Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Class D Endstufe, das unbekannte Objekt


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von Rainer D. (rainer4x4)



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Im WWW, wo sonst, hab ich diese für mich neuen Audio-Endstufenmodule 
gefunden:

https://www.amazon.de/DollaTek-Verst%C3%A4rker-Brett-Unterst%C3%BCtzung-BTL-Modus-Auto-Tr%C3%A4ger-Computer-Lautsprecher/dp/B07DK3Y3G7?source=ps-sl-shoppingads-lpcontext&ref_=fplfs&psc=1&smid=A3SCFTIO8CSK1X

Die funktionieren natürlich recht gut. Nur erscheint mir das 
Ausgangssignal etwas komisch, müsste das nicht deutlich besser gefiltert 
sein, sodass nur noch das Nutzsignal zu sehen ist?
Hintergrund meiner Frage: Ich schliesse am Verstärkerausgang gerne einen 
Pegelmesser an, so kalibriert das der rote Bereich dort beginnt, wo die 
Klirrfaktorkurve steil ansteigt. Das funktioniert natürlich am digitalen 
Verstärker offensichtlich nicht so einfach.

von Oliver S. (oliverso)


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Rainer D. schrieb:
> müsste das nicht deutlich besser gefiltert
> sein, sodass nur noch das Nutzsignal zu sehen ist?

Bei einem Dual Channel Audio Verstärker-Brett für 22,90 nicht.

Oliver

von Rainer D. (rainer4x4)


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Oliver S. schrieb:
> Bei einem Dual Channel Audio Verstärker-Brett für 22,90 nicht.

Ok, wie sieht das denn bei den Luxusteilen aus? Sind die besser 
gefiltert? Oder fällt das leistungsmäßig eh weg da die Ausgänge 
symetrisch sind?

von Wastl (hartundweichware)


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Rainer D. schrieb:
> müsste das nicht deutlich besser gefiltert
> sein, sodass nur noch das Nutzsignal zu sehen ist?

Wos steht denn spezifiziert dass das Nutzsignal "deutlich besser
gefiltert" sein müsste?

Welche Daten/Tatsachen bringen dich zur Annahme eines bestimmten
Grades von Filterung?

von Harald K. (kirnbichler)


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Du kannst ja mal im Datenblatt des Verstärkers nachsehen, ob man den 
Ausgangsfilter verbessern kann.

https://www.st.com/resource/en/datasheet/tda7498e.pdf

von Jens G. (jensig)


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Wastl schrieb:
> Rainer D. schrieb:
>> müsste das nicht deutlich besser gefiltert
>> sein, sodass nur noch das Nutzsignal zu sehen ist?
>
> Wos steht denn spezifiziert dass das Nutzsignal "deutlich besser
> gefiltert" sein müsste?
>
> Welche Daten/Tatsachen bringen dich zur Annahme eines bestimmten
> Grades von Filterung?

Zumal der TO es noch nicht mal schafft, anzugeben, um welchen Pegel es 
überhaupt geht. Wenn es nur um 3mV geht, dann ist das doch super ...

von Dirk K. (knobikocher)


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Rainer D. schrieb:
> Nur erscheint mir das
> Ausgangssignal etwas komisch, müsste das nicht deutlich besser gefiltert
> sein, sodass nur noch das Nutzsignal zu sehen ist?

Ein normaler Lautsprecher ist eine induktive Last mit steigender 
Impedanz zu hohen Frequenzen. Der hohe Frequenzanteil, also die 
Schaltfrequenzen der Class D Endstufe als Störsignal auf dem 
eigentlichen Nutzsignal, wird also keine nennenswerte Schallenergie 
erzeugen. Selbst wenn, wäre es weit über deinem Hörbereich. Siehe

https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Impedance_LS_Driver_Bass_and_Tweeter.png

Ein Lautsprecher ist für die Schaltfrequenzen laut Datenblatt von 
240-400 kHz deiner Class-D Endstufe also viel zu "träge". Ein 
Oszilloskope hingegen nicht, ist es doch für Frequenzen bis z.B. 20 Mhz 
entworfen. Du siehst zwar die Frequenzanteile, hören wirst du die nicht.

Problematisch kann hier aber die ungewollte und unerwünschte Abstrahlung 
der hohen Frequenzen sein, welche dann andere Geräte stören könnten. Bei 
einem 23€ Modul würde ich das sogar grundsätzlich erwarten und externe 
Filter vorsehen. Dein Modul ist eben kein fertiger Verstärker, sonder 
nur ein Bausatz-Modul. Ein in Deutschland offiziell vertriebener 
(Auto-)Verstärker (Endprodukt) muss sich an die entsprechenden Normen 
halten (Auto -> ECE R10). Dein Chinakracher-Modul wird das mit hoher 
Wahrscheinlichkeit nicht tun.

von Joe L. (joelisa)


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Das Ausgangsfilter eines Class-D Verstärkers wird recht ausführlich hier 
diskutiert sowie Tipps zur Dimensionierung gegeben:

https://www.eetimes.com/understanding-output-filters-for-class-d-amplifiers/

Zitat: "The heart of a Class-D amplifier filter is a L-C low-pass 
filter. The corner frequency of the filter is chosen so that the filter 
will have minimal effect on the desired output frequency range while 
attenuating the switching noise as much as possible."

Am Schluss des Artikels werden auch "Filterless Amplifiers" diskutiert.

Zitat: "No discussion of Class-D output filters would be complete 
without talking about filterless Class-D amplifiers. The primary purpose 
of the output filters is to reduce EMI. However, it is possible to 
operate a Class-D amplifier without any filters on the outputs. Although 
there is a large amount of high-frequency switching noise on the 
amplifier outputs, this noise is far outside of the response range of 
most speakers so filters are not necessary for good audio quality."

Bitte auch die "Related Links" im Anhang des Artikels beachten.

von Mann Fred (Gast)


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Joe L. schrieb:
> Although
> there is a large amount of high-frequency switching noise on the
> amplifier outputs, this noise is far outside of the response range of
> most speakers so filters are not necessary for good audio quality.

...erzeugen aber Ströme in den meterlangen Zuleitungen zu den 
Lautsprechern und füttern damit die Verluste, somit mehr Hitze im AMP. 
Großer Murks!

Rainer D. schrieb:
> Ok, wie sieht das denn bei den Luxusteilen aus?
Deine THD-Kurve ist Prinzip des Systems.
Ähnlich sieht es mit dem Spektralverlauf aus.

Die "Luxusteile" machen das so, dass sie die Power und den Bereich nicht 
voll auslasten. Der AMP schwingt ausreichend schnell und ist 
überdimensioniert, d.h. die 100% Schaltspannung, die bei einem voll 
geöffneten T möglich sind, werden z.B. nur zu 50% ausgenutzt. Als 
Beispiel schaltet ein Rack-Verstärker hier 230V -> faktisch 200V auf den 
Ausgang, durch die Filterung und Ansteuerung steigt die Spannung am 
Ausgang aber nur auf maximal 100V peak und 60V im maximalen 
Leistungspunkt. Das sind dann 400W am Lautsprecher bei maximaler 
Impedanz von real 8 Ohm. Nominell wird der Chinese wahrscheinlich 
rechnen 200*200/4 -> 10kW.

Da solche Module mit 100W angeprisen werden, wirst du nur um die 5W 
sauber rausbekommen.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Rainer D. schrieb:
> Nur erscheint mir das Ausgangssignal etwas komisch
Was hast du da als Last dran? Schon einen Lautsprecher oder eine 
halbwegs brauchbare Laustsprechernachbildung aus Widerstand und 
Induktivität?

Und dann solltest du natürlich den Strom oszilloskopieren, denn allein 
der Strom sorgt für das Magentfeld und letztlich die Membranbewegung.

von Rainer D. (rainer4x4)


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Wastl schrieb:
> Wos steht denn spezifiziert dass das Nutzsignal "deutlich besser
> gefiltert" sein müsste?
>
> Welche Daten/Tatsachen bringen dich zur Annahme eines bestimmten
> Grades von Filterung?
Ich bin ein alter Sack, das ist das erste Mal das ich mit diesen 
digitalen Endstufen zuzsammen treffe. Bisher hatte ich nur mit analogen 
Verstärkerschaltungen zu tun, da kommt im Idealfall hinten das heraus 
was ich vorne reinstecke.

Jens G. schrieb:
> Zumal der TO es noch nicht mal schafft, anzugeben, um welchen Pegel es
> überhaupt geht. Wenn es nur um 3mV geht, dann ist das doch super ...
Nun, aus einer 160W an 4 Ohm Endstufe kommt geringfügig mehr heraus als 
3mV.

von Rainer D. (rainer4x4)


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Dirk K. schrieb:
> Problematisch kann hier aber die ungewollte und unerwünschte Abstrahlung
> der hohen Frequenzen sein, welche dann andere Geräte stören könnten. Bei
> einem 23€ Modul würde ich das sogar grundsätzlich erwarten und externe
> Filter vorsehen. Dein Modul ist eben kein fertiger Verstärker, sonder
> nur ein Bausatz-Modul.
Interessant finde ich in dem Zusammenhang, das die auf der 23€ Platine 
realisierte Schaltung exakt dem Datenblatt entspricht!

von Rainer D. (rainer4x4)


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Lothar M. schrieb:
> Rainer D. schrieb:
>> Nur erscheint mir das Ausgangssignal etwas komisch
> Was hast du da als Last dran? Schon einen Lautsprecher oder eine
> halbwegs brauchbare Laustsprechernachbildung aus Widerstand und
> Induktivität?
Ca 5m Lautsprecherkabel und dann die Lautsprecher. Zwei kleine Aluboxen.
Den Tiefton erzeugt ein modifizierter 300mm/300W Suwoofer.
Ich höre so gerne Orgelkonzerte. Dann gehen die Aussteuerungsmesser 
schonmal in Richtung -3dB. Leider hört man den Sub bei den tiefsten 
Frequenzen atmen.....

> Und dann solltest du natürlich den Strom oszilloskopieren, denn allein
> der Strom sorgt für das Magentfeld und letztlich die Membranbewegung.
Ich vermute das die hohen Frequenzen des Digitalteils dort kaum noch 
auftreten. Denn dann wäre ein Wirkungsgrad von ca. 85% fast nicht 
möglich.

von Rainer D. (rainer4x4)


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Mr. T. schrieb:
> Die "Luxusteile" machen das so, dass sie die Power und den Bereich nicht
> voll auslasten. Der AMP schwingt ausreichend schnell und ist
> überdimensioniert, d.h. die 100% Schaltspannung, die bei einem voll
> geöffneten T möglich sind, werden z.B. nur zu 50% ausgenutzt.
Ich habe für die 2x160W Stufe nur ein 250VA Netzteil vorgesehen. 
Vollaussteuerung erreiche ich damit eh nicht. Klirrfaktor verbessert 
imho nicht den Klang, wie jemand hier im Forum behauptet.

> ...erzeugen aber Ströme in den meterlangen Zuleitungen zu den
> Lautsprechern und füttern damit die Verluste, somit mehr Hitze
> im AMP.
Ich bin mir nicht sicher dass das so ist.

von Rainer D. (rainer4x4)


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Joe L. schrieb:
> Das Ausgangsfilter eines Class-D Verstärkers wird recht ausführlich hier
> diskutiert sowie Tipps zur Dimensionierung gegeben:
Danke für die umfangreiche Infosammlung. Das muss ich erstmal sacken 
lassen!

von Jens G. (jensig)


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Rainer D. schrieb:
> Jens G. schrieb:
>> Zumal der TO es noch nicht mal schafft, anzugeben, um welchen Pegel es
>> überhaupt geht. Wenn es nur um 3mV geht, dann ist das doch super ...
> Nun, aus einer 160W an 4 Ohm Endstufe kommt geringfügig mehr heraus als
> 3mV.

Das war auch nur ein übertriebene Annahme, um Dich auf die Idee zu 
bringen, mal endlich paar Werte zu nennen. Schließlich fragst Du uns ja, 
ob das nicht ein bißchen viel ist. Aber wenn Du uns nicht sagst, über 
welche Werte wir hier überhaupt reden, wird es wohl keine sinnvolle 
Diskussion und Antworten dazu geben.

Rainer D. schrieb:
> Klirrfaktor verbessert
> imho nicht den Klang, wie jemand hier im Forum behauptet.

Richtig, er verschlechtert ihn nur, außer bei den Röhren-Goldohren ...

: Bearbeitet durch User
von Rainer D. (rainer4x4)



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Ich hab auf die Schnelle noch drei Oszillogramme aufgenommen.
die ersten beiden Bilder sind mit den kleinen masseffreien Owon HDS242 
aufgenommen. Also direkt an den beiden Lautsprecheranschlüssen eines 
Kanals. Da ist, wie ich schon erwartet hab, nur das Nutzsignal zu 
finden. In diesem Fall 1 kHz. Bei zugedrehter Lautstärke findet man dort 
ein kleines Störsignal von etwa 1 Mhz, Urs unbekannt, evtl der Taktgeber 
im TDA7498.
Asymetrisch gemessen findet man dort das Störsignal von ca 300kHz bei 
etwa 2,2Vpp.




Upps ein Bild doppelt angehängt. Kann man das irgendwie löschen?

: Bearbeitet durch User
von Gustl B. (gustl_b)


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Rainer D. schrieb:
> Da ist, wie ich schon erwartet hab, nur das Nutzsignal zu finden. In
> diesem Fall 1 kHz.

Dann guck mal genau hin oder verwende ein besseres Messgerät. Für Audio 
ist so ein Oszi eher ungeeignet mit seinen 8 Bits. Nimm einen 
hochauflösenden ADC, nimm damit viele Samples bei hoch genuger 
Samplerate auf, rechne eine FFT und dann siehst du mehr.

von Rainer D. (rainer4x4)


Angehängte Dateien:

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Gustl B. schrieb:
> Für Audio
> ist so ein Oszi eher ungeeignet mit seinen 8 Bits. Nimm einen
> hochauflösenden ADC, nimm damit viele Samples bei hoch genuger
> Samplerate auf, rechne eine FFT und dann siehst du mehr.
Nicht so hastig mit nem alten Mann, sowas kann ich auf die Schnelle nur 
mit meinem ebenso alten analog Oszi, siehe Bild. Da sehe ich max 120mV.

Meine DSOs können das sicher auch besser darstellen, aber längst nicht 
so einfach, und deswegen befindet sich das Problem wieder mal vor dem 
Bildschirm.
Wie sagte ein Arbeitskollege, was ich nicht messen kann ist nicht da 
:-))

von Mark S. (voltwide)


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Dir sollte klar sein, dass Class-D ein Schaltverstärker ist, d.h. der 
liefert ständig Rechtecksignale mit dem vollen Hub der Betriebsspannung. 
Wenn Du dann hinter dem Filter differentiell weniger als 1Vpp 
hochfrequenten Sinus misst, ist das völlig ok.

von Mark S. (voltwide)


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Rainer D. schrieb:
> Interessant finde ich in dem Zusammenhang, das die auf der 23€ Platine
> realisierte Schaltung exakt dem Datenblatt entspricht!

Ei der Daus, wer hätte das gedacht! Und ich habe immer geglaubt dass in 
diesen Ali-Baba Klitschen ganze Stäbe von Entwicklern die Schaltungen 
austüfteln.

: Bearbeitet durch User
von Klaus R. (klausro)


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Mr. T. schrieb:
> ...erzeugen aber Ströme in den meterlangen Zuleitungen zu den
> Lautsprechern und füttern damit die Verluste, somit mehr Hitze im AMP.
> Großer Murks!

Da steckt im ganzen System deutlich weniger (Verlust-)energie drin als 
bei Endstufentransistoren im AB-Betrieb. Die Wärme ist da kaum das 
Problem, eher die EMV!

> Die "Luxusteile" machen das so, dass sie die Power und den Bereich nicht
> [...]
> Nominell wird der Chinese wahrscheinlich rechnen 200*200/4 -> 10kW.

In Rätseln du sprichst.

> Da solche Module mit 100W angeprisen werden, wirst du nur um die 5W
> sauber rausbekommen.

Quatsch. Rainer hat ja sogar die passende Abbildung (THD_vs_Outputpower) 
angehängt. Bei Vcc=36 V sind die Module mit minimalem THD bis 70W 
geeignet.

Das "Problem" ist eher, dass diese Module bei einem sauberem PCB Design 
oft recht gut gehen, so ca bis 50% der max. Leistung lt. Datenblatt. 
Dabei genügen sie auch gehobenen Ansprüchen.

von Rainer D. (rainer4x4)


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Zur Lösung meines Eingangsproblem muss ich also einen 
Ausgangsübertrager/Trafo verwenden. So erscheint es mir am einfachsten.

Eine andere Frage hab ich noch: Zur Zeit als ich noch Röhrenverstärker 
baute war es garkein Thema. Aber als ich dann mit Germaniumtransistoren, 
und vor allem als sich später mit dem tollen 2N3055 höhere 
Ausgangsleistungen realisieren liessen, gab es immer öfter Probleme mit 
während des Betriebes Aus- oder Eingesteckten Lautsprechersteckern. Das 
führte immer wieder zu Ausfällen der Endstufen.
Wie ist das bei den Class-D Endstufen, vertragen die solche heftigen 
Lastwechsel im Betrieb?

von Peter D. (peda)


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Rainer D. schrieb:
> als sich später mit dem tollen 2N3055 höhere
> Ausgangsleistungen realisieren liessen, gab es immer öfter Probleme mit
> während des Betriebes Aus- oder Eingesteckten Lautsprechersteckern. Das
> führte immer wieder zu Ausfällen der Endstufen.

Das liegt daran, daß man sich oft den Aufwand für wirksame 
Schutzschaltungen sparen wollte. Einfache Schutzschaltungen schalten oft 
das Lautsprecherrelais ab. Relais haben aber Schaltzeiten von mehreren 
ms, da ist der Transistor schon längst gestorben.
Zuverlässige Schutzschaltungen müssen daher direkt an der Basis der 
Endstufentransistoren eingreifen, ohne aber im normalen Betrieb zu 
stören.

Rainer D. schrieb:
> Zur Zeit als ich noch Röhrenverstärker
> baute war es garkein Thema.

Da waren auch die Verluste gar kein Thema, Röhrenverstärker haben 
geheizt, ohne Ende. Im Winter konnte man schonmal die Raumheizung auf 
Frostschutz runter drehen.

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