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Dampfradioforum • Thema anzeigen - Klangreglung in Gegenkopplung

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 Betreff des Beitrags: Re: Klangreglung in Gegenkopplung
BeitragVerfasst: Di Jan 19, 2016 16:03 
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Offensichtlich ist mittlerweile niemand mehr an dem Thema interessiert. Trotzdem führe ich es hier noch weiter, um meine Aussagen mit Messungen und Grafiken etwas zu untermauern. Vielleicht kann man dann auch etwas besser erkennen, was ich sagen wollte.
Dazu erst einmal der f-Gang des Beispielverstärkers mit der offen Verstärkung (blau) und der geschlossen Verstärkung (rot). Die GK wurde so bemessen, dass sich eine Schleifenverstärkung von 10dB (Faktor 3,16) einstellt – dazu wurde ein 5kOhm Widerstand verwendet (rot).
Dateianhang:
F-Gang-GK-skal.JPG
F-Gang-GK-skal.JPG [ 57.14 KiB | 7176-mal betrachtet ]

Man kann gut erkennen, dass sich der f-Gang infolge der GK deutlich begradigt hat und die Bandbreite ist etwa um den Faktor drei angestiegen. Ebenso sollte der Klirrfaktor und auch der dynamische Ausgangwiderstand ebenfalls um den gleichen Faktor niedriger geworden sein (Bezug 1kHz). Man erkennt auch, dass die Kreisverstärkung keine Konstante ist, sondern ein frequenzabhängiges Verhalten zeigt – sie reicht vom Faktor 3,16 bis zum Faktor -1- an den Stellen wo die offene und geschlossene Verstärkung in einem Zweig zusammenlaufen. (Faktor geändert- Danke an Frank)
Bei 55,5kHz ist eine Resonanzstelle des Ausgangsübertragers zu erkennen.
Hier noch einmal die verwendete Messschaltung:
Dateianhang:
EL84-EF86 -mess-5k.JPG
EL84-EF86 -mess-5k.JPG [ 49.22 KiB | 7172-mal betrachtet ]

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...und glüht auch die Anode rot, ist die Röhre noch nicht tot.

Mit freundlichen Grüßen, Peter R.


Zuletzt geändert von glaubnix am Di Jan 19, 2016 17:23, insgesamt 2-mal geändert.

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 Betreff des Beitrags: Re: Klangreglung in Gegenkopplung
BeitragVerfasst: Di Jan 19, 2016 16:20 
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Hallo,

im folgenden Diagramm erkennt man welche Möglichkeiten eine Klangregelung in der GK zulässt. Mit einfachen RC-Stellgliedern in der GK sind nur Änderungen mit einem Anstieg bzw. Abfall 20dB/Dek möglich. Dies ist durch Tangenten angedeutet. So sieht man, dass im Bass und auch im Höhenbereich nur eine Variation umd ca. 8dB möglich ist. Das entspricht einem Faktor von ca. 2,5. Gleichzeitig erkennt man, dass mit zunehmender Anhebung die Übertragungskurve in den offenen f-Gang übergeht. Damit sind aber die positiven Auswirkungen der Gegenkopplung wieder aufgehoben!
Merke: Bei Anhebung der Bässe bzw. Höhen wird die Gegenkopplung in den angehobenen Bereichen unwirksam. Das bedeutet auch, dass die durch die GK mögliche fo (30kHz) nicht genutzt werden kann, weil jetzt, ohne GK, wieder die "offene fo" von ca. 10kHz gilt. Auch bei den Bässen wird dann statt fu=30Hz wieder wieder die "alte" fu=78Hz wirksam - das ist eindeutig suboptimal!
Dateianhang:
Klangsteller-GK.jpg
Klangsteller-GK.jpg [ 57.16 KiB | 7172-mal betrachtet ]

Die Bassabsenkung ist auch im Bereich von ca. 8dB realisierbar - Bei den Höhen ist dieser Umfang nicht möglich, weil bei zunehmender Absenkung
(Gegenkopplung) keine ausreichende Phasenreserve mehr besteht und der Verstäker zu Schwingen beginnt. Daher ist hier die Absenkung auf max. 5dB (Faktor ca. 1,78) begrenzt.
Fazit: Bei einer Klangregelung unter Einbeziehung des Ausgangsübertragers wäre bei den Bässen ein Stellbereich von ca.+-8dB denkbar, bei den Höhen ca. +8 (bei eingeschränkter Bandbreite) sowie -5 möglich.

Und nun der Kuhschwanz: Er würde eine zusätzliche Verstärkerstufe erfordern. Aber es erschlösse sich dann ein theoretischer Stellbereich von +-20dB (Faktor +-10) bei Bässen und Höhen, bei der vollen gegengekoppelten Bandbreite. In der Praxis kann man in der Regel einen wirklich nutzbaren Stellbereich von +-15 dB erwarten, Faktor +-5,6. Und man kann eine stabile optimierte Gegenkopplung vorsehen bei welcher unter allen Betriebsbedingungen mit Sicherheit eine ausreichende Phasenreserve besteht und auch die Vorteile der GK wirklich "durchgehend" genutzt werden.

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Mit freundlichen Grüßen, Peter R.


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 Betreff des Beitrags: Re: Klangreglung in Gegenkopplung
BeitragVerfasst: Di Jan 19, 2016 18:10 
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Hallo Peter,

Interesse an dem Thema besteht schon noch. Nach deinen Ausführungen ist mir schon einiges klarer geworden. (denke ich :mrgreen: )
Quasi ist der Zweck einer Gegenkopplung durch die Klangregelung aufgehoben. Das Argument mit der f0 und fu ist schon sehr aussagekräftig.
Vielen Dank für deine Mühe

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Grüße

Andy


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 Betreff des Beitrags: Re: Klangreglung in Gegenkopplung
BeitragVerfasst: Di Jan 19, 2016 18:48 
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Hallo,

noch ein kurzer Nachtrag: Meine angeführten Aussagen beziehen sich speziell auf "über alles Gegenkopplungen unter Einbeziehung des Ausgangsübertragers", wie in der Beispielschaltung gezeigt.

Bei trafolosen (Breitband) Verstärkern gelten etwas großzügigere Bedingungen, welche auch den Einsatz von "stärkeren" Gegenkopplungen zulassen. Aber auch dort sind die physikalischen Gesetze nicht ausser Kraft gesetzt und die Phasenbedingungen in jedem Fall zu beachten. Die grundsätzlichen Betrachtungen sind daher allgemein gültig.

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Mit freundlichen Grüßen, Peter R.


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 Betreff des Beitrags: Re: Klangreglung in Gegenkopplung
BeitragVerfasst: Di Jan 19, 2016 23:48 
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Hallo Peter,

danke für die gute Darstellung und die Mühe, die Du Dir mit diesem interessanten, aber nicht ganz leicht zu verstehenden Thema (und auch anderen Themen) machst! :super:
Auch wenn sich nicht viele melden - bei über 300 Zugriffen in 5 Tagen scheint es doch lesenswert zu sein. Vielleicht auch wegen des schönen Wortes "Kuhschwanz" :)

Zitat:
Die Bassabsenkung ist auch im Bereich von ca. 8dB realisierbar - Bei den Höhen ist dieser Umfang nicht möglich, weil bei zunehmender Absenkung (Gegenkopplung) keine ausreichende Phasenreserve mehr besteht und der Verstäker zu Schwingen beginnt. Daher ist hier die Absenkung auf max. 5dB (Faktor ca. 1,78) begrenzt.
Wenn man jetzt die Gegenkopplung der Schaltung weiter erhöht, also den 5-kΩ-Widerstand verkleinert, müßte doch bei den Höhen eine Resonanzüberhöhung entstehen. Könntest Du das testweise mal machen, aber nicht so weit, daß die Verstärker zu schwingen beginnt.
Natürlich nur, wenn Du Zeit und Lust hast ;)

Gruß, Frank

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 Betreff des Beitrags: Re: Klangreglung in Gegenkopplung
BeitragVerfasst: So Mai 08, 2016 18:42 
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Hallo zusammen,

ein Nachtrag.
Ich hatte nach dem letzten Posting noch ein paar PN mit Peter gewechselt. Es ging um die Übertragung und das Ausprobieren der Verstärkerschaltung nach LTspice.

aus dem Inhalt:
<
Als Vorlage diente die drittletzte Schaltung auf dieser Seite: http://www.duncanamps.com/technical/ltspice.html . Die Schaltung änderte ich auf Deine Verstärkerschaltung um; für die EF86 konnte ich ein Modell runterladen und einbinden.

Es funktioniert! Die Gleichspannungen stimmen ganz gut überein, die Verstärkungen auch einigermaßen. Allerdings ist der Frequenzbereich erheblich größer - ob mit oder ohne Gegenkopplung [..] .
Es liegt wohl daran, daß das Übertragermodell nicht ganz Deinem Übertrager entspricht. Den primärseitigen ohmschen Widerstand konnte ich aus Deinen Angaben anpassen. Mit den restlichen Werten ( Induktivitäten, Parallelkapazitäten, Kopplungsgrad und sekundärseitiger ohmscher Widerstand) habe ich etwas herumgespielt, bekam aber die Eigenschaften nicht hin. Also ließ ich sie so wie im Originalmodell.

2,325 kΩ ist der kritische Gegenkoppel-Widerstand bei dieser Simulation. Bei diesem Widerstand entsteht im Frequenzgang eine Resonanzüberhöhung bei 53,5 kHz. Bei einem Widerstand < 2,325 kΩ wird das Nutzsignal durch eine Schwingung überlagert. Je kleiner der Widerstand, desto größer die Schwingung.

Verhindern läßt sich diese Schwingung, indem man den 100-pF-Kondensator an der Anode der EF86 auf 200 pF erhöht. Das beeinflußt den NF-Bereich nicht merklich (max. -0,1 dB bei 15 kHz).
100 pF parallel zum Gegenkopplungswiderstand verhindern die Schwingung ebenfalls, und diese Maßnahme verändert den NF-Frequenzgang überhaupt nicht (nagut, um genau zu sein: max. -0,03 dB bei 15 kHz) .
>
Dateianhang:
EL84-PA_sch.png
EL84-PA_sch.png [ 7.89 KiB | 7061-mal betrachtet ]
Dateianhang:
EL84-PA_fg.png
EL84-PA_fg.png [ 7.14 KiB | 7061-mal betrachtet ]
Hier sind die Originalschaltung und der ermittelte Frequenzgang. Wie oben erwähnt, ist dieser wesentlich linearer als beim realen Verstärker. Ein Grund dafür ist wohl, daß im verwendeten Übertragermodell keine Sättigungseffekte berücksichtigt sind. Möglicherweise verbessert sich der Frequenzgang in Peters Verstärker, wenn ein kleineres NF-Signal eingespeist wird.
Den Peak sieht man in der Simulation bei 46 kHz.

Dateianhang:
EL84-PA_fg1.png
EL84-PA_fg1.png [ 9.55 KiB | 7061-mal betrachtet ]
Verstärkt man die Gegenkopplung - durch Verkleinerung des 5kΩ - , so wandert dieser Peak zu höheren Frequenzen. Der Peak vergrößert sich dabei bis zur kritischen Gegenkopplung und schrumpt danach wieder. Die Schwingneigung nimmt im Bereich der kritischen Gegenkopplung stark zu; oberhalb dieses Punktes schwingt die Schaltung grundsätzlich.

Mich würde interessieren, ob sich die Schwingneigung des realen Verstärkers durch dieselbe Maßnahme ähnlich gut verringern läßt wie bei der Simulation. Den 100pF an der ersten Anode kann man bis ca. 700 pF vergrößern; dann ist die -3dB-Frequenz noch 20 kHz.

Die LTspice-Dateien incl. Röhrenmodelle stelle ich gerne zur Verfügung.

Gruß, Frank

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