12.11.2005, 03:11 AM
Hier die erste Skizze zu meinem neuen SODFA-Projekt:
[Bild: socfams75gq.jpg]
Die einzelnen Schaltungen werden natürlich just in time hier veröffentlicht, der Übersichtsplan soll nur schon mal meine Intention verdeutlichen.
Zu erkennen ist ein 2-Wege System mit Aktivweiche, das anstelle der üblichen Passivweiche ebenfalls als ?nackte? Platine in der LS-Box ( Satellit ) untergebracht ist und ganz ohne externen Kühlkörper auskommt. Dabei habe ich vor allem an professionelle Anwendungen gedacht, wo eines der Hauptprobleme die Verkabelung ist. Arbeitet man mit einem zentralen Verstärker und passiven Lautsprechern, werden zur Überbrückung langer Wege sehr dicke und teure Kabel erforderlich, ansonsten geht der Dämpfungsfaktor in den Keller. Ein Paradebeispiel für Steinzeittechnik ( mit entsprechendem Sound ), die aber immer noch in Gebrauch ist, ist in diesem Zusammenhang die so genannte ?100V-Technik?, wobei ein Hochvoltverstärker über ein relativ dünnes Kabel einen weit entfernten Lautsprecher über einen an diesem montierten NF-Übertrager ansteuert.
Viel günstiger sieht die Sache aus, wenn man den Verstärker in die Lautsprecherbox verlegt und dessen Betriebsspannung über den weiten Weg transportiert. Der Dämpfungsfaktor bleibt erhalten, es entsteht ?nur? Leistungsverlust. Ein Rechenbeispiel mit der Aufgabe, 200WRMS über eine Distanz von 50m an eine Last mit 4Ohm zu transportieren:
Ein analoger Brückenverstärker braucht dazu etwa 46V und erreicht ca. 60% Wirkungsgrad. Es werden also insgesamt 330W und damit 7.2A bei 46V benötigt. Verlegt man nun als knauseriger Gastwirt die üblichen 2x0.75mm2, so geht das voll in die Hose. Der Kabelwiderstand beträgt 2.3Ohm, der Lautsprecher erhält weniger als 50% der geforderten Leistung.
Bei einem PWM-Verstärker in der Lautsprecherbox ist das Kabel aber völlig ausreichend! Zunächst einmal werden allenfalls 220W Gesamtleistung benötigt. Dann hilft ein weiterer Trick: Wir geben einfach 80V auf die PWM-Brücke und begrenzen den Modulationsgrad mittels bekanntem LDR-Limiter auf 50%. Weitere Verluste entstehen dadurch kaum, denn der PWM-Verstärker ist ja gleichzeitig ein praktisch verlustfreier Tiefsetzsteller ( synchronous buck converter ). Der Betriebsstrom beträgt jetzt nur noch 2.75A, Verlustspannung am ( 08-15 )-Kabel nur noch 6.3V. Das ist locker zu verkraften, denn wir haben bei einem maximalen Modulationsgrad von z.B. 90% immerhin 32V Reserve, bevor die Ausgangsleistung des PWM-Verstärkers überhaupt angeknabbert wird.
So weit, so gut. Jetzt wird aber noch das NF-Steuersignal für den Verstärker benötigt. Dessen störungsfreie Übertragung füllt ja bekanntlich ganze Bibliotheken. Die folgende Lösung dieses vielschichtigen Problems ist aber kaum in der Literatur zu finden:
[Bild: nfcurrenttransmissionms71ei.jpg]
Auf der Sendeseite wandelt eine präzise spannungsgesteuerte Stromquelle ( mit LMH6654 ) die NF-Spannung in einen auf Masse bezogenen proportionalen Strom um. Dieser lässt auf der Empfängerseite die ursprüngliche NF-Spannung an einem 20Ohm-Widerstand direkt am Eingang abfallen und zwar gänzlich unabhängig davon, was auf der Übertragungsstrecke mit dem Signal passiert ( zumindest solange der Kabelwiderstand nicht so groß wird, dass die Sende-Stromquelle in die Begrenzung geht ) ! Als Empfänger dient der Instrumentenverstärker AD8221, der dafür sorgt, dass Störungen über die Masse praktisch vollständig eliminiert werden.
Fazit: Das System gestattet es, Audioleistungen von mehreren 100W praktisch verlustfrei und in audiophiler Qualität über große Entfernungen zu transportieren ? und das mit einem popeligen 3-adrigen 3x0.75-Kabel, womit auch gleich das Steckverbinder-Problem gelöst ist: Der bekannte 3-polige ?Kaltgerätestecker? ( mit dem ausdrücklichen Hinweis versehen, das andere Ende NICHT mit einer 230V-Steckdose zu verbinden! ).
Noch eine Bemerkung zum Ein- und Ausschalten:
Es wäre jetzt hochgradig inkonsequent, eine zusätzliche Strippe zum Einschalten der Satelliten-Verstärker zu legen. Es wird also einfach mit der Betriebsspannung geschaltet. Alle Spannungen für die Vor- und Treiberstufen ( +-5V, +12V ), sowohl auf der Sende-, als auch auf der Empfängerseite werden mit kleinen SMD-Schaltwandlern ( z.B. LM2594HV ) aus der positiven Hauptversorgungsspannung ( natürlich auch ein SMPS ) generiert. Wird die Hauptversorgungsspannung ausgeschaltet, sinkt diese aufgrund der Ladekapazität im Gesamtsystem relativ langsam ab, wobei die daraus getakteten Hilfsspannungen natürlich zunächst stabil bleiben und die Musik noch eine kurze Zeit verzerrungsfrei zu hören ist. Sinkt die Hauptversorgungsspannung dann unter einen bestimmten Schwellenwert ( z.B. 40V ), wird zunächst nur die +12V für die MOSFET-Treiber der PWM-Endstufen abgeschaltet, womit das Audiosignal knackfrei abschaltet.
Beim Einschalten der Hauptversorgung fahren zunächst die Spannungswandler für die +-5V mit hoch und erst ab einer Hauptspannung von z.B. 50V wird mit einer zusätzlichen Verzögerung die +12V-Treiberspannung hochgefahren, wobei das Audiosignal wieder knackfrei einschaltet, sobald die interne Schwellenspannung der MOSFET-Treiber überschritten ist.
[Bild: socfams75gq.jpg]
Die einzelnen Schaltungen werden natürlich just in time hier veröffentlicht, der Übersichtsplan soll nur schon mal meine Intention verdeutlichen.
Zu erkennen ist ein 2-Wege System mit Aktivweiche, das anstelle der üblichen Passivweiche ebenfalls als ?nackte? Platine in der LS-Box ( Satellit ) untergebracht ist und ganz ohne externen Kühlkörper auskommt. Dabei habe ich vor allem an professionelle Anwendungen gedacht, wo eines der Hauptprobleme die Verkabelung ist. Arbeitet man mit einem zentralen Verstärker und passiven Lautsprechern, werden zur Überbrückung langer Wege sehr dicke und teure Kabel erforderlich, ansonsten geht der Dämpfungsfaktor in den Keller. Ein Paradebeispiel für Steinzeittechnik ( mit entsprechendem Sound ), die aber immer noch in Gebrauch ist, ist in diesem Zusammenhang die so genannte ?100V-Technik?, wobei ein Hochvoltverstärker über ein relativ dünnes Kabel einen weit entfernten Lautsprecher über einen an diesem montierten NF-Übertrager ansteuert.
Viel günstiger sieht die Sache aus, wenn man den Verstärker in die Lautsprecherbox verlegt und dessen Betriebsspannung über den weiten Weg transportiert. Der Dämpfungsfaktor bleibt erhalten, es entsteht ?nur? Leistungsverlust. Ein Rechenbeispiel mit der Aufgabe, 200WRMS über eine Distanz von 50m an eine Last mit 4Ohm zu transportieren:
Ein analoger Brückenverstärker braucht dazu etwa 46V und erreicht ca. 60% Wirkungsgrad. Es werden also insgesamt 330W und damit 7.2A bei 46V benötigt. Verlegt man nun als knauseriger Gastwirt die üblichen 2x0.75mm2, so geht das voll in die Hose. Der Kabelwiderstand beträgt 2.3Ohm, der Lautsprecher erhält weniger als 50% der geforderten Leistung.
Bei einem PWM-Verstärker in der Lautsprecherbox ist das Kabel aber völlig ausreichend! Zunächst einmal werden allenfalls 220W Gesamtleistung benötigt. Dann hilft ein weiterer Trick: Wir geben einfach 80V auf die PWM-Brücke und begrenzen den Modulationsgrad mittels bekanntem LDR-Limiter auf 50%. Weitere Verluste entstehen dadurch kaum, denn der PWM-Verstärker ist ja gleichzeitig ein praktisch verlustfreier Tiefsetzsteller ( synchronous buck converter ). Der Betriebsstrom beträgt jetzt nur noch 2.75A, Verlustspannung am ( 08-15 )-Kabel nur noch 6.3V. Das ist locker zu verkraften, denn wir haben bei einem maximalen Modulationsgrad von z.B. 90% immerhin 32V Reserve, bevor die Ausgangsleistung des PWM-Verstärkers überhaupt angeknabbert wird.
So weit, so gut. Jetzt wird aber noch das NF-Steuersignal für den Verstärker benötigt. Dessen störungsfreie Übertragung füllt ja bekanntlich ganze Bibliotheken. Die folgende Lösung dieses vielschichtigen Problems ist aber kaum in der Literatur zu finden:
[Bild: nfcurrenttransmissionms71ei.jpg]
Auf der Sendeseite wandelt eine präzise spannungsgesteuerte Stromquelle ( mit LMH6654 ) die NF-Spannung in einen auf Masse bezogenen proportionalen Strom um. Dieser lässt auf der Empfängerseite die ursprüngliche NF-Spannung an einem 20Ohm-Widerstand direkt am Eingang abfallen und zwar gänzlich unabhängig davon, was auf der Übertragungsstrecke mit dem Signal passiert ( zumindest solange der Kabelwiderstand nicht so groß wird, dass die Sende-Stromquelle in die Begrenzung geht ) ! Als Empfänger dient der Instrumentenverstärker AD8221, der dafür sorgt, dass Störungen über die Masse praktisch vollständig eliminiert werden.
Fazit: Das System gestattet es, Audioleistungen von mehreren 100W praktisch verlustfrei und in audiophiler Qualität über große Entfernungen zu transportieren ? und das mit einem popeligen 3-adrigen 3x0.75-Kabel, womit auch gleich das Steckverbinder-Problem gelöst ist: Der bekannte 3-polige ?Kaltgerätestecker? ( mit dem ausdrücklichen Hinweis versehen, das andere Ende NICHT mit einer 230V-Steckdose zu verbinden! ).
Noch eine Bemerkung zum Ein- und Ausschalten:
Es wäre jetzt hochgradig inkonsequent, eine zusätzliche Strippe zum Einschalten der Satelliten-Verstärker zu legen. Es wird also einfach mit der Betriebsspannung geschaltet. Alle Spannungen für die Vor- und Treiberstufen ( +-5V, +12V ), sowohl auf der Sende-, als auch auf der Empfängerseite werden mit kleinen SMD-Schaltwandlern ( z.B. LM2594HV ) aus der positiven Hauptversorgungsspannung ( natürlich auch ein SMPS ) generiert. Wird die Hauptversorgungsspannung ausgeschaltet, sinkt diese aufgrund der Ladekapazität im Gesamtsystem relativ langsam ab, wobei die daraus getakteten Hilfsspannungen natürlich zunächst stabil bleiben und die Musik noch eine kurze Zeit verzerrungsfrei zu hören ist. Sinkt die Hauptversorgungsspannung dann unter einen bestimmten Schwellenwert ( z.B. 40V ), wird zunächst nur die +12V für die MOSFET-Treiber der PWM-Endstufen abgeschaltet, womit das Audiosignal knackfrei abschaltet.
Beim Einschalten der Hauptversorgung fahren zunächst die Spannungswandler für die +-5V mit hoch und erst ab einer Hauptspannung von z.B. 50V wird mit einer zusätzlichen Verzögerung die +12V-Treiberspannung hochgefahren, wobei das Audiosignal wieder knackfrei einschaltet, sobald die interne Schwellenspannung der MOSFET-Treiber überschritten ist.
Das gibt Möglichkeiten:
