(18.05.2026, 07:22)MT200 schrieb: Ich habe das ja tatsächlich bisher nur rein theoretisch betrachtet, nachdem mir eben eine Endstufe zweimal hinterinander an einem extrem kleinen CB mit einem fetten Car-Hifi-Bass beim ersten lauten Bassimpuls auseinandergeflogen ist, welche vorher an einem großen BR Gehäuse mit identischem Lautsprecher null Probleme bei extremen Pegel machte, und ich schlichtweg keine Erklärung hatte.
Waren die Konstruktion mit extrem kleiner CB und die mit großem BR-Gehäuse auf gleichen Frequenzgang entzerrt und spielten beide mit gleichem Pegel? Dann wäre die ganz profane Erklärung doch, dass dem Verstärker für die kleine CB deutlich mehr Leistung abverlangt wird. Oder ist diese Erklärung zu einfach?
Die Endstufe hat ja Strombegrenzung (harte Abschaltung), da kannst am Ausgang im Prinzip machen was Du willst. Vor allem haben die zusätzlichen Kondensatoren im Zwischenkreis das Problem tatsächlich beseitigt!
(18.05.2026, 09:20)Azrael schrieb: Waren die Konstruktion mit extrem kleiner CB und die mit großem BR-Gehäuse auf gleichen Frequenzgang entzerrt und spielten beide mit gleichem Pegel? Dann wäre die ganz profane Erklärung doch, dass dem Verstärker für die kleine CB deutlich mehr Leistung abverlangt wird. Oder ist diese Erklärung zu einfach?
Das kommt dazu, aber ganz grundsätzlich arbeitest du bei einem geschlossenem Gehäuse im Bass ziemlich breitbandig mit Reaktanzen (Induktivitäten und Kapazitäten, der Impedanzbuckel bei der Reso), während bei BR diese darin gespeicherte Energie über den Port als Schall anch außen gegeben wird. Das ist dann aus Sicht der Endstufe eine mehr resistive Last. Damit können die um.
Das Problem für eine Linearendstufe mit den Reaktanzen ist die Phase zwischen Spannung und Strom. Ich erklär das mal an Hand einer ganz normalen Spule, Gleichspannung und einer Push-Pull-Konfiguration mit Gegenkopplung (wobei der Pull für die Betrachtung nicht relevant ist). Wenn man den High-Side-Transistor durchschaltet steigt der Strom durch die Spule langsam an (I(t)=1/L*U*t) und baut dabei ein Magnetfeld auf. Wenn der HS-Transistor ausgeschaltet wird möchte die Spule ihr Magnetfeld wieder abbauen, und das geht nur, indem ein Strom fließt in der gleichen Richtung wie vorher. Dieser Strom muss daher über den HS-Transistor kommen (oder, wie das zB bei Buck-Convertern gemacht wird, über Freilaufdioden). Gleichzeitg sorgt die Gegenkopplung dafür, dass der Ausgang der Push-Pull-Schaltung auf 0 gehalten wird, womit die Spannung über den HS-Transistor maximal wird (Ub-0 V) und der Strom I(t) fließt, und dadurch ist Verlustleistung über den Transistor maximal.
In CB kommt das also zu der benötigten höheren Spannung noch dazu. Schaltverstärker, auch Halbbrücken, haben damit nicht so das Problem, weil deren Transistoren prinzipbedingt entweder ganz auf oder ganz zu sind, also keine (zu) bzw. nur geringe (Rds,on) Verlustleistung auftritt. Man muss nur ausreichend Spannungsfestigkeit und Strombelastbarkeit vorsehen, dann passt das schon.
18.05.2026, 12:07 (Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 18.05.2026, 12:07 von MT200.)
Exakt das ist das genrelle Problem bei Linearendstufen, sehr gut beschrieben!
Es ist ja im Prinzip bei großer Phasenverschiebung noch schlimmer, denn man hat ja bei den Transistoren plötzlich Inversbetrieb, da ja dadurch auch vorzeichenverkehrt Strom fließt.
Und da dies so ist, gibt es dort oft eine sogenannte foldback-Strombegrenzung, um die Endstufe zu schützen. Heißt, der zulässige Ausgangsstrom folgt der jeweiligen Ausgangsspannung, bei 0 V ist der zulässige Strom oft nur extrem klein, nur bei maximaler Ausgangsspannung (also sehr wenig Spannung am Transistor) ist der hohe Strom zulässig (klingt kompliziert, am Ende muss man aber nur das Ausgangssignal der Endstufe für den Sollwert der Begrenzung heranziehen, also in der Umsetzung extrem simpel). Das bedeutet eben, dass die Endstufe bei nicht rein resistiven Lasten sehr viel weniger Leistung hat!
Was ist nun bei einem Bassimpuls das besondere? Ganz einfach, das System befindet sich nicht im eingeschwungenen Zustand. Schon eine reine Spule erzeugt ja beim Zuschalten im Spannungsnulldurchgang erst einmal Phasenverschiebungen von über 90 Grad und auch der Strom wird höher als stationär, da ja ein DC-Anteil überlagert wird. Und ein Bassimpuls ist ja nichts Anderes, sofern dieser nicht synthetisch erzeugt wird und als cosinus beginnt. Ein Impuls wird also bei entsprechenden Schutzschaltungen und knapper Auslegung der Endstufe also immer sehr verwaschen werden, da die Endstufe eben die Spannung nicht liefern kann, ohne zerstört zu werden, und deswegen (hoffentlich) die Begrenzung greift, was heißt die Spannung nicht mehr dem Sollwert folgt.
In meinen Augen ist somit generell die besondere Problematik bei Starken Antrieb, kleinem CB und Bassimpuls die:
Starker Antrieb bedeutet erst einmal weniger Dämpfung der Spule durch den WIderstand und dass ich eben mit viel Leistung fahre. Kleine CB bedeutet der Lautsprecher hat beim Auslenken einen sehr hohen Widerstand, also stellt im Moment des Impulses eine sehr hohe Last dar. Und der Impuls ist eben aufgrund des Einschwingverhaltens -was ja auch für das mechanische System gilt- die extremste Belastung. Schließlich habe ich eben bei einem Impuls aus dem Ruhezustand noch keinerlei Resonanzen, ich muss erst die Energie in das System bringen, wie bei einem Pendel. Erst im eingeschwungenen Zustand sind all die von uns gemessenen Parameter gültig.
Worauf ich letzten Endes hinaus will ist, dass eben die gänigen Messungen von Verstärkern völlig ungeeignet sind, um beurteilen zu können, ob diese tatsächlich an einem realen Lautsprecher (ganz besonders an einem Bass) funktionieren (funktionieren = Am Ausgang liegt zu jedem Zeitpukt die Spannung Eingang*Gain an).
Ist halt unschön...wobei man das eben wirklich mal messen muss, schließlich sind die Ersatzschaltbilder für den Lautsprecher eben erst im eingeschwungenen Zustand gültig. Aber es ist halt ja logisch, dass das Verhalten eines schwingenden Systems eben im stationären Zustand ein ganz Anderes ist als zu beginn.
Ich denke wir können uns mal in einem passenden Thread abstimmen, wenn ich einen Messaufbau habe, das könnte echt interessant werden das mal zu simulieren und so zu verstehen, warum was passiert! Dank Dir für die Bemühungen!
(18.05.2026, 13:15)MT200 schrieb: Ist halt unschön...wobei man das eben wirklich mal messen muss, schließlich sind die Ersatzschaltbilder für den Lautsprecher eben erst im eingeschwungenen Zustand gültig.
Das sind ganz normale Analogien zwischen akustischen, mechanischen und elektrischen Bauteilen. Für die gelten genauso die Differentialgleichungen wie für alles andere auch, deswegen ist das berechenbar. Was nicht drin steckt, zumindest in dem Modell, sind die Nichtlinearitäten.
Klar, da hast 100% recht, ich muss halt für den Lautsprecher, den ich dann verwende (hab da was gutes liegen, was ich mal im A1 drin hatte), durch Messungen alles ermitteln. Wird bestimmt ein spannendes Projekt!
Herzliche Gratulation zu dem gelungenen "Kraftwerk".
Wie hast Du denn per KO die Ausgangsspannung gemessen ? Mit einem RC Tiefpass ? Bei dem Filterlosen Design sollte die ja eigentlich nicht sinusförmig aussehen sondern ein PWM Signal darstellen. Oder habe ich eventuell etwas falsch interpretiert ?
Ich bin selber nicht unbedingt Fan von filterlosen Class-D Amps, da diese entweder auf kleine Leistungen beschränkt sind oder Subwooferanwendungen mit kurzen Anschlussleitungen.
Das erwähnte Supply Pumping ist übrigens neben der Phasenlage und dem Betrag des Ausgangsstromes auch von der Signalfrequenz abhänging und je tiefer die zu verarbeitende Nutzfrequenz, desto grösser muss die Netzeilkapazität sein. Es gibt aber auch Methoden um das Pumpen zu verringern wie z.B. Ladungspumpen oder Netzteile mit Synchrongleichrichtern.
Zitat:Die Sache an den ClassD Verstärkern mit fixem Takt ist, dass die entweder
a) ganz ohne Gegenkopplung oder
b) mit schwacher Pre-Filter-GGK oder
c) mit noch schwächerere Post-Filter-GGK betrieben werden.
Gegenkopplung in ClassD-Verstärkern führt recht schnell zu einem eigenschwingenden Verhalten, was auch der Grund war, das ganz stumpf für die selbstschwingenden Verstärker auszunutzen.
Eigentlich, so ganz rein theoretisch, sind ClassD-Verstärker verzerrungsfrei. Die haben sogar, ganz rein theoretisch, eine unendliche große PSRR. Der Teufel liegt halt im Detail, und deswegen haben die meisten heutzutage kommerziell erhältlichen ClassD-Verstärker eine Gegenkopplung (ok, es geht auch um die Einfachheit, die ziemlich viel Geld spart). Der letzte ClassD, der mir ohne GGK in freier Wildbahn untergekommen ist, war eine ziemlich coole SACD-Kompaktanlage von Sharp, das war in den 00er Jahren. Und ich bin mir gar nicht mehr hunderprozentig sicher, dass das Dingens keine GGK hatte.
Pre- und Postfilter GGK können im Prinzip gleich gross gemacht werden. Das ist zwar eine Herausforderung - aber nicht ein Problem. Man hat aber mit selbstschwingenden Verstärkern definitiv einen natürlichen Vorteil bezüglich Gegenkopplungsfaktor (neben dem fehlenden Ripple Aliasing). Es gibt noch die Möglichkeit, mehrschleifige Gegenkopplungen zu machen um den Gegenkopplungsfaktor zu erhöhen. Dann erreicht man recht hohe Gegenkopplungsfaktoren - speziell bei tiefen Frequenzen. Man muss diesen aber eventuell das nicht so saubere Clipping abgewöhnen (Stichwort: Railsticking).
Und unendlich ist die PSSR bei Schaltverstärkern definitiv nicht. Sie haben im Gegenteil so ziemlich die schlechteste PSSR von allen Verstärkerklassen. Schliesslich schaltet man direkt zwischen den Versorgungssspannungen hin- und her. Eine stabile Stromversorgung ist deshalb Pflicht. Besser noch stabile Stromversorgung und Gegenkopplung. Der Gegenkopplungsfaktor bestimmt direkt das PSSR.
Ein schönes Besispiel für einen Gegenkopplungsfreien Class-D Amp ist der TacT Millennium. Bei diesem wurde einen Exzellente Versorgung der Vollbrücken realisiert. Das Gerät ist genau genommen ein Power DAC, da es in der ursprünglichen Version nur digitale Eingangssignale verarbeiten konnte, welche dann einem digitalen PWM Modulator zugeführt wurden. Letzterer arbeitete mit 8 Bit Auflösung und Noise Shaping. Das Ganze gibt es auch in billig von TI mit günstigen Bausteinen für die digitalen Modulatoren und Vollbrücken.
Die Sharp Verstärker die ich kenne, arbeiten alle mit Delta-Sigma Modulation und einer Sampling Frequenz von 2.8224 MHz (64 * 44100). Das ist alles andere als Gegenkopplungsfrei. Die DS Modulatoren hatten einen Noise-Shaper mindestens 5ter Ordnung. Die Gegenkopplung war pre-Filter
Jup, habe ein Filter vor den Tastkopf gemacht. Sonst mißt natürlich nichts brauchbares.
War halt ein Versuch mit der filterlosen, war halt von der Performance extrem überrascht, ich habe Aber tatsächlich eine Induktivität in jeder Leitung am Ausgang (ca. 50 uH) um beim Kurzschluß der Schutzschaltung eine faire chance zu geben, da diese mit Hallwandler arbeitet und nicht so schnell ist...
Clever !
Hast Du schon einmal probiert den Ausgangsstrom über Rdson zu bestimmen ? Ich weiss, das könnte ein Bisschen kompliziert werden, da man nur den Abfall während den Einschaltzeiten berücksichtigen darf, damit das korrekt funktioniert.
Wie hast du das reverse-Recovery der antiparallelen Dioden der Mosfets gelöst ? Sind die verwendeten Typen diesbezüglich speziell schnell ?
Das können ja einige Treiber machen, aber mir ist das zu störanfällig. Ich messe tatsächlich im Ausgangszweig und nicht im Brückenzweig. Externer Widerstand in der Brücke sowieso nie, ich blocke da immer direkt mit Kerkos ab. Siehst ja auf der Unterseite der Platine, wie ich das mache, direkt richtig viele Kerkos an der Brücke.
Brauche nichtmal Snubber und fahre 80% Uds wenns sein muss. Mit den Dioden hatte ich noch nie Stress. Man muss halt Gatewiderstände und Totzeit experimentell optimieren (zumindest mache ich das immer). Deswegen nehme ich am liebsten Treiber, wo ich die Totzeit möglichst im großen Bereich einstellen kann.
Aber cool, hast ja richtig Ahnung von!
(18.05.2026, 12:54)JFA schrieb: So sieht das bei einer 20 Hz Vollwelle aus.
Wie bekommst Du denn den Zinken bei 3 ms hin ohne Dioden oder andere nichtlineare Bauteile? Vermutung: es liegt daran, dass Du mit einer nichtstetigen Ableitung reingehst und Deine Last mehr als eine Zeitkonstante hat?
Bei Schaltverstärkern? Hast du da mal was zu, ist mir noch nicht untergekommen.
Zitat:Und unendlich ist die PSSR bei Schaltverstärkern definitiv nicht. Sie haben im Gegenteil so ziemlich die schlechteste PSSR von allen Verstärkerklassen. Schliesslich schaltet man direkt zwischen den Versorgungssspannungen hin- und her.
Doch, aber unter einer Einschränkung (bin alt, hab das inzwischen wieder vergessen): wenn der Modulator (Sägezahn, Dreieck, etc.) direkt von den Rails abgeleitet wird. Dann kürzt sich die Betriebsspannung nämlich raus. Bei Selbstschwingern ist das automatisch so (die schwingen auf der kritischen Frequenz des Loops, also Schleifenverstärkung -1, und hat dadurch PSRR=0).
Beweis (für den Sägezahn mit konstanter Periodendauer, alle anderen sind aber analog zu rechnen):
Funktion eines Sägezahns: y(t)=k*U*t/T [k: Verstärkungsfaktor; U: Spannung zwischen den Rails, die untere Spannung der Einfachheit halber auf 0 gesetzt; T: Periodendauer]
Mittelwert der PWM am Ausgang des Modulators: M(x)=tx/T [x: Eingangssignal; tx: Schaltpunkt]
Der Schaltpunkt ist: y(tx)=x => k*U*tx/T=x => tx=T/(k*U)*x
Das in den Mittelwert eingesetzt: M(x)=T/(k*U)*x/T=1/(k*U)*x
Die Spannung am Verstärkerausgang ist dieser Mittelwert multipliziert mit der Railspannung, also
U*M(x)=U/(k*U)*x=1/k*x
Das da noch ein paar Fallstricke in der Praxis sind ist klar, besonders bei Designs mit externem Takt. Aber mit Selbstschwingern bist du "by design" schon ziemlich nah dran.
Zitat:Ein schönes Besispiel für einen Gegenkopplungsfreien Class-D Amp ist der TacT Millennium. Bei diesem wurde einen Exzellente Versorgung der Vollbrücken realisiert. Das Gerät ist genau genommen ein Power DAC, da es in der ursprünglichen Version nur digitale Eingangssignale verarbeiten konnte, welche dann einem digitalen PWM Modulator zugeführt wurden. Letzterer arbeitete mit 8 Bit Auflösung und Noise Shaping. Das Ganze gibt es auch in billig von TI mit günstigen Bausteinen für die digitalen Modulatoren und Vollbrücken.
Dann ist das aber auch nicht gegenkopplungsfrei? Also genau wie die hier:
Zitat:Die Sharp Verstärker die ich kenne, arbeiten alle mit Delta-Sigma Modulation und einer Sampling Frequenz von 2.8224 MHz (64 * 44100). Das ist alles andere als Gegenkopplungsfrei. Die DS Modulatoren hatten einen Noise-Shaper mindestens 5ter Ordnung. Die Gegenkopplung war pre-Filter
Das kommt hin, diese 2,8... MHz kommen mir bekannt vor (jaja, SACD, aber ich meine in der Erinnerung an das Sharp-Gerät).
Problem, was man berücksichtigen muss und die Theorie versaut, ist immer die Totzeit und das Schaltverhalten der Fets. Das bringt immer gewisse Verzerrungen mit sich.
Aber verglichen mit dem, was die Lautsprecher und am Ende der Raum macht ist das vernachlässigbar.
Totzeiten und Schaltverhalten sind beides (halbwegs) konstante Fehler und produzieren daher nichtlineare Modulations-Verzerrungen. Ich bin mir nicht so sicher ob und wie sich das auf die PSRR auswirkt.
Verzerrungen durch die Totzeiten kannst du durch eine Tri-State-PWM eliminieren. Also praktisch die Totzeit als Zustand der Modulation benutzen. Das erfordert nur einen Fensterkomparator und (empfehlenswert) Freilaufdioden. Bei niedrigem Modulationsgrad hast du dann sogar eine höhere Effizienz, weil der Querstrom auf praktisch Null reduziert wird, bei höherem Modulationsgrad dafür mehr Verluste durch den Freilauf (Diodenvorwärtsspannung*Freilaufstrom). Der Modulationsgrad muss dann dantürlich begrenzt werden (auf eine minimale Off-Zeit, praktisch die Totzeit ohen Tri-State).
Gestern, 07:54 (Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: Gestern, 07:59 von phase_accurate.
Bearbeitungsgrund: Ergänzung
)
Das Railsticking passiert bei mehrschleifigen Gegenkopplungen weil die 2. und nachfolgenden Integratoren oder Tiefpässe im Uebersteuerungsfall weiter "hochgefahren" werden um der zu tiefen Ausgangsspannung entgegen zu wirken und dann nur träge wieder auf einen normalen Wert zurückkommen nach Wegfall der Übersteuerung. Das Resultat ist, dass der Ausgang des Verstärkers länger auf dem Maximalwert "kleben" bleibt als es dem Grad der Übersteuerung entspricht. Dem kann man mit Limitern begegnen.
Es ist also nicht so, dass die Ausgangsspannung komplett bei der Aussteuerungsgrenze kleben bleibt.
Bei den selbstschwingenden und kompensierten Amps hast Du natürlich recht. Über alle Topologien betrachtet darf man aber definitiv nicht von einer unendlichen PSSR sprechen.
Der Noiseshaper des TacT (und der TI Equibit Amps) wird wohl einige loops aufweisen. Es gibt auch Algorithmen, welche ein paar negative Eigenschaften der Ausgangsbrücke vorkompensieren. Aber vom Verstärkerausgang zurück zum Modulator gibt es definitiv keine Gegenkopplung.
Meine Erfahrung ist halt, dass eben genau die Auslegung der Gegenkopplung das kniffelige ist. Das ist halt für reine Subwoofer-Endstufen deutlich einfacher, da man um mehrere Hundert über der Audiofrequenz taktet. Bei Fullrange mit vielleicht nur 10-20 über der Grenzfrequenz getaktet ist das halt immer eine Gratwanderung...
So zumindest meine Erfahrung, ehrlich gesagt habe ich mich mit bestehenden Schaltungen gar nicht wirklich groß befasst, sondern einfach mal darauf los gebastelt...
Gestern, 09:50 (Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: Gestern, 09:59 von JFA.)
Das charmante an Selbstschwingern ist, dass die die GGK schon direkt eingebaut haben und abseits der Grenzbereiche erzstabil sind. Das gilt sowohl für Pre-Filter als auch Post-Filter-Feedback. Wenn du allerdings Pre-Filter-Feedback einsetzt und dann noch den Ausgangsfilter ausregeln willst wird die Geschichte kompliziert. Bei Subwoofern ist das aber eigentlich eh nicht nötig.
(18.05.2026, 19:01)capslock schrieb:
(18.05.2026, 12:54)JFA schrieb: So sieht das bei einer 20 Hz Vollwelle aus.
Wie bekommst Du denn den Zinken bei 3 ms hin ohne Dioden oder andere nichtlineare Bauteile? Vermutung: es liegt daran, dass Du mit einer nichtstetigen Ableitung reingehst und Deine Last mehr als eine Zeitkonstante hat?
Ja, genau. Das Eingangssignal ist eine Sinusschwingung multipliziert mit einem Rechteck der Länge einer Periode der Schwingung.
Davon ab hatte ich neulich Probleme mit LTSpice bei "idealen" Schaltvorgängen, aber die dürften hier noch nicht zu Tage treten. Trotzdem sowas immer mit Vorsicht behandeln.
(Gestern, 09:47)3eepoint schrieb: Mal ne Frage die villeicht so semi passend ist. Was haltet ihr denn von Switchmode Assisted Linear Amplifier? Wie sowas z.B. https://www.researchgate.net/publication..._Amplifier
Ich hatte damals, also vor gut 20 Jahren, theoretisch mit einer Kombi aus ClassA und ClassD gespielt. War vollkomener Blödsinn, hat nur unnötig Leistung verbraten. Und das wurde schon klar, bevor ich überhaupt mit dem praktischen Teil anfing.
Und wenn man sich dann klar macht, dass so ein PWM-Modulator (theoretisch) ein idealer Verstärker ist, und man das (praktisch vorkommende) nicht-ideale durch die GGK des Selbstschwingers wegbekommt, dann geht man einfach nicht mehr zu linearen Verstärkern zurück, es sei denn aus Hobby oder Marketing oder weil man nichts anderes kennt.
