[Benno]

Verminderte Switching distortions bei analog Klasse AB oder B Endstufen mittels Schottky Dioden und Minimalstrom.

Ich quäle mich schon seit Jahren mit dem Ziel eine Lösung zu finden, mit der die switching Distortions beim Ein- und Ausschalten der Endstufen Halbleiter im Klasse AB oder Klasse B Endverstärker vermindert oder gänzlich vermieden werden können. Eine Möglichkeit, die mich seiner Zeit fasziniert hatte, ist der Novel Amplifier von Dr. Meusburger (siehe PDF in der Möhrenbude).
Nun habe ich in den letzten Jahren mehrmals theoretisch und praktisch versucht, das für den Klasse AB/B Betreib zwingend notwendige Ein- und Ausschalten des pos. und des neg. Endstufenzweiges in schnelle Schottky Dioden zu verlagern und in allen Transistoren immer einen definierten Minimalstrom fließen zu lassen, so das diese nie sperren müssen und immer im leitenden Zustand sind. Anfangs hatte ich den ersten praktischen Erfolg mit dieser Schaltung:

[Bild: Hybridendstufe_mk5.GIF]

...das klang schon recht gut, Ruhestrom und Minimalstrom waren aber sehr temperatur empfindlich.

Danach habe ich diese Schaltung aufgebaut:
[Bild: new_hybrid.jpg]

Diese Schaltung war sehr HF schwingfreudig und nur mit viel Mühe abzugleichen. Die Minimalstrom Symetrie konnte nur mit den Offset Abgleichreglern der beiden OPV's erreicht werden und war auch nicht wirklich temperaturstabil.

Nun habe ich in den letzten Wochen (deswegen so wenig Postings von mir in der letzten Zeit) ein völlig neues, wesentlich einfacheres und temperaturstabileres Design zum vermeinden der Schaltverzerrungen entwickelt bzw. simuliert und möchte Eure Meinung dazu wissen:

Die simulierten Klirrfaktor Werte für diese neue Schaltung mit Schottky Dioden und Konstantstromquellen in der Endstufe bleiben rund 50% bis 70 % unter den Werten der gleichen Power OPV Schaltung ohne Schottky Dioden im herkömmlichen Design.

Bild: Klirrspektrum bei Betrieb als Einsverstärker (0,00055%)
Ich erreiche in der Simu. bei etwas mehr als 1 Watt an 8 Ohm einen Klirrfaktor von 0.0055 % für die Schaltung als OPV mit einer Verstärkung von ca. 20-fach. Ich möchte diese Schaltung aber als Einsverstärker verwenden (für meinen Amperella-Hybridverstärker) und als Einsverstärker (Minus E an A) erreicht diese Simulation 0,0005% % Klirr bei der gleichen Ausgangsleistung (siehe Bild Klirrspektrum).

Im Zipfile sind zwei Simulationen zu finden: einmal mit Schottky Dioden und Konstantstromquellen und ohne Switching Distortions und einmal die gleiche Schaltung ohne meinen Schottky Dioden Trick zum Vergleich. Da LTSpice kein 10A PNP Leistungstransistor Model liefert, nur den NPN 2N3055, habe ich mir erlaubt, in der Datei standard.bjt ein komplementäres pnp Model "2N3055P" einzufügen:

Original NPN 2N3055:
.model 2N3055 NPN(Bf=73 Br=2.66 Rb=.81 Rc=.0856 Re=.000856 CJC=1000P PC=.75 MC=.33 Tr=.5703U Is=2.37E-8 CJE=415P PE=.75 ME=.5 TF=99.52N NE=1.26 IK=1 Vceo=60 Icrating=10 mfg=STMicro)

Zusätzliches komplementäres 2N3055P - PNP Model eingefügt:
.model 2N3055P PNP(Bf=73 Br=2.66 Rb=.81 Rc=.0856 Re=.000856 CJC=1000P PC=.75 MC=.33 Tr=.5703U Is=2.37E-8 CJE=415P PE=.75 ME=.5 TF=99.52N NE=1.26 IK=1 Vceo=60 Icrating=10 mfg=STMicro)

Schaltungs- Funktionsbeschreibung:

Vom Eingang bis zu den Transistoren Q13/Q14 weist diese Schaltung keine Besonderheiten auf. Es wurden jedoch die beiden Schottky Dioden in Reihe zu den 0,1 Ohm Widerständen am Ausgang eingefügt und mit Q9 -Q12 zwei Konstant Stromquellen an die Endtransistor Kombination gelegt. Diese liefern jeweils einen temperaturunabhängigen Minimalstrom in den Endtransis, der nicht abgeglichen werden muss.
Die Schottky Dioden sorgen dafür, das der Minimalstrom auch in der jeweils inaktiven Phase des Endstufenzweigs konstant weiter durch die Endtransistor Kombination fließt. Die Schottky Dioden sind mit einem Strom von ca. 20mA in Klasse AB vorgespannt, der mit R24 eingestellt werden kann, die Konstantstromquellen sind auch jeweils auf 20mA eingestellt. Somit haben wir einen Gesamt Ruhestrom von ca. 40mA in der Endstufe. Bei herkömmlichen Power OPV Schaltungen sind kaum unter 80mA Ruhestrom möglich, wenn es HiFi werden soll.

Bild: Endtransistorströme mit jeweils 20mA Minimalstrom.

Hier noch die notwendigen *asc Files im Zip:
https://stromrichter.org/d-amp/content/i...erfree.zip

euer Mario

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von benndoma
Eine Möglichkeit, die mich seiner Zeit fasziniert hatte, ist der Novel Amplifier von Dr. Meusburger (siehe PDF in der Möhrenbude).

Ich guck und guck.. aber ich seh nix...

[Benno]

Hier der Link:
http://www.moehrenbude.de/Moehre/images2...berger.pdf

[Rumgucker]

Danke für den Link.

Also ich muss zugeben, dass ich schon umfangreichere Dissertationen gesehen hab.

Aber ich les noch....

[alfsch]

o mann, dissertation...wo is der prof? da krieg ich ja auch noch nen Dr. vorne dran, ohne viel aufwand

egal...
damit hab ich mich vor >10 jahren intensiv beschäftigt
hawksford war mein guru

mario, deine schaltung muss ich erst ne weile verdauen...mal seh was rauskommt

[Benno]

Lass' mich raten, Du willst das analoge Ding als UcD schalten lassen ?

;up

M...

[Rumgucker]

Also ich versteh den tiefen Sinn noch nicht. Auch eine normale B-Endstufe mit Ruhestrom hat doch einen genau definierten Querstrom, der weder schaltet noch sperrt. Nur fließt dieser Querstrom halt gleich durch die Endstufentransistoren und nicht über zwei zusätzliche Konstantstromquellen. Und wozu sind die Schottkys da? Das Hauptproblem bei den Übernahmeverzerrungen ist doch die begrenzte Geschwindigkeit des Regelkreises, bei dessen vielen us die Diodengeschwindigkeit doch nichts bewirkt. Und wieso braucht man überhaupt Dioden? Noch schneller als ne Schottky ist keine Diode.

Mario... hilf mir mal bitte auf die Sprünge

[alfsch]

oh Gucki
bei a/b amps kommst leider immer ins b-schalten, daher der name

gibt diverse ideen das zu vermeiden: class A (klar...oder), super-a, etc. um quasi a-verzerrung mit a/b-verstärker zu erreichen.

mario, wie gucki schon scharfsinnig erkannt hat, keine diode is die bessere diode : der amp hat immer noch was "schaltendes" drin!
eleganter wäre, irgendwie den output so zu bauen, dass eben die transen immer "on" sind.

meine lieblings-idee dazu: (im prinzip von Hawksford..)
jeder a/b hat ne strom/bias einstellung...typisch zb ein npn-trans.
ok.
nu geben wir jeder seite, + / - , nen eigenen bias regler. gut, schaltet aber immer noch was ab.
der dreh: jeder regler wird so gestaltet, dass "seine" seite immer einen minimal-strom durch die endtr. zieht
-> es schaltet nix mehr! ohne dioden und sonstigen firlefanz...
ich such mal die schaltung..wenns interessiert.

[Rumgucker]

Versteh ich immer noch nicht, Alfsch. Wenn ich ein komplementäres Pärchen mit Emitterwiderständen hab und zwischen den beiden Basen ne konstante und genügend hohe Spannung anlege, dann fließt immer ein Ruhestrom, egal wie weit ich die jweilige Halbwelle gerade aussteuere. Nichts anderes macht Marios Schaltung, nur eben mit mehr Aufwand.

[alfsch]

nee, wg der nichtlinearen Ic/Ube kennlinie zieht , wenn eine seite mehr strom macht, die andere weniger. bzw schaltet ab.
nur wenn du den bias so hoch drehst, dass nix mehr abschaltet, wirds schön linear. leider auch heiss. nennt sich dann class a.

zu Hawksford: was ich gemacht habe, im prinzip:


aus:
http://www.essex.ac.uk/dces/research/aud...n%20PA.pdf

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von alfsch
nee, wg der nichtlinearen Ic/Ube kennlinie zieht , wenn eine seite mehr strom macht, die andere weniger. bzw schaltet ab.

Ok. Das stimmt, das begreif ich. Aber dieses Abschnüren des passiven Transistors könnte man IMHO mit einem auf Masse bezogenen Dioden-Widerstandsnetzwerk beseitigen.

[alfsch]

genau, das sind dann die diversen "super-a", spezial-aab" usw.
war vor ca 20 jahren in mode, pioneer, denon, yamaha...alle hatten sowas.
kleiner haken: manche klangen schlechter, als primitive a/b-amps, manche flogen oft in die luft..

JVC AX-Z911 Integrated amplifier, circa 1988, that says "Digital Pure A" on it
http://www.hifiengine.com/manuals/jvc/a-x4.shtml

http://cgi.ebay.de/Technics-SU-VZ-320-Hi...286.c0.m14

[phase_accurate]

Habe mal eine Schaltung kreiert wo die Ausgangsstufen immer einen Mindeststrom aufweisen, werde sie mal herausgraben. abe sie existierte nur als Simulation.

Aber mit zwei Konstantstromquellen sollte so etwas auch zu bewerkstelligen sein.

Gruss

Charles

[Rumgucker]

Hab mir gerade mal Marios Schaltung "poweramp_lickerfree_II_20" angeschaut.

In der Schaltung fließt ein Querstrom Q2-D7-D8-Q1 von 185mA! Die 20mA-Konstantstromquellen sind IMHO Makulatur.

[oldeurope]

Zitat:Original geschrieben von alfsch
...
zu Hawksford: was ich gemacht habe, im prinzip:
https://stromrichter.org/d-amp/content/i..._hawks.png

aus:
http://www.essex.ac.uk/dces/research/aud...n%20PA.pdf

Entspricht Fig.6.1 aus Marios pdf.

[Benno]

Ohne Aussteuerung fließen 41.12mA an den 37.5V Quellen beim Poweramp_lickerfree_constant_II_20.asc, wo siehst Du die 185mA Gucki ?.
Die Schaltung von Alfsch aus #10 habe ich jetzt mal in LTSpice gepresst (ist hier im zip dran) mit ~ 80mA Ruhestrom. Das müssen wir ggf. optimieren, 0,005% bei 5.5V@8Ohm. Witzig finde ich, das der "scheinbare" Schaltungsfehler am Kollektor T2 das HF-Schwingen verhindert.
Die Darlington Endtransistoren (Darl.-hinten) schalten aber auch hier an und aus, die Darlington Treiber (Darl.-vorn) bleiben jedoch leitend.
Die Schottky Dioden in meiner lickerfree Schaltung sollen die zeitlichen Probleme beim Ein- und Ausschalten der großen, langsamen (ft<1MHZ) Endstufen Halbleiter wie BD317/318 oder 2N3055 umgehen, da die Schottkys schneller und sauberer schalten (im Klasse AB Betrieb) als die Transen, eine sehr kleine Kapazität haben und keinen (kaum?) Recovery Effekt (Ladungsspeicherung) haben. Tauscht man in meiner Schottky+Ik Schaltung die MBRS340 gegen bspws. Schottky-D B520C aus sieht das el. Verhalten schon nicht mehr so gut "0.00055%" aus. Ich meine, hier trennt die möglichst geringe Sperrschicht-Kapazität bei ausreichend "Iavg" die geeignete Dioden - Spreu vom Weizen, bin mir aber hier nicht sicher.

Danke für die rege Teilnahme in diesem (vorerst-) "Nicht D-Amp Tread"; vielleicht können wir ggf. gewonnene "Erkenntnisse" auch im den digitalen Bereich nutzen.

Ich freu' mich....

https://stromrichter.org/d-amp/content/i...ksford.zip

Euer Mario

[alfsch]

och mario
du hast die schaltung noch nicht verstanden!
ok, ich geb zu, ich hab damals ja ewig dran rum gebaut, bin also ...im vorteil.
wo die kompensations-kondensatoren sitzen müssen, is eigentlich der dreh.
leider hatte ich damals nix www , swcad, usw. trotzdem...

hier mal auf die schnelle korrigiert:
noch nicht perfekt in balance...aber mit den unpassenden transistoren schon mal ...ganz nett.
klirr bei -100db = ca 0,001% bei 20vss out + 70ma bias



und die schaltung https://stromrichter.org/d-amp/content/i...ord-a1.asc



nach etwas optimieren...klirr bei -106db

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von benndoma
Ohne Aussteuerung fließen 41.12mA an den 37.5V Quellen beim Poweramp_lickerfree_constant_II_20.asc, wo siehst Du die 185mA Gucki ?.

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@Alfsch:

in Deinem Schaltbild aus #10 ist der Kollektor von T2 (im Gegensatz zum Kollektor von T1) auf "-Vc" geführt. Das versteh ich nicht!

Im Gegensatz dazu hast Du Deine Schaltung aus dem vorigen Beitrag symmetrisch ausgeführt. Das versteh ich besser.

Nun stellt sich mir nur die Frage, welche Schaltung korrekter ist.

[oldeurope]

Das will jetzt zwar wirklich niemand hören,
ich schreibe es trotzdem mal.

Auch bei der herkömmlichen Anordnung "schaltet" kein Transistor.
Es wird ein Transistor (Emitterfolger) langsam vom Signal stromlos gesteuert.
Das stellt absolut kein Problem dar.
Warum soll, wenn der obere Transistor ein paar Ampere zieht,
der untere Transistor noch zusätzlich etwas Strom abfordern?
Hier wird ein Problem herbeigeredet, was nicht vorhanden ist.
Die besseren Klirrwerte werden beim "Novel Amplifier" durch die zusätzlichen
lokalen Gegenkopplungen erreicht. Nicht dadurch, dass ein Transistor nicht
mehr abschaltet.

Tut mir wirklich leid Euch das sagen zu müssen.

[Rumgucker]

Darius hat IMHO Recht....

Ich würde es als ideal empfinden, wenn der Ruhestrom ohne Aussteuerung sein Maximum erreicht und dann bei steigender Ausgangsspannung sanft fällt. Genau das tun doch konventionelle Endstufen, oder?