Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie arbeitet der SM2019 Vorverstärker


von Bombadil (Gast)


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Es gibt heutzutage ja eine Menge IC mit einem speziellen 
Anwendungsbereich und meistens wird man sich für die Benutzung gar nicht 
mal Gedanken machen müssen, was unter der Haube passiert und damit eine 
Schaltung bauen, die auch herrvorragend funktioniert. Sozusagen als 
Blackbox.

Ich habe mir das Datenblatt zu dem o.g. Chip angesehen und bin direkt 
auf der ersten Seite bei der Prinzipschaltung hängen geblieben. Mir ist 
aufgefallen, dass der Differenzverstärker am Eingang, anders als 
vielleicht üblich, eine Stromquelle (Senke) pro Transistor hat. Üblich 
ist es bisher für mich gewesen, dass ein kontanter Strom sich ungleich 
auf 2 Transistoren verteilt. Außerdem ist der 'normale' Ausgang am 
Kollektor nicht das, was direkt das Ausgangssignal darstellt. Habe mir 
gedacht ich denke darüber nach und versuche heraus zu finden wie die 
Schaltung funktioniert... und brauche Hilfe.
Vielleicht ist es ja für den einen oder anderen von euch so einsichtig, 
dass er mir dabei etwas auf die Sprünge helfen kann, oder die Neugier 
ist geweckt sich das anzusehen.

Zunächst ohne Rg:
Also wenn zwischen RG2 und RG2 kein Widerstand ist erscheint mir alles 
erst mal stimmig. Da sind Stromsenken an den Emittern der 
Eingangstransistoren und wenn sich an +IN und -IN etwas tut ändern die 
ihren Ausgang, so dass der Ruhestrom gleich bleibt. z.B. wenn +IN höher 
wird und -IN wird kleiner würden die Emitterspannungen genauso 
angepasst. Dass beide Ube sich nicht ändern und der Transistor gleichen 
Strom liefert. Hier würde z.B. der linke Emitter angehoben werden und 
der rechte etwas verringert, so dass genau die Eingangsspannung zwischen 
den Emittern (dem Ausgang) liegt. Das wäre keine Verstärkung und das 
wäre konform zu Table 1 auf Seite 6.

Dabei habe ich aber einen Punkt mit Fragezeichen. Einmal die weiteren 
Differenzverstärker (die auch noch auf einen Buffer arbeiten - warum) am 
'normalen' Ausgang am Kollektor. Naja in dem Fall ändert sich nichts am 
Strom durch beide Transistoren und Differenz sollte 0 sein, also sollten 
die Differenzverstärker aus dem Rennen sein?

Mit Rg:
Wenn der Chip den Eingang verstärken soll, wird zwischen RG1 und RG2 ein 
Widerstand vorgesehen.
Nun wenn ich mir vorstelle, dass ich im oberen Szenario ein Rg zwischen 
die Emitter setze, liegt da ja eine Spannung drüber. Die Spannung kam ja 
dadurch zustande dass die Stromsenken der Eingangsspannung folgen an 
ihrem Ausgang. Die Spannung über Rg hätte dann zur Folge, dass ein Strom 
durch Rg fließt und zwar vom linken Transistor in die Stromsenke des 
rechten Transistors und damit bleibt dann nicht mehr der Strom für die 
linke Stromquelle ausreichend und der Transistor (links) müsste mehr 
aufgesteuert werden. d.h. Ubelinks muss etwas größer werden, der Ausgang 
der Stromsenke wird etwas kleiner. Und genauso muss der rechte 
Eingangstransistor etwas zugemacht werden, weil ja Strom von links kommt 
und er selber weniger liefern muss - das heißt dort wird der Emitter 
etwas höhere Spannung haben. In Konsequenz erscheint mir das dahin zu 
gehen, dass die Emitter sich wieder auf gleiche Spannung einpendeln und 
damit ist am 'Ausgang' der zu dem Ausgangs OPV geht auch keine Spannung.
Und ganz genauso sind die Ströme gleich und an dem Ausgang an den 
Kollektoren ist auch keine Spannung weil die Stöme auf Reheniveau 
bleiben.
Weil das Schwachsinnig wäre und ganz offensichtlich nicht so passieren 
kann frage ich hier um Hilfe. Ich vermute in der Rückwirkung über die 
gebufferten Differenzverstärker irgendetwas was ich nicht raffe.

Welch Magie macht dieser Verstärker? Herzlichen Dank!

von Der Zahn der Zeit (🦷⏳) (Gast)


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Dein Text ist lang, zu lang, um ihn Wort für Wort zu studieren. Aber du 
hast dir die Mühe gemacht, die Schaltung zu verstehen - 👍.

Natürlich ist es ganz einfach. Stell dir vor, -IN liegt fest auf Masse. 
Es ändert sich mit der Spannung +IN auch die am Anschluss RG2 und dem 
5k-Widerstand. Das hat zunächst keinen Einfluss auf OUT, weil wegen des 
x1-Buffers ausschließlich die Spannung am Eingang des x1-Buffers für OUT 
zuständig ist.

Kein RG vorhanden: Weil aber über die 5k jetzt ein höherer 
Kollektorstrom im +IN-Transistor fließt, die Spannung am Kollektor also 
sinkt, steigt wegen der hohen Spannungsverstärkung des folgenden 
Differenzverstärkers und der Stromspiegel die Spannung am Buffer Ein- 
und Ausgang erheblich, und zwar so weit, dass über 5k wieder genau so 
viel Strom wie vorher fließt. Also genauso viel, wie sich die Spannung 
an +In geändert hat. Weil ähnliches mit umgekehrter Polarität auch im 
negative Zweig stattfindet (d.h., die Spannung am anderen x1-Buffer 
sinkt), ist die Differenz der beiden x1-Buffer und damit auch die des 
Ausgangs-Differenzverstärkers = Eingangspannung (+IN - -IN).

Nun kommt RG dazu. Es ist eigentlich nur die klassische Gegenkopplung 
der nicht-differenziellen , nicht-invertierenden 2-Transistor-Schaltung 
auf den Emitter des ersten (invertierenden) Transistors geht, bei der 
das Ausgangssignal des 2. (invertierenden) Transistors über einen 
Widerstand auf den Emitter des ersten geht und so mit dem vom Emitter 
nach Masse gehenden Widerstand dafür sorgt, dass dessen BE-Spannung 
(weitgehend) konstant bleibt. Emitterwiderstand (nach Masse) und 
Gegenkopplungswiderstand (vom Ausgang) bilden einen Spannungsteiler, 
dessen Teilerverhältnis die Verstärkung bestimmt.

Hier ist das Ganze "nur" symmetrisch ausgelegt. Die 5k-Widerstände sind 
die  sind die Gegenkopplungswiderstände, RG ist der Emitterwiderstand. 
Auch vom +IN-Eingang bis zum x1-Buffer an dessen "Transistors Emitters" 
5k-Widerstand wird die Phase nicht invertiert, und wegen der hohen 
inneren Verstärkung die Spannung über RG gleich der Eingangsspannung 
bleibt. Die beiden 5k-"Gegenkopplungswiderstände", also 10k, im 
Verhältnis zum "Emitterwiderstand" RG bilden also den 
Verstärkungsfaktor.

Ich hoffe, deine Denkblockade überwunden zu haben.

Der INA103 von TI arbeitet nach dem selben Prinzip, hat aber für G=100 
schon einen eingebauten RG (dessen 2. Anschluss extern noch hergestellt 
werden muss).

(Für alle, die vorher keine Antwort hatten, aber jetzt immerhin besser 
wissen, dass die Spannungen nicht exakt 0 sind bzw. den anderen 
Spannungen folgen: Ja, natürlich habe ich das idealisiert.)

von Bombadil (Gast)


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Hey danke dir für die Antwort. Ich werde mir das in Ruhe zu Gemüte 
führen. :-)

Ich wollte meinen Beitrag gerade noch einmal nach oben schubsen und 
fragen, ob das Desinteresse inhaltlich am Thema liegt oder daran, dass 
ich es etwas ZU gut mit dem Aufbereiten (also der Länge) gemeint habe 
ich und mal eine Kurzform basteln sollte. Hast ja letzteres bestätigt 
;-)

von Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)


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Bombadil schrieb:
> ich es etwas ZU gut mit dem Aufbereiten (also der Länge) gemeint habe
> ich und mal eine Kurzform basteln sollte.

Ja dazu sind die Rotphasen an der Ampel zu kurz, und das Warten an der 
Bahnschranke reicht nicht zum Antworten.

Aber wenn du noch Fragen hast einfach kurz und bündig stellen und es 
wird dann schon gemotzt wenn was fehlt.

Aber es sind viele die wirklich helfen wollen, hier im Forum.

Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb:
> (Für alle, die vorher keine Antwort hatten, aber jetzt immerhin besser
> wissen, dass die Spannungen nicht exakt 0 sind bzw. den anderen
> Spannungen folgen: Ja, natürlich habe ich das idealisiert.)

Nein werde ich sicher nicht tun, dazu hast du das zu gut beschrieben, 
das man es auch versteht. (Daumen hoch)

: Bearbeitet durch User
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