Elektronikprojekte

Abhängig von den Möglichkeiten kann das Freigabesignal vom externen Vorverstärker über die Klinkenbuchse SV7 kommen, oder intern von der Wechselspannung des Trafos abgenommen werden. In der gezeigten Schaltung sind beide Möglichkeiten über SW1 wählbar vorgesehen. Bei der internen Lösung werden die Wechselspannungen über die Dioden D3/D4 gleichgerichtet und über C29 geglättet. R27/R28 und R29 bilden dabei einen Spannungsteiler, der die Wechselspannung von 15V auf etwa 5,5V Gleichspannung mit einer Welligkeit von ca. +/- 0,5V reduziert. Die Spannung könnte durch Vergrößern von C29 stärker geglättet werden, dieses ist aber nicht erwünscht, da sich beim Abschalten der Netzspannung C29 schnell über R29 entladen muss, bevor die Versorgungsspannung der Endstufen merklich abfällt. R30 und ZD1 begrenzen das Freigabesignal auf ca. 5 V und dienen dem Schutz des nachgeschalteten Mikrocontrollers vor Überspannung des Eingangssignals. Geht das Freigabesignal auf Low, geht sofort der Mute Ausgang (Pin7) auf Low. Nach weiteren 50ms geht auch der Standby Ausgang (Pin5) auf Low. Mit dieser Steuerung ist ein nahezu geräuschloses Ein/Ausschalten der Box möglich. Voraussetzung sind gute Netzschalter, die keine höherfrequenten Spannungsspitzen beim Abschalten erzeugen. Ideal sind elektronische Relais, die im Nulldurchgang schalten. Die zweite Aufgabe des Mikrocontrollers ist die Überwachung/Auswertung des Clip Signals bei Übersteuerung des Verstärkers. Dafür wird Pin6 (GP1) einmal pro Millisekunde abgefragt. Ist der Eingang Low, d.h. Übersteuerung liegt vor, wird ein „Clip-Zähler“ hochgezählt. Nach 250 Abfragen (entspricht 0,25 Sek) wird der „Clip-Zähler“ ausgewertet. Ist er größer als 75 (75/250 = 30% entspricht etwa 12% Übersteuerung bei einem Sinus Signal) geht Pin3 (GP4) auf High, d.h. es wird über SV8 ein Signal an den Vorverstärker gesandt, die Lautstärke zu reduzieren (falls Option im VV vorhanden). Dieses wird durch die gelbe LED angezeigt. Gleichzeitig wird ein Speicherregister mit den letzten 16 Auswertungen aktualisiert. Dafür wird das Ergebnis der letzten Auswertung in das Register eingeschoben (Übersteuerung = 1, keine Übersteuerung = 0) und der älteste Wert wird gelöscht. Anschließend wird das Speicherregister ausgezählt. Zeigen 50% der Werte Übersteuerung (8 von 16) werden die Endstufen abgeschaltet, d.h. die Ausgänge für Mute und Standby gehen auf Low. Über den Taster Ta1 können die Endstufen wieder eingeschaltet werden. Das Programm wird mittels der Datei AB_P12F508.hex in den Mikrocontroller geladen. Die Datei befindet sich im Downloadordner am Ende der Seite. Wer noch Änderungen am Programm vornehmen möchte, findet hier auch die Assembler-Datei AB_P12F508.asm Über die 5-polige Stiftleiste SV1 kann der PIC im eingebauten Zustand in der Schaltung programmiert werden (ICSP = In Circuit Serial Programming), ich empfehle jedoch die Programmierung im Programmiergerät ( z.B. JDM Programmer ). Wenn auf die ICSP Option verzichtet wird, kann SV1 entfallen. Wem der „Schnick Schnack“ mit dem Mikrocontroller und Signalaustausch zwischen Box und Vorverstärker zu viel ist, kann die Box natürlich auch ohne betreiben. In diesem Fall empfehle ich aber eine einfache Mute/Standby Steuerung einzubauen, die ein relativ geräuschfreies Ein-/Ausschalten ermöglicht. Voraussetzung sind gute Netzschalter, die keine höherfrequenten Spannungsspitzen beim Abschalten erzeugen. Ideal sind elektronische Relais, die im Nulldurchgang schalten.

Stromversorgung

Wie bei allen guten Endstufen kommt auch hier eine symmetrische Versorgungsspannung zum Einsatz. Nach Gleichrichtung der 2x15V~ des Transformators durch den Brückengleichrichter BR1 und Siebung über die Kondensatoren C1/C2 erhält man für den Leistungsteil etwa +/- 21V bei Nennlast (im Leerlauf ca. +/-25V => wichtig für die Spannungs-festigkeit der Kondensatoren). Eine Stabilisierung der Versorgungsspannung ist nicht erforderlich. Für die Frequenzweiche wird über die Spannungsregler IC6/IC7 eine symmetrische Versorgung von +/-5V abgenommen. Der Mikrokontroller erhält eine separate Versorgungsspannung, die von der Endstufenplatine abgenommen und über IC9 auf +5V reduziert wird. Wenn erforderlich kann die Versorgungsspannung auf max. +/- 50V erhöht werden (bitte Datenblatt lesen), allerdings muss dann durch geeignete Maßnahmen sichergestellt werden, dass die empfohlene maximale Eingangsspannung der 7805/7905 von 25V nicht wesentlich überschritten wird und alle Kondensatoren eine ausreichende Spannungsfestigkeit besitzen. Da hier mit Netzspannung gearbeitet wird, bitte den folgenden Abschnitt aufmerksam lesen: !!! Achtung Netzspannung !!! Arbeiten an oder mit Netzspannung sollten nur von autorisierten Personen durchgeführt werden. Der Nachbau erfolgt auf eigenes Risiko des Nutzers. Der Nutzer trägt die alleinige Verantwortung für die Einhaltung aller geltenden Sicherheitsvorschriften. Der Autor übernimmt keinerlei Haftung für Sach- oder Personenschäden, die durch die Verwendung oder Nichtverwendung der dargebotenen Information entstehen. Siehe auch Haftung Da der Kühlkörper in der Regel von außen zugängig ist, muss dieser mit dem Schutzleiter verbunden werden. Als zusätzliche Schutzmaßnahme für den Fall eines Kurzschlusses zwischen Primär- und Sekundärwicklung des Trafos sollte auch die Schaltungsmasse (GND) mit dem Schutzleiter verbunden werden. Erfolgt dieses über eine Drahtverbindung, entsteht unweigerlich eine Brummschleife, daher erfolgt die Verbindung über die antiparallelen Dioden D5/D6, da diese im Normalfall hochohmig sind und nur im Kurzschlussfall leiten. Dann überstehen die gewählten Typen kurzzeitig Ströme bis zu 200A. Das reicht bis entweder eine der Gerätesicherungen oder die Sicherung der Hausinstallation anspricht. Als weitere Maßnahme gegen Brummen wird die Schaltungsmasse über den Widerstand R36 mit dem Kühlkörper/ Schutzleiter verbunden. R36 sollte so klein wie möglich gewählt werden, jedoch nicht so klein, dass eine Brummschleife entsteht. Bei mir haben sich 100 Ohm bewährt. Parallel zu R36 liegt der Kondensator C38 zur Blockung von HF- Einstreuungen. R36/C38 sollten dicht an der Eingangsbuchse SV6 installiert werden.

Aufbau der Elektronik

Die Elektronik befindet sich in einem abgeteilten Fach im oberen Teil der Box. Die Front des Fachs besteht aus dem Kühlkörper mit 250mm x 50mm, einem oberen Alu Winkel 25mm x 15mm x 2mm und einem unteren Alu Winkel von 15mm x 15mm x 2mm, sodass eine Front von 250mm x 90mm entsteht. 2 Alu Winkel 25mm x 15mm x 2mm rechts und links ermöglichen eine einfache Montage des Moduls. Der Aufbau der Elektronik erfolgt auf 3 Streifenrasterplatinen (siehe auch Sonstiges => Streifenrasterplatinen). Die Stromversorgungsplatine und die Endstufenplatine sind von unten an dem Kühlkörper bzw. dem unteren Alu Winkel befestigt, während die Frequenzweichen-/Steuerungsplatine von oben montiert ist. Die Leistungs- ICs werden isoliert auf dem Kühlkörper montiert, da das IC-Gehäuse mit der negativen Versorgungsspannung verbunden ist. Da ich keine speziell für Multiwatt15 passenden Glimmerscheiben gefunden habe, verwende ich Glimmerscheiben für TO218, die etwas knapp in der Breite sind, jedoch gerade noch passen. Bei Verwendung von Streifenraster müssen die vorderen Reihen der Leistungs- IC Beine um einen halben Lochabstand von der Mitte nach außen gebogen werden, damit sie in das 2,54mm Raster passen. Die +/- 5V Spannungsregler benötigen normalerweise bei den geringen Strömen keine Kühlung, sind aber trotzdem auf dem Kühlkörper isoliert montiert. Nachfolgend einige Fotos des Aufbaus. Das Platinenlayout und die Stückliste befinden sich im Downloadordner am Ende der Seite. Ansicht ohne Frequenzweiche, rechts die Platine mit Gesamtaufbau den Kondensatoren für Option1

Gehäuse / ausgeführte Beispiele

Bei der ersten Bestückung mit dem alten Heco HKH25 Hochtöner und einem Visaton WS20E Tieftöner zeigten sich bei Frequenzgangmessungen starke Amplitudenspitzen bei 1,5 und 3 KHz, verursacht durch den Hochtöner. Ein Austausch gegen einen Visaton DT94 brachte das gleiche Ergebnis. Als Ursache stellten sich die scharfen Kanten der Gehäusefront heraus. Daraufhin wurde ein neues Testgehäuse mit annähernd identischen Maßen gebaut, die Front jedoch links, rechts und oben mit einer Fase von 25° und 22mm Breite versehen, wodurch das Problem weitestgehend behoben wurde. Als zusätzliche Version wurde das Gehäuse mit dem alten Heco HKH25 Hochtöner, einem Visaton W200S Tieftöner und einem Bassreflexrohr bestückt. Das Bassreflexrohr wurde aus einem Abflussrohr NW50 mit einem Innendurchmesser von 46,4mm hergestellt, wobei das eine Ende hinter der Aufweitung zur Muffe abgetrennt wurde, sodass hier ein leichter Konus vorhanden ist. Dieses sorgt für eine bessere Strömungsführung und einen festen Halt in der Gehäuserückwand. Das Gehäuse besteht aus 19mm MDF Platten. Der Trafo ist auf dem Boden der Box, nahe der Rückwand montiert. Die Rück- und Seitenwände, sowie der Bereich hinter dem Hochtöner wurden mit Polyesterwolle gedämmt. Kabeldurchführungen und eventuell vorhandene Ritzen im Gehäuse sollten mit Silikon abgedichtet werden, um Strömungsgeräusche zu vermeiden. Als Brandschutz ist das Fach für die Elektronik mit 0,5mm Blech ausgekleidet und der Trafo mit einer Haube und einem Boden aus ebenfalls 0,5mm Blech versehen. Die nachfolgenden Grafiken zeigen die Frequenzgänge der 2 getesteten Kombinationen, wobei die Werte > 200 Hz gemessen wurden, während die Werte bis 200Hz mit dem Programm Boxsim simuliert wurden, da ich nicht die Möglichkeit habe, Frequenzen unterhalb 200Hz ohne den Einfluss von Raumreflektionen zu messen. Boxsim ist ein umfangreiches, sehr zu empfehlendes Simulationsprogramm für Visaton Chassis, das kostenlos von der Visaton Seite oder der boxsim Seite heruntergeladen werden kann. Die gezeigten Frequenzgänge in der Vorgängerversion dieser Seite wurden mit einem Renkforce PHM 919 "Meßmikrofon" ermittelt und über eine Fehlerkurve, die aus Vergleichsmessungen mit einem Haun MBC550, das mir freundlicherweise von der Firma Open Air in Hamburg zur Verfügung gestellt wurde, korrigiert. Da Korrekturen bis zu 12dB!!! erforderlich waren (laut Hersteller nur 2dB Linearitätsfehler), habe ich mir das Beyerdynamic MM1 zugelegt, das inclusive individueller Korrekturkurven geliefert wird. Die folgenden Frequenzgänge wurden mit dem Beyerdynamic MM1 unter Berücksichtigung der Korrekturkurve ermittelt. Kombination WS20E-4Ω / DT94-8Ω: Der WS20E eignet sich nicht für Bassreflex Betrieb, daher wurde hier ein geschlossenes Gehäuse verwendet. Die Frequenzweiche wurde wie unter "Beschreibung der Schaltung" bzw. Stromlaufplan ausgelegt. Die Pegeleinstellung des Hochtöner liegt bei +1,6 dB (Schalterpos. 3) Als Option (Option1) kann der Tieftöner über eine Kapazität von 800µF (z.B. 470 µF und 330 µF parallel, Achtung nur bipolare Tonfrequenz Elkos verwenden) angeschlossen werden. Hierdurch klingt der Bass ausgewogener. Option 2 beinhaltet die Absenkung der Frequenzen oberhalb von ca. 4kHz. Hierfür wird parallel zu R7 ein Kondensator von 68nF eingelötet. Kombination W200S-4Ω / HKH25-4Ω: Hinweis: der von mir verwendete Hochtöner HKH25 ist mehr als 30 Jahre alt und nicht mehr auf dem Markt, daher kann die Kombination nicht direkt nachgebaut werden. Der W200S eignet sich gut für Bassreflex Betrieb, ist allerdings nur für Trennfrequenzen bis ca.1kHz geeignet, d.h. man braucht einen Hochtöner, der im Frequenzbereich so weit nach unten geht, besser noch man verwendet den W200S in einer 3-Wege Kombination. In der Kombination W200S-4Ω / HKH25-4Ω ergänzen sich die beiden Chassis auch noch bei einer etwas höheren Trennfrequenz. Die Weiche wurde auf folgende Werte ausgelegt: Fü = 1461 Hz ; Q = 0,5 mit: R = R Q = 3,3kΩ ; C = C Q = 33nF Pegeleinstellung Hochtöner: -0,7 dB (Schalterpos. 8) Klanglich gefällt mir diese Kombination noch etwas besser.

Download

Der unten aufgeführte Ordner beinhaltet alle relevanten Dateien, die für den Nachbau benötigt werden. 2Wege_Aktivbox_02.zip 17.07.2014: Seite erstellt 31.05.2016: Überarbeitung Aktive Frequenzweiche/Gehäuse/Messwerte 17.05.2017: Änderung Aktive Frequenzweiche/Messwerte/Platinenlayout

2-Wege Aktivbox