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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Class-D-Verstärker diskret - Lernprojekt


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Autor: MrM (Gast)
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Hi,
ich würde mir gernen einen Class-D-Verstärker bauen.
Und zwar möglichst diskret.

Ich hab nur die Forderung nach Funktion und um etwas über 
Schaltungstechnik, Schaltungssimulation zu lernen und nicht nach einem 
superduper alles in einem IC.

Dazu habe ich schon einen Rechteck-Dreiecksgenerator aufgebaut, erstmal 
mit älteren IC´s aus der Bastelkiste.
Einen LM311 als Komparator für das Rechteck (Pull-Up [1k] gegen Vcc) und 
einen TL084 als Integrierer. Das ganze in die Simulation gehackt. Sah 
nicht soo schön aus, auf dem Steckbrett aufgebaut sah natürlich nicht 
besser aus(der Ausgang des Komparators schwingt, dadurch hatte ich zwei 
Steigungen[Leider gerade das OsziBild nicht verfügbar]), aber es würde 
wohl gehen.
(100nF) nah an den VCC´s gegen Gnd habe ich.

Eine kleine Literaturrecherche fand das Buch "Klein aber Laut". Stefan 
Wicki und Co. verwenden die OP´s LMV7239 (Push-Pull Komparator) und 
MCP6291. Zumindest den letzteren nicht als Spice Modell gefunden; 
ausgewichen auf LMV726(ebenfalls Push-Pull Komparator) und MCP621. Es 
wurde eine ähnliche Bestückung wie im Buch genutzt, leider kommt nur 
eine Frequenz von ~80kHz herraus. (Siehe Anhang)
Kann mir einer dies erklären? Liegt das an meiner Spannungsversorgung. 
Sollte ich lieber eine ideale Spannungsversorgung simulieren?

Ist es überhaupt möglich eine diskret aufgebaute mit jeglichen 
Komponenten in LTSpice zu kloppen? Oder lieber alles getrennt, in 
verschiedenen Schaltplänen und das dann eher mit idealeren 
Spannungversorgungen und Signalen und quasi nur die Funktion und nichts 
begleitendes Simulieren.
Ich würde auch gernen am Ende des Projektes eine Klirrfaktor- und 
Wirkungsgradmessung machen, einmal in LTspice und natürlich am 
aufgebauten Prototypen. Wäre mit getrennten Schaltplänen sowas überhaupt 
möglich?


Im Anhang meine Simulation der etwas neueren Bauteile und die 
Zeitverläufe.

Ich bitte um Anregungen und Kritik, ich bin Anfänger - nehmt mich nicht 
gleich auseinander ;)

Autor: Fanta IV (Gast)
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"Diskret" heißt: Aus einzelnen Bauteilen, ohne integrierte Schaltungen 
("ICs") - wenn also Deine Vorgabe lautet "diskret", dann hast Du 
definitiv am Ziel vorbeigeschossen.

Hier ein diskreter Schaltverstärker:

https://patents.google.com/patent/US6753729B2/en

Autor: npn (Gast)
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Fanta IV schrieb:
> wenn also Deine Vorgabe lautet "diskret", dann hast Du
> definitiv am Ziel vorbeigeschossen.

Nö.

MrM schrieb:
> Ich hab nur die Forderung nach Funktion

Autor: Fanta IV (Gast)
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Oh, verzeihung: FAST ganz diskret.   :-/

Aber wenigstens müßte man nur einen OPV "noch selbst verdiskreten".

Autor: Fanta IV (Gast)
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npn schrieb:
> Nö.
>
> MrM schrieb:
>> Ich hab nur die Forderung nach Funktion

Ja, so kann man das auch auffassen.

Übrigens schrieb ich: "Wenn die Forderung..."
Ich schrieb also nicht: "Da die Forderung..."

Siehst Du? So leicht faßt man etwas falsch auf...
...und dabei bedeutet Deine Unterstellung:
"Du hast das definitiv falsch verstanden."
Und mein "wenn" bleibt ein "wenn" ...

Also könnte ich sagen: "Nö."

Autor: npn (Gast)
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Fanta IV schrieb:
> Also könnte ich sagen: "Nö."

ok

Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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Ich hatte früher einen spannungsgesteuerten astabilen
Multivibrator (aus zwei Transistoren) dafür verwendet.
Später ein spannungsgesteuertes Monoflop.


Die Schaltung mit dem OP kenne ich erst seit dem Internet.

LG
old.

Autor: Gustav (Gast)
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Fanta IV schrieb:
> Hier ein diskreter Schaltverstärker:
>
> https://patents.google.com/patent/US6753729B2/en

Ist der irgendwo in einem Gerät verbaut worden ?

Autor: F. F. (foldi)
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Wenn aus dem Verstärker nichts raus kommt, ist der dann nicht auch 
"diskret"?
SCNR

Autor: Fanta IV (Gast)
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Gustav schrieb:
> Ist der irgendwo in einem Gerät verbaut worden ?

Hm - das bezweifle ich auch mal. Aber so "schön" wenige Teile...

Autor: MrM (Gast)
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Okay, wieder was gelernt.

Ich meinte diskret im Sinne von "ich möchte kein komplett fertiges IC 
eines Halbleiterherstellers, welches mir vieles abnimmt". Ich würde 
gerne hinterher auf der Leiterkarte an verschiedenen Punkten 
(Dreieck-Signal, PWM-Signal, PWM-Leistung) messen können.

Wie gesagt, ich möchte hierbei einfach ein paar Dinge dazu lernen.

Gelernt habe ich jetzt das ich mit dem Wort diskret vorsichtiger umgehen 
sollte. Vielleicht kann ein Moderator das Wort aus dem Titel 
entfernen...

Ist den ein Dreiecksgenerator in dieser Konfiguration überhaupt 
sinnvoll? Aber Rechteck + Integrierer klingt eigentlich gut.
Nur mit der Geschwindigkeit habe ich wie gesagt noch schwierigkeiten. 
Ich wollte eine Frequenz von ca. 200-300kHz haben, komme aber nicht 
ansatzweise in diese Region.

Autor: Aus der W. (Firma: oldeuropesblogs.blogspot.de) (oldeurope)
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MrM schrieb:
> Ich wollte eine Frequenz von ca. 200-300kHz haben

Warum das?
Mehr Schaltflanken pro Zeiteinheit bringen mehr Verluste.

Aus der W. schrieb:
> Später ein spannungsgesteuertes Monoflop.

Der Grund dafür war bei einem Stereoverstärker
Schwebungstöne aus der Schaltfrequenz zu vermeiden.
Von daher würde ich von etwas selbstschwingendem abraten.

MrM schrieb:
> Ist den ein Dreiecksgenerator in dieser Konfiguration überhaupt
> sinnvoll?

Ich habe keinen gebraucht:
http://d-amp.blogspot.de/
Das Monoflop im PWM-Modulator ist ein 74LS221.
Habe aber auch Monoblöcke mit Multivibrator
gebaut. Da ist der PWM-Modulator so aufgebaut wie
der im Netzteil.

LG
old.

: Bearbeitet durch User
Autor: eingutergeist (Gast)
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bitte noch mal der Klarheit wegen,

du suchst einen Schaltplan für einen class D- Verstärker aus der 
Audiotechnik?

Diskret, mit Transistoren?

LG

Autor: jens (Gast)
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Ich habe so was mal gemacht.
Das ist ganz klassisch aufgebaut. Eingang, Fehlerverstärker für die 
Gegenkopplung, PWM-Modulator und dann der Treiber für die beiden 
Ausgangstransistoren.
Ein Trick dabei ist, dass der Treiber für die Endstufen-Mosfets auf der 
negativen Versorgungsspannung aufsitzt. Daher kann man normale Treiber 
ICs nehmen.
Die Endstufen Mosfets müssen eine sehr kleine Gateladung haben, damit 
man die auch so schnell schalten kann.
Den Aufbau hatte ich auf Lochraster gemacht. Etwa 100mmx100mm. Das hat 
schon gut funktioniert, aber aber natürlich waren die Schaltsignale 
nicht so sauber wie sie sein sollten. Aber geht auch nicht mit 
Lochraster.
Wenn man das als zweiseitige PCB machen lässt, ist das sicher 
ausreichend.

Vielleicht kannst du das als Denkanstoß nehmen.

Grüße, Jens

Autor: Jens W. (jensw)
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Achja, wenn du die Versorgungsspannung anpasst, dann kannst du das 
natürlich auch von der Leistung aufbohren

Gruß, Jens

Autor: Achim S. (Gast)
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MrM schrieb:
> Aber Rechteck + Integrierer klingt eigentlich gut.
> Nur mit der Geschwindigkeit habe ich wie gesagt noch schwierigkeiten.
> Ich wollte eine Frequenz von ca. 200-300kHz haben, komme aber nicht
> ansatzweise in diese Region.

Rechteck und Integrierer kannst du schon machen. Du brauchst halt 
Bauteile, die passend gewählt sind. Für ein Dreieck mit 4 V Peak-Peak 
und 300kHz brauchst du z.B. ein Slewrate von eininge V/µs. Der im Text 
beschriebene MCP621 sollte das können. Der in der Simulation verwendete 
LT1014 kann das nicht annähernd.

MrM schrieb:
> leider kommt nur
> eine Frequenz von ~80kHz herraus.

In der Simu oder im realen Aufbau. Was die 80kHz angeht: das würde gut 
zu einer Instabilität des OPV in deiner VGND-Erzeugung passen. Wenn du 
diese Simu ein bisschen kitzelst (z.B. kleinen Sprung auf Versorgung) 
dann siehst du, dass die 500nF direkt am OPV-Ausgang den LT1014 zum 
Schwingen in diesem Frequenzbereich bringen können. (siehe Anhang) Dein 
C4 in VirtMasse.png war wahrscheinlich gedacht, den OPV stabil zu 
machen. In der Beschaltung (kurzgeschlossen) nutzt er aber natürlich 
nichts.

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