Dimensionierung Differenzenverstärker Gegentaktendstufe

[Technikus]

Hallo Leute,

ich habe mir eine Endstufe aus dem Tietze Schenk rausgesucht und möchte sie dimensionieren. T1 und T2 bilden eine Gegentaktendstufe, die aus dem Stromspiegel T3 und T7 gespeist wird. Der eigentliche Eingang erfolgt über den Differenzenverstärker T5 und T6. Mit R8 und R7 kann ich die Spannungsverstärkung einstellen (vgl. Opamp).
Leider blicke ich nicht durch, wie groß R6 sein sollte und warum. Vielleicht kann mir da jemand helfen?

Die Werte für die anderen Widerstände habe ich mal so hingeschrieben, wie ich sie für sinnvoll halte. Habe ich mich da irgendwo vertan?

Besten Dank für Eure Hilfe.

Technikus

[shaun]

Na wenn Du Spass dran hast... wieviel Ausgangssstrom erwartest Du von dem Ding? Mit einem Basisstrom um und bei 10mA solltest Du Dir da keine grossen Hoffnungen machen. Der Ruhestrom ist auch nicht wirklich klar definiert, zwei Si-Dioden gegen zwei BE-Strecken, ein bisschen wird da evtl fliessen. Wenn Deine Ausgangstransis entgegen der Schaltung Darlingtons sind, reichen die 10mA zwar, aber dafür hast Du Übernahmeverzerrungen, sofern Du das Ding überhaupt als Wechselspannungsverstärker einsetzen willst. Zu Deinem fehlenden Widerstand: idealisiert gerechnet liefert Deine Stromquelle 2xSi-Diode-1xBE-Strecker durch 68Ohm=10,3mA. Derselbe Strom tritt durch den 1:1-Stromspiegel auch am Kollektor des linken DV-Transistors auf. Im nicht ausgesteuerten Zustand sollen beide den gleichen Strom führen, also ist der Strom durch den unbekannten Widerstand 20,6mA. Der Eingang soll vermutlich in Ruhe auf 0V liegen, also liegen die Emitter auf -0,7V. Der Widerstand muss also (|-Ub|-0,7V)/20,6mA sein, für +/-15V also 694Ohm. Ich fürchte nur, dass diese Schaltung ziemlich instabil sein wird. Wie üblich sind die Vorschläge eher akademisch, zum Nachbasteln gibt's die Elektor. Mit einem Widerstand statt der linken Hälfte des Stromspiegels und einem Transistor statt der gesteuerten Stromquelle oder einfach ein 1:5-Stromspiegel o.ä. könnte der Strom durch den Differenzverstärker schon deutlich kleiner sein und das Ding würde evtl weniger Neigung zum Weglaufen zeigen.

[Manf]

Die Berechnung ist ja richtig. Es wird von der Stromquelle T4 ausgegangen, die durch die Wahl de Widerstände ca. 10mA vorgibt. (Ich hätte 5mA genommen.)

Für einen symmetrischen Arbeitspunkt der Endstufe müssen dann auch T3 und T7 den Wert 10mA liefern. Der gemeinsame Emitterstrom von T6 und T5 ist bei Symmetrie des Eingangsdifferenzverstärkers doppelt so groß.
15V/20mA wären damit ca. 750Ohm für R6.

Bis min Ue= -7,5V könnte der Eingangsverstärker damit arbeiten. Da der Verstärker auf eine Verstärkung von etwa 7 eingestellt ist kommt er bei -2V sowieso an die Aussteuerungsgrenze.

So schlecht ist das Design schon nicht, nur eben etwas alt. Es gibt in integrierten Schaltungen noch ein paar mehr Tricks um gute Verstärkerdaten zu erreichen.
Manfred

[PICture]

Hallo!

Um die Schaltung dimensionieren zu können, müssen zuerst die Spannungen + und - definiert werden.

MfG

[Technikus]

Erstmal besten Dank für die hilfreichen Antworten.

@Picture
Die Versorgungsspannung habe ich im Eifer des Gefechts ganz vergessen. Wie Manfred und shaun richtig angenommen haben, sind die Widerstände auf +- 15 V gerechnet. Wenn die ersten Tests dann erfolgreich sind, wollte ich das ganze auf +- 30 V hochskalieren.
Außerdem habe ich die Transistoren vergessen. Da habe ich auch dem Reichelt-Sortiment ausgesucht T1, T2 BD 177/178 und der Rest BF 420/421.

@Manfred, shaun
Danke für die Erklärung zu R6. Jetzt ist mir die Sache klar.

Es gibt in integrierten Schaltungen noch ein paar mehr Tricks um gute Verstärkerdaten zu erreichen.

Das klingt interessant. Habt Ihr bessere Vorschläge, wie ich den Verstärker aufbauen soll bzw. welche ICs man dafür direkt verwenden kann? Bin für Verbesserungsvorschläge jeder Art dankbar.

Was ich will:
bipolarer Verstärker für Gleichspannung (+-15V, später +- 30V) und darauf sitzend kleine Wechselspannungsanteile (max 25 mV, f = 0 ... 100 kHz).
Phasenverhalten im Frequenzbereich möglichst konstant.
Ausgangsstrom mindestens 1 A, besser 2 - 3 A. Dafür muß ich dann den Basisstrom wohl noch deutlich erhöhen.
Spannungsverstärkung im Bereich 3 - 10.

Servus
Technikus

[Hessibaby]

@ Technikus,
0 Hz als untere Grenzfrequenz sind nur bei sehr guter Kühlung der Transistoren erreichbar da diese bei Gleichstrom ein heftiges Eigenrauschen an den Tag legen. Was in der Schaltung oben außerdem fehlt sind Elkos zur Dämpfung von Transienten sowie C´s zur Linearisierung des Frequnzverlaufes. Tietze Schenk Schaltungen sind meist "nur" Theoretika zur Veranschaulichung von Verstärkerklassen und erheben keinen Anspruch auf Funktionalität.
BD177/178 sind zwar nicht schlecht gewesen, sind aber mittlerweile ca. 30 Jahre alt.
Ich persönlich würde bei den von Dir angedachten Daten auf LM3886T zurückgreifen der allerdings auch sehr gut gekühlt werden muß, da ist mehr auch wirklich mehr.
Gruß Hartmut

[Technikus]

Hallo Hartmut,

danke für den ausgezeichneten Tipp. Der LM3886 sieht wirklich sehr patent aus. Allerdings wäre mir eine Input Offset Spannung von weniger als die typ. 1mV, die er typisch liefert, sehr recht.
Ist es sinnvoll, einen Präzisions-Opamp wie den AD797 zum Ausregeln und den LM3886 als Endstufe dafür herzunehmen?
Der AD797 sollte doch dann für die Genauigkeit bestimmend sein, oder?
Wie sieht es eigentlich mit der Schwingneigung aus? Sollte ich da noch Tiefpässe vorsehen?

Weiterhin möchte ich die Versorgungsspannung auf +-30 V ausdehnen, die ganzen Präzisions-Opamps arbeiten aber typ. bei +- 15 V, darum die gesplittete Stromversorgung. Am Eingang IN liegen ca. +- 2V an, die bei OUT auf knapp +- 30 V, 2A verstärkt werden sollen. Die Gesamtverstärkung würde ich mit R3 = 139 KOhm und R4 = 10 kOhm auf A = 14,9 einstellen. Die Verstärkung des LM3886 würde ich dann auf 3 - 4 einstellen, um den dynamischen Bereich des AD797 auszunutzen. Ist das ok so?

Servus
Technikus

[shaun]

Ist Deine Last ohmsch oder können die 2A unter allen Bedingungen auftreten? Bei ohmscher Last ist die Verlustleistung bei halber Aussteuerung maximal, also 15W. Ansonsten, also wenn zB auch bei 1V noch 2A fliessen können, kommst Du schon an die 60W und bei Vier-Quadrantenbetrieb wird's dann unübersichtlich. Danach richtet sich schon mal die Kühlung. Die Offsetspannung bekommst Du nach Deiner Schaltung kleiner, die Aufteilung der Verstärkung passt schon, schnell wird das Ganze sowieso nicht. Gegen Schwingneigung kannst Du den Gegenkopplungswiderständen Kondensatoren parallel schalten, ich würde aber erstmal gucken, auf welcher Frequenz das Ding schwingen würde, um nicht unnötig niedrig abzuknicken. Entscheidend dürfte die richtige Entkopplung der Versorgungsspannungen sein, dicht am IC und viel hilft viel.

[Technikus]

Danke nochmal allen für die produktiven Beiträge. Ich werde die Sache jetzt mit dem LM3886 aufziehen, bestellt ist er schon. Mal sehen, wie es klappt, wenn die Schaltung erstmal zusammengebaut ist.

Ist Deine Last ohmsch oder können die 2A unter allen Bedingungen auftreten?

Ich rechne mit mehr oder weniger ohmschen Verhalten, werde die Kühlung aber trotzdem so dimensionieren, daß der LM3886 selbst im Kurzschlußfall nicht sofort abraucht. Da gibt es ja die schönen Kühlprofile mit Lüfter innen und Wärmewiderständen um die 0,3K/W. Der schlimmste Fall, also Vier-Quadranten-Betrieb sollte sowieso nicht auftreten.

Die Offsetspannung bekommst Du nach Deiner Schaltung kleiner, die Aufteilung der Verstärkung passt schon, schnell wird das Ganze sowieso nicht.

Das ist fein.

Entscheidend dürfte die richtige Entkopplung der Versorgungsspannungen sein, dicht am IC und viel hilft viel.

Das war sowieso eingeplant, habe ich aber jetzt nicht extra eingezeichnet wegen der Übersichtlichkeit.

Servus
Technikus