Funktionsweise digitale Endstufen

Ok, da hier keiner antwortet werde ich mal versuchen es zu erklären.

Zuerst, was meinst du mit Digitalen Endstufen? Manche nennen auch endstufen mit Schaltnetzteil fälschlicherweise so. Die sind leicht, weil der Trafo kleiner ausfallen kann, da mit einer höheren Frequenz als 50 Herz gearbeitet wird (meist so 50..80 kHz)

Echte Digitale Endstufen erlauben an den Ausgangstransistoren nur zwei Zustände: an oder aus.
Das anliegende Signal wird mit einer Pulsweitenmodulation auf ein Rechteck moduliert. Man erhält ein Rechtecksignel, wo der Duty Cycle (Puls-Pausenverhältnis) vom Eingangssignal abhängt. Am Ausgang braucht man noch einen Tiefpass der wieder das Nutzsignal herausfiltert. Wer schon mal einen 0..10V ausgang mit einer PWM realisiert hat weiß wie das geht.

So, korrigiert mich wenns unsinn war.

Hallo,
im Grunde genommen ist es keine Eigenart von Schaltverstärkern (es gibt keine Digitalverstärker, weil das signal wertkontinuierlich bleibt (nur zeitdiskretisiert wird :-)) besonders leicht zu sein, sondern von Verstärkern mit Schaltnetzteilen.

Idee ist die Energieübertragung im Netzteil durch eine wesentlich höhere als die Netzfrequenz zu erledigen, dadurch verringert sich wegen der physikalischen Gegebenheiten der Materialaufwand am Trafo, sprich er wird sehr klein und leicht.

Da normale Verstärker, die zwar mit SNTs betrieben werden, trotzdem nur nen Wirkungsgrad von 50-70% haben, versucht man mit Schaltverstärkern das zu verbessern.

Idee ist die Signalform nicht mehr Kontinuierlich analog zu verstärken und damit den Endverstärker in abwärmeproduzierenden Arbeitspunkten zu betreiben, sondern nur noch 2 Arbeitspunkte festzulegen, nämlich ganz zu und ganz auf. Die Information in der Signalform wird in dem Fall durch unterschiedlich langes An- und Ausschalten übertragen. (Pulsweitenmoduliert - PWM). Die Schaltfrequenz liegt dabei wiet überm Übertragungsbereich. Durch eine Tiefpassfilterung am Ausgang des Schaltverstärkers wird die Schaltfrequenz entfernt und übrig bleibt das verstärkte Eingangssignal. Die einzige Abwärme ensteht jetzt nur noch wärend des (recht kurzen) Schaltmoments und den Flussverlusten in den Schaltelementen. Durch diese Wirkungsgradsteigerung kann das Netzteil nochmal nen Tick kleiner ausfallen. Konsequenterweise setzt man bei Schaltverstärkern auch Schaltnetzteile ein, so das sich ein Gewichstveränderung durch Wirkungsgradsteigerung nicht mehr exorbitant auswirkt.

Grüße
Matze

Nochmal:

Endstufe besteht aus (mal grob gesagt) Netzteil und Verstärkerteil:

1.Variante: konventionelles Netzteil mit dickem Trafo und konventioneller Verstärker mit AB-Betrieb (die meisten)

2. Variante: Schaltnetzteil und konventioneller Verstärker mit AB-Betrieb (in der Pro-Liga schwer angesagt)

3. Variante: konventionelles Netzteil mit dickem Trafo und Schaltverstärker im D-Betrieb (äussers selten - wenn überhaupt)

4. Variante: Schaltnetzteil und Schaltverstärker im D-Betrieb (noch nicht sehr etabliert - aber die die haben schwören drauf)

Grüße
Matze

Hallo Kane,
ja da gibt's doch zum einen - nein da gibt's zum keinen. Der Big und der Matze haben Dir das hier schon recht gut erklärt. Damit Du erst gar nicht in Versuchung kommst, streiche den Begriff "Digitale Endstufen" aus Deiner Oberhirnrinde und dann ist alles gut. Nur mal angenommen, das ist digitaaaal, was macht dann so eine Stufe? Ich setze voraus, daß wir uns wenigstens einig sind, daß digital 0 und 1 ist. Also - wenn wir jetzt von einer Digital-Endstufe sprechen, was tut die dann? Macht die aus einer kleinen 0 eine große 0 und aus einer kleinen 1 eine große 1? Und das schicken wir dann zum Lautsprecher ... Ich hoffe, wir sind uns wiedermal einig, daß der Lautsprecher uns warscheinlich allesamt nur auslacht. Also - nix digital! Egal von welchem Hersteller. Nicht traurig sein, auch ich lernte schon Verkäufer kennen, die mir da auch versuchten zu erklären, das ist digital. Aber ich vergebe ihnen - sind auch nur gestreßte Leute und stehen ständig unter Druck, verkaufen zu müssen. Und da ist digital natürlich ein gutes Verkaufsargument. Also verwende, wie Big und Matze hier sagen, Schaltnetzteil - die wie folgt funktionieren: siehe Text von Big und Matze!

Zitat von "MatzeRockt"

...weil das signal wertkontinuierlich bleibt (nur zeitdiskretisiert wird :-)...

Könntest du das mal ein bißchen näher erläutern?

zeitdiskretisiert bedeutet nur das es abgetastet wird. Alle Digitalen Signale sind diskret.
Wertkontinuirlich bedeutet das es keine Quantisierung gibt, sondern das jeder diskrete Wert eine beliebige Amplitude hat.
Wenn du dir nen Graphen vorstellt, x Achse ist die Zeit und die Y Achse die Amplitude gibt es viele senkrechte Striche mit unterschiedlicher Höhe. Der Abstand ist von der Abtastrate abhängig (fa > 2fg, Nyquist)
Es ist nur die Faltung deines Signals mit einem Dirac Kamm.

Ich hoffe das ist etwas klar geworden..

Genau,
du musst dir vorstellen das das geschaltet Signal analog zum Eingangssignal jeden Pulsbreitenwert annehmen kann, quasi wertkontinuierlich.

Grüße

kane:
jo, wenn man ein digitales signal an eine endstufe senden würde, käme da nur ein rauschen raus.

denn der lautsprecher kann ja z.b. mit einer 16bit information "1000110110101001" nix anfangen.
der will eine analoge schwingung sehen.

es handelt sich bei "digitalendstufen" wirklich nur um schaltverstärker, die jeweils über die schaltdauer (da wird immer die volle netzteilpower durchgeschaltet) und einen nachgeschalteten tiefpass (der die hochfrequenten signalanteile einfach wegfiltert) die leistung "analog" an den lautsprecher weiterleitet.

bei niedrigen amplituden wird halt nur ganz kurz duchgeschaltet, wenns lauter werden soll verlängert sich die schaltdauer entsprechend.
und die frequenz ergibt sich einfach darüber, wie oft hintereinander die einschaltdauer geändert wird.

das ist sicher nicht gerade einfach zu verstehen (vor allem ohne bildchen), aber glaube uns: es stimmt so

die gewichtsersparnis ergibt sich aus der tatsache, das die transistoren entweder zu oder durchgeschaltet werden. dadurch fallen (fast) keine verluste an, somit brauchen auch keine großen kühlkörper installiert werden.
da die verluste so sehr gering sind, kann auch ein viel kleineres netzteil eingebaut werden, das man konsequenterweise ebenso als verlustärmeres schaltnetzteil aufbaut.
somit wird das ding extrem leicht und fast gar nicht warm, obwohl es enorme leistungen abgeben kann.

klanglich sind die teile allerdings noch nicht ganz ausgereift...

Hallo Wolfgang,
stimmt nicht ganz.

Es gibt 2 Konzepte: Entweder man bildet das Eingangssignal nur über die Pulsbreite nach (bei fester Schaltfrequenz) - ist die gängigste Methode. Oder man nimmt eine feste Pulsbreite und variiert die Schalfrequenz (die aufwändigere Methode).

Grüße
Matze

Danke, Wertkontinuierlich hatte ich noch nie gehört, das Funktionsprinzip ist klar. Hätte wohl doch damals mehr Labortermine wahrnehmen sollen :roll:

also das problem bei der sache ist nur ein kleines mit großen folgen!
den die funktionsweise ist nun klar! aber fakt ist was aufs kabel geht ist ein rechtecksignal mit einigen volt (je nach max leistung mehr oder weniger) und das mit recht hohen frequenzen! das problem ist die EMV den theoretisch bilden die kabel ganz wilde antennen! somit müssten die das das ganze den vorschriften entspricht geschirmt sein! hat jemand geschirmte boxen kabel? bei den frequenzen die auftretten habe ich schon erfahrungen gemacht das du dir dein funkmic mal flot ausser gefecht setzt....
aber die idee und das prinzip wäre geil!

gruß Thomas

Nein,
das Ausgangssignal wird tiefpassgefiltert. Oberhalb von 20KHz ist nichts nennenswertes mehr auf der Leitung.

Grüße
Matze

Zitat von "MatzeRockt"

Hallo Wolfgang,
stimmt nicht ganz.

Es gibt 2 Konzepte: Entweder man bildet das Eingangssignal nur über die Pulsbreite nach (bei fester Schaltfrequenz) - ist die gängigste Methode. Oder man nimmt eine feste Pulsbreite und variiert die Schalfrequenz (die aufwändigere Methode).

Grüße
Matze

schon klar.
aber ich denke zur erklärung wie so ein teil im prinzip funktioniert - und das war ja die ursprüngliche frage - muss man ja nicht alle möglichkeiten aufzählen.
sonst kapiert das wieder keiner mehr
und den verkäufern steht wieder tür und tor zur legendenbildung offen... :shock:

hier gibt es ja nicht nur elektrotechniker... :wink:
ich versuche solche fragen immer möglichst einfach und doch richtig zu erklären und hoffe das bringt den besten erfolg.
ich glaube die meisten hier wollen wirklich was lernen, aber wenn man ihnen dann nur fachbegriffe um die ohren haut bringt das meiner meinung nach nicht viel.

versteh mich bitte nicht falsch, ich will ja nur was positives erreichen.

hallo matze

also ist eigentlich ne ganz einfache sache! die funktionsweise eines tiefpass ist ja bekannt! der tiefpass wird hierbei passiv hergestellt! dies würde dann bedeuten das recht große spulen von nöten sind! hier bedienen sich die hersteller des tricks das sie die induktive wirkung der speaker mitnutzen!
deswegen gehen solche signale auch auf die kabel!

zum anderen ist es schon fast schier unmöglich den EMV salat der in der stufe entsteht komplett zu filtern und des weiteren komplett von den ausgangsterminals fernzuhalten!

gruß Thomas

ah, das muss ich mal nachmessen.

das würde evtl. erklären, warum "digitalamps" im hochtonbereich so schlecht klingen.

Hallo

Class A/B mit Trafo=zb. Yamaha P2200,Crest 5000,

Class A/B mit Trafo und gestufter Versorgung(classH)=zb. EX4000,Crest 8001,Kind XT

Class A/B mit SMPS=zb. LAB 1300c,QSC PLX 1600

Class A/B mit Tracking-down(Buck) Converter und Trafo=zb.Yamaha P4500(EEE-Engine),divrerse PSE

Class A/B mit SMPS und Tracking-down Converter =zb. LAB FP6300/4000/2000

Class D"Digital" mit Trafo=zb. Crown K1+K2(hat ne BCD=Gebrückte PWM Stage/)

Gruss vom Bastler

Class D mit SMPS= Digam