aufwand für die PCM ( Digitalaudio ) zu PWM Umsetztung
nicht unterschätzen. Zumindest wenn man Signale für Audiozwecke
erzeugen will. Vor einigen Jahren als ich angefangen habe mich damit zu
beschäftigen, haben sich einige Leute daran gemacht das in einem FPGA
umzusetzten. Ich weiss allerdings nicht was daraus geworden ist.

Anbei noch ein paar Quellen für weitere Infos:

http://www.diyaudio.com/forums/showthread.php?s=62...

http://www.cirrus.com/en/products/pro/areas/PA67.html



@Profi

Ich möchte das an einem Beispiel erklären.

Gehen wir davon aus wir haben ein Audio Eingangssignal mit konstatem
Pegel. Dieses wird als PWM über die H-Brücken an die Lautsprecher
weitergegeben. Wenn wir nun z.B. die Versorgungsspg. der Brücken von
12V auf 5V absenken, steht uns dadurch das die FETs in den Brücken
immer wieder voll durchgesteuert werden, weniger max. Ausgangsspg. zur
verfügung und dadurch bedingt auch weniger Ausgangsleistung. Dieser
Leistungsverlust äussert sich am Lautsprecher durch geringere
Lautstärke.
Hat man nun aber keine konstante Spg.-änderung, sondern ein wechsel zw.
5 und 12V mit einer Freq. f im hörbaren Bereich, so ändert sich die
Lautstärke mit dieser Freq..
Das dies 1 zu 1 im Ausgangssignal wieder auftaucht, also ohne Dämpfung,
ist dadurch bedingt das die FETs in den Brücken immer wieder die
Versorgungsspg. direkt am die Ausgänge schalten. Möchte man diesen
Effekt vermeiden muß man entweder die Spannungsversorgung konstant
halten ( im Millivoltbereich und der Leistung nicht einfach )oder mit
hilfe einer Gegenkopplung den Pegel des Eingangssignal nachstellen um
den Pegelverlust auszugleichen.

Ich hoffe die Antwort ist dir genau genug. Aber alle Feinheiten mit
einzubinden würde den Rahmen doch um einigens Sprengen.

MfG BenTu

Autor: Sebastian Menz (Gast)
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Danke an euch beide!

Das mit der Schwankungen der Versorgungsspannung hört sich für mich
zumindest logisch an, wobei ich dann nicht versteh, wie da überhaupt
ein Audio-Signal bei rauskommen kann, denn die Versorgungsspannung wird
auch bei Monsternetztteilen noch schwanken, was dann aber vielleicht
weniger ins Gewicht fällt. Auf jeden Fall wird doch auch hier keine
Rückkopplung einen normalen Kurvenverlauf erzeugen können, da bedingt
durch ADC das Rückkopplungssignal doch um einiges zu spät kommt und
erst sehr spät nachgeregelt werden kann. Das Ausgangssignal müsste also
mit sehr hoher Frequenz um das Eingangssignal schwingen, oder? Kann man
diese Frequenzen so weit verschieben, dass sie außerhalb des
Hörbereichs sind?

Gruß Sebastian

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