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Cheap-D MkII
#1
Kurz noch einmal der Hinweis auf Alfschs modifiziertes Original in #37:
http://include.php?path=forum/showthread...ostid=3437

(Bilder: http://img495.imageshack.us/img495/4826/...9pg.th.gif
http://img495.imageshack.us/img495/3347/...3wl.th.gif)

0.9% THD waren trotz aller Bemühungen nicht zu unterlaufen.

Ein paar Dinge sind mir aufgefallen:
Tauscht man die LTspice/Motorola 8.2V Zenerdioden durch das aufwändiger parameterisierte Philips-Modell aus, steigt THD von 0.9% auf fast 5% an. Erst der Wechsel zum 11V-Modell (Philips) brachte den THD wieder auf 0.8%.
Weiters gibt kein einziges Bauteil im Schaltverstärker, dessen geringe Änderung vom Optimum nicht Klirrfaktor und Verluste hochtreibt - z.B. eine von 10V abweichende Versorgung des Modulators: bei 11V verdoppelt sich THD, bei 9V schwingt die Schaltung erst gar nicht an (an Hand der geposteten .asc überprüfbar). Auch "torkelt" die Schaltung während der ersten 100us mit stark unsauberen Schaltsignalen und hohen Endstufenströmen vor sich hin, bevor Stabilität (an konstantem) Eingangssignal eintritt. Usw.
Der letzte Stand der Dinge war dieser:

[Bild: 13tran67uv.gif]

[Bild: 13log67wi.gif]

Klirrfaktor, Einschwingverhalten und hoher HF-Ripple sind m.M.n. unbefriedigend, cheap und gutem Wirkungsgrad zum Trotz.

Ein Versuch das mit Änderungen an der Schaltstufe und einem alternativen Modulator zu ändern, sei hier als "MkII" vorgestellt:

[Bild: 10tran13ja.gif]

Der HF-Ripple ist von 2.8Vss auf 1.3Vss reduziert und THD liegt bei 0.11% (5kHz/54Vss/4 Ohm/86Watt):

[Bild: 10thd19kz.gif]

Frequenz- und Phasengang:

[Bild: 10bode19sq.gif]

Der Wirkungsgrad beträgt 89.1%
Für A1 muß kein Super-Breitband-Highspeed-Low-Noise OP von LT eingesetzt werden, andere Exemplare erbrachten gleichartige Ergebnisse, wichtig ist i.e.L. eine hohe Open Loop-Verstärkung für eine saubere Funktion des Integrators. A2 ist ein LM393-ähnliches Komparator-Modell mit geringfügig besseren Eigenschaften.

Alles in allem also eine signifikante Verbesserung. Leider steigt der THD wie beim Original bei 10kHz auf fast das Doppelte an, hier: 0.19%, trotz hoher Open Loop und günstigen Modulatoreigenschaften, was den Schluß nahe legt, daß der 4-Transistor Stromverstärker einfach nicht das entscheidende Maß an Qualitätssteigerung zuläßt.

asc + Modelle:

Version 4
SHEET 1 1736 840
WIRE -240 288 -240 272
WIRE -240 384 -240 368
WIRE -224 272 -240 272
WIRE -192 128 -192 112
WIRE -128 -32 -192 -32
WIRE -128 -32 -128 -64
WIRE -128 -16 -128 -32
WIRE -128 128 -192 128
WIRE -128 128 -128 64
WIRE -128 144 -128 128
WIRE -128 224 -128 208
WIRE -128 272 -144 272
WIRE -128 288 -128 272
WIRE -128 384 -128 352
WIRE -64 272 -128 272
WIRE -32 -16 -32 -32
WIRE -32 128 -128 128
WIRE -32 128 -32 64
WIRE -32 240 -32 128
WIRE -32 288 -32 240
WIRE -32 384 -32 368
WIRE 0 128 -32 128
WIRE 0 240 -32 240
WIRE 48 240 0 240
WIRE 48 272 -64 272
WIRE 80 224 80 112
WIRE 80 352 80 288
WIRE 128 128 64 128
WIRE 128 256 112 256
WIRE 128 256 128 128
WIRE 160 256 128 256
WIRE 224 336 224 288
WIRE 256 256 160 256
WIRE 256 288 224 288
WIRE 288 144 288 112
WIRE 288 240 288 144
WIRE 288 352 288 304
WIRE 304 144 288 144
WIRE 352 272 320 272
WIRE 416 144 384 144
WIRE 416 160 416 144
WIRE 416 272 352 272
WIRE 416 272 416 240
WIRE 432 144 416 144
WIRE 432 272 416 272
WIRE 496 96 496 64
WIRE 496 208 496 192
WIRE 496 224 496 208
WIRE 496 352 496 320
WIRE 640 -96 640 -112
WIRE 640 0 640 -16
WIRE 640 16 640 0
WIRE 640 112 640 80
WIRE 640 208 496 208
WIRE 640 336 640 304
WIRE 640 416 640 400
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WIRE 688 208 640 208
WIRE 688 208 688 192
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WIRE 688 304 688 288
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WIRE 752 0 688 0
WIRE 752 416 688 416
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WIRE 832 480 752 480
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WIRE 848 416 832 416
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WIRE 896 96 896 80
WIRE 896 208 864 208
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WIRE 944 224 944 208
WIRE 944 320 944 288
WIRE 1024 -112 896 -112
WIRE 1024 -48 1024 -112
WIRE 1024 80 896 80
WIRE 1024 80 1024 16
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SYMATTR Description Diode
SYMATTR Type diode
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SYMATTR Value MBR20100CT
SYMATTR Description Diode
SYMATTR Type diode
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SYMATTR InstName R7
SYMATTR Value 51
SYMBOL Opamps\LT1037A 80 192 R0
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SYMATTR InstName A1
TEXT -648 488 Left 0 !.inc texlib\LM2903.sub
TEXT -648 248 Left 0 !.inc mylib\powcalc.sub
TEXT -648 288 Left 0 !.four 5kHz V(out)n.tran 0 500u 0 uic


.model MMSD4148 D(Is=2.52n Rs=0.568 N=1.752 Cjo=.64p M=.4 Tt=5n Iave=200m Vpk=100 mfg=Onsemi type=silicon )
.model BZX84C4V7 D( IS=110.88E-18 N=.92657 RS=.85899 IKF=147.68 CJO=171.18E-12 M=.32124 VJ=.57636 ISR=3.2814E-9 BV=4.7745 IBV=.10527 TT=108.78E-9 Vpk=4.7 mfg=PH type=zener )
.model BZX84C10V D( IS=110.88E-18 N=.92657 RS=.85899 IKF=149.75 CJO=57.292E-12 M=.33236 VJ=.67995 ISR=49.142E-12 BV=10.124 IBV=.72438 TT=973.82E-9 Vpk=10 mfg=PH type=zener )


* LM2903 VOLTAGE COMPARATOR "MACROMODEL" SUBCIRCUIT
* CREATED USING PARTS VERSION 4.03 ON 03/14/90 AT 13:05
* REV (N/A)
* CONNECTIONS: NON-INVERTING INPUT
* | INVERTING INPUT
* | | POSITIVE POWER SUPPLY
* | | | NEGATIVE POWER SUPPLY
* | | | | OPEN COLLECTOR OUTPUT
* | | | | |
.SUBCKT LM2903 1 2 3 4 5
*
F1 9 3 V1 1
IEE 3 7 DC 100.0E-6
VI1 21 1 DC .75
VI2 22 2 DC .75
Q1 9 21 7 QIN
Q2 8 22 7 QIN
Q3 9 8 4 QMO
Q4 8 8 4 QMI
.MODEL QIN PNP(IS=800.0E-18 BF=2.000E3)
.MODEL QMI NPN(IS=800.0E-18 BF=1002)
.MODEL QMO NPN(IS=800.0E-18 BF=1000 CJC=1E-15 TR=807.4E-9)
E1 10 4 9 4 1
V1 10 11 DC 0
Q5 5 11 4 QOC
.MODEL QOC NPN(IS=800.0E-18 BF=3.378E3 CJC=1E-15 TF=930.2E-12 TR=543.8E-9)
DP 4 3 DX
RP 3 4 50.00E3
.MODEL DX D(IS=800.0E-18)
*
.ENDS

 
#2
Simu mit f1=1kHz (@54Vss/4 Ohm/86Watt):

[Bild: 10thd28rd.gif]
 
#3
Großes Lob, Andreas!

Schöne Variation. PWMA mit Cheap-D-Endstufe. Nicht schlecht.
 
#4
Danke, auch wenn es kein PWMA ist (die dazu notwendige Mitkopplung des Schaltverstärkers würde hier zu einem hohen THD führen, eher handelt es sich um einen selbstschwingenden Step-Down-Wandler mit HF + NF Summierung/Doppelintegration)

Nebenbei: seit heute Morgen besitze ich einen antiquarischen "Skritek" (Handbuch der Audiotechnik, cpr. Franzis Verlag 1988) mit einem interessanten Class-D Kapitel: "Alfschs Cheap-D" Ausgangsstufe prangt dort in aller Schönheit, Unterschied: zur verzögerten Ansteuerung nimmt man L,D + C,G statt R,D + C,G (ich würde mich nicht wundern, wenn sie seit 1988 bereits mehrfach publiziert worden ist)
 
#5
1988? Müßte ich ja eigentlich bei uns im Keller-Archiv finden misstrau

Der Keller (und unser Eingangsbereich) sind meine zwei Haupt-Interessengebiete an dieser Bude Rolleyes

Kannst Du den Artikel scannen oder ihn im Internet finden?
 
#6
Kein Scanner.

Im Skritek steht unter Klirrursachen:
a) Schaltfrequenz, Schaltverhalten
b) Linearitätsfehler des Dreiecksignals
c) Tiefpaß-Filter
Hauptursache ist meist die Ausgangsstufe des Leistungsschalters. Bei Modulation der Pulsdauer entstehen nichtlineare Verzerrungen, wenn die Freilauf- und Durchschaltkennlinien voneinander abweichen. Dies ist durch spezielle Mosfets mit symmetrischer ID/UDS-Kennlinie um den Nullpunkt vermeidbar.
Um bei Transistor-Leistungsstufen die Schaltzeiten niedrig und konstant über der Aussteuerung zu halten, kann durch Abblockdioden [gemeint sind die Z-Dioden zw. G und S] die Transistorsättigung verhindert werden oder ein konstanter Ruhestrom bei fehlender Aussteuerung gezogen werden."

Daß mit der antiseriellen Z-Beschaltung sowohl positive als auch negative Überladung von C,G verhindert wird, darauf hatte ich bereits hingewiesen, "neu" (und interessant) wäre die Sache mit dem I,R und die Suche nach diesen "speziellen Mosfets", die es anscheinend schon in den 80ern gab (p-Kanal und n-Kanal-Modelle)
 
#7
@Gast

oder sonstwer!
Kann mir einer die Zusammenhänge kurz erklären?
Zitat:Bei Modulation der Pulsdauer entstehen nichtlineare Verzerrungen, wenn die Freilauf- und Durchschaltkennlinien voneinander abweichen
Was ist ne Freilaufkennlinie?Wie weichen sie voneinander ab und in welchen Zusammenhang stehen die Kennlinien?
Das mit den Abblockdioden verstehe ich soweit.
Weiterhin schreiben Sie auch das die Post die Hf am Ausgang des Filters auf 1mV ca. 100dB gedämpft sehen will.
Ich hab das Buch schon viele Jahre nur ist mir bis heute dieses Kapitel nicht sonderlich aufgefallen . Rolleyes


 
#8
Kannst Du es scannen, fotografieren, abschreiben oder im Notfall vorlesen und als Wave-Datei abspeichern, sixtas?

Ihr zwei werdet doch bestimmt irgendeine Möglichkeit finden, diesen Artikel zu digitalisieren. Ihr habt doch so schön schnelle PC's Wink
 
#9
Ich werde es fotofirn.
Hoffentlich ist es leserlich.
 
#10
Erster Versuch daneben
 
#11
Wieso? Ich konnte es lesen... Sad
 
#12
Macroaufnahme mit Stativ.
Besser geht es nicht.
Durch die Reduktion auf 58KB ist es schlecht leserlich.Schreit wenn euch die Auflösung nicht reicht,ich stell sie dann höher aufgelöst ein.

[Bild: 12_Skritek_D_Amp1.jpg]
[Bild: 12_Skritek_D_Amp2.jpg]
[Bild: 12_Skritek_D_Amp3.jpg]
[Bild: 12_Skritek_D_Amp4.jpg]
[Bild: 12_Skritek_D_Amp5.jpg]

Mike
 
#13
Perfekt zu lesen.

Klasse, sixtas!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

 
#14
Nun endlich hab ich mal den Artikel lesen können. 1000-Dank nochmal @sixtas. Astreine Fotografie!

Hat eigentlich schon einer mal genau die angegebene Schaltung simuliert? Auffällig ist ja schon, daß die angeblich mit einer Z-Diode pro MOS auskommen wollen, während Alfsch zwei Stück benötigt.

Was ist eigentlich mit den MOS mit symmetrischer Kennlinie, von denen Andreas gesprochen hat? Ich hab nichts davon in dem Artikel gelesen. Oder meinte er den gleichen Rdson?
 
#15
Jetzt hab ichs doch gefunden. Also tatsächlich "spezielle Mos".

Das ist ja interessant.
 
#16
Ich bezieh mich auf den Artikel:

Eine symmetrische Id/Uds-Kennlinie um den Nullpunkt ergibt sich automatisch, sobald der "Inverstransistor" genutzt wird: durch Ansteuerung des Gates im Inversbetrieb erreichbar.

Das kriegen wir aber ja wegen der notwendigen deadtime nicht hin.

Also müssen wir dafür sorgen, daß die externe Invers-Schottky eine ähnliche Durchlaßkennlinie hat, wie der VMOS.

Möglicherweise sind auch genau deratige MOS/Schottky-Dioden-Kombinationen mit "speziellen MOS" gemeint....
 
#17
Na. Ganz so einfach scheint das Problem nicht zu sein.

Eine Diode ist bei einem Volt voll durchgesteuert und es fließen zig Ampere. Dagegen fließen im MOS bei Uds=1V und Ugs=10V noch lange keine "zig Ampere". Die Diodenkennlinie ist grundsätzlich steiler.

Das ist ja interessant. Gehört auch direkt in SSassens neuen "distortion"-Thread.