Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bootstrap OpAmp Schaltung für High Voltage Swing


von Thomas (Gast)


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Hallo Leute,
ich versuche gerade eine Schaltung mit einem Op zu realisieren. Dieser 
OP hat eine Vss von +/- 20 V. Mein Plan war es mittels Mosfet in den 
Versorgungsleitung die Ausgangsspannung zu erhöhen.

Ich habe mir die Idee aus dieser Applikationsschrift geholt.

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-1593.pdf

Ziel ist es hier einen Ausgangshub von 40 V zu erreichen. Jetzt habe ich 
versucht die Schaltung zu simulieren. Jedoch klappt das nicht so ganz. 
Hat Jemand vielleicht eine Idee?

Modelle und Datei befinden sich im Anhang.

Schonmal Danke im Voraus ;)
von Stefan F. (Gast)


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Ich halte dieses Schaltungskonzept für "mit der heißen Nadel gestrickt". 
Verwende besser einen OP-Amp, der ohne Tricks für den benötigten 
Spannungsbereich geeignet ist.

https://www.analog.com/en/parametricsearch/11088#/p2840=20|220

Brauchst du wirklich 40 Volt?
von Thomas (Gast)


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Ja die benötige ich, dies ist eine von meinem Professor. Er wollte das 
wir uns Gedanken zu einer externen Beschaltung machen, mit der sowas 
möglich ist
von Armin X. (werweiswas)


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Du kannst dir auch mal anschauen wie APEX das in seinen Power-Opamps 
realisiert.
Hier sei mal als Beispiel einer verlinkt:
https://www.apexanalog.com/resources/products/mp111u.pdf
von MaWin (Gast)


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Thomas schrieb:
> Ja die benötige ich, dies ist eine von meinem Professor. Er wollte
> das wir uns Gedanken zu einer externen Beschaltung machen, mit der sowas
> möglich ist

Und daher guckst du dir die Lösung ab, verstehst sie aber nicht ?

Immer dran denken: Hauptproblem bei einem Verstärker ist nicht die 
Verstärkung, sondern dass er nicht schwingt, also zum Oszillator wird. 
Das verhindert man durch Kompensation, und die muss bei 
ausserplanmässiger Verwendung, wie bei dir wo die Steuerung über die 
Stromaufnahme der Versorgungsspannungsanschlüsse erfolgt, oder wie wenn 
man einen Spannungsregler als Stromregler einsetzt, nicht unbedingt 
passend sein, sondern kann sogar kontraproduktiv eingebaut sein. 
Trickschaltungen gehen also nur mit bestimmten Bauteilen, bei denen die 
unvorhergesehene Verwendung trotzdem passt,  nicht mit jedem im 
Grundprinzip ähnlichen Teil.
von David (ds2000)


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Armin X. schrieb:
> Du kannst dir auch mal anschauen wie APEX das in seinen Power-Opamps
> realisiert.
> Hier sei mal als Beispiel einer verlinkt:

ICh weiß der Thread ist schon etwas älter aber kann die Schaltung mal 
jemand auseinander nehmen und erklären. Vor allem ob man die diskret so 
nachbrauen könnte, da es sich nur um eine äquivalente Schaltung handelt.
von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Die Frage wäre, wo man anfangen soll.

Zuerst mal sollte die Kaskodenschaltung verstanden worden sein.

https://de.wikipedia.org/wiki/Kaskode
Beitrag "Kaskode-Schaltung mit Common-Source und Source-Degeneration MOSFET berechnen"

Hier ist ein längerer Thread zu dem Verstärkerprinzip:
Beitrag "Operationsverstärker Boostrap"

Mit Transistoren wird das vielleicht erst mal einfacher zu verstehen 
sein, wie das funktioniert.
von David (ds2000)


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Ist verstanden

Dieter D. schrieb:
> Mit Transistoren wird das vielleicht erst mal einfacher zu verstehen
> sein, wie das funktioniert.

Das sind doch Transistoren in der Schaltung.
von Stephan C. (stephan_c)


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Es gab von Audio Analogue mal die Donizetti Endstufe (1997 gebaut), wo 
sie das Konzept umgesetzt haben.
Von einem der Entwickler gab es mal eine Webseite, wo man die 
Schaltpläne runterladen konnte, habe ich jetzt aber auf die Schnelle 
nicht gefunden.

Habs doch gefunden:
http://www.analogue-repair.it/donizetti.htm

Der Download von den Schaltplänen geht nur gerade nicht.
Hab den Schaltplan noch auf der Platte gehabt und habe ihn angehängt.

Da das aber eine Audioendstufe ist, sind hinter dem OP noch 2 
Transistorstufen.
von Revo B. (michael_s23)


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wenn nur der Hub des Operationsverstärker verdoppelt werden soll, und 
keine fertiger Hochvolt Operationsverstärker verwendet werden soll, und 
man keine Stromverstärkung braucht: Hier gibt es die 3-Op amp Schaltung.

Design Guide: TIDA-060033
Bootstrap High-Output Voltage-Extension Reference Design 
(https://www.ti.com/lit/ug/tiduew8/tiduew8.pdf).

In dem Design Guide werden auch alle Details beschrieben, die zu 
beachten sind. Das funktioniert nicht nur mit dem THS3491, sondern 
pratisch jedem Opamp

Das gleiche Prinzip wird auch in einer Variante von ADI beschrieben.

Wenn Spannung UND Strom verstärkt werden soll, und einen Op amp als 
zentrales Element, gibt es das Standardwerk AN18 vom Jim 
Williams(https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an18f.pdf), 
und die TI Variante davon.

Die dort beschriebenen Varianten nutzen oft alle Transistoren, die es 
nicht mehr gibt, und andere Bauteile, die heute schwer zu beschaffen 
sind. Trotzdem zeigen sie das Prinzip, und es ist nicht schwer, dass 
anzupassen.
von Vanye R. (vanye_rijan)


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> gibt es das Standardwerk AN18 vom Jim

Yep, kann ich empfehlen hab ich schonmal praktisch genutzt.
Muss mich berichtigen, waren doch nur 20khz.


Vanye
: Bearbeitet durch User
von Klaus R. (klara)


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Revo B. schrieb:
> Wenn Spannung UND Strom verstärkt werden soll, und einen Op amp als
> zentrales Element, gibt es das Standardwerk AN18 vom Jim
> 
Williams(https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an18f.pdf),
> und die TI Variante davon.

Bei der Schaltung von Anlalog.com, Fgure 2. LT1010 Based Output Stage, 
kann ich ja verstehen das da etwas passiert. Dort ist zwischen UB und 
dem IC ein 33 Ohm Widerstand eingefügt worden. Bei der Aussteuerung des 
IC fällt an diesem Widerstand eine Spannung ab die dem zuverstärkenden 
Signal ähnelt und das Ausgangssignal unterstützt.

Aber was bringt das?

Bei TI fehlt dieser Widerstand. Es ist sogar so daß nicht das 
Ausgangssignal noch unterstützt wird, sondern man greift das 
Ausgangssignal ab, und speist gegen Vcc und Vee wieder ein. Da tut sich 
dann nichts da die Spannungsquellen sehr niederohmig sind.
mfg Klaus
von Klaus R. (klara)


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Vanye R. schrieb:
> Yep, kann ich empfehlen hab ich schonmal praktisch genutzt.
> Muss mich berichtigen, waren doch nur 20khz.

Ich denke das Modulation_HighVoltage3.asc nur eine ganz normale Endstufe 
ist. So etwas habe ich 1982 mal für Aktivboxen eingesetzt.

Wo ist denn da Bootstrap?
nfg Klaus
von Lothar (Firma: HZB) (analog_art)


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Stefan F. schrieb:
> Ich halte dieses Schaltungskonzept für "mit der heißen Nadel gestrickt".
> Verwende besser einen OP-Amp, der ohne Tricks für den benötigten
> Spannungsbereich geeignet ist.
>
> https://www.analog.com/en/parametricsearch/11088#/p2840=20|220
>
> Brauchst du wirklich 40 Volt?

Wieso nicht einfach den:
https://www.analog.com/en/products/ADA4700-1.html

Oder ist dein Prof so alt, das es was diskret hinzugefummeltes sein 
muss?
Wenn mehr Strom benötigt wird - Komplementärendstufe hinterherschalten, 
fertig.

Ansonsten geht auch ein normaler OPV, mit normaler Speisespannung, dann 
ein npn-Transistor in Basisschaltung hinterher (Emitter am OPV-Ausgang 
und an dessen Kollektor geht man dann ins "Hochspannungsteil + normaler 
Komplementär-Darlingtonendstufe" rein (dort vom Kollektor her - 
Modulation der oberen Konstantstromquelle). Grins, sowas habe ich mal um 
1980 rum mit einen µA 709 aufgebaut, hat funktioniert.
von Klaus R. (klara)


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Lothar schrieb:
> Wieso nicht einfach den:
> https://www.analog.com/en/products/ADA4700-1.html

Der ADA4700-1 sieht wirklich gut aus. Hast Du schon mal etwas damit 
gemacht?
mfg KLaus
von Lothar (Firma: HZB) (analog_art)


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Hallo Klaus,

nein, ich habe den noch nicht praktisch erprobt.

Laut DB Seite 22 muss man nur mit dem Layout, zwecks guter Wärmeabfuhr 
aufpassen (zumindest wenn man relativ viel Ausgangsstrom nutzt) und 
Figure 68 und 69 zeigen Möglichkeiten den Ausgangsstrom einfach zu 
erhöhen.

Außer der echt hohen Speisespannung, sonst ein durchschnittlich guter 
OPV, recht unauffällig würde ich annehmen.

MfG
Lothar
von Klaus R. (klara)


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Hallo Lothar,
die hohe Speisespannung hatte mich auch interessiert. Und die Bandbreite 
dürfte für Audio in Ordnung sein.
mfg Klaus
von Vanye R. (vanye_rijan)


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> Laut DB Seite 22 muss man nur mit dem Layout, zwecks guter Wärmeabfuhr
> aufpassen (zumindest wenn man relativ viel Ausgangsstrom nutzt)

Das ist dann der Vorteil von diskret. Da schraubst du einfach die TO220 
an einen dicken Aluklotz.

Vanye
von Klaus R. (klara)


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Vanye R. schrieb:
>> Laut DB Seite 22 muss man nur mit dem Layout, zwecks guter Wärmeabfuhr
>> aufpassen (zumindest wenn man relativ viel Ausgangsstrom nutzt)
>
> Das ist dann der Vorteil von diskret. Da schraubst du einfach die TO220
> an einen dicken Aluklotz.
>
> Vanye

Solch ein OPV ist ja nicht für höhere Leistungen konzipiert. Bei hohen 
Leistungen ist der OPV eben eine Vorstufe für die Endstufe.
mfg Klaus
von Udo K. (udok)


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Vanye R. schrieb:
> Das ist dann der Vorteil von diskret. Da schraubst du einfach die TO220
> an einen dicken Aluklotz.

besser LM3886 oder ähnlich.
: Bearbeitet durch User
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