Ruhestrom in Endstufen

Hi Peter !

Zitat von FDS

Im Datenblatt des LM391 habe ich auch keine Temperatur-Kompensation entdeckt.

In meinem Thread zur KA380 hatte ich damals schon nach der Sinnhaftigkeit des R1314 (NTC)

gefragt.

Soweit ich das durchblicke, gibt es die Möglichkeit, einen externen Widerstand (NTC) an das IC dranzuhängen, der zusätzlich zru sowieso vorhandenen internen Kompensation wirkt und der Möglichkeit einer Überhitzung (z.b. durch Abdecken der Kühlrippen) entgegenwirkt.

Dazu wird der Shutdown-Eingang Pin 14 mit einem Thermoschalter / Thermowiderstand beschaltet. Das ist in den Applikations-Unterlagen nur am Rande erwähnt, aber nicht besonders gut ausgeführt. Im Normalfall würde der Pin 14 nur zu einer Art Start-Up-Muting genutzt (wie in der Applikationsschaltung) wenn man auf ein Lautsprecherrelais verzichten möchte.

Der interne NTC bei der KA380 wird genutzt, um den Ruhestrom bei Erwärmung runter zu drehen - was auch eine Art ist, das Problem in den Griff zu kriegen. Der sitzt ja zwischen den Pins 6 und 7 parallel zum Ruhestrompoti und hat dadurch einen gewissen Einfluß auf das Temperaturgeschehen.

Das reicht im Normalfall, um das Gerät auch bei Betrieb im sommerlich aufgeheizten Dachzimmer nicht zu töten.

Und dafür ist der NTC ausgelegt, würde ich schätzen - und deshalb ist er *nicht* am Kühlkörper dran.

Zitat von tubesaurus

eine gute Methode zur Einstellung eines unbekannten Ruhestroms wird mit sinus Genearator und Ozsi durchgeführt, indem man den Strom nur soweit erhöht, bis die Übernahmeverzerrungen nicht mehr sichtbar, und damit auch nicht mehr hörbar sind.

Moin,

die zitierte Methode erachte ich als fragwürdig.

Auf dem Oszilloskop die Reinheit einer Sinuskurve zu bestimmen, ist nahezu unmöglich.

Ebenso ist es extrem schwer, geringe, nichtlineare Verzerrungen per Gehör zu minimieren. Ich traue es mir nicht zu.

Was also hilft, ist die meßtechnische Analyse des Ausgangssignals.

Man kann den Klirrfaktor oder die Summe aller Störspannungen messen oder man macht eine Spektralanalyse, was mit einigermaßen guten Soundkarten und Software heutzutage kein

Hexenwerk mehr ist.

Wie kommt man zum Ruhestrom?

Als Entwickler erhalte ich vom Produktmanager eine Vorgabe zum maximalen Klirrfaktor des Verstärkers und habe verscheidene Möglichkeiten, das Ziel zu erreichen.

Eine wichtige Größe ist dabei der Gegenkopplungsgrad des Verstärkers, eine andere wichtige Größe ist die Höhe des Ruhestroms, mit dessen Hilfe die Übernahmeverzerrungen

reduziert werden.

Pauschal kann man sagen: Je höher der Ruhestrom, desto geringer sind die Übernahmeverzerrungen.

Daraus resultierte dann auch der Marketing-getriebene "Klasse A - Hype" in einer HiFi-Welt, die neue Probleme brauchte.

Zitat von thomasf

Der "Ruhestromtransistor" ist innerhalb des LM391, es ist deshalb keine Temperatur-Kompensation des Ruhestroms möglich. Dazu müßte der mit auf den Kühlkörper montiert sein.

Ich mag so etwas gar nicht.

Zustimmung!

Gruß

Norbert

Hallo Peter,

der Klark Teknik DN-60 ist für diese Art von Messungen weniger geeignet.

Ich habe mal zu Verdeutlichung ein Signal konstruiert, das den Sachverhalt und das, was ich meine, zeigt.

Zunächst sehen wir einen verzerrungsbehafteten Sinus, der zudem mit einem leichten Rauschen unterlegt ist.

(Ich bin ja geneigt ein Quiz zu machen, wer die Größe des Klirrfaktors erkennt und welche Spektralanteile im Signal vorhanden sind...)

Aber erst einmal das Signal!

So, weiter geht's in der Antwort:

Mit der Spektralanalyse wird das zu untersuchende Signal in seine Frequenzbestandteile zerlegt.

Übernahmeverzerrungen erzeugen Oberwellen, die ganzzahlige Vielfache der Grundwelle, also des Testsinus sind.

Warum bedient man sich einer Sinusschwingung?

Die Sinusschwingung ist spektral rein. D.h. sie enthält genau eine Frequenz, in obigem Beispiel sind es 800Hz.

Wenn das Signal in einem idealen Verstärker verstärkt wird, ist am Ausgang des Verstärkers auch nur (ausschließlich) diese Frequenz zu messen (oder zu hören).

Der Verstärker ist aber nicht ideal, weil er aus Bauelementen hergestellt wurde, die ein nichtlineares Verhalten zeigen. Dies sind die Transistoren und Dioden.

Nichtlineare Eigenschaften von Widerständen, Kondensatoren usw. können wir vernachlässigen.

An den Kennlinien der Transistoren und Dioden finden Verzerrungen des Sinus (unser Testsignal) statt. Bildlich gesprochen bedeutet dies, dass die Form des Sinussignals verändert wird.

Er wird z. B. an einer Seite leicht gestaucht oder die Kuppe wird etwas verbogen. Bei Übernahmeverzerrungen entsteht an der Stelle, an der das Sinussignanl die Nulllinie schneidet, eine Art Sprung statt: Der Sinus endet an der Nullinie, verläuft ein wenig horizontal, und führt den "Sollverlauf" fort.

Auch hierbei entstehen Oberwellen. Bei Übersteuerungen werden die Kuppen hart abgeschnitten, das Signal verläuft an der Stelle ebenfalls horizontal.

Wo kommen die Oberwellen her?

Kurz gesagt aus der Mathematik. Jede Kurvenform, wie wir sie von dem Oszilloskopbild kennen, lässt sich aus einzelnen Sinusschwingungen konstruieren.

Somit lassen sich auch Übernahmeverzerrungen aus einzelnen Sinusschwingungen zusammenbauen.

Der Pegel, also die Höhe dieser zusätzlichen Sinusschwingungen bestimmt den Klirrfaktor.

Aus diesen Gründen verwendet man natürlich in der Messtechnik eine Sinusschwingung - sie ist rein.

Für eine optische Beurteilung ist ein Sinus deshalb ungeeignet, weil er auf dem Oszilloskop keine leicht nachvollziehbare Form hat. Man erkennt schlecht, wo die Kurve vom Sollverlauf abweicht.

Es gibt Signale, die hierfür besser geeignet sind. Dies sind Signale, die einen geraden Verlauf haben, z.B. ein Dreieck.

Meßtechnisch hingegen eignet er sich nicht weil er jede Menge Oberwellen enthält.

In der von mir erwähnten Spektralanalyse wird das Signal in seine einzelnen Bestandteile zerlegt. Auch dies ist "nur" Mathematik.

Wie funktioniert das?
Das Testsignal wird von der Soundkarte abgetastet und digitalisiert. Danach wird ein Rechenalgorithmus auf die Abtastwerte angewendet, der die einzelenen Frequenzanteile ausgibt.

Das lässt sich natürlich auch grafisch darstellen.

Das Bild des oben konstruierten Sinus folgt noch...

So, es ist an der Zeit, die Antwort fetig zu stellen:

Mit Software ist es, wie beschrieben, möglich, den Klirrfaktor zu ermitteln.

Der oben gezeigte Sinus ist alles andere, als klirrarm:

Wir sehen eine Spektrallinie, die bei 800Hz 0dB Pegel hat.

Ferner sehen wir, was für Gegentaktverstärker charakteristisch ist, die 2. und 4. Oberwelle, oder auch die 3. und 5. Harmonische. Die Grundwelle ist definitionsgemäß die erste Harmonische.

Oberwellen werden eben anders gezählt.

Der Pegel der beiden Oberwellen beträgt jeweils -40dB. Der Wert stimmt, weil ich bei der Konstruktion des Signals die Pegel auf jeweils 1% der 1. Harmonischen (Grundwelle) gestellt habe.

1% entspricht -40dB (20xLog(0,01)).

Wie komme in dann zum Klirrfaktor? Nachschauen, wie er definiert ist:
(Quelle: Wikipedia)

Es werden die Effektivwerte der einzelnen Harmonischen U2 , U3 usw. quadratisch addiert und ins Verhältnis gesetzt zur quadratischen Addition sämtlicher Signalanteile, also insbesondere der Grundwelle. Nachdem die Wurzel gezogen wurde, erhält man eine Zahl, die kleiner als 1 ist. Multipliziert man sie mit 100%, hat man den (Gesamt)-Klirrfaktor.

Im Beispiel sei U1 mit 0dB 1V groß. U2 und U4 sind mit -40dB jeweils 0,01V groß. Alle anderen Oberwellen-Anteile sind 0V.

Für k ergibt sich: K= SQRT(((0,01V)^2 +(0,01V)^2 )/ ((1V)^2 +(0,01V)^2 +(0,01V)^2)) = SQRT (0,0002V^2/1,0002V^2) = 0,0141 Entspricht 1,41%.

Sieht man das der Kurve an?

Die Methode ist etwas rechenaufwändig, führt aber zum Ziel.

Ggf. ist z.B. RMAA in der freeware-Version in der Lage den Klirrfaktor einfacher zu bestimmen.

Gruß

Norbert

So, nun noch zwei Bilder zu Übernahmeverzerrungen.

Ein Sinus, der im Nulldurchgang nicht ganz sauber ist und das zugehörige Spektrum.

Die erste Oberwelle hat (rein zufällig) einen Pegel von ca. -37dB, was alleine für diese Oberwelle bedeutet, dass der Klirrfaktor 1,4% beträgt.

Die Kurve ist am Bildschirm konstruiert und das Oberwellenspektrum hat sich ergeben. Denb Anteil der weiteren Oberwellen habe ich nciht mehr berücksichtigt. Sie erhöhen den Klirrfaktor, aber die Rechnerei wollte ich mir ersparen.

Wer traut sich zu, die Übernahmeverzerrung an einem realen Bildschirm / Verstärker zu erkennen?

Gruß

Norbert

Zitat von briegel

SQRT (0,0002V^2/1,0002V^2) = 0,0141

Moin,

da sind wohl versehentlich die Quadrate nochmal reingerutscht. Die sollten da nicht mehr sein und nach dem Ergebnis sind sie da auch nicht mehr...

Sehr anschauliche Erklärung, verstehe sogar ich.

Guten Morgen,

Fourier zu Fuß !

Danke Norbert für die anschauliche Erklärung.

Schönes Wochenende

Frank

Zitat von MaxB

versehentlich die Quadrate nochmal reingerutscht

Moin,

die Quadrate stehen (nur) hinter der Einheit (Voltquadrat). Im Bruch kürzen sie sich dann heraus.

Zitat von briegel

Auf dem Oszilloskop die Reinheit einer Sinuskurve zu bestimmen, ist nahezu unmöglich.

Ebenso ist es extrem schwer, geringe, nichtlineare Verzerrungen per Gehör zu minimieren. Ich traue es mir nicht zu.

Was also hilft, ist die meßtechnische Analyse des Ausgangssignals.

Man kann den Klirrfaktor oder die Summe aller Störspannungen messen oder man macht eine Spektralanalyse, was mit einigermaßen guten Soundkarten und Software heutzutage kein

Hexenwerk mehr ist.

Alles anzeigen

Hi,

ich würde das bei meinem Verstärker gerne ausprobieren.

Aber mit welcher (kostenlosen) Software kann man sich das Spektrum so darstellen lassen, das über die PC-Soundkarte hereinkommt?

Zitat von Agnes

Zitat von briegel

Auf dem Oszilloskop die Reinheit einer Sinuskurve zu bestimmen, ist nahezu unmöglich.

Ebenso ist es extrem schwer, geringe, nichtlineare Verzerrungen per Gehör zu minimieren. Ich traue es mir nicht zu.

Was also hilft, ist die meßtechnische Analyse des Ausgangssignals.

Man kann den Klirrfaktor oder die Summe aller Störspannungen messen oder man macht eine Spektralanalyse, was mit einigermaßen guten Soundkarten und Software heutzutage kein

Hexenwerk mehr ist.

Alles anzeigen

Hi,

ich würde das bei meinem Verstärker gerne ausprobieren.

Aber mit welcher (kostenlosen) Software kann man sich das Spektrum so darstellen lassen, das über die PC-Soundkarte hereinkommt?

Alles anzeigen

Liebe Agnes,

z.B. hier:

http://www.artalabs.hr/images/sp-window.gif

Gruß

Thomas

thomasf : Vielen Dank, das schaue ich mir an.

www.artalabs.hr/download.htm

Zitat von briegel

Der Pegel der beiden Oberwellen beträgt jeweils -40dB. Der Wert stimmt, weil ich bei der Konstruktion des Signals die Pegel auf jeweils 1% der 1. Harmonischen (Grundwelle) gestellt habe.

1% entspricht -40dB (20xLog(0,01)).

(…)

Ggf. ist z.B. RMAA in der freeware-Version in der Lage den Klirrfaktor einfacher zu bestimmen.

Der Klirrfaktor wird bei meinem Verstärker angegeben mit:

0,005% (10W@8Ω) Total harmonic dirstortions / Intermodulation distortion (60Hz :7kHz=4 :1)

0,08% (40W@8Ω) High-frequency distortion rate

Das sind also dann –86dB bzw. –62dB.

Zitat von Agnes

Das sind also dann –86dB

Ja.

Nur, wenn du das mittels der Spektrallinien nachmessen willst, wirst du unter Umständen kein vernünftiges Ergebnis erhalten, weil sich diese 0,005% auf diverse Oberwellen verteilen.

Möglicher Weise gehen einzelne Linien im Rauschen unter.

Zudem achte bei der Messung an Lautsprecherausgängen darauf, dass die Soundkarte vernünftig ausgesteuert wird (Übersteuerung vermeiden, zu kleine Pegel vermeiden) und nciht durch große Ausgangspegel am Verstärkerausgang zerstört wird. Hier sind ggf. Spannungsteiler von Nöten.

Gruß

Norbert

Hallo

Vielleicht hilft auch das weiter

Visual Analyser 2020 mit Generator

Scheint frei zu sein.

Hope this helps

So, ich habe jetzt mal nur eine ganz einfache Messung mit Test-CD (1 kHz Sinus) und Oszilloskop (altes Hameg HM203-6) gemacht.

Wenn ich beim Verstärker am linken Kanal den Ruhestrom auf 0 (0mV@0,22Ω) drehe, sind im Nulldurchgang keine Verzerrungen sichtbar.

Zitat von briegel

Zitat von tubesaurus

eine gute Methode zur Einstellung eines unbekannten Ruhestroms wird mit sinus Genearator und Ozsi durchgeführt, indem man den Strom nur soweit erhöht, bis die Übernahmeverzerrungen nicht mehr sichtbar, und damit auch nicht mehr hörbar sind.

Moin,

die zitierte Methode erachte ich als fragwürdig.

Auf dem Oszilloskop die Reinheit einer Sinuskurve zu bestimmen, ist nahezu unmöglich.

Wie recht du hast! Hat tubesaurus diesen Tipp eigentlich schon mal selbst ausprobiert? ?

Hallo Agnes,

Hattest du bei dem Test eine Last am Ausgang angeschlossen (4 oder 8 Ohm) ?

Gruß

Norbert

Ja, 4 Ohm. Warum fragst du?