Verständnisfragen zu optischer Audioendstufe

[horst-d.winzler]

Am 25.12.19 um 09:43 schrieb Fritz:

Am 24.12.19 um 17:18 schrieb horst-d.winzler:
Die derzeitigen eisenlosen komplementären Endstufen sind durchweg
Variationen eines Prinzips. Differentialeingangsstufe. Damit halbiert
sich prinzipbedingt schonmal der Klirrfaktor und der Aussteuerbereich
wird vergrößert. Man kann durch Kaskodestufe das Rauschen des Eingangs
minimieren. Dann folgt eine Anpaßstufe und danach der komplementäre
(bisweilen quasikomplementäre) Ausgang. Genaugenommen gehen diese
Endstufen auf die ersten komplementären Endstufen mit
Germaniumtransistoren von Philips(?) zurück.
Die Kunst des Entwicklers zeigt sich auch daran das die
Übernahmeverzerrungen unhörbar sind. Und das in einem großen
Temperaturbereich. Eigentlich alles kalter Kaffee. ;-)

Es gab und gibt schon eine Reihe von innovativen Abwandlungen dieses
Prinzips, die durchaus Zugewinn brachten und noch immer bringen.
So z.B. am Ausgang die Leistungstransistoren nicht als Emitterfolger
sondern als Class AB Kollektorfolger, die von einem meist in Class A
betrieben Emmitterfolger gesteuert werden, zu betreiben. Beide
Verstärkerzüge wirken dann in Summe auf den Ausgang.
Ich hoffe du kannst meiner Beschreibung folgen.
Auch in den Innnenschaltungen von OPAs werden beide Ausgangsschaltungen
eingesetzt. Wobei jene der Emitterfolger meist auf Walt Jungs 'Diamond
Buffer' beruht. Walt Jungs 'Diamond Buffer' wird auch in den
Bufferschaltungen von LME49600, LME49610, BUF634(A), etc. eingesetzt.

Die Entwicklung bleibt nicht stehen. Und das ist gut so. Nur leider
nicht in DE.

Auch die Japaner brachten eine Reihe von trickreichen Schaltungen in der
Eingangsstufe und Spannungsverstärkerstufe, welche Klirrfaktor und
Intermodulation reduzierten.

Auf dem Die lassen sich Möglichkeiten verwirklichen, die diskret nicht
sinnvoll sind.

Eine Zeitlang wurden Verstärker auch voll Spiegelbildlich aufgebaut, ich
hoffe du weißt wie ich das meine. Dürfte sich aber nicht durchgesetzt
haben - wohl eher das doppelte Aufwand an Bauteilen kontra Zugewinn.

Das eigentliche Problem ist die Selektion. Spiegelbildliche Schaltungen
sind gegen Asymmetrien besonders empfindlich. Wer schonmal N- und P-
Channel Mosfets selektiert hat, weiß wovon ich spreche.

Im Grunde genommen geht es hier um zwei Strömungen, die Eine setzt viele
Transistoren ein um das Ziel zu erreichen, die andere reduziert soweit
wie nur möglich - die Spitze davon ist Pass ZEN.

Diamond Buffer:
https://web.archive.org/web/20161130160711/http://waltjung.org/PDFs/WTnT_Op_Amp_Audio_2.pdf

Spiegelbildliche Schaltung - Beispiel Beta24
https://www.amb.org/audio/beta24/
https://www.amb.org/audio/beta24/beta24_101_sch_web.png

Ti Kans Webseite ist durchaus sehenswert:
https://www.amb.org/audio/

Weitgehend spiegelsymmetrische Schaltungen mit Einsatz von Stromspiegel.
Schaltungen die sich für ein Die besser eignen würden.
--
---hdw---

 

[Marcel Mueller]

Am 13.12.19 um 00:12 schrieb Jan Bruns:

Marcel Mueller:
[THD]
Total egal, solange vernachlässigbar klein.

So sehr wichtig sind Verstärker nicht, empfinde ich auch so. Man leitet
sich die verstärkten Signale ja auch nicht direkt ins Hirn, sondern hat
noch technisch gesehen allerhand Widrigkeiten dazwischen.

In der Tat.

Der obere Grenzwert deiner Zahlenangabe ist ein Promille harmonische
Verzerrungen in der Spannung. Das ist zwar keine grobe Signalverformung
mehr, aber das so komplett der UnhĂśrbarkeit zuzuordnen geht mir denn doch
ein bisschen weit.

Warum hat man denn noch bis sagen wir 2010 feine Unterschiede zwischen
verschiedenen DA-Wandlern gehĂśrt?

Unterschiedliche Rekonstruktionsfilter, leicht unterschiedliche
Wiedergabepegel, Placebo, Voodoo.

Nahe dran an den 16 Bit AuflĂśsung waren
die schon von Anfang an.

Von Anfang an wĂźrde ich es nicht nennen. Die ersten Exemplare hatten nur
12 oder 14 Bit. Damit das nicht gar so rauscht hatten alte CDs manchmal
noch Pre-Emphasis. Vermutlich hat heute noch jeder CD-Player das
zugehörige Filter, wenngleich mittlerweile mutmaßlich digital implementiert.

Gut, AuflĂśsung ist da jetzt nochmal was anderes
als "Genauigkeit", aber mit ganzen Prozenten THD kamen die Dinger auch
gar nie daher.

INL und DNL nervt auch deutlich mehr als ein paar niedrige Harmonische.

> Also ich finde, -60dB ist trotz der Widrigkeiten schon noch so Klang,

Auf jeden Fall ist das schon mehr als eine noch so gute Schallplatte
jemals an SNR schafft. Und die sind ja angeblich noch besser als CD. ;-)

Allerdings gibt man THD auch nicht in Spannung, sondern in Leistung an.
Mithin sind 0,1% nur -30dB. Das ist allerdings dennoch praktisch
unhĂśrbar, da es vorwiegend /niedrige harmonische/ sind und diese von dem
Grundton maskiert werden.
Etwas kritischer ist Intermodulation, aber auch das hĂśrt man in der
Praxis nur mit speziell dafßr präparierten Testsignalen.
Am Ende sind die Lautsprecher der Engpass. Gerade die Bässe verzerren
wesentlich mehr. Selbst sehr gute Exemplare dĂźrften eher in der
Dimension 1% spielen. Bei HiFi-Zeug wĂźrden mich 10% bei gehobener
Lautstärke auch nicht wundern. Wenn ich irgendwann mal ganz viel Muße
habe, mache ich ein paar Messreihen.


Marcel

 

[Marcel Mueller]

Am 12.12.19 um 02:07 schrieb Jan Bruns:

Im Prinzip kĂśnnte man ja wenn ich das richtig sehe bei TR517 einfach
einen Kurzschluss erzeugen, hätte dann ßberhaupt keinen Ruhestrom im
Leistungsteil mehr (wie cool!), und es wĂźrde immer nur entweder gepusht
oder gepullt, anstatt da im Prinzip vĂśllig nutzlose Endstufen-interne
HeizstrĂśme zu haben.

Das wĂźrde sich gruselig anhĂśren.

Ja, ging ja nur ums Prinzip, wobei ja nichtmal ganz klar ist, *wie*
gruselig.

Das gibt ein Kratzen. Wie es sich genau anhÜrt, hängt vor allem von der
Slew-Rate des Verstärkers ab.
Manche Endstufen werden dabei instabil. Das kann durchaus Schaden
anrichten, sowohl bei den HochtĂśnern als auch bei der Endstufe selbst.
Die Instabilität tritt unter Umständen erst mit Lastimpedanz zutage.
Wenn man dann den Lautsprecher an die vermeintlich stabile Endstufe dran
hängt, kommt das blaue Wunder.

Das Problem ist, dass die Spannung an den nunmehr identischen
Basisspannungen der Endstufen im Übergangsmoment zwischen Push und Pull
/springen/ mĂźsste, um einen kontinuierlichen Stromverlauf am Ausgang zu
erzeugen. Naja, und natura non facit saltus - die Natur macht keine
SprĂźnge.

Nunja, das ist aber a) ein prinzipell leistungsloser Sprung, der ganz
natĂźrlich aus der ohnehin vorhandenen Stromregelung folgt,

Nein. Es wird Leistung benÜtigt, um parasitäre Kapazitäten und vor allem
den Miller-Kondensator umzuladen. Und Stromgeregelt ist bei
Audioendstufen eher nichts. Oder meinst Du die Konstantstromquellen fĂźr
den Differenzverstärker und die Treiberspannung? Die begrenzt in der
Praxis gerade das Umladen der Kondensatoren.

und b) mit
Teilen und in einer Schaltweise, die auch einen lastbehafteten solchen
Sprung abbilden kĂśnnen mĂźsste.

Lastbehaftet existiert kein Sprung. Auch Lautsprecher verhalten sich
stetig. Bevor der Lastwechsel statt findet, geht der Ausgangsstrom
notwendigerweise auf null. Das passiert nicht unbedingt bei
Ausgangspannung null, aber der Vorgang ist relativ langsam. Genug Zeit,
um zuerst in den Ruhestrom und dann stetig in den anderen Lastbetrieb
Ăźberzugehen.
Abhängig von der Lastimpedanz ergibt sich daraus eine
Spannungsverstärkung der Endtransistoren die geringfßgig kleiner als 1
ist. Dieser Anteil ist nichtlinear. Der Effekt wird von der
Gegenkopplung weitestgehend kompensiert.

Ich meine, mir ist das z.B. natürlich schon oft passiert, daß der
Verstärker ßber Nacht versehentlich angeblieben ist. Also so quasi fßr
Standbyzwecke wäre das (schätze ich mal) bestimmt eine Alternative, die
immer noch Klassen besser klingt, als urtĂźmliche KĂźchenradios, PC-
Lautsprecher, usw.

FĂźr Stand-By-Zwecke schaltet man die Endstufen einfach aus. Wenn man die
Konstantstromquellen fßr den Differenzverstärker und die Vorstufe
gleichzeitig abwĂźrgt, geht eine AB-Endstufe in den hochohmigen Zustand
ohne Ruhestrom. Genauer gesagt, muss man die Stromquelle fĂźr die
Vorstufe leicht vor der fßr den Differenzverstärker herunter fahren,
sonst gibt es Glitches (Knacksen). Etliche Integrierte Endstufen
beherrschen das.
Allerdings kenne ich kaum Verstärker, die das implementieren. Es ist
auch nicht ganz trivial, zu entscheiden, was nun ein sehr leises
Nutzsignal ist und was einfach Rauschen oder Brummen oder was auch immer.

Im Ăźbrigen muss man sich keinerlei Sorgen machen, dass der Ruhestrom
unter Last noch eine Rolle spielt. Wenn ordentlich Strom in der einen
oder anderen Richtung gezogen wird, steigt der Spannungsabfall Ăźber dem
jeweiligen Emitterwiderstand (im Vergleich zum Ruhestrom) stark an.
Dadurch erhĂśht sich fĂźr die eine Seite die Differenz
Treiberspannung-Ausgangsspannung, also Ube, während sie sich fßr die
andere Seite reduziert.

Letzteres nicht wirklich. Ausserdem kann man zu dem Thema zunächst mal
nicht aus den Augen verlieren, daß das ganze in eine Schleife verbaut
ist, so daß das ganze sowieso in erster Linien mal tugendhafte Schwafelei
ist.

?

Anders gesagt, sobald einer der Pfade (Push oder
Pull) /mehr/ als den Ruhestrom liefert, wird es beim jeweils anderen
automatisch /weniger/. Der Ruhetrom existiert also nur im (nahezu)
stromlosen Zustand der Endstufe. Jenseits davon geht er schnell nahezu
auf null.

Schon, aber bis das auch soviel weniger ist, daß schon der gewohnte
Ruhestrom nicht mehr ankommt...

Wie hoch man den Ruhestrom einstellt, ist ein Kompromiss zwischen
Stromverbrauch und Verzerrungen.

Man kann diesen Strom so gesehen aber gar nicht einstellen, da er (im
Endergebis) mit der Ausgangsspannung steigt.

?

Dunkel ist deiner Worte Sinn.
Irgendwie reden wir aneinander vorbei.

Nunja, ich meinte eigentlich auch nicht wirklich expermentieren im Sinne
von "mal den Transistor rausrupfen, und schauen, wie sich ein
zusammenbringen der ersatzweise eingelĂśteten Kupferlitze auf den Klang
der angeschlossenen Lautsprecher auswirkt".

Auch das wĂźrde ich lassen. Wegen Schwingneigung, siehe oben.

Zum schwingen bringen glaube ich spontan auch. Aber eher weil im
Nullpunkt jegliche Differenzverstärkung, und insbesondre das besagte
Mapping einiger ÂľV Gate-Differenz auf volle Pulle offene Endtransistoren
grundverkehrt ist.

?
Die Gegenkopplung braucht man immer, auch im Nulldurchgang. Sonst wäre
die Ausgangsimpedanz der Endstufe nicht niedrig. Und damit Gegenkopplung
funktioniert, braucht man eine hinreichend große innere Verstärkung,
genauer gesagt GBW.

Warum man von außen in die Ruhestromregelung eingreifen sollte, drängt
sich mir bis heute nicht auf. Es gibt kaum sinnvolle Parameter, anhand
derer man das tun kĂśnnte.

Och. Wenn man z.B. als Signalquelle eh' fix einen einzelnen DA hat, hat
man vllt. auch noch einen weiteren zum Einspeisen ebensolcher Parameter
parat.

Aber man hat doch gar keine Messwerte anhand derer man irgendeine
Aussage Ăźber den aktuell optimalen Ruhestrom treffen kĂśnnte. Womit
sollte ein solcher DAC also sinnvollerweise angesteuert werden?

Tatsächlich ist der einzig sinnvolle Parameter die Temperatur. Heiße
Endstufen brauchen eine geringere Vorspannung, respektive der Ruhestrom
steigt bei konstanter Vorspannung exponentiell mit der Temperatur. Das
lĂśst man am einfachsten, indem man den Transistor fĂźr die
Ruhestromregelung und die Endstufen thermisch koppelt. Alternativ geht
auch ein passender NTC.
Allerdings sollte man sich keiner Illusion hingeben. Der Ruhestrom wird
auch mit Temperaturkompensation mal unkontrolliert um einen Faktor 2
schwanken, wenn sich Last bzw. Temperatur stark ändern. Solange es dabei
bleibt, passiert nichts. Gerade bei Darlington-Endstufen - also
praktisch allen - bekommt man das sowieso nicht ganz sauber kompensiert.


Marcel

 

[Hartmut Kraus]

Am 25.12.19 um 19:14 schrieb Marcel Mueller:

Heiße
Endstufen brauchen eine geringere Vorspannung, respektive der Ruhestrom
steigt bei konstanter Vorspannung exponentiell mit der Temperatur.

Wenn ich mal unqualifiziert dazwischenfragen darf: Ist es bei FETs nicht
umgekehrt?

Ansonsten kann ich fĂźr Helmut Schellong und sein Projekt nur hoffen,
dass er hier mitliest. Ich vermute aber stark, dass du mit voller
Absicht nicht in unsere "Diskussion" eingegriffen hast.

 

[Hartmut Kraus]

Am 25.12.19 um 17:07 schrieb horst-d.winzler:

Die Entwicklung bleibt nicht stehen. Und das ist gut so. Nur leider
nicht in DE.

Was ist nicht gut in DE? Dass die Entwicklung nicht stehen bleibt?

Auf dem Die lassen sich MĂśglichkeiten verwirklichen, die diskret nicht
sinnvoll sind.

Und durch "schlechte" Außenbeschaltung + Platinenlayout auch
wirkungslos gemacht bis ins Gegenteil verkehrt werden kĂśnnen.

--
http://hkraus.eu/Kreditvertrag.doc

 

[Rolf Bombach]

Hartmut Kraus schrieb:

Am 25.12.19 um 19:14 schrieb Marcel Mueller:
Heiße Endstufen brauchen eine geringere Vorspannung, respektive der Ruhestrom steigt bei konstanter Vorspannung exponentiell mit der Temperatur.

Wenn ich mal unqualifiziert dazwischenfragen darf: Ist es bei FETs nicht umgekehrt?

JFET? MOSFET?
Beim JFET kommt es auf den Strom respektive auf den Kennlinienpunkt an.

https://de.wikipedia.org/wiki/Sperrschicht-Feldeffekttransistor#Funktion

Bei Mosfets wßrde ich mal davon ausgehen, dass bei einer Erwärmung
von 25 °C auf 125 °C sich die Eingansspannung um etwa ein halbes
Volt zu deinen Ungunsten ändert. Im Bereich typischer Endstufen-RuhestrÜme
eher ein ganzes Volt.

--
mfg Rolf Bombach

 

[Rolf Bombach]

Fritz schrieb:

Am Wed, 18 Dec 2019 21:39:22 +0100 schrieb Rolf Bombach:

Marcel Mueller schrieb:

Stark komplexe Last sind aber allenfalls defekte oder fehlkonstruierte
Lautsprecher. Und die Impedanz sinkt im Bassbereich, wo Leistung
gefragt ist, auch nicht unter alle Grenzen.

Magnetostaten haben das so an sich, auch wenn sie nicht defekt und
richtigkonstruiert sind. Und die Impedanzen kĂśnnen bei diesen
Lautsprechern unter 1 Ohm sinken. Auch 0.2 Ohm wurden schon beobachtet.
Da helfen dann nur schlechte Lautsprecherkabel *duck*.

Bändchenlautsprecher sind da noch 'pingeliger'!

Hatte der typische Bändchenlautsprecher (HochtÜner ßblicherweise)
nicht ohnehin einen Trafo dabei? Die "Kiste" hinten am Horn
war ungewĂśhnlich gross und schwer, kann nicht alles Magnet gewesen
sein.

--
mfg Rolf Bombach