Servus und Hallo!
Nun ich bin gerade dabei mir zwei Stereoverstärker zu bauen.
Der Verstärker sollte möglichst:

hohe Stabilität
gute Kontrolle
gute Lastfestigkeit
sauberen Hochton
kräftigen Bass
und sehr gute Langzeitzuverlässigkeit aufweisen.

1. Netzteil
2. Verstärker
3. DC-Schutz für LS ( auf Kurzschluss Schutz habe ich ganz bewusst darauf verzichtet)
4. Clipping Detektor

Das wäre erstmal die Grundvoraussetzung für mich.

Kommen wir zuerst auf das Netzteil, bzw. ich halte nichts von: viel Kondensator gegen Brumm.
Also baue ich mir für 50W pro Verstärkermodul jeweils eine C-R-C Filterplatine.
Ich will euch nicht unbedingt mit Formeln für die Berechnung zur C-R-C langweilen,
wenn Ihr Interesse habt dann zeige ich es euch wie ich vorgegangen bin, lasst es mich einfach wissen.

Ach was ich zeig's euch einfach, der Grundaufbau:

Erste Kondensatorbank (C1):
übernimmt Gleichrichtungsglättung, Aufnahme der Ladeimpulse und Reduktion der 100-Hz-Brummspannung.
Serienwiderstand (R):
reduziert Stromspitzen, entkoppelt die Last vom Gleichrichter,
bildet zusammen mit der zweiten Elko-Bank ein Tiefpassfilter, reduziert Ripple deutlich
und verbessert das dynamische Verhalten.
Zweite Kondensatorbank (C2):
speichert lokale Energie direkt für die Endstufe, reduziert Restwelligkeit weiter
und stabilisiert die Versorgung bei Lastimpulsen.

Zusätzlich habe ich noch:
WIMA MKS4 Folienkondensatoren:
reduzieren HF-Störungen, verbessern Hochfrequenzentkopplung
und kompensieren ESL und ESR der Elektrolytkondensatoren

Die 100-nF-Keramikkondensatoren direkt an den Ausgangspins:

verbessern die lokale HF-Entkopplung, reduzieren Leitungsinduktivitäten
und stabilisieren die Versorgung bei sehr schnellen Stromänderungen.

Entladewiderstand:
Entlädt die Elko's nach einer Zeit.

Die Elko's habe ich ausgemessen und gematcht.

Hier meine Berechnungen:

Berechnung der Ausgangsleistung:
Lastspannung bei 50 W an 4 Ω
Formel:
U = √(P × R)
Einsetzen:
U = √(50 × 4)
U = √200
U ≈ 14.14 Vrms
Spitzenspannung:
Upeak = 14.14 × 1.414
Upeak ≈ 20 V
Die ±24-V-Versorgung bietet somit ausreichende Spannungsreserve.

Laststrom der Endstufe:
Lautsprecherstrom
Formel:
I = U / R
Einsetzen:
I = 14.14 / 4
I ≈ 3.54 Arms
Spitzenstrom:
Ipeak ≈ 5 A

Stromaufnahme aus dem Netzteil (Annahme):
Eine Class-AB-Endstufe entnimmt den Strom nicht kontinuierlich.
Typischer gemittelter Strom pro Rail bei 50 W:
≈ 1.2 A

Ripple-Berechnung:
Formel:
Die Brummspannung eines Ladeelkos:
Vripple = I / (f × C)
mit:
I = Stromaufnahme
f = 100 Hz (Vollweggleichrichtung)
C = Kapazität

Ripple vor dem Serienwiderstand
Einsetzen:
I = 1.2 A
C = 8560 µF
f = 100 Hz
Berechnung:
Vripple = 1.2 / (100 × 0.00856)
Vripple ≈ 1.4 Vpp

Ripple nach der CRC-Stufe:
Durch den Serienwiderstand und die zweite Elko-Bank reduziert sich der Ripple typischerweise auf:
≈ 10–20 %
Resultat:
≈ 0.15–0.25 V Ripple
Dies liegt deutlich unter dem Bereich, der hörbare Brummprobleme verursacht.

Spannungsabfall am Serienwiderstand:
Formel:
U = I × R
Einsetzen:
U = 1.2 × 0.47
U ≈ 0.56 V
Unter hoher Last können kurzzeitig:
≈ 1–2 V
auftreten.
Der gesamte Versorgungseinbruch liegt typischerweise bei:
≈ 2–3 V
Dies bleibt für das Verstärkerdesign völlig unkritisch.

Verlustleistung des Serienwiderstandes
Formel:
P = I² × R
Einsetzen:
P = 1.2² × 0.47
P ≈ 0.68 W
Kurzzeitige Musikimpulse können deutlich höhere Leistungen verursachen.
Deshalb:
mindestens 5 W
besser 7–10 W
verwenden.

Nun ich hoffe ich hab euch damit jetzt nicht erschlagen, sry.
Aber ihr seht ich mach mir Gedanken darüber, wie ich es am besten mache.

Schaltpläne zeichne ich mit KiCad, layout erstelle ich mit Sprint-Layout und mit LT-spice simuliere ich.
Ich versuche einmal dass ich ein paar Fotos einstelle, damit auch was für das Auge zu sehen gibt.

Ich bin für Fragen und Antworten offen und eröffne mal die Diskusionsrunde.
Und ich werde zukünftig keine so trockenen Rechenaufgaben, die alles erschlagen zeigen, außer ihr wollt es.
Für spezifische Fragen oder Diskusionen bin ich natürlich dabei.
Ich werde natürlich Versuchen euch auf den laufenden zu halten aber es wird eher unregelmässig, je nachdem ich zeit habe.
Ich habe in der Bildergalerie Ordner erstellt, dort sind meine Bilder abgelegt und es werden mit der Zeit mehr werden.

Schöne Grüße
Christian

Servus!
Na klar, ist eine einfache topologie, nichts aufregendes, die Bandbreite liegt mit den 47pf Miller kapazitäten ca. bei 85khz. Ich hätte die Miller kapazitäten auch auf 33pf veringern können dann wäre die Bandbreite bei ca. 120khz. Ich möchte nicht die Schaltung auf das äußerste ausreizen, wieviel ich dann tatsächlich haben werde und ich eventuell die Miller kapazitäten sowie die Lead-Lag Kompensation anpasse wird sich bei der Rechteck signal messung zeigen. Im moment stimme ich den Verstärker etwas zurückhaltender ein, stabilität ist ja auch wichtig und nicht nur Bandbreite ist wichtig TIM verzerrungen auch. Nun warum ich die Elkos ausmesse ist ganz einfach, ich habe somit annähernd gleiche Werte die der Spannungsversorgung zugute kommen und der kleine aufwand mit ausmessen und zu einander selektieren find ich jetzt nicht ganz so dramatisch. Nun die Topologie des verstärkers: es wird das signal schon von Anfang an in eine positive und in eine negative Halbwelle zerlegt, mit den zwei Differenzstufen und den jeweils dazugehörigen Stromquellen die Einstellbar sind, kann ich die Differenzstufen abgleichen. Was den Klirrfaktor angeht kann ich ja nur momentan simulieren und die Simulation sagt ca. 0,02% voraus. Für mich absolut akzeptabel
Schöne Güße Christian

Servus!
Ich habe mit meinem Verstärker begonnen, bevor ich mich hier angemeldet habe.
Deshalb kann ich mein gezeichnetes Layout hier schon zeigen.
War gar nicht so leicht so einen Verstärker zu routen, man muss echt aufpassen wie und wo man Leiterbahnen routet.
Nun den Plan hab ihr bereits gesehen, es ist ein einfacher Verstärker, der ,so wie ich das sehe doch ein paar nette Details hat.
Es ist eine Doppelte Differenzstufe verbaut mit je einer Stromquelle die ich einstellen kann um am Ausgang des Verstärkers eine Symmetrie zu bekommen und ich kann jede Halbwelle besser kontrollieren.
Meistens ist hier nur eine Differenzstufe verbaut, die geht annähernd von der positiven zur negativen Rail geht.
Nett finde ich auch die Lead-Lag Kompensation, die von den Emitter widerständen der Treiber über den Kondensator an den Knotenpunkt der Rückkopplung zu geht.
In den meisten fällen ist es so, dass die Emitter Widerstände direkt an den Ausgang gekoppelt sind.
Die Lead-Lag Kompensation verbessert das Hochfrequenzverhalten der Gegenkopplung und beeinflusst die Phasenreserve, Überschwingen, Rechteckverhalten und die Stabilität an kapazitiven Lasten.
Aber das wisst ihr ja und seit zu 99% besser drauf als ich.

So nach X-mal Layer Kontrolle habe ich meine Verstärkerplatinen bestellt und sie sind heute eingetroffen.
Ich lasse mittlerweile meine Platinen bei Leiton fertigen.
Nur wenn es nicht anders geht ätze ich manchmal noch selber aber mittlerweile fräse ich die Platinen auch lieber,
denn das ganze mit dem Natriumpersulfat ist irgendwie wähh.
Mal sehen wie weit ich am Wochenende mit dem bestücken und Löten komme.
Die Spule für den Ausgang muss ich auch noch wickeln.

Schönen Gruß aus Österreich
Christian

Servus!

kleines Update von mir, zur Spule die ich Wickeln muss.

Spulendaten:

Drahtdurchmesser: 1 mm
Mittlerer Spulendurchmesser: 21 mm
Anzahl der Windungen: 17
Spulenlänge bei dichter Wicklung: ca. 17 mm

Berechnung mit der Wheeler-Formel:

L(uH) = (r^2 * N^2) / (9r + 10l)

Dabei gilt:

r = Spulenradius in inch
l = Spulenlänge in inch
N = Anzahl der Windungen

Umrechnung:

Radius r = 10.5 mm = 0.413 inch
Spulenlänge l = 17 mm = 0.669 inch
Windungszahl N = 17

Einsetzen der Werte:

L = (0.413^2 * 17^2) / (9 * 0.413 + 10 * 0.669)

Berechnung:

L = (0.1706 * 289) / (3.717 + 6.690)
L = 49.30 / 10.407
L = 4.74 uH

Ergibt ca. 4,7uH, also nehme ich ein 20mm Alu Rohr und wickle 17 Windungen darauf.
Ich hab vorher eine Laminat Folie über das Alu Rohr gesetzt damit ich die fertig gewickelte Spule
schön runterziehen kann und ich habe zuvor die Spule auf der Außenseite mit einem 2K Kleber fixiert.
Danach habe ich mit dem 2k Kleber die Innenseite der Spule auch noch einmal fixiert.
So eine Spule hab ich jetzt, dann fehlen mir noch drei weitere.

Und ich bedanke mich auch bei euch, wie ich sehe gefällt euch meine Bastelei.
Ihr dürft aber gerne auch Kommentare dazu schreiben, wenn ihr Lust habt, ich beiße nicht.

Schöne Grüße!
Christian

Servus!
Ja ich hab die Spule gemessen.
Leider ist mir mein altes LCR Messgerät vor einiger Zeit gestorben und ich hab jetzt momentan nur so ein Billigteil als Ersatz.
Damit ist es schwierig so einen kleinen Wert zu messen, weil ich das Messgerät nicht richtig auf Null stellen kann.
Ich sollte mich um ein besseres LCR Meter umsehen.
Mit kurzgeschlossenen Strippen habe ich 4uH konstant, mit der Spule habe ich 8,7uH konstant.
Wenn ich jetzt die 4uH von den 8,7uH abziehe sind es 4,7uH, ob es wirklich stimmt weiß ich aber nicht.
Aber es sollte ungefähr passen, nun so genau muss es eigentlich nicht sein, die Spule am Ausgang dient zur Entkopplung des
Verstärkers von kapazitiven Lasten. Die Spule sollte im Bereich von 2uH bis 10uH sein. Bei 4,7uH liegt die Spule im Mittelfeld.

Hier eine Zusammenfassung:

Kapazitive Lasten entstehen durch:

- Lautsprecherkabel
- Frequenzweichen
- Kondensatoren im Lautsprecher
- lange Leitungen

Bei hohen Frequenzen kann eine kapazitive Last
die Phasenreserve des Verstärkers verschlechtern.

Mögliche Folgen:

- Überschwingen
- HF-Schwingungen
- Instabilität
- schlechteres Rechteckverhalten

Die Ausgangsspule erhöht bei hohen Frequenzen
den Widerstand zwischen Verstärker und Last
und verhindert dadurch unerwünschte HF-Effekte.

Die Spule wirkt hauptsächlich im Hochfrequenzbereich.

Dadurch hat die Spule im Audiobereich praktisch
keinen Einfluss auf den Klang, wirkt aber sehr
effektiv gegen HF-Schwingungen.

Der Widerstand liegt parallel zur Spule.

Ohne diesen Widerstand würde die Spule bei
hohen Frequenzen immer hochohmiger werden.

Dadurch könnte:

- die Gegenkopplung schlechter wirken
- die Ausgangsimpedanz stark ansteigen
- Resonanzen entstehen

Der Parallelwiderstand sorgt für einen
definierten HF-Signalpfad.

Vorteile:

- bessere Stabilität
- weniger Resonanzen
- sauberes Rechteckverhalten
- kontrolliertes HF-Verhalten

Die Werte sind nicht kritisch.

Typische Spulenwerte:
2uH bis 10uH

Häufig verwendet:

- 3,3uH
- 4,7uH
- 5uH
- 6,8uH

Typische Parallelwiderstände:
2,2 Ohm bis 10 Ohm

Häufig verwendet:

- 4,7 Ohm
- 5,6 Ohm
- 10 Ohm

Ich hoffe ich konnte ein bisschen Klarheit schaffen für was die Spule und der Widerstand am Ausgang gut ist.
Am Ende werden es die Messungen zeigen ob ich komplett auf den Holzweg war oder ob der Verstärker stabil läuft.

Schöne Grüße
Christian

Habe hier noch eine Ergänzung:

Ab welcher Frequenz wirkt die 4,7uH Ausgangsspule?

Der Blindwiderstand einer Spule berechnet sich zu:
XL = 2 * pi * f * L
mit:

XL = Blindwiderstand in Ohm
f = Frequenz in Hz
L = Induktivität in Henry

Für meine Spule:

L = 4,7uH
L = 0,0000047H

BERECHNUNG:

Bei 1kHz:
XL = 0,03 Ohm
Bei 10kHz:
XL = 0,30 Ohm
Bei 20kHz:
XL = 0,59 Ohm
Bei 50kHz:
XL = 1,48 Ohm
Bei 100kHz:
XL = 2,95 Ohm
Bei 160kHz:
XL = 4,72 Ohm
Bei 200kHz:
XL = 5,91 Ohm
Bei 500kHz:
XL = 14,8 Ohm
Bei 1MHz:
XL = 29,5 Ohm

BEZUG ZUM 4,7 OHM PARALLELWIDERSTAND:

Besonders interessant ist die Frequenz, bei der
der Blindwiderstand der Spule gleich dem
Parallelwiderstand wird.

XL = 4,7 Ohm
f = XL / (2 * pi * L)
f = 4,7 / (2 * pi * 0,0000047)
f ≈ 159000Hz

f ≈ 159kHz

Unterhalb von etwa 100kHz:

- die Spule hat nur wenig Einfluss
- der Lautsprecher wird praktisch direkt
vom Verstärker angesteuert

Zwischen 100kHz und 200kHz:

- die Wirkung der Spule wird deutlich
- kapazitive Lasten werden zunehmend
vom Verstärker entkoppelt

Oberhalb von 200kHz:

- die Spule wirkt sehr stark
- HF-Schwingungen werden wirksam gedämpft
- die Last wird vom Verstärker entkoppelt

Mit:

Miller = 47pF
Lead-Lag = 33pF

liegt die geschätzte obere Verstärkerbandbreite
bei etwa 85kHz.

Das deckt sich auch mit der LT Spice Simu.

Die Ausgangsspule beginnt daher erst oberhalb
des eigentlichen Arbeitsbereichs deutlich zu
wirken.

Das ist genau so gewollt:

- keine Beeinflussung des Audiobereichs
- keine Beeinflussung der Gegenkopplung
- Stabilisierung nur im HF-Bereich

Bei ca. 159kHz besitzt die Spule denselben
Blindwiderstand wie der parallel geschaltete
4,7 Ohm Widerstand.

Genau in diesem Bereich beginnt die eigentliche
HF-Entkopplung des Lautsprechers und der
Anschlussleitungen.

Ich habe noch zwei Simulationen Hochgeladen, eigentlich wollte ich die nur anhängen aber ich befürchte das es man nicht ordentlich sieht.
Die simu sollte aber nicht so genau genommen werden da sie sehr stark von den verwendenten Bauteilen und deren parameter abhängen.
Aber ich sehe dennoch ob ich mich in die richtige Richtung bewege, ach ja die Simu ist auf 4 Ohm LS bezogen, hätte ich fast vergessen zu erwähnen.

Heute hab ich noch eine 3mm eloxierte Aluplatte (1500x400mm) bestellt, so wie es aussieht werde ich mir mein Gehäuse selber bauen.
Irgendwie gibt es kein fertiges Gehäuse dass für mich passt, die Größenverhältnisse passen einfach nicht.

So ich muss jetzt arbeiten gehen, bis dann.
Schöne Grüße!
Christian

Servus!
Zum löten der Verstärkerplatine bin ich noch nicht gekommen, es fehlen noch ein paar teile die ich bestellt hab.
Inzwischen hab ich eine Schutzschaltung mit dem altbekannten uPC1237HA bzw. heißt die andere Variante C1237HA,
ist aber der selbe IC, geroutet.
Die Schaltung habe ich vom Datenblatt entnommen also nichts spektakuläres.
Der IC hat eine DC Erkennung und eine Einschaltverzögerung für das LS-Relais an Board.
Ich habe zusätzlich einen Optokoppler mit eingezeichnet.
Damit kann ich später den Schaltzustand des Relais überwachen, für spätere Erweiterungen eventuell sinnvoll.
Die Platinen hab ich bestellt, sollten dann in einer Woche bei mir sein.

Hab es ja nicht eilig und in der Zwischenzeit kann ich mir noch Gedanken über eine Hilfsspannung machen.
Denn ich habe die C-R-C nur für die Versorgung des Verstärkers vorgesehen und nicht für die LS-Schutzplatine und den noch zu planenden Clip-Detektor.
Es ist von mir bewusst so geplant, natürlich könnte man die C-R-C Platine dafür missbrauchen
aber später wird es für mich leichter wenn die Zusatzgeräte alle eine Hilfsspannung von mir bekommen und ich find es schöner.

Das war's erstmal von mir, bis später.

Schöne Grüße an alle
Christian

Servus !
Es gibt ein kleines Update. Hab jetzt auch meine kleine Hilfsspannung zu papier gebracht und auch gleich beim Leiterplattenhersteller bestellt, damit wäre ich jetzt fast durch.
Nur die Clip Anzeige fehlt noch, aber wird nichts aufregendes.
Meine fehlenden Teile für den Verstärker sind heute eingetroffen und die Aluplatte habe ich auch bekommen, die werde ich für den Boden und den Deckel des Gehäuses verwenden. Die DC-Schutzplatine sollte auch dann bei mir eintreffen, ist aber nicht dramatisch da ich jetzt viel zu tun habe.
Schöne Grüße aus Österreich
Christian

Hallo und Servus!

Die ersten zwei Verstärkerplatinen hab ich jetzt gelötet.
Die Differenzstufen hab ich gematcht und mit Sekundenkleber physisch zusammengeklebt und mit Schrumpfschlauch fixiert.
Damit habe ich die Differenzstufe thermisch gekoppelt.

Zusätzlich habe ich die LED's der Stromquellen thermisch an den jeweiligen dazugehörigen Transistor gekoppelt.
Wer die Bypass Kondensatoren für die Zenerdioden vermisst, die sind auf der Unterseite direkt an den Pins der Z-Dioden verlötet, sowie auch der 100nf Kondensator für den 100uf Elko.

Eine Zwischenplatte für die Transistoren hab ich auch gemacht, die habe ich mit Nassschleifpapier und einem planen Aluklotz plan abgezogen.
Damit ist die Platine mit den Transistoren stabiler und
die Wärmeverteilung ist auch besser. Die Platte wird dann an den Kühlkörper geschraubt.

Die Kühlkörper für meine Verstärker hab ich bestellt (Fischer SK 56/75/SA 300mm) mit 0,45K/W.
Das ist ein Kühlkörper der ausreichend für zwei Verstärker Platinen ist.

Leider brauche ich pro Verstärker zwei stück davon, da die Kühlkörper zugleich meine Seitenteile für das Gehäuse werden.
Kleiner kann ich die Kühlkörper nicht machen, da mir sonst das Gehäuse zu klein wird.
Ich könnte zwar den Kühlkörper nach innen verlegen und die Seitenteile aus einem Alublech bauen,
doch ich finde es technisch schöner wenn der Kühlkörper ungehindert seine Wärme an die Umgebung abgeben kann.
Schöne Grüße
Christian

Servus!

Ich werde zuerst einen Verstärker bauen und danach den zweiten, ansonsten komm ich komplett durcheinander.
Ihr wisst ja gar nicht was sich da in meinem Gehirn abspielt,
immer ein bis zwei Schritte voraus zu denken und dann zurück zum aktuellen Stand, ist gar nicht zu leicht.

Ich habe jetzt die Platinen von der LS-Schutzschaltung bekommen und gelötet.
Wie bereits erwähnt ist es eigentlich nur aus dem Datenblatt entnommen und auf 24Vdc Spannungsversorgung geändert.
Vorsorglich habe ich die Schaltung um einen Optokoppler erweitert um damit den Schaltzustand überwachen zu können.

Zwischenzeitlich werde ich mich auch um das Gehäuse kümmern,
denn ich muss mir auch Gedanken um die Platzierung der einzelnen Module (Platinen) machen
und das geht besser wenn ich zumindest die Grundplatte mit den seitlichen Kühlkörper habe.
Front und die Rückseite kann ich auch noch später anfertigen.

Gedanken mache ich mir auch um die Einschalt Anzeige. Hier möchte ich eine Duo-Led verbauen,
die mir rot und Grün anzeigen kann.
Ich stelle mir folgendes vor:

Power ein - Led rot
LS Relais ein - Led auf Grün
DC am Ausgang - Led wieder rot
Power aus - Led aus

Dazu werde ich eine Kippstufe mit Transistoren planen, die mir die Duo-Led wie gewünscht schaltet.
Sollte kein so großer Aufwand werden, mal sehen....

Zur Platine:
Der C6 wurde auf der Platine durch eine Drahtbrücke ersetzt,
damit bekomme ich einen automatischen Reset wenn der DC Fehler nicht mehr vorhanden ist.
Mit dem C6 würde die Schaltung, auch wenn kein DC Fehler mehr vorhanden wäre, aus bleiben und erst Resetet
wenn die Versorgung unterbrochen wird, in meinem Fall wenn ich den Verstärker ausschalte.
Deshalb ist der C6 im Datenblatt auch strichliert eingezeichnet,
ich habe den C6 vorsorglich mit eingeplant, man weiß ja nie.

Nächste Woche werde ich dann meine Hilfsspannungsplatine bekommen.
Nebenbei hab ich den Schaltplan für den Clip Detektor erstellt, der fehlt noch.

Schöne Grüße
Christian

Servus!
Ja das wäre eine nette Spielerei wenn die grüne LED beim einschalten zuerst blinkt und dann statisch auf grün wechselt.
Leider ist das bei mir nicht umsetzbar, da der UPC1237 keinen Ausgangspin für einen DC Fehler besitzt.
Und den würde ich brauchen um für einen DC Fehler einen extra Ausgang zu haben um die Rote LED zu schalten.
Meine Schaltung ist ja nur eine Kippstufe die mir den Status vom Relais anzeigt, Grün für Relais ein und Rot für Relais aus.
Der UPC 1237 hat zwar eine DC Erkennung aber der IC schaltet bei Erkennung nur das Relais aus, hat also nur zwei Zustände ein/aus.
Durch die Duo Led-Anzeige habe ich eine optische Anzeige, die wenn das Relais den Verstärker Ausgang freigibt einfach auf Grün schaltet.
Ist die LED Rot dann gibt es keine LS Freigabe, für mich ist das ok.

Ich betrachte es so:
LED Rot-Power on-Ausgang inaktiv, LED Grün-LS Freigabe/Ausgang aktiv.

Ich habe ja noch den Clip Detektor der mir mit einer eigenen roten LED signalisiert dass der LS Ausgang übersteuert, bevor der UPC1237 eine DC Fehler erkennt und abschaltet.

Schöne Grüße
Christian