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 Freitag  |  29.03.2024
Produkte - behold Classic - Endstufen - BPA768 - Highlights 

Die Highlights der BPA768:

BPA768 Power Conditioner

Der Power Conditioner der BPA768, der kombiniert mit dem PFC-Netzteil arbeitet, hat einen „Vierzylinder“, wie bei einem Vierzylindermotor.

Heutige Audioendstufen

haben üblicherweise noch die althergebrachten Ringbandkerntrafos mit Gleichrichter und Elko-Batterie, Garant für 100Hz Brumm in der Versorgungsspannung der Endstufe. Auch vom Standpunkt der CE-Prüfung und Tauglichkeit ist dies keine gute Lösung.

Bessere Endstufen

besitzen schon Schaltnetzteile, diese aber haben all zu oft nur die Aufgabe, den Ringbandkerntrafo zu ersetzen und damit eben mit Schaltnetzteil geglänzt werden kann. Die Gleichrichtung der Netzspannung erfolgt wieder über Gleichrichter und direkt Elko-Batterie mit den bekannten Nachteilen. Ein Power Conditioner ist hier nicht realisiert.

Ein Hersteller

ist uns bekannt, der sich die Mühe macht, ein echtes PFC-Netzteil in seinen Endstufen zu verwenden. Es ist die Firma Halcro. Diese Lösung ist jedoch soetwas wie ein "Einzylinder".

Bei der behold BPA768 Endstufe sind vier  „Einzylinder“ ineinandergeschachtelt und damit ergibt sich ein „Vierzylinder“. Es gibt folglich vier Speicherdrosseln, vier Schalttransistoren, vier Freilaufdioden und vier getrennte Speicher-Elkos die unabhängig von einander arbeiten und erst danach ihre Leistung an eine gemeinsame „Sammelschiene“, (wie die Kurbelwelle beim Vierzylindermotor) abgeben. Vierzylindermotoren laufen bekanntlich viel ruhiger.

  Hier findet auch für jeden Block getrennt, die Feinregelung auf eine sehr saubere Betriebsspannung statt. Die Koordination übernimmt ein, speziell für Motorsteuerungen konzipierter Signalprozessor, der ADSP 21990 von Analog Devices. Dieser Prozessor hat so viel Rechenleistung, daß der die beschriebenen Aufgaben sehr gut bewältigt.

Es gibt noch was Besonderes beim Netzteil: Die Schaltfrequenz ist streng synchron mit der Audioabtastfrequenz, damit gibt es verbindlich keine Schwebungen und vergleichbare Zustände zwischen Netzteil und analogen Baugruppen.

Die Schaltfrequenz beträgt ganz exakt 96kHz, so genau wie die Uhr im System oder besser. Dies gilt auch wenn eine digitale Quelle nur 44.1kHz hat oder "ungenau" geht. Dafür sorgt ein eigens auch im Netzteil dafür eingerichtetes PLL-System. Bisher hat das keine andere Endstufe.


D/A-Wandlung unmittelbar vor der eigentlichen Leistungsendstufe

Der D/A-Wandler ist - wie beim PFC-Schaltnetzteil beschrieben - auch ein „Vierzylinder“. Dies hat nicht nur die gleichen positiven Hintergründe wie beim Netzteil beschrieben, sondern wird auch gebraucht um die hohe Abtastfrequenz von 768kHz sauber zu verarbeiten. Es finden vier D/A-Wandler vom Typ AD1853 von Analog Devices Verwendung. Diese Bauteile sind Stereo D/A-Wandler. Wir benutzen jeweils beide Kanäle zusammen als einen Monoblock und schachteln diese dann zeitlich ineinander. An der Rückgewinnung des kostbaren analogen Audiosignals sind somit 16 Stück 24Bit D/A-Wandler beteiligt. Das Signal wird dann streng symmetrisch weiter geführt und in symmetrischen Verstärkern, mit den rauschärmsten heute verfügbaren Operationsverstärkern, AD797 von Analog Devices, vorverstärkt und gefiltert.

Analoge Treiber

Heutige analoge Endstufen 

arbeiten mit herkömmlichen Differenzverstärkern, um die erforderliche Spannungsverstärkung zu erhalten. Die vielen Nachteile sollen hier nicht aufgeführt werden. Diese Nachteilen begründen, dass an dieser Stelle normalerweise Röhren eingesetzt werden. Nun sind wir aber keine Röhrenspezialisten und wollen es auch nicht werden.

Die richtige Lösung heißt:

diskrete Transimpedanzverstärker, diskret deshalb, weil es für die erforderlichen Spannungen, monolithisch keine gibt und schon gar nicht für eine optimale Ansteuerung einer analogen Leistungsstufe. Die verwendeten Transimpedanzverstärker sind vollkommen symmetrisch aufgebaut, das heißt wirklich spiegelsymmetrisch zum Massepotential. Das erforderliche Know How kommt nicht zuletzt aus der Hochfrequenztechnik.

Analoge Leistungsendstufe

Konventionelle Endstufen 

haben eine analoge Ruhestromeinstellung, die Temperaturschwankungen und Streuung der Transistoren ausgleichen muss, und dies mehr oder weniger gut kann. Die daraus resultierenden negativen Auswirkungen sind in der Literatur und anderweitig gut beschrieben. Es müssen sehr viele Kompromisse geschlossen werden. Hinzu kommen auch noch die Probleme des Überlastschutzes und der Kurzschlussfestigkeit. Sie verschärfen die sowieso schon kaum lösbaren analogen Probleme noch weiter ...

Völlig anderer und neuer Ansatz: 

bei behold BPA768 gibt es einfach keine „lästigen“ Source-Widerstände bei den Leistungstransistoren und auch keine Rückführungen zu Schutzschaltungen. Es sind keine anlogen Schutzschaltungen vorhanden. Die Lösung bringt eine digitale Regelung über einen Signalprozessor. Der Aufbau dazu ist relativ einfach zu verstehen. Der Strom wird nicht über einen Source-Widerstand gemessen, sondern über einen, der in der Drain-Stromzuführung eingebaut ist.

Ruhestromeinstelung durch Prozessor

Dort hat er keinerlei negativen Einfluß auf das Audiosignal. Dann wird der gemessene Strom auf diesem hohen Spannungspotential analog-digital-gewandelt und über Optokoppler an den Prozessor weitergeleitet. Dies erfolgt sowohl für die positive als auch negative Stromzuführung. Der Prozessor verfügt über einen Algorithmus, der wirklich zu allen relevanten Zeitpunkten den Ruhestrom auch bei Vollaussteuerung weiterfließen läßt. Eine anlog geregelte Endstufe kann das nicht.

Den sogenannten „A-Betrieb“

gibt es in Wirklichkeit nicht, weil der Strom, der zum Lautsprecher geht, in der jeweils anderen Endstufenhälfte immer fehlt. Die „A-Endstufen“ gibt es auch noch aus anderen Gründen nicht, aber es würde zu weit führen, dieses hier zu erläutern. Der Prozessor in der BPA768 leitet die berechnete Information wieder über Optokoppler einem D/A-Wandler zu, der auf dem Audiosignal selber sitzt (kann man durchaus wörtlich nehmen und sich so vorstellen).

 

Dieser Wandler stellt in Echtzeit die Arbeitspunkte der Komplementärtransistoren ein und das innerhalb von 10.4µsec und damit schneller als jedes Audiosignal. Er regelt damit selbstverständlich auch die Effekte aus, die bei der Aussteuerung der Transistoren über deren Kennlinie unvermeidlich entstehen. Man kann die Physik nicht außerkraft setzen, aber geschickt nutzen und Nachteile umgehen.

 

Wir nennen das Verfahren bei der behold BPA768: Digitale-Echtzeit-Ruhestromnachführung.

Ein positives Abfallprodukt dieses Verfahren ist, daß sich der Ruhestrom jederzeit auf die momentanen Bedürfnisse des Audiosignals einstellen läßt, also nicht wie bei anderen Endstufen, fest eingestellt und während des Betriebes unabänderbar.


Symmetrische Vollbrücken Endstufe:

Angesichts des Aufwandes den wir bei der Erstellung der behold BPA768 getrieben haben versteht es sich von selbst, daß es sich um eine vollsymmetrische Vollbrücken-Endstufe handelt. Zwei vollausgeführte autonome Vollbrücken, je Funktionsblock eine.

Digital geregelte Arbeitspunkteinstellung

Da sich der Ruhestrom während des Betriebes einstellen läßt und auch das Schaltnetzteil prozessorgesteuert die Versorgungsspannung einstellen kann und außerdem die Lautstärke des Signals bekannt ist liegt es nahe, alles automatisch für die gewählte Lautstärke optimal einstellen. Bei geringer Lautstärke wird keine hohe Betriebsspannung gebraucht,

dafür aber ist ein höherer Ruhestrom sinnvoll um Nulldurchgangsverzerrungen klein zuhalten und umgekehrt. Gleichzeitig läßt sich damit die Verlustleistung optimal gestallten. Das kommt einer geringeren Erwärmung, damit geringeren Stromkosten und darüber hinaus einer längeren Lebensdauer zu Gute. Die behold BPA768 Endstufe leistet das erstmalig.


Digitale Schutzfunktion gegen Überlastung

Der verwendete Signalprozessor hat natürlich auch die Aufgabe des Überlastschutzes übernommen. Er berechnet in Echtzeit die momentane Verlustleistung in den Transistoren. Auf diese Weise ist eine viel bessere Nutzung dieser Transistoren möglich. Die Berechnung verarbeitet die Information der zugeführten Betriebsspannung und der zugeführten Ströme bei gleichzeitiger Betrachtung der abgegebenen Leistung.

Die Differenz aus beidem ergibt die Verlustleistung. Dies erfolgt natürlich für alle vier Halbbrücken und deren positiven und negativen Halbwellen getrennt. So gesehen laufen acht Berechnungsprozesse parallel. Wenn der zulässig höchste Wert bei einer der acht Zweige überschritten wird, schaltet dieser Block in wenigen µsec ab.




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