Heute schon gepimpt? Was bringen "schnelle" Dioden" ?

[Mauersegler]

Physik manifestiert sich in Hardware, nicht in Meinungen. Wer erstklassiges Engineering für Einbildung hält, dem fehlt schlicht der Blick für die Substanz. Viel Freude weiterhin beim Messen.

[Jottka]

Jetzt ist aber auch gut. Meine Bullshit-Bingo Karte ist komplett. Husch husch ins Bett mit dir und vorher noch schnell am Altar Ingo Hansen huldigen... 

[Pufftrompeter]

Denkfehler ... es geht nicht ums Engineering. Sondern darum, ob es ueberhaupt eine mess- und/oder hoerbare Auswirkung haben kann.

Der Grat zwischen Engineering, Overengineering, Marketing und Nepper-Schlepper-Bauernfaengerei ist abseits des Hobbyradsports nirgends so gross wie bei HighEnd-Hifi, und nirgendwo ausserhalb irgendwelcher okkulter Betstaetten wird inbruenstig auch der allerirrste Schwachsinn, der nach allen Erkenntnissen der Wissenschaft NICHT SEIN KANN, trotzdem bis zur Selbstaufgabe des Verstandes und der Ratio inbruenstigst geglaubt.

Nochmal ... Hoerschwellen sind schliesslich keine Erfindung - Erfunden wuerde lediglich die Legende, dass sie nicht existieren. Und jetzt rat mal, wer mit so einer Legende Geld seit 50 Jahren verdient und Euch fehlgeleiteten Juengern damit das Geld aus dem Arsch leiert wie einst Johann Tetzel es nicht besser gekonnt haette.

[Mauersegler]

Hörschwellen gelten für stationäre Signale. Ich spreche von zeitlichem Energie- und Lastverhalten bei repetitiven Bassimpulsen. Dass Standardmessungen das nicht zeigen, widerlegt den Effekt nicht.

[Jottka]

[Mauersegler]

[Jottka]

"Wir wissen aber: Der Sohn Gottes ist gekommen und er hat uns Einsicht geschenkt, damit wir (Gott) den Wahren erkennen. Und wir sind in diesem Wahren, in seinem Sohn Jesus Christus. Er ist der wahre Gott und das ewige Leben."

Hatten wir nicht letztens erst so einen religiösen Spinner hier...

[Mauersegler]

Was hat das mit dem Thema zu tun? Was gibt dir das Recht, mich Spinner zu bezeichnen? Was bringt dir dieses Getue?

[oldiefan]

Diese "Diskussion", die ja inzwischen längst keine mehr ist, verlangt dringend nach Fakten!

Jeder der mit einer Suchmaschine nach "Schottky Brückengleichrichter" sucht, wird fündig, welche Vorteile und Nachteile damit verbunden sind, wo solche vorteilhaft eingesetzt werden können und wo nicht.


Zwei wesentliche Eigenschaften von Schottky-Dioden (als ein Beispiel einer "schnellen" Diode):

1. Kleinere Vorwärtsspannung von Schottky Dioden,
also weniger Spannungsverlust im Gleichrichter. Das hat mit Klang und Pimpen erkennbar nichts zu tun. In Fällen, wo es hinter dem Gleichrichter etwas eng mit der Spannungsreserve ist, kann man so mit Schottky-Dioden bis ca. 0,4 V mehr herausbekommen. Die sind zwar auch schnell, die Vorwärtsspannung ist aber eine andere Eigenschaft, die in diesem Fall massgeblich ist.

2. Geringere Ladungsspeicherung in schneller (Schottky-) Dioden-Gleichrichtung vermeidet hohe Spannungs-Spikes an Trafo Ausgang,
das ist nicht uneingeschränkt allgemein bekannt, ausführlich hier behandelt:
O. Horowitz, W. Hill, The Art of Electronics - The X-Chapters, Kap. 9x.6 "Transformer + Rectifier + Capacitor = Giant Spikes!", S. 410-411, Cambridge University Press, Cambridge 2020

Worum handelt es sich?
Man nehme ein einfaches Trafonetzteil, bestehend aus Netztrafo, Brückengleichrichter, Ladeelko und daran eine Last.
Es entstehen große sehr steile und schmale Spannungspeaks am sekundärseitigen Trafoausgang, wenn keine zusätzlichen Entstörmassnahmen vorgesehen sind. Diese können ggf. als "buzzing sound" in Audiogeräten hörbar werden, wobei die Übertragung über EM-Feld-Kopplung vonstatten geht, also nicht leitungsgebunden. Die Ausgangsspannung hinter dem Ladeelko enthält diese Spannungsspitzen nämlich nicht mehr.

Versuchsaufbau:
Netzteil mit normalem Si-Dioden-Brückengleichrichter
Im Schaltplan sind die hier wichtigen Eigenschaften des Trafos, nämlich dessen parasitäre serielle Streuinduktivität, der Sekundärwicklungswiderstand und die Sekundärwicklungskapazität als separate "Bauteilemodelle" der Wechselspannungsquelle im Schaltplan hinzugefügt.


Und so sieht die Spannung am Trafoausgang mit "normalen" 1N4004 Si-Dioden aus:


Diese scharfen Spikes am Trafoausgang haben eine nicht unerhebliche Amplitude. Sie treten nicht nur als 100 Hz-Störung auf sondern enthalten aufgrund der hohen Steilheit auch noch viele höherfrequente-Komponenten, die alle in Audioschaltungen unerwünscht sind. An der Spannung am Lastwiderstand sieht man, dass dort diese Spikes nicht mehr vorhanden sind. Sie werden also nicht leitungsgebunden "durchgereicht", können aber elektromagnetisch (induktive, kapazitive, magnetische Kopplung) in sensitive (z.B. hochohmige) Schaltungsteile einkoppeln und Störung des Audiospektrums bewirken.

(übersetzt aus. o.g. Quelle Horowitz/Hill)
Das Problem wird durch die Streukapazität des Trafos in Verbindung mit der "reverse recovery time" der Dioden verursacht. Die (serielle) Streuinduktivität des Trafos verursacht, dass der Strom durch den Gleichrichter der Spannung über dem Induktor hinterherhinkt. Wenn der Gleichrichterstrom schliesslich den Nullwert erreicht, besteht eine signifikante Gegenspannung über dem Induktor, dadurch sinkt der Strom schnell, entsprechend V = LdI/dt. Wären die Dioden unendlich schnell, hätten also Null reverse recovery time, dementsprechend auch keine Ladungsspeicherung, dann würden die Dioden auch sofort aufhören zu leiten, wenn der Strom am Nullpunkt ist. Wenn die Dioden aber Ladung speichern, also grössere rverse recovery time haben (= normale langsame Dioden), dann leiten diese Dioden weiterhin wenn der Strom negativ wird, und zwar so lange, bis die gespeicherte Ladung abgebaut ist, dann allerdings stoppt der Strom abrupt. Das abrupte Stoppen der Diodenleitung bei diesem "Gegenstrom" durch den Induktor induziert eine Gegenspannung V = LdI/dt, um den Strom möglichst aufrecht zu erhalten. Und das verursacht die Spannungs-Spikes.

Das bedeutet:
Der ggf. schädliche scharfe Störpeak aufgrund der Wechselwirkung der Trafo-Streuinduktivität mit der Dioden-Ladungsspeicherung, die mit der reverse recovery time der Dioden verknüpft ist, lässt sich mit schnellen Dioden (kürzere reverse recovery time, geringere Ladungsspeicherung) vermeiden oder zumindest stark vermindern.

Nimmt man also (schnelle) Schottky-Dioden für die Gleichrichterbrücke, sieht es so aus: Problem gelöst!






Statt schneller Dioden im Brückengleichrichter kann man auch einfach einen Snubber aus Kondensator und Widerstand (in Serie) zwischen die sekundären Trafoanschlüsse schalten:


Das Ergebnis ist damit auch gut:
Nimmt man zusätzlich zum Snubber noch eine Gleichrichterbrücke mit schnellen Schottky-Dioden, bringt das meist nichts mehr.



Es ist also nicht die "Schnelligkeit" der Diode an sich, was (nicht nur) bei der Gleichrichterbrücke einen Unterschied machen kann, sondern es ist die Ladungsspeicherung (Ladungsspeicherung, Kapazität der Diode, macht die Diode langsam) und die sich daraus ergebenden Folgen, die sich in ganz bestimmten Konstellationen nachteilig auswirken kann.

Bei sorgfältig konstruierten Trafo-Netzteilen findet sich ein Snubber oder wenigstens ein Snubberkondensator (ohne Serienwiderstand) zwischen den sek. Trafoausgängen. Dann bringt ein "schneller" Brückengleichrichter nichts mehr. Der nachträgliche Ersatz des normalen Brückengleichrichters durch einen "schnellen" (z.B. Schottky-) Gleichrichter ist also dann unnötig und wird sich klangmässig auch nicht auswirken.

Ich habe hier den einzigen mir bekannten Fall vorgestellt, wo nach meiner Kenntnis schnelle Dioden im Brückengleichrichter bei einem Trafonetzteil Sinn machen könnten. Und auch gezeigt, wie das in den allermeisten Fällen durch einen Snubber oder Snubberkondensator allein bereits gelöst wird, ohne dass man schnelle Dioden braucht.
Bei Schaltnetzteilen, wo wir bei hoher Frequenz gleichrichten, ist das eine andere Sache, dafür sind schnelle Dioden unverzichtbar. DAS war hier aber ja nicht das Thema.

Vielleicht können die Forenkollegen, die davon überzeugt sind, dass ein "schnellerer Brückengleichrichter" in Audioschaltungen über das hier gezeigte spezielle Beispiel hinaus noch mehr "Gutes" tun kann, das so vorbringen, dass es physikalisch nachvollziehbar wird? Bisher habe ich das vermisst.

Gruß
Reinhard