Hallo, mit großem (Anfänger)-Intersse habe ich diesen Artikel: http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/endstu_p.htm über eine Gegentaktendstufe gelesen. Besonders interessant erscheint es mir, dass mit Hife eines OpAmps die Probleme der Übernahmeverzerrungen recht einfach lösbar sind. Mit LTSpice habe ich diese Schaltung nachgebaut; sehr schön kann man sehen, wie der OpAmp die Übernahmeverzerrung durch einen Spannungssprung ausgleicht: Bild1: grüne Kurve. Will man aber einen Verstärker mit noch größerer Leistung bauen, dann ist man durch die maximal mögliche Spannung des OpAmps limitiert. Nur teilweise umgehen kann man das mit einem zweiten Gegentaktverstärker, der gegenphasisch arbeitet: Bild2 (Bitte entschuldigt die etwas unübersichtliche 'Verdrahtung'). Dadurch verdoppelt sich die Spannungsdifferenz am Lautsprecher, nach meiner laienhafter Berechnung quadriert sich die Leistung: R=U/I Leistung= U*I -> Leistung ist U*U/R -> (auf I aufgelöst) Bei 12 Volt und 4 Ohm gilt: Leistung = 12*12 / 4 = 36 Watt Bei 24 Volt und 4 Ohm gilt: Leistung = 24*24 / 4 = 144 Watt (spannung gegen der Gegenphase) Das ist ja nun wirklich nicht schlecht, besonders, weil man ja keine so hohen Trafo-Spannungen braucht. Trotzdem bewegt mich folgende Frage: Gibt es eine (einfache und elegante) Möglichkeit, den Vorteil der Verwendung eines OpAmps mit einem Gegentaktverstärker hinsichtlich der Übernahmeverzerrung zu verbinden mit einer noch deutlich größeren Leistung? Ich denke daran, den OpAmp mit einer kleinen Spannung zu betreiben (z.B. 12 Volt) und die Gegentaktendstufe mit einer separaten und deutlich größeren Spannung?? Dabei sollten aber über die Rückkopplung der Endstufe an den Neg. Eingang des OpAmps die Übernahmeverzerrungen noch ausgleichbar sein. Ich habe diverse Schaltungen mit LTSpice ausprobiert; zum Beispiel mit zwei in Emitterschaltung an den OpAmp angehängten npn-Transistoren (um das Invertieren der Verstärkung durch nur einen Transistor wieder zu beseitigen). Es ist aber extrem schwierig, die Transistoren so zu betreiben, dass nichts übersteuert. Die Verstärkung der Transistoren ist einfach viel zu groß! So groß, dass der OpAmp nur noch in einem 'Mini-Voltbereich' arbeitet, der dem Klang sicherlich nicht gut tun würde. Viele Grüße!! Kleine Frage am Rande: Sind die Elkos zum Schutz der Lautsprecher vor Gleichstrom für den Klang nachteilig? (wahrscheinlich würde ja einer genügen)
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Albert Geig schrieb: > Bei 24 Volt und 4 Ohm gilt: Leistung = 24*24 / 4 = 144 Watt (spannung > gegen der Gegenphase) > Das ist ja nun wirklich nicht schlecht, besonders, weil man ja keine so > hohen Trafo-Spannungen braucht. Nur kann eben dein OpAmp nicht bis auf 24V aussteuern und auch die BE-Spannungen mußt du da noch abziehen... > Ich habe diverse Schaltungen mit LTSpice ausprobiert; Nein, du hast sie simuliert. Wenn du das in der Praxis ausprobierst, werden da noch andere Effekte auftreten... Insbesondere wirst du z.B. erst mal den Basisistrom für die Endstufentransistoren aufbringen müssen. Mit 1kOhm vor der Basis sieht das schlecht aus... Und dann wird dein OpAmp nicht beliebig schnell den Übernahmebereich durchqueren und anschliessend noch den Transistor aufsteuern können. > Besonders interessant erscheint es mir, dass mit Hife eines OpAmps die > Probleme der Übernahmeverzerrungen recht einfach lösbar sind. Wenn es tatsächlich soooo einfach wäre, dann würden alle anderen was falsch machen...
Albert Geig schrieb: > Besonders interessant erscheint es > mir, dass mit Hife eines OpAmps die Probleme der Übernahmeverzerrungen > recht einfach lösbar sind. Das ist ein großer Irrtum. Der OPV muss einen Spannungssprung von ca. 1,4V machen. Dazu braucht er eine gewisse Zeit t=1,4V/(dU/dT), die von der SlewRate abhängt und nie null wird. Deshalb kann man auf diese Art die Übernahmeverzerrungen nicht beseitigen. In deinen Diagrammen sieht alles nur wegen der vollkommen unrealistischen Zeiten so gut aus. Nimm einen realen OPV und eine Frequenz von 10kHz. Du wirst dich wundern...
Danke für die Antworten! Es ist mir klar, dass so eine Simulation teilweise erheblich von der Realität abweichen kann. Und auch dass die Dimensionierung der Bauteile noch ein gewisses 'Feintuning' braucht. Ich habe diese Schaltung aber bereits für einen kleinen Kopfhörerverstärker (BC 560 und BC 570) ausprobiert und war mit dem (Klang)Ergebnis sehr zufrieden, ja es klang sogar richtig gut!! Außerdem denke ich, dass die Jungs vom 'Elektronik-Kompendium' (sh obigen Link) ja auch eine gewisse Ahnung von der Materie haben. Viel spannender aber wäre für mich die Antwort auf die Frage, ob es eine Möglichkeit gäbe, die Komplementär-Transistoren mit einer höheren Spannung zu betreiben; eben so wie ich es versucht habe, oben zu beschreiben. Viele Grüße!
Deine Simulation zeigt das Verhalten mit einem 100R Lastwiderstand. Weiter unten rechnest du aber mit 4R Lasten. Das paßt nicht zusammen. Mache mal eine Simulation mit einer niederohmigen und vor allem komplexen Last, die die Kabelkapazität und Schwingspuleninduktivität enthält und das bei 20kHz. Dann sieht deine heile Verstärkerwelt ganz anders aus... Kai Klaas
Also bei einem Lastwiderstand von 4 Ohm und einem Vorwiderstand von 100 Ohm vor den 'Endstufentransistoren' und bei einer Frequenz von 200 Herz funktioniert (allerdings natürlich nur in der Simulation) die Schaltung noch sehr gut. Aber weiterhin bewegt mich die Frage: Gibt es eine (einfache und elegante) Möglichkeit, den Vorteil der Verwendung eines OpAmps mit einem Gegentaktverstärker hinsichtlich der Übernahmeverzerrung zu verbinden mit einer noch deutlich größeren Leistung? Ich denke daran, den OpAmp mit einer kleinen Spannung zu betreiben (z.B. 12 Volt) und die Gegentaktendstufe mit einer separaten und deutlich größeren Spannung?? Da Prinzip der 'Regulation' der Lautsprecherkurve mit Hilfe des OpAmp's sollte aber weiterhin angewendet sein. A. Geig
Albert Geig schrieb: > Ich denke daran, den OpAmp > mit einer kleinen Spannung zu betreiben (z.B. 12 Volt) und die > Gegentaktendstufe mit einer separaten und deutlich größeren Spannung?? Das bringt nichts, der Ausgang vom Opamp kommt nur bis von Vneg+2V bis Vpos-2V, und dann fallen wie schon erwähnt an den BE-Strecken noch jeweils die Diodenspannungen ab. Mit +-12V am Opamp bekommst du also bestenfalls +-9,5V am Ausgang heraus. Die Ausgangsspannung am Opamp wird noch kleiner, wenn du mal einen anständigen Basisstrom brauchst, denn Leistungstransistoren haben z.B. eine Stromverstärkung von 50. D.h. für 2A Ausgangsstrom brauchst du 40mA am Opamp... Für Google: was du machen willst ist eine "B-Endstufe". Albert Geig schrieb: > dass die Jungs vom 'Elektronik-Kompendium' (sh obigen Link) > ja auch eine gewisse Ahnung von der Materie haben. Haben sie sicher auch. Aber dann lies dir mal den Abschnitt "Warum zwei Betriebsspannungen?" durch.
Deshalb wollte ich ja das Endstufenpärchen mit zwei (Wegen der Invertierung des Signals) in Emitterscahltung betriebenen NPN-Transistoren ansteuern - mit den oben beschriebenen Problemen: "Es ist aber extrem schwierig, die Transistoren so zu betreiben, dass nichts übersteuert. Die Verstärkung der Transistoren ist einfach viel zu groß! So groß, dass der OpAmp nur noch in einem 'Mini-Voltbereich' arbeitet, der dem Klang sicherlich nicht gut tun würde." Wie jeder hier sicher merkt, bin ich nur ein interessierter Laie. Und um gedanklich weiterzukommen frage ich hier - und danke für die bisherigen Antworten!! A.G.
Vielleicht noch zur Eingrenzung meiner Idee: Ein Emitterfolger kann ja die Spannung nicht verstärken: Im Gegenteil, die Spannung der Endstufe ist geringfügig geringer als die Spannung, mit der diese Transistoren angesteuert werden. (Deshalb die geringere Spannung der Endstufentransistoren im 'Kompendium') Ich würde gerne dieses Endstufenpärchen mit einer höheren (nicht wie im Kompendium-Beitrag mit einer niedrigeren) Spannung betreiben - und damit das Sinn macht, die Steuerspannung zwischen OpAmp und Endstufenpärchen vorher noch verstärken. Und dann aber das Resultat per Rückkopplung dennoch vom OpAmp 'kontrollieren' lassen. Ist viel verlangt - aber vielleicht geht's ja. A. G.
>R=U/I Leistung= U*I -> Leistung ist U*U/R -> (auf I aufgelöst) >Bei 12 Volt und 4 Ohm gilt: Leistung = 12*12 / 4 = 36 Watt >Bei 24 Volt und 4 Ohm gilt: Leistung = 24*24 / 4 = 144 Watt (spannung >gegen der Gegenphase) Das stimmt so nicht. Die 12Vs (bei +-12V DC Versorgung) sind die Spitzenspannung am Lastwiderstand (Verluste am Transistor wegen Aussteuerung mal vernachlaesigt) Die Leistung am Widerstand errechnet sich aber aus der Effektivspannung. Und die ist bei Sinusfoermigen Groessen 12V / 1.41 = 8.5V Damit ergibt sich fuer die Leistung am 4 Ohm Widerstand: 8.5 * 8.5 / 4 = 18.1W
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Eine B-Endstufe ist wirklich schöner! Im Idealfall besteht die aus drei Bauteilen, mit Eingangs- und Ausgangskondensator aus fünf. Hier mal ein Beispiel eines Kopfhörerverstärkers (funktioniert), einfach an deinen Leistungsbereich anpassen. Mit freundlichen Grüßen, Valentin Buck
Albert Geig schrieb: > Ist viel verlangt - aber vielleicht geht's ja. Natürlich gehts, aber das mußt du nicht neu erfinden, das haben die OP-Hersteller üblicherweise als AppNote irgendwo rumfahren... Und sieh dir mal so eine Schaltung an: http://www.mikrocontroller.net/attachment/73524/OPV_Schaltung_mit_h_herer_Stromlieferf_higkeit.gif http://www.audiofanatic.it/Schemi/Tipo/Stato_solido/chip/pic_chip/TDA_2030_BD711_712.jpg http://www.electronicecircuits.com/electronic-circuits/12w-amplifier-using-741-op-amp/ http://skema-elektronik.blogspot.com/2009/02/12-watt-audio-amplifer.html Mit diesem Schaltungstrick sparst du dir die BE-Spannung...
Valentin Buck schrieb: > Eine B-Endstufe ist wirklich schöner! Das dürfte aber eine A-Endstufe sein... http://de.wikipedia.org/wiki/Endstufe_%28Elektrotechnik%29#A-Betrieb
Vielen, vielen Dank für die tollen Tip's!! :-) :-) .... einen Nachteil hat's aber: Als zukünftiger Patentinhaber wähnte ich mich schon irgendwo in der Südsee mit einem Cocktailglas in der Hand ...... :-) Jetzt werde ich aber erstmal die Links sorgfältig studieren. A. Geig
>Albert Geig schrieb: >> Ist viel verlangt - aber vielleicht geht's ja. >Natürlich gehts, aber das mußt du nicht neu erfinden, das haben die >OP-Hersteller üblicherweise als AppNote irgendwo rumfahren... >Und sieh dir mal so eine Schaltung an: >http://www.mikrocontroller.net/attachment/73524/OP... >http://www.audiofanatic.it/Schemi/Tipo/Stato_solid... >http://www.electronicecircuits.com/electronic-circ... >http://skema-elektronik.blogspot.com/2009/02/12-wa... >Mit diesem Schaltungstrick sparst du dir die BE-Spannung... Damit spart man aber auch wirklich nur die BE-Spannung - mehr nicht. Letztendlich steuern die nur so wait aus, wie es der OPV vermag - also eigentlich immer noch nicht am Ziel. Diese Schaltungen lassen sich aber auch aufmotzen, um wirklich die Betriebsspannung auszunutzen. Und zwar einen R zw. OPV-Ausgang und Masse, und einen zw. OPV-Ausgang und Kollektoren (dort also dafür auftrennen). Verhältnis zw. beiden so 1:2 oder so, und so Pi mal Daumen paar mal größer als die Rbe in den OPV-Spannungsleitungen (liese sich genau berechnen, damit der OPV schön im mittleren Bereich operiert). Damit kann man schonmal den Aussteuerungsbereich des OPV auf den Bereich der Endstufe bringen. Ob die Schaltung einen Namen hat, weis ich nicht - wurde aber gern in Verbindung mit dem TDA2030 so gemacht. Und wenn das nicht wirklich reicht, könnte man direkt in die OPV-Betriebsspannungsleitungen noch Z-Dioden reinmachen, so daß größere Betriebspannungen (für die Endstufe) auf ungefährliche für den OPV reduziert werden. Das Widerstandsnetzwerk am OPV-Ausgang muß dann entsprechend umdimensioniert werden, weil ja dann noch mehr Lastspannung mit wenig OPV-Hub gemacht werden kann.
Hallo Jens, ja, das mit dem nicht erreichten Ziel sehe ich auch so. Aber diese Zeilen verstehe ich nicht: "Und zwar einen R zw. OPV-Ausgang und Masse, und einen zw. OPV-Ausgang und Kollektoren (dort also dafür auftrennen)." Könntest Du eine kleine Skizze posten? A.G.
nehmen wir also den hier (war mal die Basis für einen Verstärker meinerseits vor etlichen Jahren): http://www.audiofanatic.it/Schemi/Tipo/Stato_solido/chip/pic_chip/TDA_2030_BD711_712.jpg Verbindung TDA2030 Pin 4 zu den Kollektoren auftrennen, und 10Ohm dort längst rein. Zusätzlich von Pin 4 10Ohm quer nach Masse. Die Basiswiderstände waren aber 2,2Ohm bei mir. Und R7 muß von den Kollektoren ausgehen (nicht von Pin4 aus) Damit hat man quasi eine interne Zusatzverstärkung von rund 1,5 bis 2 (ohne diese Zusatzschaltung wäre es nur 1 gewesen), und kann damit volle Betriebspannung ausnutzen (abzüglich Ucesat). Durch die Rückkopplung über R7 bleibt die Gesamtverstärkung natürlich gleich. Es ist eben nur die Verstärkung OPV-Ausgang zu Transistorausgang etwas erhöht, weil durch das Widerstandsnetzwerk der OPV-Ausgang erst bei höheren Transistorausgangsspannungen entsprechend entlastet wird. Es ist praktisch eine Stromgegenkopplung.
Natuerlich kann ma den Betriebsspannungsbereich eines OpAmp vergroessern, speziell mit Emitterfolger hintendran. Dies geschieht durch Stromquellen in der jeweiligen Speisungsleitung. Ist aber ueberall beschrieben. Allenfalls siehe auch : LM4702CTA fuer +-75V
@A...aha Soooo. Bezieht sich dein Update auf meinen? Jedenfalls sehe ich beim LM4702 nicht das, was ich beschrieben habe (schon gar nicht eine Aussteuerungserweiterung betzüglich Spannung)
@Albert Geig Ach ja: der TDA ist natürlich bereits ein Leistungs-OPV, der durch die Zusatzschaltung aufgebohrt wird. Läßt sich grundsätzlcih auch mit Kleinleistungs-OPV machen, aber da muß man bei den Transistoren für kräftige Stromverstärkung sorgen (also mindestens Darlington). Auch ist dann alles deutlich hochohmiger).
Ja. so aehnlich. Der im link http://www.audiofanatic.it/Schemi/Tipo/Stato_solido/chip/pic_chip/TDA_2030_BD711_712.jpg bezeichnete Verstaerker kann nur mit der maximalen Speisespannung des OpAmp betrieben werden, wenn man mehr will, dann muss man die Widerstaende in den Speisungspfaden durch Stromquellen ersetzen, und dann hat man ueber dem OpAmp +-15V Zehnerdioden. Ich sah mal eine Schaltung, wo der Poster 500V Hub machte. Der LM4702, ist im Wesentlichen eine Endstufe ohne die Endstufentransistoren. Heisst die haben das Problem mit dem Hub bereits geloest. Dieser Typ macht 150V hub, was fuer viele Anwendungen genuegen sollte.
na gut, das mit den Z-Dioden hatte ich schon weiter oben gesagt, um den OPV mit höherer Spannung anzufreunden. Die Zusatz-R's braucht man aber trotzdem, um den geringen OPV-Hub auf den höheren Transistorhub zu bringen.
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Hallo, Danke erstmal für die Hilfen! Ich hab's mir ungefähr so vorgestellt: sh. Bild (grün: OpAmp Eingang Blau: Lautsprecher-Ausgang) Ist so etwas realisierbar? A.G.
Die Schaltung könnte so ähnlich gehen, ist aber nicht ganz einfach Stabil gegen Schwingungen zu bekommen. Hier mehrfach angesprochen und wohl besser ist die Schaltung, wo die Versorgungsspannungsanschlüsse des OPs zur Steuerung der Endstufentransistoren genutzt werden. Die Schaltung ist umstritten, und geht nicht mit jedem OP. Das verhalten ohne Abblockkondensatoren am OP ist halt oft nicht genau spezifiziert. Für die Stabilität braucht man ggf. auch eine Induktivität am Ausgang. In der Grundschaltung kommt man da auch nicht zu höheren Spannungen als der OP verträgt. Mit extra Zenerdioden, oder 2 Transistoren in Basisschaltung geht es aber ziehmlich einfach da auch deutlich höheren Spannungen zu erlauben. Ein paar der Schatungen findet man hier: http://sound.westhost.com/amp_design.htm#nogood Auch wenn das hier unter nicht gut gezeigt wird, es kann immerhin funktionieren, wenn auch nicht gut und immer zuverlässig.
>Ein paar der Schatungen findet man hier: >http://sound.westhost.com/amp_design.htm#nogood Die letzte Schaltung in Bild 16 geht schon in die Richtung, die ich meinte. Nur daß C1 ein R sein müsste, der auch etwas in der Größenordnung wie R3 sein sollte (die beiden bestimmen praktisch die Zusatzverstärkung, um die der Output höher ist als der OPV-Output). Die dort abgebildete Schaltung hat aber praktisch eine sehr hohe Zusatzverstärkung, was durch C1 für hohe Frequenzen etwas gedämpft wird, was aber der Stabilität abträglich ist. Auch trägt der OPV praktisch nix zum Ausgangssignal (Strom) bei - man hat also bereits bei kleinsten Signalen Ubernahmeverzerrungen (weil der OPV immer einen Mindeststrom fließen lassen muß, um überhaupt die Transistoren aufzusteuern. Mit einem R statt C1 hat man da an der Stelle nur einen rel. sanften Verstärkungsknick beim Einsatz der Transistoren, weil anfangs der OPV mit zum Ausgangsstrom beiträgt, und erst bei höheren Strömen durch die Transistoren unterstützt wird (was ein "höherer Strom" ist, hängt natürlich vom OPV ab (ob LeistungsOPV wie der TDA2030, oder nicht)).
Hallo, aus meiner Studienzeit vor 30 Jahren habe ich mir diesen Anhang aufbewahrt, funktioniert bis heute ohne Probleme in mehrfacher Ausführung. Für Euch aber sicher völlig uncool.
>aus meiner Studienzeit vor 30 Jahren habe ich mir diesen Anhang >aufbewahrt, funktioniert bis heute ohne Probleme in mehrfacher >Ausführung. >Für Euch aber sicher völlig uncool. genau das mit R3 und R4 zw. OPV und Ausgang (und VT1/3 als Z-Dioden) meinte ich in meinen bisherigen Ausführungen
>Für Euch aber sicher völlig uncool.
Keineswegs! Die Schaltung arbeitet nach dem Prinzip der Stromentlastung
und ist von mir in vereinfachter Version schon oft zum Einsatz gekommen.
Man muß lediglich berücksichtigen, daß die Ruhestromaufnahme gewisser
OPamps stark schwanken kann, was sich dann in unterschiedlichen
Arbeitspunkten äußert, oft aber nicht der Rede Wert ist.
Leider kann man diese Schaltung mit vielen Simulatoren nicht richtig
simulieren, da diese den lastabhängigen Versorgungsstrom von OPamps
meist nicht oder wenn, dann falsch modellieren.
Kai Klaas
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