Moin!
Nachdem ich meine Bastlerkarriere begann mit "Stecken wir dieses Arduino
Modul an dieses und schauen, ob es funktioniert", möchte ich nun mal
"was richtiges" machen. Da habe ich mir eine Class AB Endstufe
ausgedacht. Dabei habe ich mich hier aus dem Forum aus dem Projekte
Bereich an dem Papier bedient, sowie noch ein bisschen Wissen
angegooglet. u.A. von Elliot Sound Projects. Dabei entstanden ist dieses
Werk hier. Das ist das erste Mal, dass ich versucht habe, sowas zu
designen, also findet ihr dort bestimmt einige (doofe) Anfängerfehler.
Unsicher bin ich mir vorallem bei der Wahl der Transistoren, aber soweit
ich die Datenblätter verstehe, sollte das eigentlich passen. In LTSpice
funktioniert es theoretisch auch. Die R's sind alle Metallfilm mit 1%
Toleranz, die Caps sind Foliencaps / normale Elkos.
Ich würde mich dennoch freuen, wenn ihr nochmal den ein oder anderen
Blick drüberwerft, bevor ich Teile bestelle und Magic Smoke produziere
:)
LG
Lukas
Hast du dir mal die Verlustleistung der Transistoren und Widerstände
angeschaut?
In R13 wird 1W verheizt.
Die Verlustleistung der kleinen Transistoren ist zu hoch.
Der Strom des Differenzverstärkers ist zu hoch.
Welchen Zweck hat die Diode D1 in der Schaltung?
Wo gibt es ein Datenblatt des Transistors 2N5401?
Zeig doch mal ein paar "links" auf deine Quellen.
Zunächst einmal entspricht die Schaltung durchaus gängigen Konzepten
ohne gröbere erkennbare Fehler.
Eingige Bauteile-Dimensionierungen wären mal zu überprüfen (s. HelmutS).
Ob das ganze nun schwingstabil ist läßt sich wohl nicht mit Bestimmtheit
sagen.
Unter diesem Aspekt wäre das ausgegangseitige Boucherot-Glied zu
empfehlen.
+-45V Betriebsspannung sind denn schon eine Hausnummer, für erste Tests
würde ich erstmal mit +-15~20V starten.
Hallo,
nimm mal für R8 750 ... 1500 Ohm.
für Q6 und Q7 solltest Du stärkere Transistoren nehmen, denn diese haben
hier etwa 4,3 Watt Verlustleistung zu verkraften.
mfG
Christian S. schrieb:> für Q6 und Q7 solltest Du stärkere Transistoren nehmen
Vielleicht etwas im TO-126, das bleibt fast kalt dabei.
Z.B. 2SA1220(A)/2SC2690(A). Für o.g. +/- 45V @ z.B. 4Ohm
(oder weniger?) LS würden weiter rechts auch noch zwei
zu klein (/zu wenige).
Geh mal mit der Spannung runter, wie oben schon gesagt.
±30-35V maximal.
Als Treibertransistoren dann BD237/238 (SD349/350).Die werden auch schon
gut warm und müssen auf ein kleines Blech... Q8 dort mit rauf!
Eine Schutzschaltung für die Endstufe sollte auch noch rein. R2-4 kannst
Du dir sparen, die 10k gegen GND sollten reichen. D1 macht keinen Sinn,
nimm doch einen Bipolar Elko wenn Du dich wohler damit fühlst. Denke
aber nicht das das nötig ist Elkos verkraften eine geringe verpolte
Spannung ohne Probleme.
Ach Ja: R11 und R12 dürfen niederohmiger sein denn sie haben Einfluss
das Rauschen der Endstufe. Reicht Dir die Verstärkung? Wenn es eine
reine Endstufe an einem Vorverstärker wird geht es bestimmt, um direkt
an einem CD Player zu laufen wird es knapp.
äxl schrieb:> Q8 besser auf den Kühlkörper der Endstufen-Transistoren...
besser noch alle vier (end)transistoren auf einen gemeinsamen kühlkörper
und da auch q8 mit dran.
für q8 einen bd139 der kann isoliert an den kühlkörper mit angeschraubt
werden.
Mal so ein paar Kritikpunkte:
Die Ruhespannungseinstellung mit R2..R4 ist Mist. Die koppelt Brummen
von den Versorgungsspannungen direkt in den Verstärkereingang. Und sie
ist viel zu niederohmig. Von jedem Ende von R4 eine Diode nach GND
begrenzt die Spannung auf ±0.7V, ein Elko am Schleifer siebt Brummen
raus und dann ein Widerstand von wenigstens 100K zur Basis von Q1.
C4 ist viel zu groß. R12·C4 bestimmt die untere Grenzfrequenz, die liegt
hier im Sub-Hz Bereich. D1 ist natürlich Quatsch. Wenn du Bedenken wegen
Gleichspannung hast, dann nimm einen Folienkondensator für C4.
Generell das Gegenkopplungsnetzwerk. R11 sollte ungefähr so groß sein
wie R5, damit sich die Spannungsabfälle durch die Basisströme von Q1 und
Q5 ausgleichen. Dann mußten R11 und R12 beide deutlich niederohmiger
werden. Und C3 gehört da erst mal nicht hin.
Der Strom durch den Differenzverstärker ist zu hoch. Schau, bei welchem
Ic deine Transistoren das Rauschminimum haben. Das ist normalerweise
deutlich unter 1mA, eher so 100..500µA. Daraufhin legst du R8 aus.
R1 würde ich ganz weglassen oder wenn, dann deutlich hochohmiger machen.
Und ganz allgemein wenn das deine erste Endstufe ist: geh es ruhig an.
Mit ±25V statt ±45V kommst du auch ganz schön weit.
Lukas E. schrieb:> also findet ihr dort bestimmt einige (doofe) Anfängerfehler.
Natürlich. Ein paar Dinge sind schon genannt worden.
Der Stromspiegel Q2/Q4 ist überflüssig und sollte raus. Die zusätzliche
Verstärkung die er bringt (6dB), muss an den Emitterwiderständen des
Diff vernichtet werden, um die Schleifenverstärkung auf solche Werte zu
reduzieren, daß die Schaltung stabil wird. Der Stromspiegel bringt nur
Nachteile.
Den Gegenkopplungsteiler R11/R12 um den Faktor 5 niederohmiger machen,
damit Q1 und Q5 den gleichen Gleichstromwiderstand an der Basis sehen.
Axel S. schrieb:> Generell das Gegenkopplungsnetzwerk. R11 sollte ungefähr so groß sein> wie R5, damit sich die Spannungsabfälle durch die Basisströme von Q1 und> Q5 ausgleichen. Dann mußten R11 und R12 beide deutlich niederohmiger> werden.
Hatte ich nicht gesehen, deswegen auch erwähnt.
> Und C3 gehört da erst mal nicht hin.
Doch, C3 muss da sogar hin. Er kompensiert den Pol, der sich durch den
Widerstand des Gegenkoppelteilers mit der Eingangskapazität von Q5
ergibt. Dieser Pol reduziert sonst ganz erheblich die Phasenreserve bei
hohen Frequenzen.
Lukas E. schrieb:> Nachdem ich meine Bastlerkarriere begann mit "Stecken wir dieses Arduino> Modul an dieses und schauen, ob es funktioniert", möchte ich nun mal> "was richtiges" machen. Da habe ich mir eine Class AB Endstufe> ausgedacht.
Einen Oszi solltest Du auch haben. Ich würde die Schaltung zuvor mit
LTspice untersuchen. Allerdings weiß ich nicht ob es Modelle für die
Transistoren gibt.
mfg klaus
ArnoR schrieb:> Axel S. schrieb:>> Und C3 gehört da erst mal nicht hin.>> Doch, C3 muss da sogar hin. Er kompensiert den Pol, der sich durch den> Widerstand des Gegenkoppelteilers mit der Eingangskapazität von Q5> ergibt.
Schon recht. Aber nicht pauschal mit 33pF. Darum ging es mir.
ArnoR schrieb:> Der Stromspiegel Q2/Q4 ist überflüssig und sollte raus. Die zusätzliche> Verstärkung die er bringt (6dB), muss an den Emitterwiderständen des> Diff vernichtet werden, um die Schleifenverstärkung auf solche Werte zu> reduzieren, daß die Schaltung stabil wird. Der Stromspiegel bringt nur> Nachteile.
Das sehe ich aber ganz anders. Ein solcher Stromspiegel bringt erheblich
mehr Gewinn an Schleifenverstärkung als nur 6dB. Natürlich muß man die
Kompensationsnetzwerke anpassen. Insgesamt konnte ich aber sowohl in
Simulation als auch in der Realität mit diesem Stromspiegel meinen
AB-Verstärker deutlich verbessern, vor allem am oberen Ende des
Audiobandes.
Mark S. schrieb:> Insgesamt konnte ich aber sowohl in> Simulation als auch in der Realität mit diesem Stromspiegel meinen> AB-Verstärker deutlich verbessern, vor allem am oberen Ende des> Audiobandes.
ja den stromspiegel hab ich nun auch in meine endstufe eingepflegt.
es war noch platz auf der platine.
außerdem erhöht er die slewrate und vermindert u.u. damit die tim
verzerrungen.
das ganze teil wird fixer.
die kompensationsnetzwerke anpassen...
kannst du das etwas genauer ausführen?
dolf schrieb:> kannst du das etwas genauer ausführen?
Am besten schaust Du Dir mal meine Simulation zu dem Thema an. Das alles
im Detail zu erläutern ist mir eben zu mühselig.
Der Plot zeigt das Fehlersignal am Differenzeingang bei 20kHz
Sinusansteuerung und 15Vrms am Ausgang in 10 Ohm Last
Warum beißt ihr euch denn jetzt an diesem Stromspiegel fest?? Ist doch
"State of art"... der andere muß natürlich weg! Und einige andere
Feinheiten wurden auch schon genannt. Also kann man sagen, dass dieser
Entwurf erst mal durchaus OK ist. Wie der TO jetzt weiter vorgeht, ist
erst mal allein ihm überlassen. Tatsächlich aufbauen? Weitere
Schaltungen - einschließlich die, die jede Menge goldene Ohren haben -
studieren oder was?
Gruß Rainer
Soviel konstruktiver Input, das ist man von manch anderen Foren ja gar
nicht gewohnt! Ich versuche, alles zu beantworten! Ich war so frei, in
eure Zitate Nummern einzusetzen, sodass das beantworten leichter fällt
:)
Zuerst allgemein, da mehrere Leute fragten: Die +-45V sind viel, das ist
mir bewusst, aber ich habe noch einen Trafo, der 2x 32V AC macht, den
würde ich gerne nutzen :). Zum testen ist aber ein Symetrisches Labor-NT
vorhanden, welches bis zu 2x 35V / 5A liefert. EIn Multimeter sowie ein
20MHz Analog-Oszi (2-Kanal) sind vorhanden.
Helmut S. schrieb:> 1. Hast du dir mal die Verlustleistung der Transistoren und Widerstände> angeschaut?>> 2. In R13 wird 1W verheizt.>> 3. Die Verlustleistung der kleinen Transistoren ist zu hoch.>> 4. Der Strom des Differenzverstärkers ist zu hoch.>> 5. Welchen Zweck hat die Diode D1 in der Schaltung?>> 6. Wo gibt es ein Datenblatt des Transistors 2N5401?>> 7. Zeig doch mal ein paar "links" auf deine Quellen.
1./2./3.: Teilweise, ja, aber es war spät gestern und ich habe einiges
schienbar übersehen. Den R korrigiere ich, bei den kleinen Transistoren
meinst du Q6 bzw. Q7? Diese, sowie Q8, Q9 und Q10 durch BD237 / 238
ersetzen?
4. Dies sollte sich ja durch einen größeren R8 bewerkstelligen lassen,
später werden 750-1500R empfohlen, Laut DB der 2N4501 haben die am
wenigsten Rauschen bei 250uA Strom, für beide bräuchte ich also 0.5mA
von der Konstantstromquelle?
5. Diese habe ich aus einer Schaltung aus dem Netz übernommen, es geht
darum, den Elko vor den negativen Spannungsspitzen zu schützen, aber der
Mehrheit der Meinungen nach, scheint diese vernachlässigbar zu sein :)
6. Das DB wurde durch "nbw" verlinkt, hier eine Variante
https://pl-1.org/getproductfile.axd?id=3225&filename=2N5401.pdf, beim
Distributor LCSC gibt es eins, was noch etwas ausführlicher ist:
https://datasheet.lcsc.com/szlcsc/Unisonic-Tech-2N5401G-B-T92-B_C99952.pdf
7. Als Quellen verwendete ich u.A. diese Seite hier
https://sound-au.com/project3a.htm Sowie die PDFs aus diesem Thread:
Beitrag "Veröffentlichung Class AB-Endstufe"Jan schrieb:> 1. Eine Schutzschaltung für die Endstufe sollte auch noch rein.> 2. R2- R4 kannst Du dir sparen, die 10k gegen GND sollten reichen. > 3. D1 keinen Sinn, nimm doch einen Bipolar Elko wenn Du dich wohler damit >
fühlst.
> Denke aber nicht das das nötig ist Elkos verkraften eine > geringe verpolte Spannung ohne Probleme.> 4. Ach Ja: R11 und R12 dürfen niederohmiger sein denn sie haben Einfluss> das Rauschen der Endstufe. Reicht Dir die Verstärkung? Wenn es eine> reine Endstufe an einem Vorverstärker wird geht es bestimmt, um direkt> an einem CD Player zu laufen wird es knapp.
1. Was meinst du in diesem Fall mit Schutzschaltung? Beispielsweise
Sicherungen am Ausgang oder eher was für den LS-Schutz?
2. Komplett weglassen, oder so wie später VOn Axel S. bemerkt
modifizieren?
3. Diese Diode werde ich getrost wegignorieren :)
4. Da kommt noch eine Vorstufe mit Klangregelung etc dazu, das sollte
dann passen denke ich :)
Axel S. schrieb:> Mal so ein paar Kritikpunkte:>> 1. Die Ruhespannungseinstellung mit R2..R4 ist Mist. Die koppelt Brummen> von den Versorgungsspannungen direkt in den Verstärkereingang. Und sie> ist viel zu niederohmig. Von jedem Ende von R4 eine Diode nach GND> begrenzt die Spannung auf ±0.7V, ein Elko am Schleifer siebt Brummen> raus und dann ein Widerstand von wenigstens 100K zur Basis von Q1.>> 2. C4 ist viel zu groß. R12·C4 bestimmt die untere Grenzfrequenz, die > liegt hier im Sub-Hz Bereich. D1 ist natürlich Quatsch. Wenn du > Bedenken wegen Gleichspannung hast, dann nimm einen Folienkondensator >
für C4.
>> 3. Generell das Gegenkopplungsnetzwerk. R11 sollte ungefähr so groß sein> wie R5, damit sich die Spannungsabfälle durch die Basisströme von Q1 >
und Q5 ausgleichen. Dann mußten R11 und R12 beide deutlich
> niederohmiger werden. Und C3 gehört da erst mal nicht hin.>> 4. Der Strom durch den Differenzverstärker ist zu hoch. Schau, bei > welchem Ic deine Transistoren das Rauschminimum haben. Das ist > normalerweise deutlich unter 1mA, eher so 100..500µA. Daraufhin legst > du
R8 aus.
>> 5. R1 würde ich ganz weglassen oder wenn, dann deutlich hochohmiger > machen.>> 6. Und ganz allgemein wenn das deine erste Endstufe ist: geh es ruhig an.> Mit ±25V statt ±45V kommst du auch ganz schön weit.
1. Das klingt nach viel Verbesserungspotential, die Frage ist jetzt, was
macht mehr Sinn, sie umzubauen, wie du vorschlägst, oder ganz
wegzulassen, wie Jan es vorher vorgeschlagen hat? Wenn ich das recht
verstehe, wäre es aber unklug, diese komplett wegzulassen, sonst sind
die Tranistoren des Differenzverstärkers ja erst ab 0.7V Pegel leitend
...?
2. Den Filter werde ich dementsprechend umrechnen, wennn dann R12 / R11
auch umgerechnet sind, ich würde die untere Grenze dann bei rund 20Hz
setzen ...? Der Folienkondensator für C4 ist ein guter Ansatz, dabei
wäre mir irgendwie wohler :)
3. Das Gegenkopplungsnetzwerk werde ich angleichen. C3 wurde in späteren
Posts als nur vom Wert her nicht passend angesehen, wie bestimme ich
dafür den richtigen Wert?
4. Dazu hatte ich bei Frage #4 auf Helmuts Zitat meinen Lösungsansatz
gegeben, ich hoffe, das taugt :)
5. R1 habe ich auch nur aus Schaltungen aus dem Netz übernommen, die
genaue Funktion ist mir nicht ganz klar, aber wenn das so ist, alsse ich
ihn weg :)
6. Ich hatte es bereits oben erwähnt, die recht hohe Spannung kommt nur
daher, dass ich noch einen Trafo habe, dann muss ich keinen neuen Kaufen
dafür :D
Zuletzt, bei dem Stromspiegel aus Q2 / Q4 scheiden sich die Geister, da
würde ich einfach mal ausprobeiren, ob das so gut klappt, die zwei
Transistoren machen den Braten denke ich auch nicht mehr fett :)
Ich werde diese Verbesserungen in den nächsten 1-2 Tagen mal in den
Schaltplan einpflegen und mich dann nochmal melden. Vielen Vielen Dank
für die vielen hilfreichen Kommentare schonmal!
LG
Lukas
um noch mal auf den Stromspiegel zurück zu kommen - den kannst Du auch
getrost weglassen, die Kompensation wird dadurch eher einfacher und
dafür hat bei 20Khz der Klirrfaktor vlt eine Null weniger hinter dem
Komma. Damit kann man leben, die erreichbaren Verbesserungen sind schon
eher akademisch.
Ich habe ihn in meinem Beispiel verbaut, weil das erklärte Ziel nun mal
"state-of-the-art" war.
>1. Was meinst du in diesem Fall mit >Schutzschaltung? Beispielsweise Sicherungen
am >Ausgang oder eher was für den LS-Schutz?
Ich meine eine Schaltung die bei z.B einem Kurzschluss am Ausgang
verhindert das deine Endtransistoren kaputt gehen. Eine Schmelzsicherung
wird zu langsam sein. Die Endstufe ist nicht zu empfehlen aber schau dir
mal die Schutzschaltung an:
http://www.hifi-forum.de/viewthread-71-10095.html
LS-Schutz ist sowieso eine gut Idee!
>Komplett weglassen, oder so wie später VOn Axel >S. bemerkt modifizieren?
Deine Schaltung deine Wahl (-;
Durch den diff fließen später ja mal paar 100uA, mit den 10k
Eingangswiderstand sollte sich kein großer Offset am Eingang aufbauen.
Für DC ist die Verstärkung wegen dem Elko gegen Masse in der GK sowieso
1, nicht kritisch.
Man könnte statt der 2N4501 ein Matched Pair verwenden, nahe zusammen
sollten die Transistoren sowieso sein. Dann ist der Offset durch die
Unterschiede der Transistoren in der Eingangsstufe auch kein Problem
mehr und der Trimmer kann entfallen. Alternativ kann man den Trimmer
auch an R6/R9 legen, es gibt viele Möglichkeiten.
https://old-fidelity.de/thread-25798.html
Ich würde auch die untere Grenzfrequenz nicht so hoch legen, du kannst
ruhig einen Elko nehmen.
Der Trick ist den Elko von der Kapazität so groß zu wählen das im
Hörbereich keine Wechselspannung über ihn abfällt, dann kann da auch
nichts verzerren. Angenommen du brauchst einen 10uF Elko für 10Hz
Grenzfrequenz dann nimmst du einen 100uF und bist auf der sicheren
Seite. So macht das Technik aus dem Tonstudio auch.
Wegen Rauschen wie gesagt Spannungsteiler niederohmiger machen.
Angleichen an den Eingangswiderstand wie von Axel S. Vorgeschlagen würde
ich nicht sondern so dimensionieren das das Rauschen der Eingangsstufe
dominiert. Höherer SNR gegen minimal mehr Offset am Ausgang.
Mark S. schrieb:> Ein solcher Stromspiegel bringt erheblich> mehr Gewinn an Schleifenverstärkung als nur 6dB. Natürlich muß man die> Kompensationsnetzwerke anpassen. Insgesamt konnte ich aber sowohl in> Simulation als auch in der Realität mit diesem Stromspiegel meinen> AB-Verstärker deutlich verbessern, vor allem am oberen Ende des> Audiobandes.
Die 6dB sind gegenüber einer einfachen Stromquelle als aktiver
kollektorlast, wie etwa bei der VAS, gemeint. Gegenüber einem einfachen
Widerstand ist es natürlich mehr. Zusätzliche Verstärkung ist aber kein
Allheilmittel. Der Stromspiegel bringt neben Zusatzaufwand weitere
Nichtlinearität und einen relevanten Pol mit. Die Phasenreserve der
Schaltung wird geringer, die Schwingneigung höher.
Um den Verstärker zu stabilisieren, muss der erste Pol niedriger gelegt
werden. Bei OPVs liegt der typisch bei etwa 10Hz. Ab da beginnt die
Leerlauf- bzw. die Schleifenverstärkung abzusinken. Die ist also im
NF-Bereich frequenzabhängig. Dadurch steigt der Klirrfaktor zu hohen
Frequenzen an. Ein guter Verstärker hat eine konstante
Schleifenverstärkung bis min. 20kHz.
Außerdem bedeutet höhere Verstärkung und niedriger erster Pol auch eine
hohe Empfindlichkeit gegen TIM. D.H. der Verstärker wird durch das
verzögert ankommende Gegenkopplungssignal übersteuert. Die Problematik
kann man beim Leach nachlesen.
Lukas E. schrieb:> Axel S. schrieb:
...
> 1. Das klingt nach viel Verbesserungspotential, die Frage ist jetzt, was> macht mehr Sinn, sie umzubauen, wie du vorschlägst, oder ganz> wegzulassen, wie Jan es vorher vorgeschlagen hat?
Für einen ersten Versuch kannst du das weglassen.
> Wenn ich das recht> verstehe, wäre es aber unklug, diese komplett wegzulassen, sonst sind> die Tranistoren des Differenzverstärkers ja erst ab 0.7V Pegel leitend> ...?
Das verstehst du falsch. Das ist ja ein Differenzverstärker aus zwei
Transistoren im Eingang. Die BE-Spannungen beider Tranistoren heben sich
im Idealfall auf.
Die Ruhespannungseinstellung (auch: Offset-Korrektur, in Anlehnung an
OPV-Schaltungstechnik) soll kleine Fehler ausgleichen, die durch
nichtideale Paarung der Transistoren auftreten. Im Prinzip rechnet man
die Schaltung so, daß im Ruhezustand durch beide Transistoren der
gleiche Kollektorstrom fließt. Dann sind auch die Basisströme und die
Basis-Emitterspannung jeweils gleich. Sehen die Basen den gleichen
Gleichstromwiderstand nach GND, dann ist auch der Spannungsabfall an
diesen Wiederständen gleich. Alles hebt sich auf, am Verstärkerausgang
sind exakt 0.000V (siehe auch Einwurf 3.)
Praktisch werden die Transistoren nicht 100% gleich sein. Widerstände
auch nicht. Und dann gibt es eine Gleichspannung am Ausgang. Aber wenn
du die beiden Transistoren gut aussuchst, sie thermisch koppelst (Stück
Schrumpfschlauch drüber) und den Rest der Schaltung passend auslegst,
wirst du nur wenige mV Offset am Ausgang sehen. Das macht den meisten
Lautsprechern nichts aus.
> 2. Der Folienkondensator für C4 ist ein guter Ansatz, dabei> wäre mir irgendwie wohler :)
C4 sieht die gleiche Gleichspannung wie der Ausgang des Verstärkers.
Halbwellen mit falscher Polung schaden dem Elko nicht. Nur dauerhafte
Gleichspannung von einigen Volt tut das.
> 3. Das Gegenkopplungsnetzwerk werde ich angleichen. C3 wurde in späteren> Posts als nur vom Wert her nicht passend angesehen, wie bestimme ich> dafür den richtigen Wert?
Durch Messen. Notfalls Simulation. Details soll dir Arno erklären.
> 5. R1 habe ich auch nur aus Schaltungen aus dem Netz übernommen, die> genaue Funktion ist mir nicht ganz klar, aber wenn das so ist, alsse ich> ihn weg :)
Es geht einfach darum, den Koppelkondensator C1 beidbeinig an eine feste
Spannung zu hängen. Aber normalerweise hängt da ja der Ausgang der
Vorstufe (Klangregelung, Lautstärkeregler etc.) dran. Praktisch wird man
beide Schaltungen hier einander anpassen. Z.B. bräuchte ein fest
angeschlossener Vorverstärker keinen Auskoppelkondensator am Ausgang
mehr.
Lukas E. schrieb:> Ich werde diese Verbesserungen in den nächsten 1-2 Tagen mal in den> Schaltplan einpflegen und mich dann nochmal melden.
Willst du wirklich weiter an der Schaltung rumbasteln? Sieh dir mal
das angehängte Bild an. Es zeigt den Diff mit der VAS. Treiber und
Endstufe fehlen noch (die machen die Sache auch nicht besser).
Im mittleren Bild sieht man die reine Übertragungsfunktion der
Schaltung. Die sollte eigentlich eine Gerade sein, die durch den
Nullpunkt geht. Die Krümmung der Kurve macht die Verzerrungen des
Verstärkers (nicht alle, die Endstufe liefert auch noch welche).
Im rechten Bild ist die Schaltung dann mal mit einem Sinussignal mit
Offsetkorrektur ausgesteuert worden. Der Klirrfaktor ist 21%. Die
gleiche Schaltung ohne Stromspiegel hat unter gleichen Bedingungen
(60Vpp) nur 15%. Ein guter Verstärker hat in so einem Fall weniger als
1% Klirrfaktor, der gesamte Verstärker.
Dieser Leerlaufklirrfaktor muss nun durch die Schleifenverstärkung
reduziert werden. Wenn du beispielsweise bis 20kHz einen Klirrfaktor von
unter 0,02% haben willst, muss die Schaltung eine Schleifenverstärkung
von 60dB bis 20kHz haben. D.h. der Verstärker muss ein GBP von
20MHz*Betriebsverstärkung, also typischerweise GBP~200MHz haben. Das
schafft die Schaltung bei weitem nicht.
Wenn Du die zugehörige Eingangsspannung auch mal betrachtet hättest,
wäre die sehr hohe Leerlaufverstärkung dieser Schaltung erkennbar
geworden. D.h. es steht genug Gegenkopplung zur Verfügung, um die
Verzerrungen auf akademische Werte herab zu senken. Also kein Grund zur
Aufregung.
Wenn Du die KSQ durch einen Widerstand ersetzt, wird wohl die
Übertragungsfunktion linearer, das aber auf Kosten weit geringerer
SchleifenVerstärkung. Für die gesamte Schleife erwiesenermaßen die
schlechtere Variante.
ArnoR schrieb:> Wenn du beispielsweise bis 20kHz einen Klirrfaktor von> unter 0,02% haben willst, muss die Schaltung eine Schleifenverstärkung> von 60dB bis 20kHz haben. D.h. der Verstärker muss ein GBP von> 20MHz*Betriebsverstärkung, also typischerweise GBP~200MHz haben.
Mit einer Phasenkorrektur 2.Ordnung reicht dafür schon ein GBP von <5MHz
Mark S. schrieb:> Wenn Du die zugehörige Eingangsspannung auch mal betrachtet hättest,> wäre die sehr hohe Leerlaufverstärkung dieser Schaltung erkennbar> geworden.
Hab ich gemacht. Du auch? Im mittleren Bild sieht man´s doch: 10mV
Eingangssignaländerung ergeben 80V Ausgangssignaländerung -> mittlere
Leerlaufverstärkung Vu=80V/10mV=8.000.
D.h. es steht genug Gegenkopplung zur Verfügung, um die
> Verzerrungen auf akademische Werte herab zu senken.
Die Schaltung hat bei 10-facher Verstärkung und niedrigen Frequenzen
eine Schleifenverstärkung von 800. Man kommt also gar nicht auf unter
0,02% Klirr.
Mark S. schrieb:> Mit einer Phasenkorrektur 2.Ordnung reicht dafür schon ein GBP von <5MHz
Das hat man früher gemacht, als man nicht besser konnte. Eine
Frequenzgangkorrektur mit 2 Tiefpässen macht eine Phasendrehung bis zu
180°, d.h. aus dem Verstärker wird ein Oszillator, da er ja auch eigene
interne Pole hat. Um das zu verhindern, muss man einen Korrektur-TP mit
einer Nullstelle abfangen und damit die Phase wieder zurückdrehen. Man
bekommt aber dadurch nur einen rel. kleinen Wirkungsbereich. Auf keinen
Fall kann man damit die nötige Verstärkerbandbreite um den Faktor 40
reduzieren. Man schafft etwa Faktor 2 bis 5.
Außerdem versaut man sich damit das Impulsverhalten. Maßgebend dafür ist
nämlich die minimal auftretende Phasenreserve, nicht die Phasenreserve
bei der Transitfrequenz. Diese elende Murkserei wird leider sogar bei
aktuellen OPVs gemacht, wie z.B. beim LT1028 oder AD797.
Ich glaube, dass Deine Einlassungen zum Thema "wie baue ich den besten
Verstärker der Welt" für den TO kaum von Interesse sein dürften. Ich
werde mich jedenfalls nicht weiter daran beteiligen. Das Theme ist in
den letzten Jahrzehnten erschöpfend abgehandelt worden und langweilt nur
noch.
Mark S. schrieb:> Ich glaube, dass Deine Einlassungen zum Thema "wie baue ich den besten> Verstärker der Welt" für den TO kaum von Interesse sein dürften.
Naja, ich wollte nur verhindern, daß er einen schlechten Verstärker
baut. Vom Besten sind wir noch weit entfernt.
Mark S. schrieb:> Ich werde mich jedenfalls nicht weiter daran beteiligen.
Ich habe auch keine Lust mehr, ist alles hier im Forum oft genug
besprochen worden.
ArnoR schrieb:> Naja, ich wollte nur verhindern, daß er einen schlechten Verstärker> baut. Vom Besten sind wir noch weit entfernt.
Vielleicht ist er ja so schlau und simuliert erst mal und versucht
wenigstens ein paar der "gehobenen" Anmerkungen zu verstehen und
umzusetzen. Was soll ein Anfänger schon groß mit so einem Hinweis
anfangen....
ArnoR schrieb:> Außerdem bedeutet höhere Verstärkung und niedriger erster Pol auch eine> hohe Empfindlichkeit gegen TIM
Gruß Rainer
>Das Theme ist in>den letzten Jahrzehnten erschöpfend abgehandelt worden und langweilt nur>noch.
Trifft auch auf alles zu was man im Forum unter "Digitale Elektronik"
findet. Das schöne ist, interessiert einen das Thema nicht kann man sich
auch einfach raushalten.
Rainer hat recht, das ist sehr viel Input, ich muss mir das alles
erstmal durchlesen, beispielsweise von TIM oder Polen bei Verstärkern
höre ich hier das erste Mal, dann werde ich nochmal ein bisschen mit der
Simulation spielen und mich dann hier wieder melden :)
Und falls er den Mut haben sollte zu fragen, was um Himmels Willen denn
ein "niedriger erster Pol" sei, wird er zu hören kriegen, dass er
gefälligst erst mal die Grundlagen lernen soll! Es ist nicht leicht :-)
Gruß Rainer
ArnoR schrieb:> Willst du wirklich weiter an der Schaltung rumbasteln? Sieh dir mal> das angehängte Bild an. Es zeigt den Diff mit der VAS. Treiber und> Endstufe fehlen noch (die machen die Sache auch nicht besser).https://www.mikrocontroller.net/attachment/438133/LukasAmp2.png
Ich empfehle, vorsichtig mit ArnoR's TINA-TI-Simulationsergebnissen
umzugehen. Er schmeißt so etwas gerne in den Raum und wenn man es mit
LTSPICE simuliert oder gar aufbaut, sieht man plötzlich, dass die
Realität doch erheblich abweichen kann (wobei ich LTSPICE auch nicht
blind vertrauen würde, aber TINA-TI ist nach meiner Erfahrung trotz
aller Überarbeitungen, die daran vorgenommen wurden, bei komplexeren
Schaltungen wenig zuverlässig - selbst, wenn die Modelle gut sind).
Bei näherer Betrachtung von Arnos Schaltung fällt auf, dass der
Differenzverstärker auf Arbeitswiderstände von 47R arbeitet. Bei solcher
Dimensionierung kann man weder von TINA noch von LTSpice gute Ergebnisse
erwarten.
>Bei näherer Betrachtung von Arnos Schaltung >fällt auf, dass der
Differenzverstärker auf >Arbeitswiderstände von 47R arbeitet. Bei >solcher
Dimensionierung kann man weder von TINA >noch von LTSpice gute Ergebnisse
erwarten.
Warum das?
voltwide schrieb:> Bei näherer Betrachtung von Arnos Schaltung fällt auf
Und wenn du noch etwas näher betrachtet hättest, wäre vielleicht sogar
dir aufgefallen, daß das nicht meine Schaltung oder Dimensionierung ist,
sondern die des TO ganz oben im Thread.
voltwide schrieb:> fällt auf, dass der> Differenzverstärker auf Arbeitswiderstände von 47R arbeitet.
Mir fällt dabei vor allem auf, dass du die Funktion gar nicht verstanden
hast. Der Diff arbeitet nicht auf die 47R-Widerstände, sondern auf einen
Stromspiegel. Das würde sogar dann funktionieren, wenn die Widerstände
0Ohm hätten. Wird in allen OPVs so gemacht. Die Widerstände dienen hier
der Kaschierung von Exemplarunterschieden bei den Spiegeltransistoren
und zur Erhöhung des Ausgangswiderstandes.
Jan schrieb:>>Bei näherer Betrachtung von Arnos Schaltung >fällt auf, dass der> Differenzverstärker auf >Arbeitswiderstände von 47R arbeitet. Bei>>solcher> Dimensionierung kann man weder von TINA >noch von LTSpice gute> Ergebnisse> erwarten.>> Warum das?
Weil der Ausgangsstrom vom Differenzpaar nicht gespiegelt sondern
verstärkt werden soll. Um z.B. aus 0,5mA Kollektorstrom auf 10mA
Querstrom im VAS zu kommen, müssen die Arbeitswiderstände an der Basis
um den Faktor 20 höher sein als im Emitterkreis, also in diesem Falle
1kOhm anstelle von 47Ohm.
Jan schrieb:>>Bei näherer Betrachtung von Arnos Schaltung >fällt auf, dass der> Differenzverstärker auf >Arbeitswiderstände von 47R arbeitet. Bei>>solcher> Dimensionierung kann man weder von TINA >noch von LTSpice gute> Ergebnisse> erwarten.>> Warum das?
Weil der Ausgangsstrom vom Differenzpaar nicht gespiegelt sondern
verstärkt werden soll. Um z.B. aus 0,5mA Kollektorstrom auf 10mA
Querstrom im VAS zu kommen, muss der Arbeitswiderstand an der Basis um
den Faktor 20 höher sein als im Emitterkreis, also in diesem Falle 1kOhm
anstelle von 47Ohm.
ArnoR schrieb:> voltwide schrieb:>> fällt auf, dass der>> Differenzverstärker auf Arbeitswiderstände von 47R arbeitet.>> Mir fällt dabei vor allem auf, dass du die Funktion gar nicht verstanden> hast. Der Diff arbeitet nicht auf die 47R-Widerstände, sondern auf einen> Stromspiegel. Das würde sogar dann funktionieren, wenn die Widerstände> 0Ohm hätten. Wird in allen OPVs so gemacht. Die Widerstände dienen hier> der Kaschierung von Exemplarunterschieden bei den Spiegeltransistoren> und zur Erhöhung des Ausgangswiderstandes.
Deine Erklärung einer Stromquelle ist mir keineswegs neu, es handelt
sich hier allerdings nicht um einen OPV, sondern eine AB-Enstufe. Und da
wird seit jeher das Stromwerhältnis VAS/LPT eingestellt über das
Verhältnis der besagten Widerstände. Andernfalls würden bestenfalls
0,5mA durch die VAS fließen. Somit sind die 47R in der Originalschaltung
in der Tat Murks.
voltwide schrieb:> es handelt> sich hier allerdings nicht um einen OPV, sondern eine AB-Enstufe.
Das spielt weder im Prinzip, noch hier konkret eine Rolle.
> Und da> wird seit jeher das Stromwerhältnis VAS/LPT eingestellt über das> Verhältnis der besagten Widerstände.
Nein, die beiden 47R-Widerstände, von denen du sprachst:
voltwide schrieb:
> fällt auf, dass der> Differenzverstärker auf Arbeitswiderstände von 47R arbeitet.
stellen das Verhältnis nicht ein. Der Strom durch die VAS wird von der
pnp-Stromquelle Q6 bestimmt. Auch der 47R in der Emitterleitung der VAS
bestimmt diesen Strom nicht.
> Andernfalls würden bestenfalls 0,5mA durch die VAS fließen.
Unsinn, in allen Schaltungen oben fließen 10mA in der VAS.
> Somit sind die 47R in der Originalschaltung in der Tat Murks.
Nein, die sind i.O..
voltwide schrieb:> Weil der Ausgangsstrom vom Differenzpaar nicht gespiegelt sondern> verstärkt werden soll. Um z.B. aus 0,5mA Kollektorstrom auf 10mA> Querstrom im VAS zu kommen, müssen die Arbeitswiderstände an der Basis> um den Faktor 20 höher sein als im Emitterkreis, also in diesem Falle> 1kOhm anstelle von 47Ohm.
Diese Erklärung ist falsch. Die geht nämlich davon aus, dass Die VAS
Bestandteil einer Strombank ist. Das ist nicht der Fall. Das Verhältnis
der Emitterwiderstände Diff/VAS bestimmt nicht die Ströme.
voltwide schrieb:
...
Mark S. schrieb:
...
Wer bist du eigentlich? "voltwide (Gast)" oder "Mark S. (voltwide)"?
Oder anders gefragt: ist "voltwide" eine Sockenpuppe oder ein Troll?
"Seine" Posts sind jedenfalls unter aller Sau und lassen jegliches
Verständnis für analoge Schaltungstechnik vermissen.
Nur damit es mal jemand gesagt hat. <grummel>
ArnoR schrieb:> Sieh dir mal> das angehängte Bild an.https://www.mikrocontroller.net/attachment/438133/LukasAmp2.png
Leider gibt es keine Bauteilbezeichnungen in Deiner Simu.
Da es sich hier um einen Stromverstärker handelt, ist
die Linearität des Ausgangsstroms in Relation zur Eingangsspannung
relevant.
Du kannst also den Ausgang an Masse klemmen und Dir den Strom
anzeigen lassen oder einen passenden Lastwiderstand einsetzen.
Den Spitzenstrom musst Du über hfe der Endstufe und der Last
auswählen.
Beispielsweise hast Du einfach mal die linearisierende Wirkung
des 47R in der Emitterleitung vom 2N5551 ausgeknipst, indem
der Collector signalmässig leer läuft. Das zerrrt schon ohne
den Diffamp wegen der Nichtlinearität von Ube.
LG
old.
Aus der W. schrieb:> Beispielsweise hast Du einfach mal die linearisierende Wirkung> des 47R in der Emitterleitung vom 2N5551 ausgeknipst, indem> der Collector signalmässig leer läuft.
Nein. Der Emitterwiderstand ist in Bezug auf die Nichtlinearität der VAS
praktisch wirkungslos, weil die VAS an der Basis rein stromgesteuert
ist. Der Spannungsabfall am RE (Ure) wirkt nur bei Spannungssteuerung,
nur dann kann sich die Eingangsspannung der Stufe zwischen der Ube und
der Ure aufteilen und steuernd/linearisierend wirken. Bei Stromsteuerung
ist passt sich die Ue (also die Spannung am Kollektor des linken
Diff-Transistors) einfach an.
Aus der W. schrieb:> Du kannst also den Ausgang an Masse klemmen und Dir den Strom> anzeigen lassen
Nein, das geht nicht, weil dabei der Early-Effekt ausgeblendet wird. Es
muss ein Widerstand als Last genommen werden. Oben hab ich 20k gewählt
(4Ohm * Stromverstärkung 5000).
Die Verstärkung ohne Gegenkopplung ist ausgesprochen klein. Damit kann
man eher keine sehr geringe Verzerrung mehr erwarten.
Die Linerität der VAS stufe im DC Fall zu testen ist auch nur von
begrenztem Wert. Bei den relevanten Frequenzen wirkt der Kondensator von
der Kompensation als lokale Gegenkopplung und linearisiert die VAS
stufe.
Angelehnt an den "blameless amplifier" wäre mein Vorschlag für eine
Verbesserung ein zusätzlicher Emitterfolger vor dem VAS Transistor und
größere Widerstände am Stromspiegel (geht dann wegen der etwas höheren
Spannung). Damit erhält man etwas mehr loop gain der VAS wird noch mehr
über den Kondensator und weniger den Basisstrom bestimmt.
Damit der DC pegel einigermaßen passt sollte der Widestand nach Masse an
den Widerstand in der Rückkopplung angepasst werden. Also etwa 47 K
statt 10 K am Eingangstransistor nach Masse.
Der Stromspiegel macht die Auslegung auch etwas einfacher, weil der
Strom such automatisch gleich aufteilt. Mit nur Widerständen geht das
die Eingangsspannung der VAR Stufe ein und die Auslegung wird
umständlicher und ggf. temperaturabhängiger.
Inzwischen habe ich das "Ding" auch simuliert.
Anbei die asc zum spielen.
Mit der Stromsteuerung von Q7 hast Du recht.
Die Verzerrung des Diffamp ist weg, wenn Du die
Basis von Q7 abklemmst.
Ich probiere mal noch rum.
Lurchi schrieb:> Angelehnt an den "blameless amplifier" wäre mein Vorschlag für eine> Verbesserung ein zusätzlicher Emitterfolger vor dem VAS Transistor
Ich nehme mal an, das ist Q7.
Du bekommst damit mehr überalles Verstärung für die
Spannungsgegenkopplung.
An der Verzerrung des Diffamps ohne Spannungsgegenkopplung ändert das
nichts.
Ich glaube aus der Nummer kommt man nur raus, wenn man den
Diffamp komplementär aufbaut (und Q6 mit ansteuert).
Ist dann aber eine andere Schaltung.
LG
old.
Mit 220 Ohms am Emitter von Q7 (VAS Stufe) bekommt man zwar den
Verstärker bei DC linear, aber die Verstärkung sinkt und der
Aussteuerungsbereich zur negativen Seite wird kleiner.
Ich würde eher Richtung noch kleinerem Widerstand gehen. Der
wesentliche Grund für den Widerstand dürfte eher eine Begrenzung des
Stromes sein (mit einem zusätzlichen Transistor), um ggf. einen
Kurzschlussschutz für den Ausgang zu realisieren. D.h. die 47 Ohm vom
Anfang sind schon etwa die richtige Größenordnung.
Im normalen Betrieb sorgt der Kompensationskondensator für Linearität,
nicht die DC Kurve.
Die wesentliche Nichtlinearität die es gilt auszugleichen ist oft auch
die Stromverstärkung mit dem Übergang zwischen der NPN und PNP Seite.
Auch wenn die Spannungsverstärkung sehr linear ist braucht man trotzdem
noch genügend Schleifenverstärkung.
Lurchi schrieb:> Mit 220 Ohms am Emitter von Q7
Der war noch vom Experimentieren so drin.
Aber ich sehe keinen Grund dafür niederohmiger
als R14 zu werden.
LG
old.
Zwei habe ich noch.
004 bringt trotz R2 mehr Verstärkung, weil R2
hochohmiger als der Collectorwiderstand des Diffamp.
Die "Krümmung" des Eingangswiderstandes hebt sich.
Aber eher geeignet für Darlingtons im VAS.
005 bringt mehr Verstärkung was der Gegenkopplung
gut tut.
Beide nutzen die Steuerung von Q6 und Q7 mit nur einem
zusätzlichen Kondensator und Widerstand.
LG
old.
Ich melde mich wieder, das ganze ist nicht einfach im Sande verlaufen,
ich muss mich jetzt erst mal Intensiv mit euren ganzen Vorschlägen
beschäftigen, zu Weihnachten gab es das Power Amplifier Design Handbook
von Douglas Self, auch damit werde ich mich erstmal beschäftigen. Ich
melde mich mit Fragen & Ergebnissen!
Hier bin ich wieder!
Mit Hilfe von meinem gefährlichen Halbwissen, dem Buch von Don Self und
den Youtube Videos von "JohnAudioTech" habe ich jetzt wieder ein Design
zusammengewürfelt, welches hoffentlich besser ist, als das erste, wobei
sich aber trotzdem einige wahrscheinlich an die Stirn fassen oder den
Kopf auf den Tisch hauen ;-) Vorallem zur Causa Stromspiegel bin ich mir
durch die genannten Dinge eigentlich recht sicher, ihn verwenden zu
wollen.
Bei einigen Teilen hat sich allerdings für mich ihr genauer Sinn und
ihre Dimensionierung noch nicht ergeben, deswegen habe ich dort keine
Werte eingetragen, oder sie in dieser Form einfach übernommen. Konkret
geht es dabei um C1 und C2, sowie die Dimensionierung der Widerstände
und des PoTis von der VAS-Stufe um Q10. Die Feedback-Widerstände sind
ebenfalls erstmal nur ein Schuss ins Blaue.
Ich hänge wieder ein Spice-File und ein Bild an, sodass ihr mir dort
einfacher zeigen könnt, wo ich Blödsinn gebaut habe :)
LG
Lukas
Lukas E. schrieb:> Mit Hilfe von meinem gefährlichen Halbwissen
Genau. Die Schaltung funktioniert niemals. Die pnp im Stromspiegel des
Diff sind verkehrt herum eingebaut, die VAS-Stromquelle mit den beiden
2N5401 ist inaktiv (liefert keinen Strom) und die VAS nimmt ihr
Steuersignal an der falschen Seite des Diff ab. Soll heißen, VAS und
ihre Stromquelle müssen die Plätze tauschen. Die Schaltung ist ein
gewaltiger Rückschritt gegenüber der früher diskutierten.
Die beiden Kondensatoren C1 und C2 sind vollkommen unkritisch, C2 ist
sogar blödsinnig. Wichtig ist C3.
ArnoR schrieb:> Die Schaltung ist ein> gewaltiger Rückschritt gegenüber der früher diskutierten.
sehe ich auch so.
Eine Simulation hast Du davon offensichtlich noch nicht ans Laufen
gebracht, da etliche Komponenten noch keinen Wert zugewiesen bekommen
haben.
Solange Deine Simulation nicht funktioniert, brauchst Du hier keine
Schaltbilder zu zeigen. Mithilfe der Simulation sollte es möglich sein,
Dir die Funktionsweise der Schaltung zu erarbeiten. Solange Du nicht die
Basics verstanden hast, wird das nix und Du wärst besser beraten,
erstmal eine bekanntermaßen funktionierende Schaltung zu simulieren.
Eine seriöse Quelle wäre dazu https://sound-au.com/
Und natürlich auch Douglas Self, Bob Cordell etc.
Amp_Rev2.png
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