Hallo zusammen,
ich habe mal in SPICE ein kleines Netzteil für einen Verstärker
entworfen und würde gerne wissen ob meine Überlegungen soweit richtig
sind. Mir ist klar dass man sowas mit den üblichen 3Bein-Reglern
einfacher machen kann aber
1.lernt man dabei nix
2.ist eine diskrete Lösung mit Zenerdiode sogar rauschärmer(siehe
http://www.tnt-audio.com/clinica/regulators_noise3_e.html)
Das Netzteil soll einen Audio-Verstärker versorgen der 20W in 8-Ohm
Lautsprecher liefert. Die dafür nötige minimale Versorgungsspannung
beträgt U=sqrt(2)*sqrt(P*8) = 17.8V; in der Realität wird's wohl etwas
weniger als 20W Ausgangsleistung weil die Push-Pull-Stufe nicht ganz
"rail-to-rail" geht.
Je positivem und negativem Zweig fliessen max. I=2P/U=2.2A; ich rechne
vorsichtshalber mit 2.5A.
Als Trafo dient ein 2x15VAC sek. Ringkern, das gibt nach Gleichrichter
und Siebelko sqrt(2)*15=21V. Gesiebt wird mit 22.000uF; damit sollte die
Brummspannung max. UBr = 10*2500[mA]/20.000[uF] = 1.25V betragen.
Für die Regelung wird eine 18V-Zenerdiode mit Darlington-Emitterfolger
verwendet (BD135/136 als Treiber, 3055/2955 als Längstransen). Da die
Zenerspannung hier durch die zwei Basis-PN-Übergänge durchmuss wird das
so aber nix: Nach Abzug der Brummspannung bleiben für die Zenerdiode nur
noch 18.75V übrig. Also habe ich einen Spannungsverdoppler vorgesehen
der +/-40V erzeugt mit dem die Zenerdiode gespeist wird; die Schaltung
ist hier beschrieben:
http://www.jogis-roehrenbude.de/Bastelschule/Kaskade.htm
Der Vorwiderstand ist so dimensioniert dass ca. 3mA durch die Z-Diode
fliessen.
Um die zwei PN-Übergänge im Darlington zu kompensieren sind noch zwei
Si-Dioden in Reihe geschaltet. Der 36R-Widerstand in der Basis soll nur
dafür Sorgen dass der Emitterfolger nicht schwingt. Als Last habe ich in
der Simulation zwei 7.2R-Widerstände eingefügt. Dynamischer
Belastungstest folgt noch. Bislang scheint zumindest in der Simulation
alles zu funktionieren wie geplant/berechnet... kaum zu glauben :o)
Im Anhang noch die SPICE-Datei und das Simulationsergebnis: Grün die
Spannung nach Gleichrichter+Elko, rot die Zenerspannung und blau die
stabilisierte Ausgangsspannung bei 2.5A Belastung.
Für NF-ENDstufen benutzt man normalerweise ungeregelte Stromversorgung.
Die Restbrummspannung bleibt dabei ohne Auswirkung, solange die Endstufe
nicht mit 100% Leistung betrieben wird, was man wegen Klirren und
Clippen sowieso vermeidet.
Ja ja, die Simulation.
Schau mal, wie deine Spannung brummt, wenn die Netzspannung mal einen
schlechten Tag hat und nun -10% weniger liefert.
Der Abstand zwischen minimaler Siebelkospannung und gewollter
Ausgangsspannung ist also zu klein, man müsste mindestens mit der
erlaubten Netzspannungstoleranz rechnen.
Die jeweils 2 Dioden D15/D16 D6/D9 kann man natürlich mit einer grössere
Z-Diode sparen, die Temperaturkompensation der Dioden ist hier nutzlos
da sie einerseits nicht mit auf dem Kühlkörper sind und es andererseits
nicht so genau drauf ankommt.
Aber der Trick, mit einen Spannungsverdoppler eine höhere Spannung für
die Z-Dioden zu erzeugen damit ihre Stromstabilisierung durch den
Vorwiderstand einfacher wird, ist schlau.. Den Elko C3 C6 dinde ich
jedoch zu gross: Die 1 Sekunde hochlaufen der Spannung bedeutet nicht
nur daß dein Verstärker in der Zeit möglichst noch stumm bleibt, sondenr
auch daß die 2N3055 und 2N2955 in der Zeit voll ihren SOA Bereich
durchlaufen und falls der Verstärker NICHT stumm bleiben würde sehr hohe
Verlustleistung produzieren. 1 sec ist schon länger als man wärmeträge
puffern kann. Nimm 47uF und auch C4/C5/C7/C8 könnten wohl kleiner sein.
Daß man eine Vorstabilisierung bei Audioverstärkern nur braucht, wenn
man z.B. IC-Verstärker knapp an der oberen Betriebsspannungsgrenze
betreibt und dann nicht noch genug Platz (headroom) für
Netzspannungsschwankungen und Elkoripple hat, sollte klar sein.
Ein Audioverstärker ist bereits ein Spannungsregler, und besser wird es
auch nicht wenn man 2 Regler hintereinanderschaltet. Im Gegenteil, bei 2
Reglern könnte man sich sogar kritische Regelbereiche einhandeln. Da es
hier nur eine Stabilisierung ohne Regelung ist, hast du das Problem aber
elegant umgangen.
Das hat mir jetzt zu denken gegeben :)
Im Anhang mal das Ergebnis für ein unstabilisiertes Netzteil (nur
Gleichrichter+Siebelko) bei dynamischer Belastung (Stromspitzen
2A/1kHz). Die Brummspannung ist ca. 0.4V bei 100Hz. Zum Vergleich das
Ergebnis der Zener-Stabilisierung: Die Brummspannung ist ca. genauso
hoch aber hat jetzt 1kHz.
Was ist denn nun "besser" für eine Audioanwendung? Man könnte ja
argumentieren dass der Brumm bei der Stabilisierung wenigstens der
Tonfrequenz folgt, während es sonst eben Netzbrumm ist :)
Mit 10% Netzunterspannung habe ich auch mal simuliert, sogar mit 20%.
Irgendwann zenert die Diode nicht mehr und dann wird die Stabilisierung
wirkungslos; die Brummspannung ist dann 0.6V. Also ich sehe ein dass bei
der knappen Dimensionierung die Stabilisierung kontraproduktiv ist, da
müßte ich mit der Ausgangsspannung nochmal runtergehen.
>Ein Audioverstärker ist bereits ein Spannungsregler, und besser wird es>auch nicht wenn man 2 Regler hintereinanderschaltet. Im Gegenteil, bei 2>Reglern könnte man sich sogar kritische Regelbereiche einhandeln. Da es>hier nur eine Stabilisierung ohne Regelung ist, hast du das Problem aber>elegant umgangen.
Fragt sich warum die Audiophilen so stolz sind auf ihre
"Superregler"-Platinen mit ollen 317 und zehn Milliarden Elkos drauf...
Lektion des Tages: Weniger ist manchmal mehr :) Auch gut, spare ich
Platz im Gehäuse...
kennie schrieb:> Fragt sich warum die Audiophilen so stolz sind auf ihre> "Superregler"-Platinen mit ollen 317 und zehn Milliarden Elkos drauf...
Aus dem selben Grund, aus dem sie USB-Kabel für mehrere hundert Euro
kaufen, um das Signal nicht zu verfälschen. Oder Netzkabel mit Filter,
Goldstecker, Schirm und 2,5^2 kaufen, natürlich aus sauerstoffreiem,
mondphasengerecht elektrolytisiertem rechtsdrehendem Kupfer.
MaWin schrieb:> Aber der Trick, mit einen Spannungsverdoppler eine höhere Spannung für> die Z-Dioden zu erzeugen damit ihre Stromstabilisierung durch den> Vorwiderstand einfacher wird, ist schlau.
Noch schlauer ist es, auch den Ansteuertransistor mit der höheren
Spannung zu versorgen:
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/labnt1.htm
Abgesehen davon, das man Spannungsregler für NF-(Leistungs-)Verstärker
eigentlich nur dann braucht, wenn man bei IC-Verstärkern deren zulässige
Höchstspannung voll ausnutzen will.
Gruss
Harald
Du gehst viel zu wissenschaftlich heran.
In der Anfangszeit der Transistorverstärker war auch eine harte
stabilisierte Spannung üblich.
Das braucht man aber nur, wenn man den den Verstärker mit Sinus
belastet.
Bei Musik braucht man das aber nicht. Das war ein raffinierter Abgleich
der Verstärkerhersteller in Bezug auf Trafospannung, Kapazität der
Kondensatoren und Überlastung.
Die Werte waren nicht zufällig.
Für die Speisung der Endstufe brauchst du keine elektronisch Regelung.
Audio_Netzteil.png
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Audio_Netzteil_Simulation.png
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