Stabilität des Leach Amp

[Markus B. (lordnoxx)]

Hallo und schönen Sonntag zusammen.

Habe mal irgendwo im Netz eine LTSpice Datei für den Leach Amp gefunden. 
Dem einen oder anderen dürfte dieser Verstärker ein Begriff sein. Für 
alle anderen: Hier---> http://users.ece.gatech.edu/mleach/lowtim/

Hab dann gerade mal die Simulation dieses Verstärkers angeworfen um mir, 
aus Neugier, ein paar Daten anzusehen. Stutzig geworden bin ich dann, 
als ich sah wie stabil der Verstärker auch bei extremer kapazitiver 
Belastung arbeitet. Und das obwohl die Phasendrehung des 
Rückkopplungssignals bei 0dB schon satte 210° beträgt. Habe hierzu mal 
den Frequenzgang bei Open Loop angehängt.


Wie kann das sein? Ich hätte das jetzt so irgendwie nicht erwartet. 
Müsste der nicht instabil sein?

Gruß


PS: Die LTSpice Datei ist auch angehängt.

[Ulrich (Gast)]

Das kann schon hinkommen mit der guten Stabilität. Dazu tragen die 
Widerstände an der Basis der Endtransistoren bei, denn dadurch wird die 
interne Kompensation über C10 und C11 von der Last am Ausgang 
entkoppelt.

An der Grenze der Bandbreite, also da wo der Loop Gain auf 1 zurück 
geht, hat man ja nicht mehr so sehr die externe Rückkopplung vom 
Ausgang, sondern vor allem die interne über hier C10 und C11. Solange 
der Punkt nicht zu arg von der Last beeinflusst wird, bleibt der 
Verstärker auch bei stark kapazitiver Last stabil.

[ArnoR (Gast)]

Markus M. schrieb:
> Stutzig geworden bin ich dann,
> als ich sah wie stabil der Verstärker auch bei extremer kapazitiver
> Belastung arbeitet. Und das obwohl die Phasendrehung des
> Rückkopplungssignals bei 0dB schon satte 210° beträgt.
> Wie kann das sein?  Müsste der nicht instabil sein?

Bei offener Rückkoppelschleife kann die Phasendrehung beliebig groß sein 
ohne das die Schaltung schwingt, wie auch, es ist ja keine Rückkopplung 
da. Ob der gegengekoppelte Verstärker stabil ist oder nicht, entscheidet 
dann die mit der Gegenkopplung eingestellte Verstärkung.

[ArnoR (Gast)]

> Stutzig geworden bin ich dann,
> als ich sah wie stabil der Verstärker auch bei extremer kapazitiver
> Belastung arbeitet.

> Das kann schon hinkommen mit der guten Stabilität. Dazu tragen die
> Widerstände an der Basis der Endtransistoren bei, denn dadurch wird die
> interne Kompensation über C10 und C11 von der Last am Ausgang
> entkoppelt.

Nein, die Stabilität gegen kapazitive Last kommt durch L1/R49. 
Kapazitäten werden dadurch gar nicht als Last wirksam. Insgesamt ist der 
Frequenzgang und die Stabilität des Verstärkers schlecht: 1.Pol bei 
3KHz, 2.Pol bei 200KHz, 3.Pol bei 2MHz.

[Markus B. (lordnoxx)]

ArnoR schrieb:
> Bei offener Rückkoppelschleife kann die Phasendrehung beliebig groß sein
> ohne das die Schaltung schwingt, wie auch, es ist ja keine Rückkopplung
> da. Ob der gegengekoppelte Verstärker stabil ist oder nicht, entscheidet
> dann die mit der Gegenkopplung eingestellte Verstärkung.


Hallo ArnoR...schön mal wieder von dir zu lesen. Gutes Neues noch :-).

Nun zur Sache an sich: Was du da schreibst ist mir schon klar, ich habe 
auch gleich mal den Frequenzgang bei closed loop angehängt. Sieht meiner 
Meinung nach auch nicht viel besser aus. Grund: 190° Phasendrehung bei 
0dB. Gemessen am Rückkopplungspfad bei 4 Ohm Last.

Warum ist der Amp aber dennoch stabil (in der Simulation!!!)?

[ArnoR (Gast)]

> Gutes Neues noch :-).

Danke, dir auch.

> Sieht meiner
> Meinung nach auch nicht viel besser aus. Grund: 190° Phasendrehung bei
> 0dB. Gemessen am Rückkopplungspfad bei 4 Ohm Last.

Du bringst da was durcheinander, bei Gegenkopplung ist die "0-dB-Linie" 
die eingestellte Verstärkung, hier also 22-fach ~27dB. Nur die 
Phasendrehung dort ist wichtig. Der Verstärker hat da etwa 90° 
Phasenreserve.

[Markus B. (lordnoxx)]

ArnoR schrieb:
> Du bringst da was durcheinander, bei Gegenkopplung ist die "0-dB-Linie"
> die eingestellte Verstärkung, hier also 22-fach ~27dB. Nur die
> Phasendrehung dort ist wichtig. Der Verstärker hat da etwa 90°
> Phasenreserve.

Oh, da verwechselst du aber die beiden Kurven. Die gestrichelte ist die 
Phasenlage!. Sorry, dass hätte ich für die nicht-LTSpice-ler erwähnen 
sollen.

[ArnoR (Gast)]

Nein, du hast nicht verstanden, was ich meine. Verstärkungen unterhalb 
der eingestellten Verstärkung spielen keine Rolle für den Phasengang. 
Die eingestellte Verstärkung ist jetzt die Bezugslinie, aber nicht 0dB. 
Die große Phasendrehung bei 0dB zeigt nur, dass der Verstärker nicht 
1-stabil ist, sondern (wie viele andere auch) mit einer 
Minderstverstärkung arbeiten muss.

[Markus B. (lordnoxx)]

Ok, ich habe verstanden was du meinst. Und das würde auch erklären warum 
der Leachamp stabil ist. Und auch manch anderer Verstärker, den ich 
zunächst als instabil glaubte :-).

Ich frage mich dann aber, warum in der einschlägigen Literatur immer 
davon die rede ist, dass die Schleifenverstärkung auf 0dB gesunken sein 
muss, ehe die Phasendrehung 180° erreicht?

Kann es sein, dass ich hier was verwechsle? Ich denke da an "Closed loop 
gain" und "loop gain".

[ArnoR (Gast)]

> Ich frage mich dann aber, warum in der einschlägigen Literatur immer
> davon die rede ist, dass die Schleifenverstärkung auf 0dB gesunken sein
> muss, ehe die Phasendrehung 180° erreicht?
>
> Kann es sein, dass ich hier was verwechsle? Ich denke da an "Closed loop
> gain" und "loop gain".

Die Schleifenverstärkung ist ja die Differenz zwischen der 
OpenLoop-Verstärkung und der eingestellten Verstärkung. Und die ist beim 
LeachAmp bei etwa 200KhHz und 27dB gleich null. Damit man das auf Anhieb 
erkennen kann stellt man immer beide Linien in einem Diagramm dar. Z.B 
so wie hier:
Beitrag "Re: Endstufe: Phasengang korrigieren"

[Ulrich (Gast)]

Für die Schleifenverstärkung zur Beurteilung der Stabilität muss man 
auch den Teiler zum einstellen der Verstärkung mit einbeziehen. Der 
reine Verstärker, ohne den Teiler hat dann bei der kritischen Frequenz 
noch eine Verstärkung, halt die die man nach außen eingestellt hat.

[_luxx_ (Gast)]

Hallo ArnoR,

du findest den Frequenzgang vom Leach Amp nicht gut? Zeig mir mal 
bessere (dimensionierte) Designs. Ich habe noch keinen besseres 
Verstärker Projekt im Internet gefunden.

mfg

[ArnoR (Gast)]

> Zeig mir mal
> bessere (dimensionierte) Designs. Ich habe noch keinen besseres
> Verstärker Projekt im Internet gefunden.

Ja, das hat auch seinen Grund. So einfach ist es auch nicht. Folge 
einfach mal dem Link  2 Posts weiter oben. Da hab ich einen Verstärker 
gezeigt der den 1. Pol bei 30kHz und den 2. Pol bei 10MHz hat und 
außerdem 500V/µs.