Verstärker mit Stromgegenkopplung

Lautsprecherbau und -tuning
bebo65
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Simulation IGK

Beitrag von bebo65 »

Hier das Spektrum der Simulation des gezeigten Schaltbilds. Angeregt wird der Verstärker mit 2 Signalen (300Hz und 3kHz) und die "Störer" im Lautsprecher befinden sich mitten im Übertragungsbereich (1kHz und 2kHz). Wenn wir davon ausgehen dass wir den Strom durch die Last als Musik hören und IGK die "Störer" unterdrückt, dann dürfen die Störer im Spektrum nicht auftauchen. Schauen wir uns stellvertretend für den Strom durch die Last den Strom durch R9 an, dann trifft das tatsächlich zu: Es sind nur die gewünschten Signale bei 300Hz und 3kHz zu sehen:

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und auch die Aussage, dass die Störer nicht verschwinden, sondern in Spannung transferiert werden, wo sie keinen Schaden anrichten bestätigt sich, zu sehen ist die Spannung am Verstärkerausgang: die Störer bei 1kHz und 2kHz sind klar zu sehen:

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Das nächste Mal die Gegenprobe mit dem Verstärker als UGK.

Gruß
Bernd
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bebo65
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Simulation UGK

Beitrag von bebo65 »

Wie versprochen hier die Simulation mit dem Spannungsgegengekoppelten Verstärker, zunächst hier das zugehörige Schaltbild:

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Die den Verstärker anregenden Signale sind wieder die gleichen (300Hz und 3kHz) und auch die Störer sind die gleichen (1kHz und 2kHz). In dieser Konstellation stellt sich mit UGK folgender Strom durch die Schwingspule ein, Stellvertretend wieder der Strom durch R9:
Bild
es ist gut zu sehen dass die Störer sich hier im Strom durch den Lautsprecher zu erkennen geben.


In der Spannung am Verstärker-Ausgang tauchen die Störer dagegen nicht auf:
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Die Amplitude der Störer habe ich willkürlich gewählt um das Wirkungsprinzip zu verstehen. Wie groß die Störer und die sich bei IGK ergebenden Vorteile beim realen Objekt Lautsprecher sind können wohl nur die beurteilen die den A/B Vergleich gemacht haben. Man liest in diversen Foren ja ganz unterschiedliche Meinungen, die gehen dabei weit auseinander. Angaben von marginal bis gravierend sind zu lesen. Hier seid ihr gefragt...

Weitergehen soll es dann mit der praktischen Umsetzung und den auftauchenden Stolpersteinen - und um nicht alle Fehler selbst machen zu müssen bin ich für jeden Hinweis hierzu dankbar.
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bebo65
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Test IGK mit Rechtecksignal

Beitrag von bebo65 »

Einen UGK-Verstärker ohne weitere Anpassungen als den Messwiderstand als IGK zu verwenden scheint nur bedingt ratsam. Speist man ein Rechtecksignal ein und schaut sich die Reaktion des Verstärkers an sieht man deutlich ein Nachschwingen:
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Ursache scheint das Boucherot-Glied am Verstärker-Ausgang zu sein. Klemmt man dieses parallel zur Last sieht die Reaktion des Verstärkers deutlich besser aus:
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Daraus ergibt sich dann folgendes Schaltbild:
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Das nächste Mal eine Idee zu mixed feedback.

Gruß
Bernd
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Koala887
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Beitrag von Koala887 »

Hallo Bernd,
dein Simulationsmodell für den Lautsprecher ist etwas mangelhaft. Normalerweise steigt die Impedanz zu höheren Frequenzen immer weiter an, wodurch beim IGK auch die Verstärkung ansteigen würde. Durch das Boucherot-Glied sieht der Verstärker auch bei höheren Frequenzen eine gleichbleibende Last und dadurch auch gleiche Verstärkung. Ohne würde er hoffnungslos schwingen.
Google mal nach Lautsprecher Ersatzschaltbild, dann weißt du was ich meine :wink:

Schöne Grüße
Daniel
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Hans-Martin
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Beitrag von Hans-Martin »

Koala887 hat geschrieben:
22.11.2022, 09:54
Normalerweise steigt die Impedanz zu höheren Frequenzen immer weiter an, wodurch beim IGK auch die Verstärkung ansteigen würde. Durch das Boucherot-Glied sieht der Verstärker auch bei höheren Frequenzen eine gleichbleibende Last und dadurch auch gleiche Verstärkung. Ohne würde er hoffnungslos schwingen.
Hallo Bernd, Daniel,
übliche Zobelglieder sind 8 Ohm und 100nF vom Verstärkerausgang nach Verstärkermasse, gerechnet auf 200kHz, (100n/3,9Ohm ergeben 400kHz. Hier sind es nach Änderung 39n/3,9Ohm, was irgendwas ab 1MHz aufwärts belastet) - aber auf den Stromsensorwiderstand 0,33 Ohm zurückgeführt, folglich eine Rückkopplung auf U2.
Oder sehe ich das falsch?
Grüße
Hans-Martin

Mit 100n/3,9 Ohm schwingt der Verstärker bei 200kHz, die Wellenlänge ist 0,005mS.
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wgh52
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Beitrag von wgh52 »

Werte Stromgegenkoppler :D

Nebeninformation aus der Praxis (die vielleicht hilft): Die BMs mit der Gegen-EMK-Differenzgegenkopplung (vom Anfang der 80er) haben ja Stromgegenkopplung per GK Abgriff an 0,27Ohm Widerstand von Schwingspule nach Masse. Parallel zur Schwingspule ist ein 4R7/47µF(bip.) bzw. 4R7/100µF(bip.) Serien-RC-Glied geschaltet. Ich hab's nicht nachgemessen, aber damit wird sicherlich der Chassis-Impedanzanstieg mit steigender Frequenz kompensiert (der durch die Stromeinprägung zu entsprechendem F-Ganganstieg führen würde). Solche RC Glieder werden in manchen passiven Weichenschaltungen auch genutzt u.a. um die passige F-Weichencharakteristik weniger Lastabhängig über den Frequenzbereich zu machen 8)

just my 2cents worth...
Grüße,
Winfried5386
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bebo65
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Ausgang IGK spiegelt Lautsprecherimpedanz

Beitrag von bebo65 »

Hallo Daniel, Hallo Hans Martin
ich sehe da nichts falsches an meinem Lautsprechermodell. Die Impedanz und (deren Anstieg) spiegelt sich in der Ausgangsspannung des IGK Verstärkers wieder:
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(Simulation ohne das RC Glied)

Das RC Glied "bremst" den Impedanzanstieg aus, das ist richtig. Der Verstärker sieht bei hohen Frequenzen dadurch eine definierte Last. Das trifft für beide Verstärkertypen zu. Deshalb ist er bei IGK auch parallel zur Last. Wird er bei IGK gegen die Masse geschaltet, dann ist der den Strom messende Fußpunktwiderstand (die 0,33 Ohm) ein Teil des Lautsprechers - und das trifft ja nicht zu.

Gruß
Bernd
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Hans-Martin
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Beitrag von Hans-Martin »

bebo65 hat geschrieben:
22.11.2022, 12:48
Das RC Glied "bremst" den Impedanzanstieg aus, das ist richtig. Der Verstärker sieht bei hohen Frequenzen dadurch eine definierte Last. Das trifft für beide Verstärkertypen zu. Deshalb ist er bei IGK auch parallel zur Last. Wird er bei IGK gegen die Masse geschaltet, dann ist der den Strom messende Fußpunktwiderstand (die 0,33 Ohm) ein Teil des Lautsprechers - und das trifft ja nicht zu.
Hallo Bernd,
da gehen unsere Auffassungen aber krass auseinander.
IGK soll den LS fördern - was denn sonst?
Das diskutierte RC-Glied (Zobel, Bucherot,..) üblicherweise Widerstand mit einen Hochpass bei 200kHz oder bei dir 400kHz bzw 1MHz soll einerseits eine Last für den Verstärker bei HF darstellen, andererseits die Antennenwirkung eines LS-Kabel durch Lastwiderstand dämpfen (Langwelle, MW, KW). Ein Verstärker, der in seinen Transitbereich gefahren wird, dann darüber hinaus, tendiert zum Schwingen. Auf dem Oszilloskop kann man durch Vergleich von Eingangssignal und Ausgangssignal in der Phase eine deutliche Verschiebung feststellen. Und dann fehlt in diesem Bereich (meist weit über 100kHz) die Last. Also ein Zobel, schon ist die Schwingung im Griff.
Um eine Schwingung nicht mit einem ungewünschten Eingangssignal anzufachen, hat man früßer einen Kondensator zwischen Kollektor und Basis geschaltet, um bereits den Eingang bei einer Frequenz dichtzumachen, wo der Verstärker hinten noch keine Schwingung aufzeigt, weil seine mögliche Bandbreite im Signalverlauf durch die Verstärkungsstufen nach hinten größer wird.
Auf ein Zobel wird selten verzichtet, außerdem ist meist eine kleine Induktivität mit dämpfenden Widerstand in Reihe mit dem Ausgang, um am Ausgang eintreffende HF von der Gegenkopplung, also vom Eingang fernzuhalten.

Dem Impedanzanstieg des LS am oberen Ende des Audiobereichs bis in den Ultraschallbereich kann durch Stromgegenkopplung mit mehr Strom begegnet werden. Wo sonst bei höherer Impedanz und konstantem Spannungsamplitudenangebot (UGK) der Strom und somit die Antriebsleistung abfällt, wird bei konstantem Strom bei Impedanzanstieg die Leistungsaufnahme steigen. Das Chassis wird stärker in diesen Bereichen angetrieben, es wird schneller...

Die genannten Zobelglieder liegen aber weit außerhalb des Übertragungsbereichs des Chassis. Sie haben mit dem LS praktisch nichts zu tun. Bei Jobst gibt es einen schönen Rechner zur Impedanzkorrektur: https://www.jobst-audio.de/tool/frequen ... ed-rechner. Damit wird die LS-Impedanz, die die Verstärkerlast darstellt, linearisiert. Das heißt auch, die IGK wird von der klanglichen Auswirkung weitgehend ausgehebelt, da ein zusätzlicher Strom über das Zobel geht, bei konstem Strom und gleicher Lastimpedanz sorgt das nach Herrn Ohm auch für konstante Spannung am Chassis. Das nimmt dann bei seinem Impedanzanstieg weniger Leistung auf wie bei UGK...

Wie eingangs geschrieben, weicht meine Vorstellung von den Dingen deutlich ab, ich bin da aber unbedingt lernfähig und jeder Diskussion aufgeschlossen.
Grüße
Hans-Martin
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bebo65
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Beitrag von bebo65 »

Hallo Hans Martin,

es ist alles richtig, was Du schreibst. Der Punkt an dem das RC Glied den weiteren Anstieg der Lautsprecherimpedanz ausbremst liegt weit außerhalb des gewünschten Übertragungsbereichs des Lautsprechers. Tut mir Leid wenn das bei meiner Beschreibung missverständlich war.

Gruß
Bernd
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bebo65
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gemischte Gegenkopplung

Beitrag von bebo65 »

Wie Versprochen hier die Variante mit gemischter Gegenkopplung, zunächst das sich ergebende Schaltbild:
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und das sich einstellende Spektrum für den Strom durch die Last und die Spannung am Verstärkerausgang:
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wie man sieht tauchen die "Störer" jetzt in Strom und Spannung auf....
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bebo65
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mixed feedback, die zweite

Beitrag von bebo65 »

Wer sich die Diagramme vom mixed feedback und UGK angesehen hat wird festgestellt haben, dass sich am Strom durch den Lautsprecher praktisch nichts geändert hat. Das mixed feedback habe ich auch mit den von Winfried vorgeschlagenen Werten probiert - auch hier ändert sich am Strom durch den Lautsprecher nichts.

Mixed feedback ist aber möglich mit folgender Schaltung, der Anteil vom rückgekoppelten Strom wird dabei mit R11 eingestellt - kleinere Werte für mehr IGK, größere für UGK
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Hier das ganze Simuliert für den gezeigten Wert von R11 (100 Ohm)
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zu sehen ist dass der Anteil der Störer im Strom durch den Lautsprecher gesunken ist.

Gruß
Bernd
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