Tiefpass dimensionieren

[Gerd T. (blaubart)]

Ich habe einen kleinen Verstärker mit einem PAM8302A aufgebaut. Ich habe 
ein leichten Pfeifen in der Schaltung und da ich nur Frequenzen bis max. 
2000Hz ausgeben möchte, möchte ich einen Tiefpass vorschalten. Wie man 
z.B. den Kondensator in Abhängigkeit von Frequenz und Widerstand 
berechnet ist mir bekannt. Da die Gleichung ja 2 Unbekannte hat, muss 
ich einen Wert vorgeben, z.B. den Widerstand. Allerdings ist mir noch 
nicht klar nach welchen Kriterien ich den Widerstand dimensioniere.

Vielleicht kann dazu jemand ein paar Worte schreiben?

[H. H. (Gast)]

Schau nach dem Eingangswiderstand des Verstärkers.

[Gerd T. (blaubart)]

ok, danke!
Im Datenblatt steht Input impedance 100kOhm. Wie legt man danach den 
Widerstand des Tiefpass aus?

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Gerd T. schrieb:
> Datenblatt steht Input impedance 100kOhm. Wie legt man danach den
> Widerstand des Tiefpass aus?

Selbst wenn du einen optimal gewählten 10k Längswiderstand mit einem 
dahintergeschalteten 6n8 Kondensator gegen GND vor den Eingang des 
PAM8302A schaltest, dann kann deine Verstärkerschaltung durch zuvor 
mangelhaften Aufbau trotzdem eine Schwingneigung entwickelt haben und 
lustig weiter Pfeifen!

Besser wäre einen Hochpass mit der gleichen geforderten Grenzfrequenz in 
die Gegenkopplung zu schalten. Dann wird das Pfeifen auf einem Schlag 
gleich mit eliminiert.

[Klaus K. (Gast)]

reden wir vom IC oder von dem Arduino Shield mit dem entsprechenden IC

der Differenzeingang wird korrekt verwendet?

[Rainer W. (rawi)]

Gerd T. schrieb:
> Ich habe einen kleinen Verstärker mit einem PAM8302A aufgebaut.
> ...
> Vielleicht kann dazu jemand ein paar Worte schreiben?

Wie hoch hast du die Verstärkung eingestellt und wie hast du das 
Eingangsfilter dimensioniert?

Du solltest die Ursache beseitigen, statt den Kopf in den Sand zu 
stecken ;-)
Woher kommt das Pfeifen? Die Schaltfrequenz des Verstärkers liegt weit 
oberhalb des Hörbereiches.

[Klaus H. (hildek)]

Gerd T. schrieb:
> Im Datenblatt steht Input impedance 100kOhm.

Ich lese 10kΩ.
Jeder Serienwiderstand am Eingang reduziert auch die Verstärkung. Und 
auch der Ausgangswiderstand deiner Signalquelle liegt in Serie dazu.

Wie gut hast du die VCC gefiltert? Im DB steht 1µF low ESR Keramik und 
parallel dazu 10µF oder größer.
Das Layout dürfte auch einen Einfluss haben ...

Pfeifen kann auch eine Interferenz mit einem Schaltnetzteil sein.

Enrico E. schrieb:
> Besser wäre einen Hochpass mit der gleichen geforderten Grenzfrequenz in
> die Gegenkopplung zu schalten.
Die Gegenkopplung ist intern, da kommt man nicht ran.

[Gerd T. (blaubart)]

Ich versuche mal alle Punkte zu beantworten.

Das beseitigen der Ursache wäre natürlich am Besten. Da habe ich schon 
viel Energie reingesteckt, aber wirklich beseitigen konnte ich es noch 
nicht. Der ESP ist ein aufgelöteter Chip (ESP32-wroom-32e-n8) und er 
erzeugt über den IO26 eine Sinuswelle, deren Frequenz angepasst wird. 
Die Sinuswelle kommt da auch sauber raus. Stelle ich den ESP so ein, 
dass er keinen Ton erzeugt, bleibt das Pfeifen natürlich.

Das Signal geht dann in einen 25kOhm Poti, um die Lautstärke einstellen 
zu können. An dessen Ausgang messe ich eine Sinuswelle, wenn der ESP 
keinen Ton erzeugen soll. Diese Sinuswelle ist sicher mein Problem. Sie 
wird kleiner und verschwindet, wenn ich den Poti auf 0Ohm drehe.

Vom Poti gehts in den Transistorverstärker, siehe Anhang. Die 
Verstärkung ist auf 10 eigestellt. Dann gehts in dem PAM, auch da habe 
ich den Schaltplan angehängt. Den habe ich im Grunde von Adafruit 
kopiert.

Vcc habe ich aus einem Netzteil entnommen, aber auch mit einem Akku 
getestet. Zusammen mit der oben beschriebenen Messung halte ich Vcc 
nicht für das Hauptproblem, es könnte aber noch eins sein.

Die Idee mit dem Hochpass und der Gegenkopplung finde ich recht 
interessant. Da wären alle Störungen effektiv erschlagen. Aber das 
scheint nich möglich zu sein, wie der letzte Beitrag zeigt. Aber dem 
Transistorverstärker könnte man die Gegenkopplung verschaffen und damit 
schon mal alles davor liegende erschlagen, oder?

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Gerd T. schrieb:
> Die Idee mit dem Hochpass und der Gegenkopplung finde ich recht
> interessant. Da wären alle Störungen effektiv erschlagen.

Du kannst ja mal diese Schaltung mit dem Hochpass (3k3 und 22nF) in der 
Gegenkopplung ausprobieren. Nur mal so aus Spaß for Fun, um zu sehen ob 
es funzt.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Gerd T. schrieb:
> Aber dem Transistorverstärker könnte man die Gegenkopplung verschaffen und damit
> schon mal alles davor liegende erschlagen, oder?

Das könnte übel schwingen.

Eine starke Dämpfung mit einem kleinen Kondensator wäre an T71 zwischen 
Collektor und Basis möglich. Mit 1..4nF müßte das schon kräftig gedämpft 
werden.

[Gerd T. (blaubart)]

Danke. Ich teste, und berichte! so einen kleinen Kondensator muss ich 
mir erst mal besorgen ;-)

[Marci W. (marci_w)]

Hallo Leute,

Enrico E. schrieb:
> Du kannst ja mal diese Schaltung mit dem Hochpass (3k3 und 22nF)

der PAM 8302 ist ja kein OP-Amp, es handelt sich um einen 
Class-D-Verstärker OHNE Ausgangsfilter! Ich bin mir ziemlich sicher, 
dass die RC-Kombi da nicht wie erwartet funktioniert.

Gerd T. schrieb:
> Ich versuche mal alle Punkte zu beantworten.
>
> Das beseitigen der Ursache wäre natürlich am Besten.

Es wäre natürlich klasse, wenn Du einen Schaltplan hier einstellen 
könntest, der Deinem Aufbau entspricht, statt den zweifelhaften 
Bildern(*) im Anhang und langatmiger Prosa. Nächste Frage: warum hängst 
Du da nen Transistorverstärker rein?

Du solltest außerdem systematisch bei der Fehlersuche vorgehen. Du 
schreibst ja, dass bei Potistellung Schleifer gegen Masse das Pfeifen 
weg ist. Dann kann es ja schonmal nicht am Verstärker liegen, eher an 
dem, was vom ESP32 kommt. Ändert sich die Lautstärke des Pfeiftons mit 
der Potistellung?
Fragen über Fragen, aber ohne rudimentären Schaltplan wird das echt 
schwierig.

Und wie wird denn der Sinus im ESP32 erzeugt, und wie ausgegeben? Als 
PWM oder über den DAC?

Und die Frage von von Klaus, ob Du den PAM als Chip verwendest oder auf 
einem fertigen Modul, sehe ich auch nirgends beantwortet.

Ohne weitere Angaben ist die Fehlerbehebung reines trial and error.

(*) was sind das für ominöse 120-"Ohm"-"Spulen" am Ausgang? Im 
Datenblatt ist da lediglich von "Ferrite Bead" die Rede. Hast Du da 
passende Spulen verwendet? Welche Induktivität? Das Thema hat allerdings 
nix mit Deinem eigentlichen Problem zu tun. Außerdem scheinen auf den 
erhältlichen Modulen bereits Cs und Ls am Ausgang vorhanden zu sein.

ciao

Marci

[Gerd T. (blaubart)]

Ich habe den Schaltplan mit Eagle erstellt. Soll ich diese Files 
hochladen, oder was genau meinst du mit Schaltplan statt ominösen 
Bildern?

Der PAM alleine brachte nicht genug Lautstärke. Deshalb den Transistor

Ja, die Lautstärke des Pfeifens ändert sich mit dem Drehen am Poti, so 
wie die Sinuswelle der Störung auch schwächer wird und schließlich 
verschwindet. Ich denke aber nicht der ESP verursacht das Pfeifen, eher 
etwas anders auf der Platine. Der ESP erzeugt den Sinus über einen DAC.

Die Frage von Klaus bezog ich auf den ESP, deshalb habe ich Angaben dazu 
gemacht. Ich verwende den PAM als Chip.

Die 120Ohm Widerstände sind Ferrite (120Ohm bei 100MHz)

[Rainer W. (rawi)]

Gerd T. schrieb:
> Ich denke aber nicht der ESP verursacht das Pfeifen, eher
> etwas anders auf der Platine.

Dann zeige bitte einmal einen kompletten Schaltplan. Wo sitzt das Poti?
Wenn es die Lautstärke des Pfeifens beeinflusst, spricht vieles dafür, 
dass das Pfeifen von einer Baugruppe davor stammt. Ausnahmen wäre 
irgendeine merkwürdige Rückwirkung - dann müsstest du die Signalquelle 
davor ändern, z.B. an Stelle des ESP einen Funktionsgenerator.

> Die 120Ohm Widerstände sind Ferrite (120Ohm bei 100MHz)

Und warum zeichnest du dann im Schaltplan keine Ferrit Beads ein? Das 
ist sehr irritierend. Und nein, wie Induktivitäten ("L") verhalten die 
sich auch nicht.

[Marci W. (marci_w)]

Hallo Gerd,

Gerd T. schrieb:
> oder was genau meinst du mit Schaltplan statt ominösen
> Bildern?

einen Schaltplan, der den IST-Aufbau der Schaltung zeigt. Siehe auch 
Rainers Antwort. Und nein, natürlich nicht die CAD-Files! Und bei der 
Gelegenheit am besten auch gleich das Layout, das bei solchen Sachen 
einen relevanten Einfluss auf die Funktion hat, hier einstellen.

Zum eigentlichen Problem: Wenn das Problem verschwindet, wenn das Poti 
gegen Masse gedreht wird, würde ich vermuten, dass das Problem Irgend wo 
vom Ausgang des ESP zum oberen Poti-Anschluss entsteht.
Ich würde in diese Verbindung mal einen Tiefpass einfügen, falls dieser 
nicht schon vorhanden ist. Denn es ist allgemein eine sehr gute Idee, 
einem DAC-Ausgang einen TP nachzuschalten. Komisch ist halt, dass die 
Störung auch dann auftritt, wenn der ESP nichts auf dem DAC ausgibt. Was 
misst Du denn (möglichst mit Oszi) an den einzelnen Punkten vom ESP über 
den Transistor und Poti bis zum PAM?
Und welchen Zweck haben denn die 100-Ohm-Widerstände R21 und R22 in 
Deinem Schaltplan?

ciao

Marci

[Gerd T. (blaubart)]

Das ganze besteht aus drei Platinen. Auf dem Displaybord wird das 
Soundboard über Stapelleisten aufgesteckt. Das Encoderbord enthät auch 
den Poti, der über den Stecker JP84  auf das Soundbord gesteckt wird. 
Diese Platne steht senkrecht, damit die Achsen von Encoder und durch das 
Frontpanel gehen.

Das Soundbord hat derzeit zu Testzwecken noch 3 Optionen zur 
Tonerzeugung:
- Über den ESP (derzeit in Verwendung)
- Über einen externen Sinusgenerator (Platien mit AD9833 auf Stecker 
JP85)
- Über einen aufgelöteten Sinusgenerator (AD9833, alle mit 4 beginnenden 
Teile)

Über einen Jumper an JP86 wird zwischen einem der beiden AD9833 und dem 
ESP als Tonquelle gewechselt. Da die Tonerzeugung mit dem ESP gut 
funktioniert, ist der Stecker JP85 frei und um ggf. Störungen zu 
vermeiden habe ich den Quarz Q41 entnommen.

Das Störgeräusch wird lauter, wenn ich den Widerstand erhöhe, und 
leiser, wenn ich ihn verringere. Das klingt, als würde GND schwingen. 
Beim Schaltungslayout haben wir aber versucht genau das zu vermeiden in 
dem wir dicke Leiterbahnen für die Spannungsversorgung, kurze Wege zw. 
den Bauteilen und große, durchkontaktierte Masseflächen verwendet haben.

R21 und R22 habe ich so dem Schaltungslayout von Adafruit entnommen. Ich 
würde mal einen Tiefpass mit 11,5kOhm und 6,8nF aufbauen und den testen. 
Wenn das klappt, dann ist es sicher leichter die Ursache einzugrenzen 
und sie zu beseitigen.

Bilder vom Oszi lade ich in einem gesonderten Post hoch, wird denke ich 
übersichtlicher.

[Gerd T. (blaubart)]

Das Bild IMG_3195.jpeg ist direkt am ESP gemessen. Das Oszi war wie 
folgt eingestellt:
5mV/cm und 0,5 Mikrosekunde/cm

Das Bild screenshot.png ist am Ausgang des Poti gemessen, der direkt 
hinter dem ESP sitzt. Der Widerstand war maximal. Oszi eingestellt wie 
oben beschrieben. Wird der Widerstand reduziert, verschwindet der Sinus 
und das ganze sieht aus wie auf dem anderen Bild. Das ist aber 
eigentlich alles viel zu hochfrequent um es zu hören.