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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schaltungsfrage Kopfhörer Verstärker


Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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Hallo Leute,

anbei eine Schaltung für einen kleinen Kopfhörer Amp.
Er funktioniert übrigens ganz gut, trotzdem stelle ich
mir die Frage, wozu die Elkos C1 und C2 parallel zu den Dioden
gut sein könnten. (Ich hatte das mal irgendwo so übernommen).

Ich weiss also, dass die Elkos nicht schaden. Allerdings habe ich
nun nach näherer Untersuchung keinen Vorteil durch diese erkennen 
können.
(weder in der Simulation noch in der Praxis).

Meine Frage nun:
Was könnte sich der ursprüngliche Entwicker der Schaltung sich dabei 
gedacht haben ?

Gruss Klaus

Autor: KlaRa (Gast)
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Hallo Klaus,
die Dioden sollen das Potential verschieben. Dioden sind grundsätzlich 
wie jeder PN-Übergang nicht linear. Man wollte wohl mit den 
Kondensatoren diese Nichtliniarität mindern.
Die Elkos kannst Du vergessen. Sehr viel wichtiger ist der Ruhestrom. Je 
höher der Ruhestrom, desto geringer sind die Verzerrungen bedingt durch 
den AB-Betrieb.
Bei Powerendstufen sollte er mindestens 100mA betragen. Er kann aber 
auch je nach Anspruch das 3-5 fache betragen. Das geht natürlich zu 
lasten der Verlustleistung.
Wenn das ein Spice-Programm ist, lass Dir mal den Klirrfaktor ausgeben.
Gruss Klaus.

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Ein Ruhestrom wird bei dieser Schaltung wohl (noch) nicht fliessen, da 
die Dioden nur die B-E-Strecke der Transistoren 'kompensieren' aber 
nicht den Spannungsabfall an den Emitter-Widerständen R1 und R2. Somit 
wird es also wieder leichte Übernahmeverzerrungen (beim Nulldurchgang) 
geben. Der Klirrfaktor wird deshalb auch (noch) nicht berauschend sein.
Bei HiFi setzt man hin und wieder Kondensatoren/ELKOs parallel zu 
Dioden, um z.B. deren Rauschen zu vermindern. Allerdings hatte ich noch 
nirgends solche dicken ELKOs mit 100µF gesehen, weil diese grossen Werte 
bei HF wieder eher negativere Eigenschaften haben (Induktivitätsanteil 
wird zunehmend grösser und damit gibt's einen Impedanzanstieg mit 
zunehmender Frequenz der wiederrum die Filterwirkung drastisch 
verschlechtert). 10nF bis 10µF sind da schon eher die Regel. Einen 
'Linearisierungeffekt', wie "KlaRa" erwähnte, konnte ich mit dieser 
Beschaltung noch nie beobachten.

Mein Tip:
Setze jeweils zwei Dioden in Reihe im oberen und unteren Zweig. Eine der 
Dioden 'kompensiert' dann wieder wie gewohnt die B-E-Strecke vonm T1 
bzw. T2 und die andere Diode sorgt in Verbindung mit den 
Emitterwiderständen für einen Ruhestrom etwa in Höhe von Uf/Re (mit Uf 
~0,7V und Re = Emitterwiderstand). Allerdings sollte man dann den 
Emitterwiderstand vergrößern, sonst hat man rund 85mA Ruhestrom, was ein 
bißchen zuviel für die 2N390x-Transistoren wäre. Ich würde da 
versuchsweise zu 5...20mA tendieren, was dann einen Widerstand von 
140...35 Ohm bedeuten würde.
Ein weiterer Vorteil: Durch diese hochohmigen Emitterwiderstände wäre 
die Endstufe einigermassen kurzschlussfest - natürlich zu Lasten der 
max. mögl. Aussteuerbarkeit. Mit z.B. 39 Ohm ergibt sich bei 
Vollaussteuerung und ±15V Betriebsspannung im Kurzschlussfall einen 
Strom von höchstens 380mA (trotzdem eine Schmelzsicherung vorsehen). 
Allerdings wäre selbst dies für die 'armen' 2N390x-Transistoren bei 
weitem zu viel Verlustleistung (vom max. zul. Strom mal ganz abgesehen). 
Hier würde ich evtl. das Pärchen BD139/BD140 einsetzen und diese dann 
mit den vier Dioden auf einen kleinen Kühlkörper (bzw. Metallgehäuse) 
montieren. Der Stromverstärkungsfaktor der BDxxx ist zwar nur mau, aber 
bei Kopfhörern kommt man i.d.R. nicht in den Amperebereich, so das auch 
ein TL082 dies Treiben kann.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Könnte ein Einschalt-Plop-Killer sein: Direkt nach dem Anschalten der 
Versorgungsspannung sind die beiden Elkos ungeladen und erzwingen in 
beiden Transistoren ein Ube = 0V.

In Mischpulten nimmt man gerne den NJM4560 für solche Zwecke, ohne 
Hilfstransistoren. Der kann immerhin 20Vpp an 400R erzeugen. Für einen 
600R Kopfhörer habe ich auch schon mit Erfolg den NE5532 verwendet.

Kai Klaas

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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@ kai

Das kann natürlich sein.. da die ursprungsschaltung ja für Hifi gedacht 
war.

siehe http://sound.westhost.com/project113.htm

zunächst hatte ich die Biester einfach so akzeptiert..  so nach dem 
Motto:

Kondersator = AC Pfad

Zweifel kamen aber wegen der ernormen Grösse auf

@raimund und klara

waren auch prima Antworten von euch.

@ all

Eigentlich ist soweit alles geklärt. Trotzdem werde ich noch intensiver 
auf das Thema zurückkommen und erklären warum ich mich damit befasse.
(damit der Artikel später einen grösseren Sinn bekommt.

Hab gerade wenig Zeit und deshalb ... Bis später !

Klaus

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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So meine Freunde ..  hier nun die Restinfos

Das Ziel meiner schaltung is ein KH-Amp in 2 Kanal (Stereo ?)
Es geht hier nicht um HIFI sondern um ein kleine tragbare und 
Batterieberiebene Einrichtung für allerlei Zwecke.

Wegen des Batteriebetriebes habe ich mich auch nicht dazu hinreissen 
lassen
den von RAIMUND RABE vorgeschlagenen hohen Ruhestrom einzubauen.

/ dabei fällt mir ein ... ich hätte noch Ruhestrom zu verkaufen  /

der Ruhestrom meiner Schaltung liegt bei etwa 0,5mA  .. also soweit OK

Der grundsätzliche Sinn des Aufwandes wurde mir klar,
nachdem ich einen KH Amp mit integrierten Brückenverstärkern(keine Elkos 
am Ausgang)  bauen wollte. Da hatte ich mir extra einige TDA7052A 
bestellt.
merkwürdig wurde das ganze als ich 2mal Brückenausgang über eine normale 
KH-Klinke leiten wollte.

Ich hoffe .. alle erkennen das Problem

Der Anwendungsbereich der Schaltung:

signaltracer
KH Amp für Goldsuchgeräte
KH Amp für Fledermausohren

naja ist halt ein KH Amp.
gruss Klaus

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Aaaahja! Aber für den Anwendungsbereich braucht der KH-Amp dann doch 
keinen Ruhestrom, denn für Singal-Tracer, Goldsuchgeräte und 
Fledermausohren sind die Übernahmeverzerrungen beim Nulldurchgang 
durchaus zu verschmerzen.
Bei HiFi-Puristen hingegen sind sie natürlich der Todfeind und unter 
allen Umständen zu vermeiden. ;-)

Einen KH-Verstärker mit 'Brücken'-Endstufen und der üblichen 
asymmetrischen Verdrahtung (1x GND, 1x Links, 1x Rechts) hatte ich aber 
mal irgendwo im WWW gesehen/gefunden. War glaube ich auch sehr 
trickreich gemacht, indem es eigentlich mit drei(!) 
Single-Ended-Endstufen aufgebaut wurde, von der eine das GND-Signal 
getrieben hat. Um zu verstehen warum es (höchstwahrscheinlich ganz gut) 
funzt, muss man nur wissen, das sehr hohe Pegel i.A. nur im Bassbereich 
zu finden sind und dann auch noch i.d.R. in Mono, d.h. im Linken und 
rechten Kanal identisch und vor allem gleichphasig. Das hat, wenn ich 
mich recht erinnere, der Entwickler dieser Schaltung auch ganz gezielt 
ausgenutzt, indem er Differenz- und Summensignale ganz geschickt auf die 
drei Endstufen gegeben hat.
Leider habe ich mir kein Lesezeichen auf seine Homepage angelegt, und 
finde deshalb die Seite auch nicht mehr - falls Du Interesse daran 
gehabt hättest. Sorry. :-(

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Du brauchst eigentlich nicht den Bauteileaufwand für die Virtual Ground 
Erzeugung, wenn du die 35R Last über einen 100µF Elko direkt gegen die 
Batteriemasse arbeiten läßt.

Im Anhang habe ich gezeigt, wie man auch ganz ohne Endstufe auskommen 
könnte. Es werden einfach drei OPamps des TS914 mit ihren Ausgängen 
parallel geschaltet.

Dieser OPamp ist gut für diese Schaltung geeignet, da er eine 
Ruhestromaufnahme von nur 200µA/OPamp hat, aber gleichzeitig 100R-Lasten 
treiben kann.

Nicht gezeigt ist die obligatorische Betriebsspannungsentkopplung 
(10...100µF) und die Polung des Ausgangselkos: Der Minuspol geht zum 
Lautsprecher.

Für P1 nimmst du am besten ein logarithmisches Poti. Das Gehäuse des 
Potis (falls vorhanden) kannst du zu Abschirmungszwecken mit Masse 
verbinden. Dann sollte die Schaltung stabil arbeiten.

Kai Klaas

Autor: ulrich (Gast)
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Wenn man Strom sparen will, wäre die Lösung mit dem dicken Elko am 
Ausgang besser als die Brückenschaltung. So groß und teuer sind Elkos ja 
mitlerweilen auch nicht mehr, und wenn der Elko groß genug ist um den 
Frequenzgang nicht wesentlich zu stören, gibt es auch kaum Probleme mit 
Nichtlinearität usw.


Für die Verstärkerschaltung an sich müssen die Elkos nicht so groß sein. 
Bei niedrigen Frequenzen werden Verzerrungen von der Gegenkopplung über 
den OP überdeckt. Für hohe Frequenz, auch außerhalb des Hörbereichs 
könnten Kondensatoren hier aber hilfreich sein, um die Stabilität der 
Schaltung zu verbessern.

Autor: Jens G. (jensig)
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@Kai Klaas
>Könnte ein Einschalt-Plop-Killer sein: Direkt nach dem Anschalten der
>Versorgungsspannung sind die beiden Elkos ungeladen und erzwingen in
>beiden Transistoren ein Ube = 0V.

Das glaube ich nicht. Denn der OPV mit der Gegenkopplung würde auf alle 
Fälle versuchen, den Ausgang (hinter den Transistoren, den dort wird die 
Gegenkopplung abgegriffen) auf den Pegel zu bringen, die ihm seine 
Eingänge aufdiktieren. Notfalls gibt er eben extra viel Gas, um die 
Transistoren dorthin zu bekommen, auch wenn die Kondies noch nicht 
geladen sind.
Ich denke, der Grund ist ein anderer: wenn der OPV langsam an die 
Austeuerungsgrenzen kommt, würde die Spannung und damit der Strom 
über/durch die 1k-Widerstände derart niedrig werden, daß die alleine 
nicht mehr ausreichen würde, die Transistoren genügend durchzusteuern. 
Um das zu kompensieren, muß der OPV zunehmend Strom übernehmen. Da aber 
dort Dioden in Sperrrichtung sind, könnte er das nicht. Also überbrücken 
die C's die Dioden für diesen Fall (die halten sozusagen die Uf der 
Dioden in diesen Extremlagen aufrecht). Damit ist sichergestellt, daß 
noch genügend Basisstrom verfügbar ist in den jeweiligen Halbwellen, 
wenn auf Anschlag gefahren wird.

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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@ Jens G.:

Ja, Du könntest recht haben Jens.
Je dicker die ELKOs, umso mehr könnten sie als Bootstrap-Kondensatoren 
fungieren, und tatsächlich die Aussteuerung im Grenzbereich (also in der 
Nähe der Versorgungsspannungen), aus den von Dir genannten Gründen, 
verbessern.

Leider hat sich der Autor, der diese Schaltung 'entwickelt' hat 
(http://sound.westhost.com/project113.htm), nicht über den Einsatz 
dieser ELKOs ausgelassen.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Leider hat sich der Autor, der diese Schaltung 'entwickelt' hat
>(http://sound.westhost.com/project113.htm), nicht über den Einsatz
>dieser ELKOs ausgelassen.

Ich habe die Schaltung aus dem Link mal ein wenig simuliert: Bei 35R 
Last kommen ab einem Ausgangssignal von 5Vs die Basisströme vollständig 
aus den Elkos. Läßt man sie weg, klippt der Ausgang bereits bei 5Vs! 
Jens hat also völlig Recht.

Die Schaltung hat auch einen Schönheitsfehler, der Autor schreibt 
nämlich, daß Schwingneigung auftritt...

Kai Klaas

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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Hallöchen,

da muss ich sagen dass da noch viele gute Erkenntnisse durch euch zutage 
getreten. Ich werde dass dann unter den aufgezeigten dann nochmals 
simulieren und im Eneffekt dann doch die Elkos einbauen.

@Kai Die Schwingneigung habe ich bisher nicht feststellen  können.
Bei der kleinen Betriebsspannung, die ich verwende, ist das wohl nicht 
ganz so kritisch. Sollte sich doch ein Schwingneigung herausstellen, 
kann ich ja immer noch nen kleinen C parallel zum Feedback-R einsetzen.


danke euch nochmal

Klaus

Autor: ulrich (Gast)
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Die OPs wie  TL082 neigen gerade bei niedriger Versorgungsspannung zum 
Schwingen. Wegen der insgesamt ca. 20 fachen Verstärkung wird es hier 
aber nicht so schlimm sein.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Die OPs wie  TL082 neigen gerade bei niedriger Versorgungsspannung zum
>Schwingen. Wegen der insgesamt ca. 20 fachen Verstärkung wird es hier
>aber nicht so schlimm sein.

Die ist bei Klaus ja gerade veränderlich, zwischen 1 und 22!

Kai Klaas

Autor: mhh (Gast)
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Ein Boucherot-Glied am Ausgang hilft da problemlos.

Autor: High Performer (Gast)
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>Ein Boucherot-Glied am Ausgang hilft da problemlos.

Könnte im Schaltplan des Threaderstellers allerdings auch zu einer 
Vergrößerung der Schwingneigung führen, da durch den Kondensator evtl. 
eine zusätzlich Phasendrehung erzeugt wird. Und ja, ich habe die 
induktive Last aka Kopfhörer gesehen ;-)

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>@Kai Die Schwingneigung habe ich bisher nicht feststellen  können.
>Bei der kleinen Betriebsspannung, die ich verwende, ist das wohl nicht
>ganz so kritisch. Sollte sich doch ein Schwingneigung herausstellen,
>kann ich ja immer noch nen kleinen C parallel zum Feedback-R einsetzen.

Also, ich habe jetzt mal mit TINA eine Stabilitätsanalyse durchgeführt 
(siehe Anhang). Demnach reagiert die Schaltung nicht auf die 
Induktivität am Ausgang empfindlich (getestet bis 10H), sondern auf 
Streukapazitäten am "-" Eingang des OPamps und Lastkapazitäten parallel 
zum Kopfhörer, also beispielsweise durch lange Kopfhörer-Kabel.

Mit angenommenen 20pF am "-" Eingang des OPamp und 200pF parallel zum 
Kopfhörer kann die Phasendrehung bei 3MHz (Unity Gain Bandwidth des 
TL082) auf positive Werte gedrückt werden, wenn du parallel zum Poti 
einen 100pF Kondensator lötest.

Nur bei V=1 wird die Phasendrehung leicht negativ und verringert die 
Phase Margin um rund 5°. Ist aber noch im grünen Bereich. Wenn du auf 
Nummer Sicher gehen willst, schaltest du in Serie zum Poti einen 1k 
Widerstand, um auf diese Weise die minimale Verstärkung auf V=2 zu 
begrenzen. Dann kannst du ein bißchen mehr Lastkapazität zulassen, bis 
rund 1nF.

Ein Zobelglied verringert eher wieder die Phase Margin und ist nicht 
erforderlich.

Achja, die 300R simulieren die Open-Loop-Ausgangsimpedanz des TL082.

Kai Klaas

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Ich frage mich eigentlich mittlerweile, warum der Entwickler der 
Schaltung nicht die 'übliche' Methode verwendet hat, um die 
Ausgangsleistung (oder besser den Ausgangsstrom) des OpAmp zu erhöhen, 
insbesondere weil die Betriebsspannung nur ±15V beträgt.
Mit der Schaltung meine ich die stromverstärkende Variante, die in den 
Versorgungsleitungen des OpAmp Widerstände hat, über die dann die 
Leistungstransistoren ihre Basis-Emitter-Spannung erhalten.
Bei dieser Schaltung bräuchte er dann keine dicken ELKOs mehr, die mehr 
oder weniger im Signalzweig sitzen.
Vom Originalschaltplan ausgehend müsste man dazu lediglich die Emitter 
und Kollektoren der beiden Transistoren als auch ihre 'Polarität' (also 
aus NPN wird PNP und vice versa) tauschen. Die beiden Dioden und die 
beiden ELKOs entfallen komplett. Und anschliessend jeweils die Basis von 
T1 bzw. T2 mit ihrem Knotenpunkt zum Widerstand R4 bzw. R3 mit den (+)- 
und (-)-Versorgungsspannungspins des OpAmps verbinden. Dann noch einen 
Lastwiderstand (der noch zu berechnen wäre) nur für den OpAmp von seinem 
Ausgang nach GND. Das funzt natürlich nur dann für einen 
Stereo-Verstärker, wenn man es ausschliesslich mit Single-OpAmps macht, 
d.h. wo nur ein einziger OpAmp im z.B. 8-pol. DIL-Gehäuse sitzt. Für 
Stereo die ganze Schaltung dann extakt mal zwei!

Jetzt dürften allerdings R3/R4 zu hochohmig sein. Man sollte den OpAmp 
ruhig ein paar Milliampere selbst (in seinen eigenen Lastwiderstand) 
treiben lassen und den Rest dann von den Endstufen-Transistoren in die 
Kopfhörer.
Bei 5mA wären das für R3/R4 Werte im Bereich um die 140 Ohm (gewählt 150 
Ohm). Diese 5mA sollten dann auch noch durch seinen Lastwiderstand 
fliessen können, ohne das Ausgangssignal in die Begrenzung zu treiben 
(z.B. mit 1 kOhm).

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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@ kai klaas
Da hast du dir aber jetzt richtig viel Mühe gemacht. Danke dafür.
Ich hab die Sache soweit aufgebaut und werde wohl heute Abend nochmal 
den Ossi reinhalten und ein paar abschliessende Tests machen.
Abschlussbericht folgt dann.


@raimund Rabe
das ist natürlich eine ganz andere Frage.

gruss klaus

Autor: Jens G. (jensig)
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@ Raimund Rabe

Hatte ich auch schon mal versucht vor langer, langer Zeit. Das Ding 
konnte ich (zumindest mit meinem Wissensstand von damals) allerdings 
nicht dazu überreden, seine Tätigkeit als Oszillator sein zu lassen ;-) 
Da es aber nur eine fliegende Verdrahtung war, war das aber vielleicht 
nicht verwunderlich.
Letztendlich ist es die typische Beispielschaltung zur 
Leistungserhöhung, wie Sie gern in Zusammenhang mit dem TDA2030 o.ä. 
gezeigt wurde.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>@ kai klaas
>Da hast du dir aber jetzt richtig viel Mühe gemacht. Danke dafür.
>Ich hab die Sache soweit aufgebaut und werde wohl heute Abend nochmal
>den Ossi reinhalten und ein paar abschliessende Tests machen.
>Abschlussbericht folgt dann.

Wenn du die Schaltung zum Schwingen bringen willst, dann fuchtel mal mit 
dem Finger oder dem Oszi-Tastkopf am "-" Eingang herum. Streukapazität 
hier nach Masse bewirkt eine fiese Phasendrehung in der Gegenkopplung...

>Hatte ich auch schon mal versucht vor langer, langer Zeit. Das Ding
>konnte ich (zumindest mit meinem Wissensstand von damals) allerdings
>nicht dazu überreden, seine Tätigkeit als Oszillator sein zu lassen ;-)
>Da es aber nur eine fliegende Verdrahtung war, war das aber vielleicht
>nicht verwunderlich.

Ich habe diese Schaltung vor Jahrzehnten auch schon mal verwendet, um 
eine niederohmige Hallspirale zu treiben. Hat prima funktioniert.

Leider kann ich das mit TINA nicht simulieren, weil die 
Versorgungsströme der OPamp irgendwie falsch modelliert werden. Ich 
denke aber, die eigentliche Instabilität kommt nicht von diesen 
zusätzlichen Transistoren, sondern von den Streukapazitäten am "-" 
Eingang des OPamp und natürlich von Lastkapazitäten am Ausgang, 
beispielsweise durch lange Kabel. Bei großen Transistoren allerdings 
sieht das natürlich wieder anders aus. Ich konnte in der Simulation 
schon einen gewissen Unterschied feststellen, wenn ich einen 2N3904 
durch einen BD139 ersetzt habe.

Kai Klaas

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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Hallo Kai,

habe nun heute noch einige Messungen durchgeführt.
Betriebsspannungen zwischenm 5 und 17 Volt -> OK
Am Ausgang mit 35Ohm und mit 300Ohm Höhrer -> OK
Am Ausgang mit verschiedenen C parallel zum Hörer (bis 22nF) -> OK

Die Gesamtbeschaltung ist so geblieben wie in meinem zweiten Post.
-> diese Schaltung:
http://www.mikrocontroller.net/attachment/81148/ko...

.. also ohne FB-Cap und ohne Zobel aber mit den 100uF Dingern.

Es schwingt also nichts da ist auch nicht dazu zu bewegen (was ja gut 
ist)

Der Klang ist besser als ausreichend und  also OK.

Eine kleine Zusatzänderung betrifft die Erzeugung des Virtual Gnd.
In Reihe zu R13 wurde noch eine Diode 4148 eingesetzt um Vgnd um 0,6V 
über
UB/2 zu heben. Das passt etwas besser zum TL082.

Gruss Klaus

p.s.
eine Korrektur zu meiner verlinkten Zeichnung:
1. der Fusspunkt des Eingangselkos C3 geht natürlich gegen Vgnd und 
nicht gegen Masse.

2. Eingangswiderstand R5 verringert auf 4k7 gegen Störeinstrahlung

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