[Rumgucker]

Ich möchte mal langsam mit der Verbrämung um den "SODFA" aufräumen!



Ich denke, daß jeder die linke Schaltung kennt. Es handelt sich um einen üblichen astabilen Multivibrator. R1/R2 bilden die Rückkopplung. R3/C1 die (zeitverzögernde) Gegenkopplung, den Integrator. U1 ist ein Komparator.

Die Ähnlichkeit zu dem rechten "SODFA" ist unverkennbar. Der in der linken Schaltung nicht ideale Integrator wurde durch einen präzisen Integrator ersetzt, der allerdings invertiert. Zum Ausgleich der Inversion muß der Integrator-Ausgang mit dem nichtinvertierenden Komparator-Eingang gekoppelt werden. Der nun nicht mehr benötigte invertierende Eingang des Komparators wird mit Masse verbunden.

*gähn*

Unter welchen Bedingungen wäre auch die linke Schaltung als SODFA verwendbar?

Nun.. zuerst einmal haben wir dort keinen idealen Integrator, sondern die Aufladung eines Kondensators nach einer e-Funktion. Allerdings haben wir am Ausgang des Komparators eine sehr hohe Spannung und es zwingt uns keiner, den Kondensator weit aufzuladen. Wenn wir uns eine Ausgangsspannung von +/- 40V denken und den Kondensator nur bis 500mVs umladen, so kann man von einer linearen Ladekurve ausgehen. Kann jemand die Verzerrungen berechnen?

Zweites Problem ist, daß wir die NF anders als beim SODFA einspeisen müssen. Wahlweise kann man sie am masseseitigen Pol von R2 oder C1 einspeisen.

Das wars dann aber auch schon mit den Unterschieden.

Im Gegenzug erspart man sich bei der Verwendung der linken Schaltung einen 500kHz-Integrator.

P.S.: Beobachter kennt übrigens die Rückführung des SODFAs auf einen astabilen Multivibrator! Als ich mal eine darauf basierende lowest-level-Schaltung im anderen Forum abgebildet hatte und als "SODFA" bezeichnete, protestierte er keineswegs. Er erkannte sogar gleich den Primitiv-Integrator.

In letzter Konsequenz ist es mir absolut unverständlich, wieso man einen astabilen Multivibrator patentieren kann.

Egal...

...laßt uns mal die durch die e-förmige Kondensator-Aufladung bedingte Verzerrung des ursprünglichen "SODFA's" einschätzen. Entweder per Spice oder per Taschenrechner. Ich will gleich mal die Verwendung von Spice versuchen, um beide Schaltungen direkt vergleichen zu können.

[Gast]

Vielleicht R3 wie üblich durch eine (einfache) Konstantstromquelle ersetzen?

[Rumgucker]

...ich hab rumsimuliert. Bei geringen Umladungen von C1 ist der SODFA vom Multivibrator nicht zu unterscheiden. Genau wie erwartet! Da liegt also ein großes Einsparungspotential.

Aber während ich da so um Rumsimulieren war, hab ich auch mal ganz verträumt den kompletten SODFA hingemalt (der arme LT1363 würde so allerdings kaputt gehen).



Aber seht Ihr auch, was ich sehe? Ich war ganz erschrocken!

Unter der (zuvor bewiesenen) Voraussetzung, daß ich hier nur eine vereinfachte Darstellung des SODFAs gewählt habe, wird das Grundproblem des SODFAs plötzlich sonnenklar.

Der OP kümmert sich wunderbar um die (oszillierende) Spannungsgleichheit zwischen dem Eingang und seinem C1-Integrator.

Nur leider hat diese Spannung am C1-Integrator nichts, aber auch überhaupt nichts!, mit der Spannung am C2 zu tun, die ja unsere Ausgangsspannung ist.

Nicht mal der Phasengang stimmt überein. Einmal hab ich ein RC-Glied und einmal hab ich ein LC-Glied. Von der Lastabhängigkeit mal ganz zu schweigen. Bei genügend niederohmigen OP würde der Multivibrator unbeirrt selbst dann weiterschwingen, wenn ich den Ausgang kurzschließe. Der SODFA hat keinerlei aktive Gegenkopplung.

Bei einem Spulenwiderstand von beispielsweise 50 mOhm und einem Lastwiderstand von 4 Ohm erhalten wir einen Spannungsteiler. Bei 25V fallen 500mV an der Spule ab. Verändert sich die Impedanz der Last (normal bei Lautsprechern), so kann der Spannungsabfall auch mal 250mV oder 1000mV betragen, je nach NF. Das sind nichts anderes als -34dB mehr oder minder harmonische Verzerrungen, die durch nichts gegengekoppelt werden (können).

Im Gegensatz zum reinen SODFA bemüht sich der UcD und auch Spotnicks PMWA (eine Mischung aus Sodfa und UcD) um eine Gegenkopplung direkt vom Ausgang her. Und auch ich halte diese Gegenkopplung aus den erwähnten Gründen für unverzichtbar.

[Beobachter]

Wenn die zuvor gezeigte Prinzipschaltung ( es handelt sich dann übrigens um den sogenannten SODA von Bruno Putzeys ) als Verstärker wirken soll, so muß das Eingangssignal über einen Widerstand am invertierenden Eingang des hier als Komparator mißbrauchten OPs eingespeist werden! So wie gezeichnet, wird nur der Offset um den Betrag der Eingangsspannung verschoben.

Der SODA arbeitet ansonsten alles andere als linear und ist nicht einmal im engeren Sinne als "hifitauglich" zu bezeichnen.

[Rumgucker]

Die Verschiebung des (Ausgangs)-Offsets um den Betrag (??) der Eingangsspannung ist genau das, was die Töne am Ausgang macht, Beobachter!


Was ist los mit Dir?

[Beobachter]

Bau es auf und werd glücklich damit.

[Rumgucker]

Du scheinst tatsächlich nicht begriffen zu haben, wie die Schaltung funktioniert. Jetzt bin ich aber schon verblüfft.

Sag mal Beobachter.. Dir ist doch hoffentlich klar geworden, daß ich nur einen Zweig des Multivibrators mit NF beeinflusse, oder? Du sprichst aber so, als wenn Du denken würdest, daß ich beide Zweige gleichermaßen beeinflusse.

Also so langsam fall ich vom Glauben ab!

Ich hab Dich an anderer Stelle als vorzüglichen Ingenieur gelobt. Das wird mir langsam etwas sonderbar.

[Rumgucker]

Gott sei Dank hatte ich das noch nicht gelöscht....



Aber ich versteh Dein Verständnisproblem nun total nicht. Da baut der Mensch am laufenden Meter SODFAs. Und dann stolpert er beim Prinzip?

[Beobachter]

...wie diese Schaltung funktioniert, weiß ich sehr wohl. Auf jeden Fall ist es kein Verstärker.

Wie bereits aus deinem Diagramm ersichtlich, ist die NF-Spannungsverstärkung hier gleich 1. Wenn man die NF so einkoppelt, wie gezeigt, läßt sich daran auch nichts ändern. Selbst wenn man diese Schaltung nur als Impedanzwandler mit A=1 benutzen wollte, wäre sie für diesen Zweck unbrauchbar, da erstens die Eingangsimpedanz zu niedrig ist und zweitens der Komparatoreingang frühzeitig übersteuert wird, bevor eine nennenswerte Ausgangsspannung erreicht ist.

Koppelt man dagegen die NF über einen zusätzlichen Widerstand Re am invertierenden Eingang ein ( R2 an Masse ), hätte man einen SODA mit einer NF-Spannungsverstärkung von ungefähr -R3/Re. "Ungefähr" deshalb, weil ein SODA nicht wirklich linear arbeitet.

[Rumgucker]

Der "SODA" hat zwei Quellen der Rückführung, nämlich einmal den Power-Stage-Ausgang und zum zweiten einen postfilter-feedback. Diese beiden Signale führt er auf einen Integrator zusammen.

SODA-Prinzip

Dem astabilen Multivibrator und dem SODFA ist dagegen gleich, daß er nur eine Signalquelle hat (nämlich Ausgang der Power-Stage) und zwei Senken (Integrator und Komparator).

SODFA-Prinzip

SODFA und astabiler Multivibrator sind gleich. Mit der Verstärkung hast Du recht. Wenn man ne Spannungs-Verstärkung will, muß es so verdrahtet werden, wie Du sagst. Bleibt aber trotzdem ein "SODFA".

[Rumgucker]

SOFA-Prinzip

[Beobachter]

Wenn man die Bezeichnung "SODA" für das nimmt, was die "hifiakademie" darunter versteht, so darf man meine vorherige Antwort in dieser Beziehung als "Quatsch" bezeichnen.
Dann ist ein "SODA" aber nichts anderes, als der von Spotnick benannte "PWMA", also ein SODFA mit zusätzlichem post-filter-feedback, was sich meiner Meinung nach auf jeden Fall negativ auf den Klang auswirkt. Bis ich das praktisch bewiesen habe, darf man hier natürlich auch anderer Meinung sein.

Die Gleichsetzung zwischen SODFA ( Komparator mit linearem Integrator ) und astabilem Multivibrator ( Komparator mit über e-Funktion geladenem Kondensator ) ist jedoch auf jeden Fall Quatsch. Eine NF-Einspeisung über den nichtinvertierenden Komparatoreingang ist bei beiden Schaltungen sinnlos, eine Einspeisung über einen Widerstand auf den invertierenden Eingang des Komparators beim astabilen Multivibrator führt zu einer nichtlinearen Verstärkung, während einzig die Einspeisung über einen Widerstand auf den invertierenden Summationseingang des linearen Integrators beim SODFA zu einer linearen Verstärkung führt. Die Abbildung eines Sofas ändert daran nichts.

Mit meiner Patentanmeldung von 1998 habe ich ganz sicher nicht versucht, mir einen "astabilen Multivibrator" patentieren zu lassen. Die Grundschaltung ist in der Literatur unter "Rechteck-Dreieck Generator" aufgeführt. Ein SODFA unterscheidet sich von diesem durch den kleinen, aber entscheidenden Unterschied, dass er über einen zusätzlichen Widerstand am invertierenden Eingang des linearen Integrators mit einem NF-Signal linear moduliert werden kann. Allein darauf bezieht sich die Patentanmeldung.

[Rumgucker]

...Multivibrator nur dann hinreichend linear moduliert werden kann, wenn man man die C-Umladung möglichst gering hält, hatte ich ja eingangs beschrieben.

Ich habe zur Absicherung meiner Herleitung SODFA und astabilen Multivibrator simultan simuliert. Zumindest ich konnte keinerlei Unterschiede feststellen!!

Durch Weglassung des Integrators (also Rückführung des SODFAs auf seine astabile Multivibrator Herkunft) spart man eben diesen ein.

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Spotnick hat übrigens keinen SODA gebaut, Beobachter! Er verwendete zwei Quellen und zwei Senken. Der SODA dagegen hat zwei Quellen und eine Senke.

Das kann doch nicht so schwer sein!

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von Beobachter
Mit meiner Patentanmeldung von 1998 habe ich ganz sicher nicht versucht, mir einen "astabilen Multivibrator" patentieren zu lassen. Die Grundschaltung ist in der Literatur unter "Rechteck-Dreieck Generator" aufgeführt. Ein SODFA unterscheidet sich von diesem durch den kleinen, aber entscheidenden Unterschied, dass er über einen zusätzlichen Widerstand am invertierenden Eingang des linearen Integrators mit einem NF-Signal linear moduliert werden kann. Allein darauf bezieht sich die Patentanmeldung.

Die Grundschaltung des Rechteck-Dreieck-Generators basiert auf dem astabilen Multivibrator, wie ich eingangs gezeigt habe. Zur Modulation all dieser Schaltungen kann man sich unterschiedlichste Knoten in der Schaltung auswählen. Einige davon mögen besser und andere schlechter zur NF-Einspeisung geeignet sein. Da beide Schaltungen aber nicht so viele Knotenpunkte beherbergen, gibts auch nicht wirklich viele Möglichkeiten zur Einspeisung.

Für mich ist das keinesfalls patentierbar. Hast Du das Patent etwa durchbekommen?

Egal... genaugenommen gehts mir hier auch nicht um Dein Patent. Mir gehts eher darum, den interessierten Lesern aufzuzeigen, daß der SODFA wirklich nichts mehr ist, als ein astabiler Multivibrator, der um einen Integrator erweitert wurde.

Und ob dieser Integrator nicht möglicherweise mehr Nachteile als Vorteile bringt... und wenns nur der Nachteil der Kosten ist.

[Beobachter]

"Dass ein astabiler Multivibrator nur dann hinreichend linear moduliert werden kann, wenn man man die C-Umladung möglichst gering hält, hatte ich ja eingangs beschrieben."

Das Problem liegt im Wörtchen "hinreichend". Wenn ich das Niveau all deiner bisherigen "alternativen, ultimativen Konzepte" zugrunde lege, dürte es allerdings kaum etwas bringen, sich jetzt über dieses "hinreichend" zu streiten. Ich darf nur mal vorsichtig daran erinnern, dass es auch in diesem neuen Forum darum gehen sollte, wohlklingende Hifi-Verstärker zu entwickeln und nicht irgendwelche verquer PWM-modulierten Aushilfs-Oszillatoren, die in der Praxis allenfalls ein gerade noch ans Eingangssignal erinnerndes Geschnarre von sich geben.

[Rumgucker]

Jetzt ist Kaffee in der Tastatur und aufm LCD. Hoffentlich krieg ich das wieder weg.

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Die Kern-Frage ist: "wie weit weicht die Integratorrampe von der e-Ladung ab".

Bei der Rechnung geh ich einfach über die Zeit, die beide Modelle brauchen, um eine bestimmte Spannung zu erreichen. Der Zeitunterschied in beiden Ladekurven entsteht durch die e-förmigen Unlinearitäten.

Als Ausgangsspannung U setz ich 40V an. Als Zeitglied R=40k und C=10nF. Als Komparatorspannung uc setz ich 50mV an (ich will ja mit Absicht minimal aussteuern).

Ein idealer Integrator braucht:

t = R * C * uc / U = 40k * 10n * 0.05V / 40V = 500 ns

Ein RC-Glied braucht:

t = R * C * -ln(1 - uc/U) = 500.3 ns

Der Klirrgrad beträgt mithin also 0.06%.


Nun stellt sich die Frage, wieviel Verzerrungen ein 500kHz Integrator erzeugt, denn dessen Verzerrungen müssen wir den e-Verzerrungen entgegenhalten. Bei Reichelt wird zur Zeit ein OP beworben, der 0.003% Klirrfaktor bei 1kHz erreichen soll. Aber wir haben 500kHz. Wie kann man den Klirrgrad eines derartigen HF-Integrators einschätzen/berechnen?

[Beobachter]

Das mit dem Kaffee tut mir natürlich leid, war nicht beabsichtigt.

Die angesetzten 50mV sind leider zu niedrig. Auch bei optimalem Aufbau mit sehr gutem Komparator muß die Amplitude der Dreieckspannung schon mindestens 500mV betragen, damit das Grundrauschen nicht hörbar wird. Das ist eine Erfahrung aus der Praxis. Der durch die e-Funktion erzeugte Klirrfaktor ist dann deutlich hörbar.

Ob es sich lohnt, die minimalen Kosten für einen vernünftigen Integrator einzusparen, um das Klangniveau von der absoluten Spitzenklasse auf "Konsumklasse" zu drücken, kann bezweifelt werden.

[Rumgucker]

...versagt meine Idee jämmerlich.



Aber laß uns trotzdem mal checken, wie es um den Integrator aussieht. Bisher haben wir immer alle gesagt, daß das Teil kein Problem sei. Aber mittlerweile kommen mir da Zweifel.

In Spice können wir Unlinearitäten in der Rampe vermutlich nicht erkennnen, weil die OPs doch sehr stark idealisiert werden. Bei 500kHz werden schon Schaltkapazitäten wichtig. Erst recht natürlich die Innereien des OPs.

Wir sollten aber zumindest mal ne Zeitmessung mit realen IC-Modellen durchführen! Wenn der Integrator nicht exakt der vorigen Formel folgt, haben wir schon was am Wickel.

[Beobachter]

Als wesentlicher Bestandteil eines SODFA ist der Integrator sicher nicht "kein Problem".

Ein Integrator, der auch bei 500kHz noch ein sauberes Dreieck produzieren soll, stellt höchste Anforderungen an der OP. Zum Glück gibt es aber heute so gute integrierte Operationsverstärker, dass die Sache nicht nur funktioniert, sondern auch sehr, sehr gut klingt.

Wie gesagt, konnte ich bei meinem SODFA einen hörbaren Klangunterschied ausmachen zwischen dem zunächst ersatzweise eingesetzten LT1818 und dem AD8065 als Integrator. Der LT1818 ist zwar schneller, hat aber eine deutlich geringere Leerlaufverstärkung und natürlich einen sehr viel niedrigeren Eingangswiderstand, als der AD8065. Die Auswahl der Bauteile ist also keineswegs trivial und "Chipgräber" baue ich nicht deshalb, weil ich "einfache", diskrete Lösungen nicht mag, sondern weil es mittlerweile gar nicht mehr möglich ist, mit diskreten Lösungen auch nur annähernd die Qualität von spezialisierten ICs zu erreichen.

[Rumgucker]

Das hast Du schonmal im alten Forum geschrieben. Da hatte ich nur nicht gepackt, daß es um den Integrator geht.

"500kHz" gelten ja auch nur ohne Aussteuerung. Bei moderater Aussteuerung muß das Teil schon im MHz-Bereich schuften.

Putzeys Kiste hat wirklich den Charme, daß er den Integrator nicht braucht.