Gegentaktendstufe (Schaltplan funktionfähig?| Wie Ruhestrom einstellen?)

[A. R. (redegle)]

Hallo,

ich habe mir vor ein paar Tagen eine "ruhestromlose" Gegentaktendstufe 
gebaut. Die Schaltung funktionierte auch ganz gut.
Also quasi diese Schaltung:
http://www.mikrocontroller.net/attachment/70310/Gegentakt.gif
Das Problem ist natürlich, dass der Op die Verzerrungen im 
Übergangsbereich der Transistoren ausregeln muss. Je nach Lastwiderstand 
sind hierfür sehr hohe Verstärkungen notwendig die in die Größenordnung 
des open loop gains kommen. Wählt man R10 200 ohm und R13 2 ohm wird das 
open loop gain um den faktor 100 reduziert.

Um dieses Problem zu vermeiden wollte ich diese Endstufe mit einem 
Ruhestrom ausstatten. Die Schaltung befindet sich im Anhang.
Leider funktioniert diese Schaltung in der Praxis fast gar nicht.

Ab einer Spannung von ca. 6V begint ein Transistor zu leiten (100mA), 
erwärmt sich, wird leitfähiger und es fließt immer mehr Strom 
(Wärmegegenkopplung fehlt).

Als nächtes reduziert ich die 2 1N4003 auf jeweils eine (Die TIP 
Tranistoren sind Darlingtontransistor). Dies hat dafür gesorgt, dass 
kein Ruhestrom mehr fließt. Jedoch ist die Schaltung alles andere als 
symmetrisch. Die Ausgangspannung liegt nicht auf 15V sondern auf 6V.

Wäre sehr nett, wenn sich ein paar Leute finden die mir helfen können 
die Probleme zu beheben. Irgendwie hänge ich gerade fest. Versucht die 
Schaltung symmetrischer zu bekommen in dem ich R1 und R3 variierte. Dies 
hatte jedoch kaum Auswirkung.

[ArnoR (Gast)]

Die Ausgangsmittenspannung bestimmst du durch die Eingangsspannung, wenn 
der Eingang offen ist, stellt sich da irgendwas ein, was von den 
Transistordaten abhängt. Der Ruhestrom kann so gar nicht vernünftig 
eingestellt werden. Die Dioden müssen die gleiche Flussspannung wie die 
Transistoren Ube im AP haben und ideal thermisch mit den Transistoren 
gekoppelt sein sonst fliegt die Sache ab. Das Thema ist doch nun schon 
millionenfach abgehandelt worden.

[MaWin (Gast)]

Du brauchst 1 Diode mehr und an jeden Emitter (zum Ausgang) einen 
kleinen Widerstand.

Dann hättest du zumindest Ruhestrom.

Ansonsten ist es immer eine blöde Idee,
2 "Konstant" Stromquellen in Reihe zu haben.

[ArnoR (Gast)]

A. R. schrieb:
> Die Schaltung funktionierte auch ganz gut.
> Also quasi diese Schaltung:
> http://www.mikrocontroller.net/attachment/70310/Ge...

Das glaube ich aber nicht, denn bei T4 sind C und E vertauscht.


MaWin schrieb:
> Ansonsten ist es immer eine blöde Idee,
> 2 "Konstant" Stromquellen in Reihe zu haben.

Naja, so absolut stimmt das nicht, ich kann dir feine Schaltungen zeigen 
in denen das überhaupt nicht blöd ist.

[A. R. (redegle)]

Schoneinmal Dank so weit.

>A. R. schrieb:
>> Die Schaltung funktionierte auch ganz gut.
>> Also quasi diese Schaltung:
>> http://www.mikrocontroller.net/attachment/70310/Ge...

>Das glaube ich aber nicht, denn bei T4 sind C und E vertauscht.

Richtig.
Habe den Schaltplan aus dem Internet kopiert. Bei meiner Schaltung hat 
das gestimmt.

Hauptproblem war, dass die beiden Tranistoren Q3 und Q4 geschwungen 
hatte. Deswegen waren die mittlerweile Defekt und zum Teil leitfähig. 
Ein Stützkondensator und 2 neue Tranistoren und das Verhalten der 
Schaltung macht mehr Sinn

Habe nun 2 Emitterwiderstände von jeweils 0,51ohm ergänzt und einen 
Operationsverstärker (Impedanzwandler / Spannungsfolger) ergänzt der den 
Ausgang auf U/2 regelt. Somit ist also der Eingang niederimpedant.

>Der Ruhestrom kann so gar nicht vernünftig
>eingestellt werden. Die Dioden müssen die gleiche Flussspannung wie die
>Transistoren Ube im AP haben und ideal thermisch mit den Transistoren
>gekoppelt sein sonst fliegt die Sache ab.

Habe nun beide Endstufen Transtoren mit Kühlkörpern versehen. Dies 
sollte den thermischen Drift schoneinmal etwas reduzieren. Notfalls kann 
ich noch versuchen die Dioden D1 und D2 bzw. D3 und D4 mit dem 
Kühlkörper zu verbinden.

Momentan scheint das Problem zu sein, dass die Durchflussspannung der 
Dioden D1,D2,D3 und D4 nicht tief genug liegen. Bzw. der Strom teilt 
sich ungünstig zwischen den Dioden und der BE Strecke auf. Das heißt, 
dass schon bei einer Spannung von 8V ein Ruhestrom von ca. 500mA fließt.

Macht es Sinn vor die Basis einen Widerstand zu schalten? Bei 500mA CE 
Strom müsste durch die Basis ein Strom von ca. 300µA fließen. Hier würde 
ich ca. 476ohm nehmen. Das entspricht grob 120mV Spannungsabfall. Der CE 
Strom sollte also um 2 Dekaden abfallen.

[mhh (Gast)]

A. R. schrieb:
> Hauptproblem war, dass die beiden Tranistoren Q3 und Q4 geschwungen
> hatte. Deswegen waren die mittlerweile Defekt und zum Teil leitfähig.
> Ein Stützkondensator und 2 neue Tranistoren und das Verhalten der
> Schaltung macht mehr Sinn

Du hättest dem Verstärker auch einfach eine Verstärkung >1 geben können, 
um das zu vermeiden. Dann noch die 4,7 Ohm mit 100 nF in Reihe vom 
Ausgang gegen Masse und gut wäre es gewesen.

[Eddy C. (chrisi)]

Wenn Du Konstantstrom durch die Dioden schickst und diese mit nichts 
thermisch gekoppelt sind, dann kannst Du sie auch durch Widerstände 
ersetzen. Dank der mittlerweile vorhandenen Emitterwiderstände könntest 
Du somit den Ruhestrom einstellbar machen. Dank Opamp mit Rückkopplung 
ist es nunmehr auch wurst, wenn Du alle vier Dioden durch ein Poti 
ersetzt und den Ausgang des Opamps oben oder unten am Poti einkoppelst. 
Auf der Einkopplungsseite des Opamps kann dann auch die Stromquelle 
komplett entfallen.

Ich nehme an, dass R4 nicht mit 30V sondern 0V verbunden ist?

[A. R. (redegle)]

>Wenn Du Konstantstrom durch die Dioden schickst und diese mit nichts
>thermisch gekoppelt sind, dann kannst Du sie auch durch Widerstände
>ersetzen.

Das Problem bei einem Widestand ist, dass dieser trotz maximaler 
Aussteuerung genug Strom für die Endstufe liefern muss. Deswegen müsste 
er recht niederohmig sein. Daraus folgt jedoch, dass über diesen 
Widerstand im Leerlauf extrem viel Strom fließen muss (Begrenzt durch 
Ausgangsstrom des OPs). Da ist eine Konstantstromquelle wesentlich 
besser. Denn mit dieser muss der OP maximal die +/- 10mA von den beiden 
Konstantstromquellen liefern.
Somit komme ich mit der maximalen Ausgangsspannung relativ weit an die 
Rails ran.

>Dank Opamp mit Rückkopplung
>ist es nunmehr auch wurst, wenn Du alle vier Dioden durch ein Poti
>ersetzt und den Ausgang des Opamps oben oder unten am Poti einkoppelst.

Würde das nicht die Übertragungsfunktion der Endstufe extrem nichtlinear 
werden lassen?

>Ich nehme an, dass R4 nicht mit 30V sondern 0V verbunden ist?

Ja!

[Eddy C. (chrisi)]

Simuliere halt, dann hat das Rätseln ein Ende.

[A. R. (redegle)]

Ich habe es nun simuliert und es sieht recht gut aus.
Als erstes im Anhang befindet sich der Schaltplan. Ich hoffe das dieser 
so in Ordnung ist. R9 und R10 wurden so dimensioniert, dass ein 
annehmbarer Ruhestrom von wenigen mA fließt.

Als nächste habe ich noch simuliert, wie sich der Ruhestrom ändert, wenn 
sich die Temerpatur des Transistors erhöht (Schaltung2). Die Temperatur 
wurde von 20°C bis 100°C in 10°C Schritten erhöht.

Ohne Emitterwiderstand steigt der Strom bei 100°C auf ca. 400mA an.

EDIT: Mir ist gerade aufgefallen, dass die Temperatur für alle Bauteile 
gilt also auch für die Stromquelle. Somit ist das Ergebniss nicht 
wirklich representativ. Gibt es eine Möglichkeit in LTSpice nur die 
Temperatur eines einzigen Bauteils zu erhöhen?

EDIT2: Wenn ich in Schaltung2 die Konstantstromquelle durch eine ideale 
Konstantstromquelle ersetzte steigt der Strom bei 100°C nur noch auf 
40mA an.

[Kalaus (Gast)]

...wenn du eine kuriose Endstufe suchst, nimm die im Anhang (die schwarz 
gezeichneten Linien).

Die Ts durch entsprechende Leistungs-Ts ersetzen, wenn es mehr Leistung 
sein soll; darüber hinaus wären kleine Rs in den Emitterkreisen der 
ES-Ts nicht verkehrt.

[Kalaus (Gast)]

...ps: der 1M-R sollte dann entsprechend kleiner sein oder einfach 
Vorstufe durch OP ersetzen (mit Gegenkopplung vom LS her)

[A. R. (redegle)]

Danke für den Vorschlag jedoch existiert die Schaltung oben schon so 
aufgebaut. Ich würde das Konzept eigendlich gerne so beibehalten wenn es 
nicht zu verkehrt ist. Problem momentan ist halt, dass ich die Schaltung 
gerne so zum laufen bekommen würde.

[W.S. (Gast)]

Guck dir doch einfach mal die Schaltung eines üblichen 
Bühnen-Verstärkers an, z.B. von Marshall und Konsorten.

Bei deiner Schaltung sind exakt 2 Stromquellen und ein OpV zuviel drin. 
Die Widerstände in den Emittern der Leistungstransistoren sind ok, aber 
du solltest sie mit jeweils einer dicken Diode überbrücken, damit dann, 
wenn wirklich Amplitude gefragt ist, nicht die Hälfte am 
Emitterwiderstand hängenbleibt. Wenn der Basisstrom der 
Endstufentransistoren dir zu groß wird, dann setze jeweils einen 
Transistor davor (Darlingtonschaltung), nimm einen gewöhnlichen 
Widerstand+eine Diode gegen eine der Versorgungsleitungen und zieh das 
mit einem Koppelelko vom Ausgang hoch (Bootstrap) und die andere Seite 
wird mit nem Transistor gegen die andere Versorgung gezogen. Dessen 
Basis dann von einer diskreten Differenzstufe, Gegenkopplung so, daß Vu 
so etwa 10..20 ist und gut isses.

W.S.