Hallo Forum,
beim Stöbern auf ESPs Seite bin ich auf folgenden Class A gestoßen:
http://sound.whsites.net/project10.htm Da ich schon immer mal sowas mit
OPAs als Gegenkopplung aufbauen wollte hab ich mir in LTSpice was (mit
ungefähr passenden Bauteilen) zusammengeklickt.
Der Kapazitätsmultiplizierer an VCC lässt die Brummspannung durch wenn
seine Ausgangsspannung einbricht, siehe Screenshots 1 und 2. Das würde
sich mir erklären wenn er das während des gesamten Einbruchs tun würde,
aber er tut es nur während die Spannung sinkt, nicht während sie wieder
steigt. Wodran genau liegt das? Wie kann ich dem entgegenwirken?
Darüber hinaus fängt mir das Ding bei höheren Frequenzen im Laufe der
Simulation an zu schwingen. Auch das würde sich mir erklären, wenn die
Schaltung das denn immer tun würde, nicht aber das sie urplötzlich
anfängt. Ist das ein Artefakt der Simulation oder muss ich mir da
ernsthaft Sorgen machen?
Beste Grüße,
Dominic
Die dienen als Levelshifter zwischen dem Ausgang des
Operationsverstärkers und der Basis von Q8. Ich habe auch sämtliche
anderen mir erdenklichen Szenarien durchgespielt um mit dem OPA Q8 ohne
Koppelkondensator treiben zu können. Da sind mir noch - an VDD und + an
+5V (Linearregler von GND) oder direkt +30V nur auf VDD bezogen
eingefallen. Alles schwingt, mal mehr, mal weniger, aber beide im
zeitlichen Verlauf früher als die Lösung mit den Dioden. Wenn ich den
OPA aus +-20V auf GND referenziert betreibe schwingt nix, aber 1. wo die
hernehmen und 2. mag der übliche OPA keine +-20V.
Beste Grüße,
Dominic
Dominic M. schrieb:> Der Kapazitätsmultiplizierer an VCC lässt die Brummspannung durch
Sicher.
Ist die Eingangsspannung zu niedrig, geht er in drop out, wie jeder
Spannungsregler.
> wenn seine Ausgangsspannung einbricht, siehe Screenshots 1 und 2.
Er SCHWINGT wenn die Ausgangsspannung zurück geht, weil Transistoren
unsymmetrisch sind: Sie leiten Strom von Basis nach Emitteer ab, aber
wenn die Spannung am Emitter steigt, fliesst kein Strom in die Basis
zurück.
> aber er tut es nur während die Spannung sinkt, nicht während sie wieder> steigt. Wodran genau liegt das? Wie kann ich dem entgegenwirken?
Lege einen Widerstand von Basis nach Emitter.
Aber wozu ? Der Spannungsregler darf keinen drop out erreichen, sonst
kann er nicht mehr regeln. Das ist ein verbotener Betriebszustend.
Dominic M. schrieb:> beim Stöbern auf ESPs Seite bin ich auf folgenden Class A gestoßen:> http://sound.whsites.net/project10.htm Da ich schon immer mal sowas mit> OPAs als Gegenkopplung aufbauen wollte
Was soll der OPV da? Der macht nur Probleme. Der OP27 hat zwar eine
recht große Phasenreserve, aber mit 8MHz auch eine recht große
Transitfrequenz. Das bedeutet, dass die restliche Schaltung, die mit in
der Gegenkoppelschleife liegt, bis etwa zu der Frequenz keine merkliche
Phasendrehung machen darf.
Das kannst du aber bei deiner Schaltung vergessen. Schon der Q8 macht
das kaputt. Er sieht einen Quellwiderstand von etwa 1k und macht eine
Verstärkung von 10. Seine Rückwirkungskapazität wird also auf das
11-fache vergrößert und bildet mit den 1k einen Tiefpass bei ~2MHz. Dazu
kommt noch die Phasendrehung der Endstufe.
Etwas entschärft wird die Sache dadurch, dass die zusätzliche
Verstärkung in der Schleife nur etwa 5 ist, die äußere Verstärkung aber
10. Dadurch wird die Transitfrequenz des OPV quasi halbiert. Doch das
wird wohl nicht reichen, um die Schaltung stabil zu bekommen. Die
Phasenreserve darf auch nicht zu klein oder vollständig aufgezehrt
werden, weil sonst u.a. das Impulsverhalten schlecht wird. Es hat schon
seinen Grund, dass in deinem Link oben kein OPV eingesetzt wurde.
Danke für die Antworten!
@Michael: Den Dropout des Kapazitätsmultiplizierers habe ich per Zener
wegbekommen, der Wink mit dem Zaunpfahl war bitter nötig.
@Arno: Der OPA ist da um die Nichtlinearitäten auszuregeln. Müsste man
dem Schwingen nicht mit einem Parallelkondensator über R9 beikommen? Der
bewirkt in der Simulation nur das es noch schneller anfängt zu
schwingen. Und wieso tritt das erst nach einer gewissen Zeit in der
Simulation auf? Bis jetzt hatte ich wenn etwas geschwungen hat diese
Schwingung immer sofort mit dabei.
Irgendwas scheint da aber auch absolut nicht zu stimmen. Nehme ich
ideale +-20V für die Endstufe schaut der AC-Response 'normal' aus.
(Screenshot 1) Nehme ich hingegen das reale Netzteil, krebst V(out) bei
völlig absurden Werten rum (Screenshot 2) obwohl in der
Transientensimualtion weiterhin saubere 20dB Verstärkung sichtbar sind.
(Screenshot 3)
Verwirrte Grüße,
Dominic
Dominic M. schrieb:> VCC lässt die Brummspannung durch wenn> seine Ausgangsspannung einbricht
Die Endstufe kannst Du direkt an den Gleichrichter hängen.
Dazu hat man denn da eine Stromquelle und einen Emitterfolger.
Q8 und den OP an die stabilisierte Spannung mit 78xy 79xy Reglern.
Die Stromquelle gefällt mir nicht.
LG
old.
Dominic M. schrieb:> Müsste man> dem Schwingen nicht mit einem Parallelkondensator über R9 beikommen?
Damit kannst du nur die am OPV-Eingang wirksame Kapazität kompensieren
und so die Phasendrehung durch den Rückkoppelteiler aufheben. Andere
Pole im Verstärker kann man damit idR nicht kompensieren.
Das heißt also im Klartext das eine zweistufige Verstärkung in
singleended Class A per OPA gegengekoppelt nicht möglich ist? Oder liegt
es nur an meiner Schaltung?
Beste Grüße,
Dominic
Nachdem ich den OP445 gefunden habe hat sich mein erstes Problem
erledigt, die Zwischenstufe ist damit obsolet. Der Tausch des
Transistors gegen die beiden Dioden in der Stromregelung hat dann noch
die letzte Schwingneigung aus der Schaltung genommen. Als kleinen Zusatz
konnte ich dadurch die Versorgungsspannung signifikant erhöhen, über die
20V RMS in 4Ohm Last bin ich nicht traurig.
Vielleicht interessiert ja noch wer anders die Schaltung, wenn ich sie
aufgebaut habe melde ich mich nochmal rück.
Beste Grüße,
Dominic
Das gefällt mir schon eher.
Für D1, D2 halt eine rote LED.
Warum lässt Du die unteren Transistoren nicht auch in Class A
laufen, sondern als Stromquelle?
Wie willst Du die Wärme abführen?
asc dazu? Möchte mal die Verlustleistung ansehen.
Dominic M. schrieb:> Vielleicht interessiert ja noch wer anders die Schaltung, wenn ich sie> aufgebaut habe melde ich mich nochmal rück.
Ja, interessiert. Danke.
LG
old.
Aus der W. schrieb:> Möchte mal die Verlustleistung ansehen.
Es fließen etwa Vf(D2)=0,6V/R8=0,1 etwa 6A
Bei +/-50V (eff 42V gleichgerichtet unter Last), also etwa 600W
Leerlaufverlusteistung. Mit steigender Aussteuerung, um den Anteil
abgegebener Leistung(100W an 4 Ohm werden, wegen der Begrenzung auf 6A,
knapp verfehlt), entsprechend wendiger, also nur noch 500W.
Um diese Jahreszeit noch akzeptabel.
Ich habe mir stundenlang einen abgebrochen die unteren auch in Class A
laufen zu lassen. Mit Dioden statt R14/R20 wollte es garnicht
funktionieren. Die nötigen stabilisierten +-45V gefallen mir aber nicht
wirklich.
Die Wärme wollte ich mit zwei Fischer SK533 abführen, passt perfekt als
Seitenteile.
Ich werde vermutlich beide Varianten aufbauen und am realen Objekt
weiter forschen, beide als Class A hätte nur die halbe Verlustleistung
:)
Beste Grüße,
Dominic
Dominic M. schrieb:> Mit Dioden statt R14/R20 wollte es garnicht> funktionieren.
Steuere doch jede Hälfte mit einem OpAmp an der
den passenden Offset für die Ansteuerung liefert.
Dominic M. schrieb:> beide als Class A hätte nur die halbe Verlustleistung
Genau das.
Soviel Leistung in Class A ist doch eher eine Röhrendomäne.
Aber simulieren kann man das ja mal ...
LG
old.
Mittlerweile gefallen mir die +-45V doch, drei 7815/7915 in Reihe an
zwei zusätzliche kleine Wicklungen die in Serie zu den +-30Vac des
Haupttransformators geschaltet sind sollten dem gerecht werden, und die
OPA445 sind auch direkt versorgt.
Wenn ich auf 6 Transistoren gehe reichen für einen Stereoaufbau vier
Fischer SK557 in 150mm Länge. Überschlägig komme ich bei 25° ambient auf
67°C am KüKö und 97°C am Die.
Was für Transistoren wären dafür denn empfehlenswert? Man hört nur Gutes
über die 2SC3264 + 2SA1295 - die sind aber erstens teuer, zweitens wohl
völlig überdimensioniert und drittens wohl schnell am schwingen.
MJL21193/94 werden auch immer wieder gut beleumdet - für die würde wohl
noch die Überdimensionierung zutreffen, aber das muss ja nichts
schlechtes sein.
Habt ihr noch weitere Tipps die ich mir einfach mal angucken/zukommen
lassen sollte?
Beste Grüße,
Dominic
Dominic M. schrieb:> Habt ihr noch weitere Tipps die ich mir einfach mal angucken/zukommen> lassen sollte?
Die Schaltung wird wohl thermisch durchgehen, es gibt keine
Stabilisierung. Im Anhang mal die temp-Simulation für den Strom durch
R2...
Wie genau hast du die Simulation gemacht? Kannst du mir das .asc
anhängen? Hilft es wenn ich die Widerstände durch Dioden ersetze? Mit
den stabilisieren Spannungen habe ich das nun einigermaßen im Griff..
Beste Grüße,
Dominic
Dominic M. schrieb:> Mit> den stabilisieren Spannungen habe ich das nun einigermaßen im Griff..
Was soll damit im Griff sein? Die thermische Drift? Nein, die Simu ist
mit stabilisierten Spannungen gemacht.
> Hilft es wenn ich die Widerstände durch Dioden ersetze?
Nein.
> Wie genau hast du die Simulation gemacht?
Einen DC-Sweep über die Temperatur.
ArnoR schrieb:>> Hilft es wenn ich die Widerstände durch Dioden ersetze?>> Nein.
Ich hatte gedacht du meinst R2, R3 ...
R12 und R14 können etwas die Ube-Drift der 2N2xxx kompensieren, aber
nicht die der Endstufe. Und auch die Kompensation der
Treiber-Transistoren ist nicht gut, da die Dioden nicht die wirkliche
Chiptemperatur der Transistoren sehen sondern weniger, und außerdem noch
zeitlich verzögert, was das Hochlaufen nicht verhindert.
ArnoR schrieb:> R12 und R14 können etwas die Ube-Drift der 2N2xxx kompensieren
Meinte: "R12 und R14 ersetzt durch Dioden können etwas die Ube-Drift der
2N2xxx kompensieren"
Danke für deine Hilfe! :)
Mit "im Griff" meinte ich, das ich mit den stabilisieren Spannungen und
ohne die Basiswiderstände der Endstufe gegen VCC/VDD (R1/R4 in deinem
Screenshot) die Arbeitspunkte auch mit Dioden ganz ordentlich kriege.
Wenn ich es richtig gemacht habe - was ich bei den Werten irgendwie
nicht so recht glaube, eigentlich müssten das doch auch ~0,5A am Anfang
sein? - schaut das auch termisch nicht allzu schlecht aus.
Beste Grüße,
Dominic
Dominic M. schrieb:> Wenn ich es richtig gemacht habe (was ich bei den Werten irgendwie nicht> so recht glaube?) schaut das auch termisch nicht allzu schlecht aus.
Der Simulator nimmt die DC-Werte bei t=0 für die thermische Simulation.
Somit sind Vcc und Vdd gleich Null. Deine Simu ist für die Tonne. Ich
hatte oben nicht aus Spaß +-45V fest eingesetzt.
Ah, das mach Sinn, jetzt passen die Werte auch bei mir. Aber kriegt man
das nicht weg wenn man den Arbeitspunkt bei Nenntemperatur abgleicht?
Die sechs Ausgangstransistoren teilen sich jeweils einen Kühlkörper.
Wie wird diese Stabilisierung denn bei anderen Verstärkern erreicht?
Dieser hier ist ziemlich ähnlich aufgebaut:
http://sound.whsites.net/project76.htm
Da sehe ich keine weiteren Stabilisierungsmaßnahmen.
EDIT: Und wenn ich die .tran mit unterschiedlichen Temperaturen
durchlaufen lasse schaut das auch nicht mehr allzu schlimm aus. Jetzt
bin ich vollständig verwirrt..
Beste Grüße,
Dominic
Dominic M. schrieb:> Und wenn ich die .tran mit unterschiedlichen Temperaturen> durchlaufen lasse schaut das auch nicht mehr allzu schlimm aus. Jetzt> bin ich vollständig verwirrt..
Der Simulator verwendet für ALLE Bauteile die gleiche Temperatur. In der
Realität ist das nicht so. Man darf sich nicht blind auf die Simu
verlassen, sondern muss das Ergebnis interpretieren.
> Ah, das mach Sinn, jetzt passen die Werte auch bei mir. Aber kriegt man> das nicht weg wenn man den Arbeitspunkt bei Nenntemperatur abgleicht?
Und wenn sich die Temperatur durch irgendwas erhöht steigt der Strom und
die Verlustleistung und die Temperatur... -> thermische Mitkopplung.
Dominic M. schrieb:> Wie wird diese Stabilisierung denn bei anderen Verstärkern erreicht?
Emitterwiderstände bewirken eine Gegenkopplung, auch thermisch. Man muss
die so wählen, dass die Gegenkopplungswirkung größer als die thermische
Mitkopplung ist.
Naja, das weiß ich, erklärt aber noch nicht die Diskrepanz zwischen der
DC über Temp und der tran mit unterschiedlichen Temperaturen, oder?
Bis 5Ohm Emitterwiderstand sollten locker drin sein, das würde ich dann
am Prototypen austesten. Zur Not werden es 8 statt 6 Transistoren, dann
kann ich noch höher gehen. Aber selbst wenn ich die Dioden durch eine
Konstantspannungsquelle ersetze, komplett aus dem Ruder läuft es mir mit
passender Biasspannung nicht. Also nehme ich einfach TO220 Dioden,
schraube die mit auf den KüKö und stelle die Bias passend für
Betriebstemperatur ein, oder sehe ich das falsch?
Beste Grüße und nochmals danke,
Dominic
Dominic M. schrieb:> Aber selbst wenn ich die Dioden durch eine> Konstantspannungsquelle ersetze, komplett aus dem Ruder läuft es mir mit> passender Biasspannung nicht.
Hää? Bei 50°C/75°C vervierfacht sich der Ruhestrom und die
Verlustleistung! Und die Simu berücksichtigt die thermische Mitkopplung
nichtmal. Die Temperatur ist immer konstant wie vorgegeben.
> Also nehme ich einfach TO220 Dioden,> schraube die mit auf den KüKö und stelle die Bias passend für> Betriebstemperatur ein, oder sehe ich das falsch?
Wie oben schon gesagt, die Dioden sehen nicht die Chiptemperatur der
Transistoren, weder den richtigen Wert, noch zur richtigen Zeit; so wird
das nichts. Aber mach`s doch und berichte.
Naja, die passende Biasspannung ist die, die bei Nenntemperatur
Nennstrom fließen lässt.
Um den Runaway einzelner Transistoren mache ich mir bei 5 Ohm keine
Sorgen, immerhin verringert sich wenn ein Transistor 0.5A mehr zieht
seine Basis-Emitterspannung um 2,5V, was ihn ziemlich instantan sperren
lassen müsste.
Beste Grüße,
Dominic
Dominic M. schrieb:> Um den Runaway einzelner Transistoren mache ich mir bei 5 Ohm keine> Sorgen, immerhin verringert sich wenn ein Transistor 0.5A mehr zieht> seine Basis-Emitterspannung um 2,5V, was ihn ziemlich instantan sperren> lassen müsste.
Wovon redest du? Die 5R liegen in der Kollektorleitung, die haben keinen
Einfluss auf den Strom durch die Transistoren.
Dominic M. schrieb:> Um den Runaway einzelner Transistoren
Ein Lösungsvorschlag, siehe Anhang.
Dominic M. schrieb:> Nachdem ich den OP445 gefunden habe ...
Ich habe den noch nicht gefunden.
Der OP sollte spannungsfest genug sein und natürlich
wie die Endstufe in Class A arbeiten.
LG
old.
Aus der W. schrieb:> Ein Lösungsvorschlag, siehe Anhang.
Ja, zeig bloß kein Bild, damit möglichst wenig Leute mitlesen können.
Die 12x0R22 sind überflüssig.
ArnoR schrieb:> Die 12x0R22 sind überflüssig.
Für die Simu ja. Weil da alle Transistoren gleich sind
und gleich warm werden.
ArnoR schrieb:> zeig bloß kein Bild
Wenn Dir danach ist, so zeige es doch selbst.
LG
old.
Aus der W. schrieb:> Für die Simu ja. Weil da alle Transistoren gleich sind> und gleich warm werden.
Ja, die Fipsel-Transistoren im SOT89 kann er da eh nicht einbauen...
Aus der W. schrieb:> Wenn Dir danach ist, so zeige es doch selbst.
Danke, warum sollte ich deine Schaltung zeigen? Was hat die eigentlich
mit Class-A zu tun? Ist doch nur eine klassische Gegentakt-AB mit viel
Ruhestrom und Sziklai-Paaren. Genau das hat er oben schon verlinkt.
Da hab ich wohl den Baum vor lauter Wäldern nicht gesehen, die Sziklai
haben mich ziemlich verwirrt. Die Widerstände müssen natürlich auf die
andere Seite :D
Danke Old für den Vorschlag! Allerdings gefällt mir die nötige
Stromquelle nicht so ganz. Auch ist dadurch zwar der Strom schön
sinusförmig, aber auch die Verlustleistung höher. Bei mir ist es ein zum
Nullpunkt abflachender Verlauf, was Ruhestrom spart.
Der OPAmp heißt übrigens OPA445, ob der aber in Class A arbeitet kann
ich dem Datenblatt nicht entnehmen:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/opa445.pdf
Arno auch was ich hier die ganze Zeit simuliere wäre dann eine Class AB
mit hohem Ruhestrom. Wie ich das sehe sind aber beide Class A, weil
keiner der Endtransistoren abschaltet.
Ich denke mal, nachdem nun der Baum behoben ist steht einem ersten
Versuchsaufbau nichts im Wege
Beste Grüße,
Dominic
Dominic M. schrieb:> Auch ist dadurch zwar der Strom schön> sinusförmig, aber auch die Verlustleistung höher. Bei mir ist es ein zum> Nullpunkt abflachender Verlauf, was Ruhestrom spart.
Ja, sorry. Ich dachte Du wolltest Class A.
Dominic M. schrieb:> Wie ich das sehe sind aber beide Class A, weil> keiner der Endtransistoren abschaltet.
Sehe ich nicht so.
Simuliere mal den Strom durch den Sziklai.
Bitte die asc mit hochladen, die png kann ich nicht starten.
LG
old.
Dominic M. schrieb:> Der OPAmp heißt übrigens OPA445, ob der aber in Class A arbeitet kann> ich dem Datenblatt nicht entnehmen:> http://www.ti.com/lit/ds/symlink/opa445.pdf
Danke.
Ich schon. Der OPA445BM hat laut Datenblatt mindestens 4mA Ruhestrom.
Da der Ausgangsstrom immer kleiner ist, arbeitet er in Gegentakt A
Betrieb.
LG
old.
Dominic M. schrieb:> Die Strom durch die Szikali wird nie null, was für mich für Class A> spricht. Die .asc ist im Anhang :)
Stimmt. So wichtig ist die asc.
Bei RT (Raumtemperatur) bekommst Du 5A Ruhestrom.
Da Gegentaktbetrieb hast Du dann bis 10A spitze Laststrom
A-Betrieb.
Bei anderen Temperaturen ändert sich das.
R12,R14 sind bei Dir nutzlos, soweit ich das sehe und simuliere.
In meiner Schaltung kann ich den Ruhestrom auf die Hälfte
(Deine 5A @ RT) redzieiren, R11,R15 = 240 Ohm.
(Ich war gedanklich bei Eintakt.)
Sie ist im Gegensatz zu Deiner Temperaturstabil.
LG
old.
Die Temperaturstabilität ist natürlich bestechend. Die 45V hab ich eh
per 7815/7915 da und R1/R2 tun selbst über Temperatur was sie sollen, ob
ich mir den Aufwand der Stromquellen antue weiß ich also noch nicht.
Danke nochmals für die ganzen Winks mit dem Zaunpfahl, ich habe viel
gelernt!
Habt ihr noch eine Empfehlung für die Endstufentranistoren? Ich finde
die MJL21193/94 ziemlich ansprechend, die sind aber mal wieder nicht an
jeder Ecke zu kriegen..
Beste Grüße,
Dominic
Dominic M. schrieb:> ob> ich mir den Aufwand der Stromquellen antue weiß ich also noch nicht.
Du hast recht. Die Stromquellen braucht man dann nicht,
denn was bei Aussteuerung an R2 fehlt, kommt an R3 dazu
und umgekehrt.
Aber der OPA hat dann zu ackern und kommt evtl. in den B-Betrieb rein.
Dominic M. schrieb:> ich habe viel> gelernt!
Dito. Solche Threads lohnen sich immer. :-)
Dominic M. schrieb:> Habt ihr noch eine Empfehlung für die Endstufentranistoren?2SC5200 und 2SA1943
LG
old.
Das mit dem OPA stimmt, und so eine Stromquelle ist kein Hexenwerk. Fast
an Zauberei grenzt es aber das nun der Ruhestrom mit zunehmender
Temperatur abnimmt :D
2SC5200/2SA1943 sind mir bei der Suche in der Tat auch schon öfters über
den Weg gelaufen, danke für den Tipp.
Beste Grüße,
Dominic
Dominic M. schrieb:> Fast> an Zauberei grenzt es aber das nun der Ruhestrom mit zunehmender> Temperatur abnimmt
Dann schau Dir mal die Stromquelle für sich allein an.
Der Temperaturgang der LED und der BE-Strecke kompensieren
sich nicht.
Ob das real auch so ist, kann ich nicht sagen.
Jedenfalls findet man solche Stromquellen mit roter LED
recht häufig. Ich will doch hoffen, dass die nicht so
temperaturabhängig sind.
Zum Glück wird die Stromquelle real nicht so heiß wie die Endstufe.
Kann man in LTspeice auch nur bestimmte Bauteile erwärmen?
Nimm halt einen Stromspiegel als Stromquelle, der wird
real und in LTspice nicht so extrem aus dem Ruder laufen.
LG
old.
Stromspiegel ginge natürlich dank der Konstantspannungsquellen, ich
könnte das aber auch ganz ohne irgendwelche Festwertquellen machen. Das
harmoniert dann besser mit Schankungen aus dem Netz und ich brauche
keine Huckepackwindung.
Das sich das nicht zu 100% kompensiert kann ich mir schon vorstellen,
ist ja ein anderes Halbleitermaterial, aber ich sehe das jetzt auch
nicht allzu kritisch. Alle Transistoren bis auf Q3/Q4 so gut wie möglich
termisch koppeln und Q3 und Q4 auf einen gemeinsamen KüKö sollte in der
Realität mit passendem Ruhestromabgleich mehr als zufriedenstellend tun.
Danke nochmal für die interessante Diskussion, ich spar dann mal auf die
Kühlkörper :D
Beste Grüße,
Dominic
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