[kahlo]

Diese Schaltung ist vergleichbar, aber mit geringeren Spannungen. Und es steht mehr dran:

[Bild: gilmore4_1.png]

http://www.diyhifi.org/forums/viewtopic.php?f=4&t=678

[Hoppenstett]

Kenne all die Schaltungen, will sie aber auf MosFet SRPP umstellen ...

[Calvin]

Hi,

die Polarisationsspannung ist eine DC-Spannung, die über einen hochohmigen Widerstand auf die Membran geführt ist. Wird des öfteren einfach über eine Kaskade aus der Trafospannung des Amps gewonnen.

Die auf 230V laufenden älteren Modelle hatten typischerweise einen Elektrodenabstand von 0,6mm (2x0,3mm), die neueren von 1,0mm (2x0,5mm).
Die Polarisation dient ausschließlich dazu eine Ladung auf die Membran aufzubringen. Das (homogene) elektrische Feld zwischen den Statorblechen übt eine Kraft auf die Ladung aus, die umso höher ist, je stärker die Ladung ist. Daher die Forderung, die Polarisation so hoch wie möglich -bis an die Überschlagsfeldstärke der Luft- zu schrauben. Bei einem Membran-stator-Abstand von 0,3mm und ca. 2kV/1mm wären das ~600V. Allerdings wird die Membran bei Anlegen der Polaristion immer zu einem der beiden Statoren gezogen und damit der ´Luftspalt´ verkleinert. Die 230V dürften dann ein ´sicherer´ Kompromiss zwischen Effizienz und Überschlagssicherheit darstellen. Bei den neueren Modellen mit größerem Elektrodenabstand kann daher auch mit höherer Polarisation gefahren werden.

Zitat:Auch wenn inzwischen die 800Veff wieder aus der "Doku" verschwunden sind bleibt doch die Aussage, 100db bei 100Veff und max. Pegel 118dB bei 400Hz, wozu dann nicht 400 - sondern 800V erforderlich wären.

Das ist soweit rechnerisch richtig, zeigt aber nur, daß Prospektdaten nicht unbedingt richtig sein müssen, insbesondere wenn -oder weil- sie typischerweise nicht von Menschen mit Fachverstand geschrieben oder kontrolliert werden.

jauu
Calvin

[Hoppenstett]

Das würde bedeuten, daß die maximal mögliche Ausgangsleistung von der Höhe der aufgebrachten Ladung abhängt, und nicht von der Steuerleistung des Verstärkers.

Das System ist aber symmetrisch. Es muss schon gleichzeitig nach +U[SUB]Bias[/SUB] und -U[SUB]Bias[/SUB] ausgesteuert werden.

[Calvin]

Hi,

ich würde hier aufgrund der nahezu reinen komplexen Last und dem nicht konstanten Impedanzverlauf nicht in Leistungen denken/sprechen, sondern von Kraftwirkung auf die Membran in Abhängigkeit von der Ladung.
Je größer die Kraft, umso höher die Beschleunigung, umso höher der Schalldruck.


Die rechte Darstellung gilt für den typischen Konstantladungs-ESL, der sich aus der Bedingung, aus dem Konstantladungs-ESL ergibt, daß zwischen Upol und Membran ein sehr hoher Widerstand eingefügt wird (vorteilhaft direkt auf die Membran in Form einer Beschichtung aufgebracht) und damit die Ladung auf der Membran konstant bleibt. Als Extrem können Elektretmembranen angesehen werden, mit quasi ´eingefrorener´Ladung und keiner galvanischer Verbindung zum Signalkreis.
Die Kraft ist hier direkt proportional der Höhe der Signalwechselspannung und der Stärke der Ladung.
Exakt gilt diese einfache Formel nur für eine sehr kleine ´Probeladung´ Q. Für große Ladungen entwickelt Q ein nennenswertes eigenes Feld, mit der Folge, daß die Membran um eine Strecke X aus der mittigen Ruhelage ausgelenkt wird (Offset) und die Kraftformel komplexer wird.
F=EpsoA [(2Upol²X)/d³ + (UpolU~)/d²] (A=Membranfläche, Epso=Dielektrizitätskonstante Luft, d=d1=d2)
EpsoA ist eine Konstante, ebenso der erste Klammerterm.
Die Kraft ist weiterhin nur proportional der Signalspannung U~ --> Linearer Antrieb, in der Größe aber auch abhängig von der Polarisationsspannnung Upol.

Zitat:Das System ist aber symmetrisch. Es muss schon gleichzeitig nach +UBias und -UBias ausgesteuert werden.

Nein, es muss nur gelten |Upol|-|U~|>0, sprich die Höhe der Polarisation begrenzt die peak-Signalspannung.
Grund: Bei konstanter Membranladung gilt nach C=QxU dass die Spannungsdifferenz zwischen Stator und Membran bei Annäherung sinkt.

jauu
Calvin

[Hoppenstett]

Vielen Dank erstmal für Deine ausführliche Beschreibung.
Aber was passiert nun "schreckliches" wenn die Signalspannung zwischen den Statoren die Bias-Spannung überschreitet?

[Calvin]

Hi,

wird |Upol|-|Usig|<0, dann herrscht Feldumkehr.
Was in der Praxis passiert das hängt von der Konstruktion des ESL ab, der Parametrierung und den Materialeigenschaften.
Mal davon ausgehend, daß es sich um einen typischen und ´vernünftig´ konstruierten ESL mit isolierten Statoren handelt, würde die Membran an einen Stator schlagen und zwar erst mal an den, der ´zieht´, bzw. der in dessen Richtung die Membran von der Polarisation ausgelenkt ist.
Die Membran wird erst mal am Stator kleben bleiben. Wie lange wäre eine Frage wie stark das Signal übersteuert ist und wieviel Ladung der Stator auf die Membran in Form kleiner Überschläge schiebt (die Feldstärke ist umgekehrt proportional dem Abstand. Für D=0 würde E=unendlich --> Überschlag). Die Zeitkonstante der Ablösung ist auch bestimmt durch den Volumenwiderstand des isolierenden Materials des Stators.
Typische Werte für Kunststoffe um exp14 bis exp17 führen zu Zeitkonstanten von wenigen Sekunden bis einigen Stunden. Bei exp11 ist man im Bereich um 100ms Erholzeit.
Selbst wenn die mechanische Membranspannung so groß wäre, daß ein Anschlagen verhindert würde, würde voraussichtlich die Überschlagsfeldstärke des Luftspaltes überschritten.
Da die Ladung der Membran verringert wird, wird nach dem Ablösen der Membran vom Stator der Schalldruck niedriger sein und sich erst langsam erholen.
Für Konstantspannungs-ESL kann der Übersteurungs-Zustand fatal werden, da hier die Membran gut leitfähig beschichtet ist.
Hier kann der Überschlag durch den niedrigen Widerstand (hohe Stromstärke) ´heiß´ werden und Löcher in die Membran brennen. Membranen mit aufgesputtertem Alu können im Extremfall sogar -und sehr spektakulär- abfackeln.

jauu
Calvin

[Hoppenstett]

Hi Calvin.

Du beschreibst das Übersteuerungsverhalten bei niedriger Frequenz ...
Mit einem 10 khz Signal wäre das wohl nicht passiert.

Zitat:Original geschrieben von Calvin

... wird |Upol|-|Usig|<0, dann herrscht Feldumkehr.

Schön, aber es geht ja nicht um das Feld zwischen den Statoren, sondern um die Felder zwischen Stator und Membran, und dort tritt jetzt erst 1/2 Usig auf.

[Calvin]

Hi,

stimmt, jetzt bin ich selber Opfer der Halbierung geworden.
Für Stator-Membran gilt weiterhin, die Polarisation muss größer bleiben als die peak-Signalspannung des Stators. Beim symmetrischen ESL bedeutet das dann für Stator-Stator den doppelten Wert, da sich ja die Signalspannung hälftig aufteilt.

jauu
Calvin

[Rumgucker]

Da dieser Thread verwaist ist, werde ich dieses Ding mal kapern.

Calvins Erklärungen waren sehr hilfreich - vielen Dank.

Ich verstehe die Aufgabe so, dass man als Treiber einen hochagilen Amp sucht, der 800Vss an 110pF liefern soll. Möglichst mit den im Threadtitel angeführten Röhren, für die Kahlo Modelle angefertigt hat.

Hoppi wünscht sich Röhren in der Endstufe und MOSFETs als SRPP. Offensichtlich will er aber ganz andere Röhren einsetzen. Urs hat tatsächlich irgendwelche Halbleiter in die Anodenleitung reingebaumelt, sich aber zuvor über die anzutreibende Last wenig Gedanken gemacht.

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Gut. Unabhängig hiervon hab ich ja den Millerthread erstellt, dessen Erkenntnisse IMHO wertvoll für hochdynamische Treiber sein könnten. Im Millerthread wurden mehrere Strategien erarbeitet, bzw. zumindest angedeutet, um aktive Bauteile zu "entfesseln".

Die hier im Thread sämtlich gezeigten Schaltungen erscheinen mir dagegen recht rustikal - sowohl bzgl. des Treibens der Ausgangskapazitäten als auch bzgl. des Treibens der parasitären Kapazitäten. Hier wurden einfach nur möglichst niederohmige Konstruktionen geschaffen, um die vermeintlich unvermeidlichen Kapazitäten mit großen Strömen hin- und herzuwuchten.

Der verwiesene Millerthread zeigt Alternativen. Viele Probleme lassen sich im Amp mit Stromsteuerungen statt Spannungssteuerungen dynamischer lösen. Bei der Stromsteuerung (wird auch in OPVs gerne und reichlich eingesetzt) werden statt Spannungshüben Stromhübe gesteuert. Die Spannung über dem jeweiligen Bauteil bleibt dabei konstant, so dass parasitäre Kapazitäten nicht umgeladen werden müssen und insofern neutralisiert sind.

Ein typischer Vertreter derartiger Schaltungen sind die bekannten "Stromspiegel", mit denen man vorzügliche und äußerst hochdynamische Systeme entwickeln kann.

Ich denke, dass man derartige Konstruktionsprinzipien verwenden sollte, um die gestellte Aufgabe nicht mit dem Schwert sondern mit dem Florett zu lösen.

Besteht Interesse, dass ich mich damit näher befasse?

[Rumgucker]

Wenn ich mir Calvins Querschnitt durch einen Elektrostaten so anschaue, dann frag ich mich, ob man überhaupt ein push-pull-Gegentaktkonzept braucht!

Reicht nicht auch ein Gegentakt-Pull-Konzept?

Die Spannung über einer geladenen Kapazität erhöht sich, wenn ich die Platten einer Kapazität weiter auseinanderziehe. Das ist nun mal die Physik.

Wenn ich also rechts nach Minus pulle, so steigt die Spannung an der linken Platte "vollautomatisch" auf positivere Werte an.

Der von Calvin gezeigte elektrostatische Kopfhörer wirkt wie ein Gegentakttrafo, nur dass hier eben die gekoppelte Doppelkapazität und nicht eine gekoppelte Doppelspule die Wirkung begründet.

Folgerichtig genügen zwei einfache Pull-Röhren. Eine links und eine rechts. Anodenwiderstände sind nur dazu da, um die Wirkung von Leckströmen auszugleichen und können minimal ausfallen.

Zumindest dann, WENN Calvins Skizze die Realität eines derartigen Bauteils richtig wiedergibt....

[Hoppenstett]

Für diese hohen Spannungen ist komplementäre Technik nicht verfügbar.
Ich suche noch nach einer Chiplösung (uA733, NE592... -Technologie) um eingangsseitig dies zu realisieren.

http://www.high-amp.de/html/hybridamp_v1.html

[Rumgucker]

...ich schlag also vor, dass der Amp lediglich aus zwei niederohmigen Pentoden mit geringer Anodenverlustleistung besteht, die den Elektrostaten im Gegentakt pullen. Pentoden wegen deren Eigenschaft, bei konstanter g2-Spannung nicht millern zu können. Die Phasendrehung könnte man einfach durch einen Katodenwiderstand oder/oder nach Kahlos Dreherprinzip ableisten.

Fertig ist die sandfreie Laube.

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von Hoppenstett
Für diese hohen Spannungen ist komplementäre Technik nicht verfügbar.
Ich suche noch nach einer Chiplösung (uA733, NE592... -Technologie) um eingangseitig dies zu realisieren. http://www.high-amp.de/html/hybridamp_v1.html

Hoppi... ich kenne Deinen Link aus dem Anfang des Threads.

Nur erscheint mir die Schaltung unnötig übertrieben, WENN Calvins Darstellungen eines elektrostatischen Kopfhörers korrekt sind.

Lies bitte nochmal meine physikalischen Dinge unter Calvins Zeichnung.

[Hoppenstett]

Es soll ja eine High-End Lösung werden. Am Ausgang gibt es Triode und MosFet-SRPP, wegen des geringen Ausgangswiderstandes.

[kahlo]

Und was sollte das dann mit der GMI-6?

[Hoppenstett]

Kann man die nicht als Trioden schalten?

[kahlo]

Das wäre ein guter Trick, weil die Schirmgitter intern miteinander verbunden sind .

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von Hoppenstett
Es soll ja eine High-End Lösung werden. Am Ausgang gibt es Triode und MosFet-SRPP, wegen des geringen Ausgangswiderstandes.

Eigentlich hatte ich doch gut erklärt, warum IMHO Gegentakt-Push-Pull unsinnig ist.

Wenn meine auf Calvins Modell begründete Vorstellung eines Elektrostaten korrekt sein sollte, dann wäre eine Gegentakt-SRPP-Schaltung vermutlich sogar kontraproduktiv wegen der erheblichen Kapazitäten eines solchen anodenseitigen Gehängsels.

Weiterhin wissen wir aus dem Millerthread, dass Trioden nur in Basisschaltung millerfrei betrieben werden können. Eine Basisschaltung hat aber nun gerade das Gegenteil eines geringen Ausgangswiderstandes!

Bei Deiner Beispielschaltung arbeiten die Trioden nicht nur in der ungünstigen Katodenschaltung (große Millerkapazität) sondern verfügen noch über niederohmige Anodenwiderstände, wodurch viel Triodenstrom sinnlos verheizt wird, der besser zur Umladung des Kopfhörers genutzt wäre, sondern auch zusäztlich mit einer Gegenkopplung.

Diese Gegenkopplung finde ich gut. Den ganzen Rest finde ich Scheiße.

Gerade bei high-end und Elektrostaten geht es um schnelle Umladungen der Lastkondensatoren und der parasitären Kondensatoren. Mit einer querstrombelasteten millernden Schaltung ist das nur schwer hinzubekommen.

Ich wollte neue Wege versuchen.

Aber wenn diese Dein Verständnis übersteigen, dann will ich Dich nicht zu Deinem Glück zwingen Außer natürlich, wenn sich hier noch ein weiterer für meinen Ansatz interessiert.

[Rumgucker]

Die GMI-6 scheinen mir ganz vorzüglich geeignet zu sein.

- Es sind Pentoden, die auf Pull-Pull und millerfreien Schirmgitterbetrieb vorbereitet sind

- Sie können hohe Ströme liefern

- Da ich (unter Vorbehalt von Calvins Bestätigung) keinen Querstrom brauche, bleiben die Anoden kalt

- sie sind vorhanden


Nachteil:

wir haben noch kein Modell aber wahrscheinlich ist das auch nicht so wichtig.


/Edit: Datenblattsichtung. Die Röhren sind leider für positive Gittersteuerung ausgelegt. Reine Schaltröhren. Nix mit high-end. Absolut unbrauchbar.