Digitale Audio Endstufen sind den analogen in Bezug auf den Wirkungsgrad deutlich überlegen und verbreiten sich entsprechend besonders im PA Bereich. Allerdings sieht man am Ausgang trotz Filterung deutliche Reste der Schaltfrequenz.

Bild 1 zeigt die Ausgänge einer TDA7498 Endstufe im Leerlauf, die man als Modul preiswert im Netz kaufen kann. Es handelt sich dabei um eine Brückenschaltung mit nur einer Stromversorgung. Die Reste der Schaltfrequenz von 313 kHz sind ca. 2 Vpp groß und in Phase.

Bild 2 zeigt die Ausgänge mit einem Sinus von 1 kHz im Gegentakt.

Möchte man solche Endstufen mit einem Audio Analyser vermessen so besteht die Gefahr dass die „hochfrequenten“ Schaltsignalreste im Empfänger zusätzliche Störsignale erzeugen und die Messung verfälschen.

Abhilfe schafft hier ein Filter. Für Brückenverstärker braucht man zwei, da die Taktreste in Phase sind. Ein differentielles Filter hilft hier nicht. In diesem Falle wird der Analyser differentiell angesteuert.

Bob Cordell hat in seinem Buch „Designing Audio Power Amplifiers“ ein solches Filter auf Seite 758 beschrieben. Ich habe es simuliert und zunächst auf einer meiner Lochrasterplatinen mit obiger Massefläche aufgebaut, es ist in Bild 3 zu sehen. 

Daraufhin habe ich mit EAGLE eine Platine entworfen. Sie enthält zwei identische Filter zusammen mit einer +- 12V Stromversorgung und passt in ein Teko Gehäuse.

Bild 4.1 und 4.2 zeigen die Schaltpläne. 

Schaltungsbeschreibung:

Im folgenden wird ein Filter beschrieben.

Das Ausgangssignal der Endstufe wird am Leistungswiderstand, 8 oder 4 Ohm, abgegriffen und an K1 angeschlossen. C1 entfernt die DC Anteile, besonders wichtig bei Brückenverstärker mit nur einer Versorgungsspannung, da die Ausgänge auf halben Potential der Stromversorgung liegen.

Braucht man diese Funktion nicht so kann man C1 mit einem Jumper auf K2 überbrücken.

R1 und R2 bilden einen Spannungsteiler von 10:1 um den Eingang des Analysers vor zu großen Pegeln zu schützen. Die Parallelschaltung von C2 und C3 bildet mit R1 und R2 einen ersten passiven Tiefpass. Der folgende R3 und C4//C5 den zweiten. Sie sollen dafür sorgen dass im folgenden aktiven Tiefpassfilter 4. Ordnung um IC1 keine Mischprodukte oder sonstige Störungen erzeugt werden. Der aktive Tiefpass kompensiert dabei den Abfall der passiven Filter so dass im Durchlassbereich ein flacher Frequenzgang entsteht. Über R8 gelangt das gefilterte Signal an die BNC Buchse K4. Alternativ können an K3 andere Buchsen angeschlossen werden.

Die Stromversorgung braucht man wohl kaum zu erklären. An K11 kann man eine LED auf der Front anschließen.

Bild 5 zeigt das Layout und Bild 6 die bestückte Platine.

Gegenüber der von Bob Cordell vorgeschlagenen Dimensionierung habe ich die Grenzfrquenz des Gesamtfilters halbiert. Damit hat man immer noch ca. 25 kHz geraden Frequenzgang, die – 3 dB Frequenz liegt bei ca. 41,6 kHz. Bild 7 zeigt den Frequenzgang gemessenen mit einem QA403 bei 192 kHz Samplingrate.

Mit einer analogen Endstufe wurden die Verzerrungen mit und ohne Filter gemessen, es wurde kein nennenswerter Unterschied festgestellt. THD lag bei 95 dB bei 1 W an 8 Ohm (8Vpp).

Bild 8 zeigt das Spektrum am Ausgang des TDA7498, ebenfalls bei 1 W an 8 Ohm. An beiden Brückenausgängen wurde jeweils ein Filter angeschlossen, der QA403 wurde differenziell angesteuert. THD wurde mit nur 62,6 dB gemessen.