40V+ Impuls auf Gleichspannung aufschalten

[Andreas B. (loopy83)]

Hallo liebe Analogtechniker,

ich habe ein Verständnisproblem mit der Schaltung im Anhang.

Ziel dieser Schaltung ist es, den Ausgang bei ca. konstanten 11V zu 
halten, einstellbar durch das Poti. Der Eingang liegt dabei auf ca. 
+8,5V.

Nun soll bei einem 4us langen -8,5V Impuls am Eingang ein über 40V hoher 
Impuls der gleichen Länge auf den Ausgang geschaltet werden.

So weit, so gut... LTSpice verrät mir, dass sich die Schaltung auch so 
verhält. Datei siehe Anhang...

Nur wie kommen die über 40V zum Ausgang?

Bei 8,8V am Eingang steuert Q2 durch und zieht C52 auf -20V.
Gleichzeitig wird C52 auf der anderen Seite an die 11V gelegt... er läd 
sich also auf 31V auf.

Kommt nun der negative Impuls mit -8,5V am Eingang, sperrt Q2 und Q1 
steuert durch und zieht C52 auf +20V. Da C52 ja auf 31V aufgeladen ist 
und nun am Minuspol auf einmal +20V anliegen, hebt sich das Potential an 
der Anode auf theoretische 51V an? Sehe ich das richtig, oder passiert 
hier etwas anderes?

Welche Funktion haben R9 und R8?
Auch habe ich Probleme mit C51 und C53. Das Eingangssignal ist 
weitestgehend eine Gleichspannung. Laden die sich nicht auf und das wars 
dann? Woher kommt das Potential an der Basis für Q2?

In der aufgebauten Schaltung habe ich lediglich einen Impuls von ca. 30V 
am Ausgang gemessen. Also lediglich eine Differenz von 20V. Was kann die 
Ursache sein? Könnte eine zu lange falltime des Eingangsimpulses die 
Ursache sein, da der Kondensator nicht schnell genug umgeladen wird?

Wieso funktioniert laut LTSpice die Schaltung auch noch, wenn ich den 
Eingang immer im positiven Bereich halte und den Impulse lediglich von 
8,5V auf 7V gehen lasse? Müsste dann Q1 nicht immer noch gesperrt sein 
und Q2 dauerhaft leiten?

Viele Fragen,
Vielen Dank!
Andi

[Raimund R. (corvuscorax)]

Andreas B. schrieb:
> Hallo liebe Analogtechniker,
>
> ich habe ein Verständnisproblem mit der Schaltung im Anhang.
>
> Ziel dieser Schaltung ist es, den Ausgang bei ca. konstanten 11V zu
> halten, einstellbar durch das Poti. Der Eingang liegt dabei auf ca.
> +8,5V.
>
> Nun soll bei einem 4us langen -8,5V Impuls am Eingang ein über 40V hoher
> Impuls der gleichen Länge auf den Ausgang geschaltet werden.
>
> So weit, so gut... LTSpice verrät mir, dass sich die Schaltung auch so
> verhält. Datei siehe Anhang...
>
> Nur wie kommen die über 40V zum Ausgang?
>
> Bei 8,8V am Eingang steuert Q2 durch und zieht C52 auf -20V.
> Gleichzeitig wird C52 auf der anderen Seite an die 11V gelegt... er läd
> sich also auf 31V auf.

Soweit korrekt.

> Kommt nun der negative Impuls mit -8,5V am Eingang, sperrt Q2 und Q1
> steuert durch und zieht C52 auf +20V. Da C52 ja auf 31V aufgeladen ist
> und nun am Minuspol auf einmal +20V anliegen, hebt sich das Potential an
> der Anode auf theoretische 51V an? Sehe ich das richtig, oder passiert
> hier etwas anderes?

Das ist ebenfalls soweit richtig.

> Welche Funktion haben R9 und R8?

R8 sorgt ohne Eingangsspannungsänderung dafür, daß die B-E-Strecke von 
Q1 abgeschlossen ist und damit Q1 nicht leiten kann.
Über R9 hingegen fließt von AGND, über die B-E-Strecke von Q2 nach 
-20V ein Basisstrom, der Q2 leitend macht.

> Auch habe ich Probleme mit C51 und C53. Das Eingangssignal ist
> weitestgehend eine Gleichspannung.

Nur dann funktioniert das Ganze auch wie gedacht.

> Laden die sich nicht auf und das wars dann?

Ja das tun sie. Ist das erledigt, gibt's keinen Strom durch sie 
hindurch.

> Woher kommt das Potential an der Basis für Q2?

Durch den Basisstrom, der durch R9 fließt!

> In der aufgebauten Schaltung habe ich lediglich einen Impuls von ca. 30V
> am Ausgang gemessen. Also lediglich eine Differenz von 20V. Was kann die
> Ursache sein? Könnte eine zu lange falltime des Eingangsimpulses die
> Ursache sein, da der Kondensator nicht schnell genug umgeladen wird?

Ja, durchaus. Wenn Q1/Q2 zu langsam angesteuert werden, d.h. der 
Eingangsimpuls nicht steilflankig genug ist, erreicht die 
Ausgangsspannung auch nicht die volle Höhe, da sich C52 über den 
Lastkreis ja auch sofort beginnt zu entladen. Der Ausgangsimpuls dürfte 
daher so oder so eine mehr oder weniger ausgeprägte Dachschräge haben, 
was sowohl von der Kapazität von C52 als auch von der angeschlossenen 
Lastimpedanz abhängt.

> Wieso funktioniert laut LTSpice die Schaltung auch noch, wenn ich den
> Eingang immer im positiven Bereich halte und den Impulse lediglich von
> 8,5V auf 7V gehen lasse? Müsste dann Q1 nicht immer noch gesperrt sein
> und Q2 dauerhaft leiten?

Wegen C51 und C53 am Eingang. Hiermit wird jegliche Gleichspannung von 
Q1 und Q2 ferngehalten. Lediglich Änderungen werden sich durch einen 
Stromfluß durch C51 bzw. C53 bemerkbar machen - und sorgen dann, bei 
negativer gehenden Spannungen an IN, dazu, daß Q2 sperrt und Q1 leitend 
wird. Der absolute Pegel an IN ist daher (in gewissen Grenzen, d.h. 
anbhängig z.B. von der Spannungsfestigkeit von C51/C53) völlig egal.

> Viele Fragen,
> Vielen Dank!
> Andi

[Falk B. (falk)]

@  Andreas B. (loopy83)

>Nun soll bei einem 4us langen -8,5V Impuls am Eingang ein über 40V hoher
>Impuls der gleichen Länge auf den Ausgang geschaltet werden.

>So weit, so gut... LTSpice verrät mir, dass sich die Schaltung auch so
>verhält. Datei siehe Anhang...

Wirklich? Zeig mal die Timingdiagramme.

>Nur wie kommen die über 40V zum Ausgang?

>Bei 8,8V am Eingang steuert Q2 durch und zieht C52 auf -20V.

Nö, Gleichspannung hat gar keine Wirkung, auf Grund der 
Koppelkondensatoren C51/C53.

>Gleichzeitig wird C52 auf der anderen Seite an die 11V gelegt... er läd
>sich also auf 31V auf.

Auch falsch. Im Ruhezustand sind beide Transistoren gesperrt, der 
gemeinsame Kollektor hochohmig.

>Kommt nun der negative Impuls mit -8,5V am Eingang, sperrt Q2 und Q1
>steuert durch und zieht C52 auf +20V.

Ja.

> Da C52 ja auf 31V aufgeladen ist

Das eher nicht, bestenfalls zufällig. Eigentlich sollte da mindestens 
ein hochohmiger Widerstand von den Kollektoren nach AGND sein, damit der 
Punkt nicht floatet. Dann ist C53 im Ruhezustand auf die 
Ausgangsspannung OUT aufgeladen.

>und nun am Minuspol auf einmal +20V anliegen, hebt sich das Potential an
>der Anode auf theoretische 51V an?

Anode? Von D1? das belibt wo es ist. Die Kathode wird angehoben, nämlich 
um 20V.

> Sehe ich das richtig, oder passiert hier etwas anderes?

Anders ;-)

>Welche Funktion haben R9 und R8?

Die sorgen dafür, dass die Transistoren im Ruhrzustand sicher sperren.

>Auch habe ich Probleme mit C51 und C53.

Ich auch. Diese Schaltung ist eher ungewöhnlich. Normalerweise baut mein 
einen Leistungsverstärker "anders herum", nicht mit zwei komplementären 
Emitterschaltungen sondern mit komplementären EmitterFOLGERN. Also T1 
und T2 getauscht. Und dann werden die Basen miteinander verbunden.

> Das Eingangssignal ist
> weitestgehend eine Gleichspannung. Laden die sich nicht auf und das wars
>dann?

Eben.

> Woher kommt das Potential an der Basis für Q2?

Das leigt auf AGND.

>In der aufgebauten Schaltung habe ich lediglich einen Impuls von ca. 30V
>am Ausgang gemessen. Also lediglich eine Differenz von 20V.

Was meiner Vorhersage entgegen kommt ;-)

> Was kann die Ursache sein?

Siehe oben.

> Könnte eine zu lange falltime des Eingangsimpulses die
> Ursache sein, da der Kondensator nicht schnell genug umgeladen wird?

Nö.

>Wieso funktioniert laut LTSpice die Schaltung auch noch, wenn ich den
>Eingang immer im positiven Bereich halte und den Impulse lediglich von
>8,5V auf 7V gehen lasse?

Weil C51 und C53 nur AC durchlassen, Gleichspannung hat keinen Effekt.

> Müsste dann Q1 nicht immer noch gesperrt sein
> und Q2 dauerhaft leiten?

Nein, siehe oben.

MFg
Falk

[Alexander S. (esko)]

Falk Brunner schrieb:
>>Gleichzeitig wird C52 auf der anderen Seite an die 11V gelegt... er läd
>>sich also auf 31V auf.
> Auch falsch. Im Ruhezustand sind beide Transistoren gesperrt, der
> gemeinsame Kollektor hochohmig.

Nein, im Ruhezustand ist Q2 offen, der Kollektor liegt auf ~0V.
R9 steuert Q2 durch. (Emitter von Q2 liegt auf -20V)



>> Da C52 ja auf 31V aufgeladen ist

Ja. Im Ruhezustand liegt C52 zwischen +11V und -20V.



>>In der aufgebauten Schaltung habe ich lediglich einen Impuls von ca. 30V
>>am Ausgang gemessen. Also lediglich eine Differenz von 20V.

Was hängt denn so alles am Ausgang?
Ich schätze dass es hier einen kapazitiven Spannungsteiler gibt der aus 
den 40V die 30V macht.


PS: Sehe gerade, dass R.Rabe schon dasselbe schrieb.

[Falk B. (falk)]

@  Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite

>Nein, im Ruhezustand ist Q2 offen, der Kollektor liegt auf ~0V.
>R9 steuert Q2 durch. (Emitter von Q2 liegt auf -20V)

Hmm, stimmt.

MFG
Falk

[Andreas B. (loopy83)]

Hallo und vielen Dank für die mehr als ausführlichen Antworten.

Also der Ruhezustand ist klar. Q2 ist leitend durch den R9 (positiveres 
Potential gegenüber -20V an der Basis). Dadurch hängt C52 zwischen 11V 
und -20V.

C51 und C53 verhindern den Einfluss von Gleichspannung. Wenn also im 
Ruhezustand 8,5V anliegen, reicht schon ein 7V Impuls um eine Änderung 
an den Basen beider Transistoren herbeizuführen und der Kondensator C52 
wird auf +20V gezogen. Unabhängig wie lange der Impuls am Eingang ist, 
der Ausgangsimpuls dauert nur so lange, bis sich die Kondensaoren an den 
Basen wieder erneut aufgeladen haben und die Schaltung sich wieder in 
den Ruhezustand begibt. Das Potential am Eingang ist also mehr oder 
weniger egal... Hautsache es gibt eine negative Änderung.

Nochmal genauer:
C51 läd sich zwischen +20V und +8,5V auf. Hat also eine Spannung von ca. 
11,5V. Liegt nun auf einmal 7V am Eingang an, läd er sich um weitere 
1,5V auf und es fließt Strom von 20V in den Kondensator. Dieser Strom 
läßt Q1 durchsteuern.

Aber was passiert bei C53, damit Q2 sperrt? Alle Potentiale sind am 
Eingang positiv gebenüber -20V.

>Was hängt denn so alles am Ausgang?
>Ich schätze dass es hier einen kapazitiven Spannungsteiler gibt der aus
>den 40V die 30V macht.
Aktuell ist der Ausgang gar nicht belastet. Das heißt er hängt in der 
Luft. Der Verlauf der Kurve wird nicht durch meine Last verfälscht. 
Heißt mit und ohne Last sieht der Ausgang identisch aus.

Ich werde die Schaltung mal mit einer steileren Flanke ansteuern. 
Einfach mal einen Pull-up gegen 8,5V legen und dann mit einem Draht den 
Eingang auf -8,5V ziehen. Mal schauen was passiert. Das hatte ich so 
ähnlich schon mal getestet und war der Meinung, dass es funktioniert...

Rein theoretisch sollte der Ausgangsimpuls doch aber zumindest von der 
Breite her von den Eingangspegeln abhängen, oder?
Ist ja ein Unterschied, ob sich C51/C53 von 8,5V auf 7V, oder auf -8,5V 
entladen/umladen müssen.

Vielen Dank!
Andi

[Andreas B. (loopy83)]

Hallo,

ich habe langsam keine Ideen mehr, dass der Impuls nur ca. 30V groß ist.

Ich habe die Schaltung nochmal diskret aufgebaut und mit Labornetzteil 
(+-20V) und Taktgenerator versort.

Die Schaltung funktioniert tadellos.

Dann habe ich mir einem RC-Glied eine langsam abfallende Flanke 
simuliert und auch da scheint die Schaltung gut zu funktionieren. Die 
Impulse sind zwar nicht mehr sehr sauber, aber wenn die Impulse kommen, 
dann sind sie 48V groß, also so wie es sein soll.

Nun habe ich noch die Spannungsversorgung in Verdacht, wobei die aber 
recht stabil zu sein scheint... also keine Einbrüche oder sowas. Nur 
etwas unsauber ist sie, aber das ist nicht weiter wild bei den Impulsen.

Ich habe auch nochmal die Simulation bemüht.
Wenn ich den Ausgang ohm´sch belaste, dann sind die Impulse kleiner und 
fallen ab... also genauso wie ich es habe. Nur ist dann durch die 
Parallelschaltung zu R10 das Gleichspannungspotential viel niedriger, 
was bei meiner Schaltung ja nicht der Fall ist.

Ich werde wohl dazu übergehen, den Taktgenerator mal in der richtigen 
Schaltung zu verwenden. Wenn es dann immer noch nicht geht, liegt es 
wohl doch an den +-20V, denn sonst wäre ja alles identisch.
Könnte vielleicht eine Fehlbestückung Schuld sein?
Nur welches Bauteil gewährleistet die Funktion der Schaltung, reduziert 
aber den Ausgangsimpuls?

Alles sehr komisch.
Hat noch jemand einen Hinweis dazu?

Vielen Dank!
Andi

[Falk B. (falk)]

Ich tippe mal auf gleichzeiiges Leiten der Transitoren, dadurch wird der 
Puls kleiner.

[Andreas B. (loopy83)]

Und das wäre ja auch gleichzeitig ein Kurzer zwischen + und - 20V... 
autsch.

Wie kann ich das verhindern, dass beide gleichzeitig leiten, kann ich da 
irgendwas dazu bauen, dass genau das verhindert wird?

Vielen Dank!

[Falk B. (falk)]

@Andreas B. (loopy83)

>Wie kann ich das verhindern, dass beide gleichzeitig leiten, kann ich da
>irgendwas dazu bauen, dass genau das verhindert wird?

Ja, bau eine gescheite Endstufe wie der Rest der Welt. Siehe Anhang.

MFg
Falk