Hilfe bei Verstärkerentwicklung

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Stampede
Inventar

#1 erstellt: 20. Jul 2008, 16:15

Hallo Leute,

ich simuliere gerade an einem neuen Amp rum. Dieser soll ca. 150W an 4 Ohm liefern. Als Leistungstransistoren sollen die MJE3281A / MJE1302A verwendet werden, von denen habe ich noch ein paar zuhause rumliegen.
Bei dem Plan habe ich nach den Vorgaben von Douglas Self gearbeitet, und habe mich auch ein wenig von Bernd's Endstufe (engel_audio) inspirieren lassen. Jedoch wollte ich die VAS, als auch die Diff-Stufe symmetrisch ausführen (Self's Blameless Konzept ist asymmetrisch).
Die Ergebnisse im normalen Betrieb sehen auch recht vielversprechend aus:

Der Plan:

150W an 4 Ohm, 1kHz. Simuliert 10ms, Klirr 0.000191%(5ns max. Timestep):

Bei 20kHz und 150W steigt der Klirr auf 0.000555%, bis 100kHz sehen die Signale noch sehr gut aus, ab ca. 200kHz sind Übernahmeverzerrungen erkennbar.

Soweit, so gut. Nun zum eigentlichen Problem:
Übersteuert man die Endstufe, sodass die Endtransis in die Begrenzung gehen, gibts ein wahres Disaster:

Blau und Rot sind die Ströme durch ein NPN /PNP Pärchen.
Wie unschwer zu erkennen ist, würde dieser "Betriebszustand" die Endtöpfe sofort abrauchen lassen. Auch eine einfache Strombegrenzung kann das Problem nicht richtig eindämmen, immer wenn ein Endtransistor aus der Begrenznung herauskommt fängt's an zu schwingen wie Sau. Leider weiß nicht, wie ich das in den Griff bekomme. Bin mir auch nicht so sicher woran es liegt... die Stromspiegel unter den Eingangs-Diff's könnten...

Wer hilft?

Grüße
Stefan

[Beitrag von Stampede am 20. Jul 2008, 16:18 bearbeitet]

Ultraschall
Inventar

#2 erstellt: 20. Jul 2008, 16:38

Normalerweise- instinktiv und aus Erfahrung:
R1 R2 größer machen
C7 C8 R29 raus;
dafür die Kompensation wie bei :

http://www.speaker.e...3/mod3Spice(sch).gif mit V11 R10 C3 einführen
auch die ganzen Transis in den Konstantstromquellen der Eingangsstufe rauswerfen, dafür mit R5 R6 C2 und V1 arbeiten (oder noch besser mit stabilisierter Betriebsspannung der Treiber und Vorstufe;
ein Kondensator über Q29 fehlt auch noch;
R39 R40 eventuell weglassen
(Das gesagte gilt natürlich sinngemäß für die symmetrische Gegenseite auch.)

Hoffe das ist fürs erste genug an Anregungen.

Grüsse

Mülleimer
Hat sich gelöscht

#3 erstellt: 20. Jul 2008, 18:56

Hallo,

wo kriegen Q23/ Q4 ihren Kollektorstrom her? Ich würde da einen Widerstand nach Masse anschließen.

Stampede
Inventar

#4 erstellt: 21. Jul 2008, 00:25

wo kriegen Q23/ Q4 ihren Kollektorstrom her?

Direkt von Masse. Das ist so beabsichtigt.

R1 R2 größer machen

bringt mehr Stabilität, aber mehr Klirr, genauso wie

die Kompensation wie bei :

http://www.speaker.e...3/mod3Spice(sch).gif mit V11 R10 C3 einführen

Beide Änderungen erhöhen den Einfluss Harmonischer relativ stark.

auch die ganzen Transis in den Konstantstromquellen der Eingangsstufe rauswerfen, dafür mit R5 R6 C2 und V1 arbeiten (oder noch besser mit stabilisierter Betriebsspannung der Treiber und Vorstufe;

Warum soll eine stabilisierte Spannungsversorgung besser sein als eine Konstantstromquelle?

ein Kondensator über Q29 fehlt auch noch;

Der ist vorhanden und mit 100nF bewertet.

R39 R40 eventuell weglassen

Werde ich noch prüfen.

Hoffe das ist fürs erste genug an Anregungen.

Ja, vielen Dank, werde morgen die CPU nochmal fordern

Sunny23
Gesperrt

#5 erstellt: 24. Jul 2008, 19:36

Zuwenig Kompensation und Darlington VAS Stufe.
Darlington VAS Stufe funktioniert fast nie richtig.
Warum das so ist weiss ich nicht, aber Ich konnte sie auch nicht stabilisieren.Egal was ich versucht habe, es ging nicht.

[Beitrag von Sunny23 am 24. Jul 2008, 19:40 bearbeitet]

Stampede
Inventar

#6 erstellt: 24. Jul 2008, 23:57

Habe jetzt an dem ersten transistor der VAS einen Widerstand von 4k3 eingefügt, und die Kapazität über der VAS vergrößert. Die Gegenkopplungswiderstände der Eingangsdiffs bleiben bei 22Ohm.
Eine Darlington VAS (direkt Darlington ist es ja nicht, aber so in der Art), die nicht als Push-Pull arbeitet, sondern alleine mit einer Konstantstromquelle ist extrem stabil.
Die MJE340 sind auch sicher nicht die besten Transistoren für die VAS, ich werde mal schauen ob ich da noch was besseres finde.

Sunny23
Gesperrt

#7 erstellt: 25. Jul 2008, 11:49

Du hast aber auf deinem Schaltplan eine Darlington VAS, die als Push-Pull arbeitet.

Stampede
Inventar

#8 erstellt: 25. Jul 2008, 15:41

Ich weiß. Die Darlington VAS habe ich in der Form das erste Mal bei Douglas Self gesehen, dort arbeitet sie gegen eine Konstantstromquelle (habe mich im letzten Post unklar ausgedürckt). Diese Konfiguration ist sehr stabil, und hat einen geringen Klirr. Die symmetrische Variant ist aber besser, wenn man sie denn stabil bekommt

Ich werde weitere Ergebnisse einstellen.

Gruß Stefan

Sunny23
Gesperrt

#9 erstellt: 25. Jul 2008, 17:59

Krell hat das irgendwie in seinem KSA100B geschaft.

Krell

[Beitrag von Sunny23 am 25. Jul 2008, 18:05 bearbeitet]

Mülleimer
Hat sich gelöscht

#10 erstellt: 26. Jul 2008, 12:29

Warum sind die Konstantstromquellen so aufwendig, mehr als Ri = ∞ mit einer sich selbst stabilisierenden Quelle geht doch nicht

Ultraschall
Inventar

#11 erstellt: 26. Jul 2008, 13:32

Die stabilisierte Spannungsquelle und die einfachen Widerstände mit der Elko-Siebung bringen weniger Rauschen. Und sind extrem frequenzstabil,

, eben anders als zig Transistoren mit ihren Phasendrehungen.
Den 100n nf über Q29 hatte ich übersehen, weil er, unüblich, links daneben gemalt ist.
Das mit dem Klirr und R1 R2 ist mir auch klar, aber was nutzt Dir ein theoretisch gut klingender Verstärker der anfängt zu schwingen und Dir dann abraucht,? Dann lieber stabil und etwas mehr Klirr. Den würde ich versuchen weiter hinten zu optimieren.
Und harmonische sind besser als unharmonische, das mal am Rand.-bisschen mehr Röhrensound.
Und die Zwischenstufe hintern Diff, bei meinen Vorschlag bringt deshalb mehr, weil der Diff weniger belastet wird und so eine höhere Verstärkung bringt. Die kann man dann mit höheren R1 R2 wieder wegreduzieren, hat mehr Bandbreite, besseres Impulsverhalten und mehr Stabilität.

Allgemein: kurze gerade Schaltungen sind meist stabiler als welche mit einfach zu vielen Transistoren, weil deren ganze Grenzfreuqenzen, die parasitären Aufbaukapazitäten doch zu Phasendrehung und damit zum Schwingen beitragen.
Also: keep it simple.

Grüsse

Sunny23
Gesperrt

#12 erstellt: 26. Jul 2008, 16:00

Ich sehe nicht ein wieso ich es vergeblich mit push-pull Darlington VAS versuchen sollte, wenn ich das noch besser und ohne Problemme mit der Kaskode VAS machen kann.

"In a normal common emitter amplifier, you can increase the gain by increasing the collector resistor, but you sacrifice bandwidth because of the Miller capacitance of the transistor. Miller capacitance is proportional to load resistance.

By adding another transistor (wired as a common-base amplifier) in place of the collector resistor, you can lower the effective value of the collector resistance very low (reducing Miller capacitance), yet at the same time keeping the current through the collector at a lower level where it would be with a much higher-valued collector resistor. Lower current = more gain; lower resistance = less Miller capacitance = higher bandwidth. So, you can have both high gain and high bandwidth in a single amplifier stage.

The lower effective resistance comes from the fact that the collector (of the main transistor) is "looking" into the emitter of the cascode transistor, and if you recall the output impedance of a voltage follower is very low. At the same time, the current is constant and can be set by biasing the cascode transistor for whatever current the amplifier transistor requires for a particular gain, independant of the collector 'resistor' value."

[Beitrag von Sunny23 am 26. Jul 2008, 16:02 bearbeitet]

Ultraschall
Inventar

#13 erstellt: 26. Jul 2008, 18:08

Ist ja nett die Beschreibung der Kaskodeschaltung auf Englisch, aber in der Schaltung des ersten Beitrages sehe ich gar keine Kaskodeschaltung???
Hmmm, habe ich wieder was übersehen?

Nur keine Illusionen machen/Mißverständnissen unterliegen, der Ausgangswiderstand einer Kaskodeschaltung ist sehr hoch- mindestens wie der einer Kollektorschaltung. (Aber da gibt es unterschiedliche Meinungen im ganz konkreten.) Im englischen Text ist die Rede von der Ausgangsimpendanz des Emitterfolgers.(Das ist hier schon mal recht großer Unsinn. Denn es geht hier eher um die Eingangsimpendanz des zweiten Transistors in BASISSCHALTUNG-im Zusammenhang mit dem Millereffekt.) Bei der Kaskode bildet aber der Transistor im Basisschaltung den Ausgang! Und der bestimmt den Ausgangswiderstand, eine Emitterschaltung ist da nirgendswo drin.
Soviel zur Güte einiger englischer Texte....

engel_audio
Stammgast

#14 erstellt: 26. Jul 2008, 19:36

zurück zum eigentlichen Problem:

wenn die Emitter der Treiberpäärchen jeweils über deren Widerstände miteinander verbunden werden ohne sie mit an den Ausgang anzuschliessen sollte das Schwingen vermutlich weg sein ( zumindest funktionieren so tausende von Philips-Verstärkern zuverlässig...

)

Gruß Bernd

@stampede

schick mir doch mal die Schaltung

[Beitrag von engel_audio am 26. Jul 2008, 19:37 bearbeitet]

Sunny23
Gesperrt

#15 erstellt: 26. Jul 2008, 20:48

Ist ja nett die Beschreibung der Kaskodeschaltung auf Englisch, aber in der Schaltung des ersten Beitrages sehe ich gar keine Kaskodeschaltung???
Hmmm, habe ich wieder was übersehen?

Du hast nichts übersehen.Da ist keine Kaskode drin.Deswegen erkläre ich warum sie besser ist.
Diese Beschreibung ist richtig.Genauso funktioniert die Kaskode.

[Beitrag von Sunny23 am 26. Jul 2008, 20:51 bearbeitet]

Ultraschall
Inventar

#16 erstellt: 27. Jul 2008, 08:28

Naja, einigen wir uns auf teils richtig.
Bernds Vorschlag schon mal probiert? Das bringt auch deutlich weniger Klirr.

Grüße

Mülleimer
Hat sich gelöscht

#17 erstellt: 27. Jul 2008, 09:41

Die Millerkapazität ist nicht proportional zum Kollektorwiderstand. Sie hängt alleine von der CB- Spannung ab. Alles andere ist sekundär.

Der Kollektorstrom richtet sich auch nicht nach der benötigten Verstärkung, sondern im Zweifelsfall nach der nachfolgenden Stufe.

Mit einem größeren Kollektorwiderstand wird auch nicht der Kollektorstrom geringer, sondern man müßte dazu die Betriebsspannung erhöhen, weswegen der Kollektorstrom derselbe bleibt.

Folglich bedeutet weniger Strom auch nicht mehr Verstärkung.

Der Sinn einer Konstantstromquelle im Kollektorkreis liegt zudem nicht oder nicht alleine in der Verstärkungserhöhung, sondern vielmehr in der linearisierenden Wirkung der Stufe (Fixierung auf einer Stelle der Kennlinie).

Richtig ist natürlich, daß der Kaskodetransistor, gesehen am Emitter, einen sehr geringen Eingangswiderstand hat und dementsprechend dort auch eine sehr geringe Wechselspannung vorherrscht. Proportional dazu wirkt sich die Millerkapazitat weniger aus.

Der Strom der Kaskode wird aber nicht mit dem Kaskodetransistor (wie auch?) sondern mit dem Haupttransistor eingestellt. Konstant ist er deswegen noch lange nicht (wie sollte sonst ein Signal am realen Kollektorwiderstand entstehen?).

Nachtrag: Die 34 Teile der Konstantstromquelle des Diff´s lassen sich auf 15 Teile reduzieren (2 LED, 6 T, 7 R).

Nachtrag 2: Der Vorteil, Q23 und Q4 an den ihren Kollektoren zu verbinden und dann einen 10k- Widerstand von dort nach Masse zu verlegen liegt auch darin, daß gerade bei Übersteuerung deren Kollektorspannung in die Höhe reißt und die Wirkung der (insbes.zusätzlichen) Millerkapazität drastisch erhöht. Das sollte zur Stabilität beitragen. Nebenbei kann man dort bequem eine Clippinganzeige installieren.

Grüße

[Beitrag von Mülleimer am 27. Jul 2008, 10:48 bearbeitet]

Mülleimer
Hat sich gelöscht

#18 erstellt: 27. Jul 2008, 11:32

Stampede schrieb:

R1 R2 größer machen

bringt mehr Stabilität, aber mehr Klirr,

R1=R2=100 Ohm linearisiert die Differenz-Schaltung, da die lokale Gegenkopplung erhöht wird. Dadurch kann die Leerlaufverstärkung bei gleichem Klirrfaktor gesenkt werden. Die Vortäuschung einer schlechteren Linearität rührt sicher daher, daß die Verstärkung durch die höheren Emitterwiderstände Überproportional sinkt. Wenn man es darauf anlegt, könnte man dies an anderer Stelle wieder ausgleichen, doch wozu.

Warum soll eine stabilisierte Spannungsversorgung besser sein als eine Konstantstromquelle?

Eine einfache Konstantstromquelle reicht hier völlig aus. Der einzige Fehler wäre in der Brummeinwirkung bzw. Rückwirkung von UB her zu suchen. Dies kann man durch zwei Arten beheben:
1. Indem man eine sich selbst stabilisierende Konstantstromquelle einbaut (s.o.) die bereits den Arbeitsstrom aus der UB mitstabilisiert
2. Indem man die UB selbst stabilisiert. Das hätte zusätzlich den (u.U.umstrittenen)Vorteil, daß bei Begrenzung keine Modulation der unsauberen Haupt-UB auf das Ausgangssignal erfolgen könnte. Beide UB´s müßten aber zumindest kapazitiv gekoppelt werden wegen der Stabilität. Erfordert gewisse Überlegungen.

Mein Tip: Wenn die Endstufe schwingt, einfach mal die Leistungs-Ausgangsstufe weglassen. Einen Vorverstärker wird man noch hinkriegen, oder?

, denn die Ausgangsstufe kann alleine auch schon schwingen, wenn man nicht den Eingang kapazitiv abblockt.

Stampede
Inventar

#19 erstellt: 27. Jul 2008, 11:51

Hallo,

habe meinen Plan mal überarbeitet:

Sieht sehr gut aus, habe nun die 2SC3505 / 2SA1381 in der VAS benutzt. Ausserdem habe ich noch eine Offsetkorrektur eingefügt. Der Eingang ist noch DC gekopplet, ich werde die wohl noch auf AC ändern.
Bei 150W @ 4Ohm gibts laut FFT 0.000294% Klirr. Stabil schein das Ding auch zu sein. Probleme gibts nur ein wenig, wenn ich den Eingang mit 10Vrms und 200kHz befeuere. Da gibts kleine Peaks, wenn der PNP aus der Sättigung kommt. Aber ob das im Betrieb so realistisch ist...

Blau NPN, Rot PNP, Grün Ausgang

Bei 150W sieht die FFT so aus:

Die stabilisierte Spannungsquelle und die einfachen Widerstände mit der Elko-Siebung bringen weniger Rauschen.

Die kann dich aber bei nem symmetischen Amp nicht wirklich gut einfügen, eher bei nem asymmetrischen. Oder mache ich da einen Denkfehler?

wenn die Emitter der Treiberpäärchen jeweils über deren Widerstände miteinander verbunden werden ohne sie mit an den Ausgang anzuschliessen sollte das Schwingen vermutlich weg sein

Das habe ich schonmal getestet. Bei dem alten Design hat das die Sache eher noch verschlimmert, bei der neuen Version habe ich das noch nicht getestet. Kommt aber noch.

Der Vorteil, Q23 und Q4 an den ihren Kollektoren zu verbinden und dann einen 10k- Widerstand von dort nach Masse zu verlegen

Das habe ich noch nicht gesehen. Das werde ich mal testen.

Wie eine Kaskode funktioniert, ist mir schon klar. Im www wird der Einsatz einer Kaskode teil kontrovers diskutiert. Manche sind der Ansicht, dass die Kaskode gar nichts bringt, da man ja einen Kompensations-C über die beiden Transistoren legt und sich den verringerten Millereffekt wieder zunichte macht.
In den Simus kann ich nicht sagen, dass eine Kaskode sich immer positiv ausgewirkt hat. Manchmal ist der Klirr nur nach oben gegangen, ohne dass sich sonst irgendwas großartig geändert hat.

Danke für eure Hilfe,

Grüße
Stefan

Mülleimer
Hat sich gelöscht

#20 erstellt: 27. Jul 2008, 11:59

Ich habe auch keine Kaskode bei mir eingebaut, völlig überflüssig, finde ich.

Na dann mach was...

Ultraschall
Inventar

#21 erstellt: 27. Jul 2008, 12:18

Mülleimer schrieb:

Die Millerkapazität ist nicht proportional zum Kollektorwiderstand. Sie hängt alleine von der CB- Spannung ab. Alles andere ist sekundär....
Grüße

Die Millerkapzität hängt von der SPANNUNGSVERSTÄRKUNG der Stufe ab.
Da geht der Kollektorwiderstand, sowie die parallel liegende Last u.a. mit ein. Aber die Hauptsache ist die Spannungsverstärkung und sonst nichts.
(BC-Spannung in sofern als das eine geringe Modulation der Sperrschictkapazität stattfindet, ist nicht völlig verkehrt, aber sehr gering.)

Ansonsten, ich fahre jetzt an den Kiessee...solltet ihr auch machen.

Sunny23
Gesperrt

#22 erstellt: 28. Jul 2008, 15:58

Wollt ihr damit sagen, dass ihr alles besser wisst oder was?

Die Leute die das geschrieben haben waren bestimmt auch keine Idioten.

Die Millerkapazität ist nicht proportional zum Kollektorwiderstand. Sie hängt alleine von der CB- Spannung ab. Alles andere ist sekundär

Dominant pole freq P1 = 1/(w × Cdom × beta × Rc)
(where w = 2 × pi × freq).

Da kann man klar sehen, dass die Millerkapazität proportional zum Kollektorwiderstand ist.

Miller capacitance von Kaskode Schaltung
Cshunt=Cbc(1-Av)=Cbc(1-(-1)) Cshunt=2Cbc

So the miller capacitance across the input of the CE stage is double the Base collector capacitance of Q1.

Das bedeutet, dass wenn man den als Kompensationskondesator
33pf nimmt, wird er zu einer Millerkapazität von 66pf.

[Beitrag von Sunny23 am 28. Jul 2008, 16:06 bearbeitet]

Ultraschall
Inventar

#23 erstellt: 28. Jul 2008, 16:42

Ja, dann weiß ich das, nach einen Elektronikstudium und dreißig Jahren Elektronik, besser.

Mehr nach dem Baden gehen, heute abend.

Stampede
Inventar

#24 erstellt: 28. Jul 2008, 17:18

Hallo,

Dominant pole freq P1 = 1/(w × Cdom × beta × Rc)

Ich glaube, da verwechselst du was. Das ist die Formel für die obere Grenzfreqenz (-3dB), eines Transistor in Emitterschaltung und Kapazität über der BC-Strecke. Die Millerkapazität Cdom ist doch völlig losgelöst von Rc.

Die Kapazität, die über der BC-Strecke liegt, erscheint am Ausgang vergrößert. Die Formel lautet :
Ca = Ce * ( 1 + |A| ).
Somit ist die Millerkapazität erstmal ausschließlich von der Verstärkung abhängig.
Schaltet man nun eine Kaskode zu dem entsprechenden Transistor, so übernimmt die Kaskode die volle Spannungsverstärkung. Der ursprüngliche Transistor arbeitet in Kollektorschaltung und hat eine Spannungsverstärkung von -1. Damit ergibt sich Ca = 2*Ce, wie du schon sagtest.

Sinn der Kaskode ist ja, den Millereffekt (vergrößerte Kapaziät am Ausgang) zu verringern. Wenn man nun durch den Cdom ein C über beide Transistoren legt, hat man ja wieder die selbe Kapazität am Ausgang also würde man nur einen Transistor nutzen. Auch an der Verstärkung ändert sich erstmal nicht, die ist in beiden Fällen -S*Rc, Rc bleibt auch gleich. Daher drängt sich mir die Frage auf, was mir die Kaskode für Vorteile in der VAS bringen soll?

R1=R2=100 Ohm linearisiert die Differenz-Schaltung, da die lokale Gegenkopplung erhöht wird

Das ist mir schon klar, nur bringt eine Erhöhung von R1, R2 direkt deutlich höhere 2 und 3 Harmonische und somit mehr Klirr.
Anstatt der MJE340/MJE350 habe ich mich für die 2SC3503 / 2SA1381 entschieden. Die gibts orginal von Failchild bei Digikey. Bei den Reichelt-Japantypen bin ich mir nicht sicher, ob das Orginal Transistoren sind. Die 2SC/2SA habe eine deutlich höhere Grenzfrequenz, und haben angeblich geringe THD. In der Simu sehen die auch recht ordentlich aus.
@Lothar: bei der MOSFET3 verwendest du fast nur Japan Transen. Wo hast du die gekauft, denn RS, Farnell, Digikey führen die nicht. Und Reichelt traue ich nicht...

Grüße
Stefan

Ultraschall
Inventar

#25 erstellt: 28. Jul 2008, 18:21

Millerkapazität die zweite:
Also Prof.Dr. Manfred Seifart schreibt
Cmiller=Cbc(1-Vu)
ergibt bei Vu=-1
Cmiller=Cbc(1--1)=Cbc x 2

Im übrigen ist die Millerkapazität auch noch frequenzabhängig und eine komplexe Zahl, da die Verstärkung zu hohen Frequenzen hin sinkt und auch komplex (phasengedreht) ist....Ein Thema für Doktorarbeiten, wenn man doller damit anfängt.

...wenn man einen Cdom über beide Transistoren legt...
Ja dann ist der Vorteil der Kaskodenschaltung, ihre Schnelligkeit, weg.

krachkiste
Stammgast

#26 erstellt: 28. Jul 2008, 19:30

Mir kommt der c_dom über der Kaskode auch irgendwie komisch vor.

Aber ist es nicht so, dass man auf diesem Wege eine nichtlineare Kapazität (die des Transistors) durch eine lineare (die von c_dom) ersetzt, und das letztendlich der Vorteil sein soll? Oder ist das auch Quark.

Sunny23
Gesperrt

#27 erstellt: 28. Jul 2008, 19:37

Daher drängt sich mir die Frage auf, was mir die Kaskode für Vorteile in der VAS bringen soll?

Ganz einfach.Sie macht den ganzen Verstärker stabil und er funktioniert.Im Gegensatz zu der Darlington VAS, die theoretisch vielleicht besser ist, doch leider funktioniert sie nicht, so dass keiner was davon hat oder es prüfen kann.

18TBX46
Ist häufiger hier

#28 erstellt: 28. Jul 2008, 21:52

Ganz einfach.Sie macht den ganzen Verstärker stabil und er funktioniert.Im Gegensatz zu der Darlington VAS...

Mit Verlaub, aber das stimmt so pauschal ausgedrückt
einfach nicht. Mittels Bode Plot und sinnvoller
Kompensation kriegt man beides stabil.

(und das sage ich nicht nur so, sondern hab es auch
aufgebaut und getestet)

Die Kaskode hat außerdem den Nachteil, dass einiges an
("Aussteuer-") Spannung verlorengeht, ohne zusätzliche
(erhöhte) Spannungsversorgung.

Für schnelles "Clipping-Recovery" sollte dafür gesorgt
werden, dass die VAS-Transistoren nicht sättigen. Ich habe
dazu eine Schottky Diode über der CB Strecke der VAS
vorgesehen. Das ist nicht ganz das, was als "Baker Clamping" bekannt ist,
funktionierte aber ganz brauchbar.

Die Treiberkonfiguration mit einem gemeinsamen Emitterwiderstand
der nicht mit dem Ausgang verbunden
ist, kann die Endtransistoren schneller ausschalten; dazu
sollte der Widerstand (von typisch 100R) mit einem C
von ~ 1µ gebrückt werden.

Gruß, Manuel

Sunny23
Gesperrt

#29 erstellt: 28. Jul 2008, 22:11

Dass die Darlington VAS schwingt, hat nichts mit der Kompensation zu tun, weil sie ohne Eingangssignal schwingt.
Wie kann sie denn schwingen wenn nichts rein geht?
So sie schwingt von sich aleine wie ein Wellengenerator.
Was kanns du tun?Da kanns du kompensieren so viel do willst.
Hilft dir nicht.

18TBX46
Ist häufiger hier

#30 erstellt: 28. Jul 2008, 23:51

Unter Darlington VAS verstehe ich jetzt die Schaltung,
die Self auch so bezeichnet, und die oben verwendet
wurde.

Die Verstärkerstufe alleine schwingt also.
Das tut sie aber nicht per Definition, sondern
aufgrund ihrer äußeren Beschaltung.

Genau diese Schaltung arbeitet in zig
kommerziellen) Endstufendesigns
vorzüglich. Das ist nicht abzustreiten.

Ich habe mit dieser Schaltung auch sehr
gute Erfahrungen gemacht.

Könntest du vielleicht etwas konkreter werden
mit deiner Behauptung: "schwingt immer"
Hast du eine Schaltung oder eine Simulation, in
der das gezeigt wird.

Gruß, Manuel

Sunny23
Gesperrt

#31 erstellt: 29. Jul 2008, 11:15

Ja, ich habe versucht einen Verstärker mit einer Push-Pull Darlington VAS zu bauen, aber er hat nicht richtig funktioniert. Er hat von alleine immer geschwungen.
Nachdem ich aber die Kaskode VAS eingebaut habe, lief er normal.Und auch eine kombinierte Kaskode-Darlington VAS habe ich versucht.War ein bischen besser als Darlington alleine, aber das selbe Problem.Schwingt von alleine.

Stampede
Inventar

#32 erstellt: 30. Jul 2008, 07:51

Für schnelles "Clipping-Recovery" sollte dafür gesorgt
werden, dass die VAS-Transistoren nicht sättigen. Ich habe
dazu eine Schottky Diode über der CB Strecke der VAS
vorgesehen. Das ist nicht ganz das, was als "Baker Clamping" bekannt ist,
funktionierte aber ganz brauchbar.

Hallo Manuel, hast du man nen Schaltplan wie das aussehen soll. Im www hab ich auf die Schnelle nichts so tolles gefunden. Das ist bei mir wenn überhaupt da größte Problem: Der PNP Zweig kommt zu langsam aus der Sättigung.

ch habe versucht einen Verstärker mit einer Push-Pull Darlington VAS zu bauen, aber er hat nicht richtig funktioniert. Er hat von alleine immer geschwungen.

Das triff bei mir ja schon mal nicht zu. In normalen Betrieb schwingt da nix, erst wenn man Teil übersteuert.

Mir kommt der c_dom über der Kaskode auch irgendwie komisch vor.

Habe ich bei D.Self nur in Form gesehen. Wenn du den nur über den einen Transistor schaltet, glaube ich nicht dass man das Teil bei moderaten Werten des C stabil bekommt.

Gruß
Stefan

Mülleimer
Hat sich gelöscht

#33 erstellt: 30. Jul 2008, 11:18

Berichtigung:

Ich meinte oben natürlich die Rückwirkungskapazität; die Millerkapazität ist ja per Definition bereits der mit C(BC)* (vu+1) eingerechnete Effekt.

Sunny23
Gesperrt

#34 erstellt: 30. Jul 2008, 11:32

Die Kaskode kann man nur in einer Weise beschalten un zwar von der Basis des Transistors der als gemeisamer Emmiter geschaltet ist zu dem Kollektor des Transistors der als gemeisame Basis geschaltet ist.

Hier gib's einen Verstärker.Vielleicht hilft es dir.

[Beitrag von Sunny23 am 30. Jul 2008, 12:12 bearbeitet]

Stampede
Inventar

#35 erstellt: 30. Jul 2008, 16:53

Wie eine Kaskode funktioniert, und wie man sie verschaltet, ist und war mir klar. Daher wollen wir mal mit der Kaskode vorerst abschließen.
Mir gehts jetzt mal um das Netzwerk am Ausgang, speziell um den Serienwiderstand und die zugehörige Spule. Wie soll ich die Werte da bemessen? Gibts da ne Faustformel? Habe da sonst mehr oder minder willkürlich irgendwelche Werte benutzt.

Sunny23
Gesperrt

#36 erstellt: 30. Jul 2008, 17:06

Ich glaube das ist nicht so wichtig.Dieses Netzwerk heisst Zobel schaltung und soll den Verstärker mit verschiedenen Lasten stabil halten.So is sie bei allen Verstärkern fast gleich.

18TBX46
Ist häufiger hier

#37 erstellt: 30. Jul 2008, 17:37

Hallo,

diese Schaltung habe als VAS in einer Endstufe verwendet;
durch die Schottky Diode wurde das Clipping-Verhalten
von "zerstörerisch" auf brauchbar verändert.

Eine kapazitive Belastung am Ausgang bildet mit dem
(open Loop) Innenwiderstand der Ausgangsstufe einen
Tiefpass, der zusätzliche 90° Phasenverschiebung einbringt,
und so die Phasenreserve vermindert (closed Loop). Mit
der Spule am Ausgang kann so eine kapazitive Last
unschädlich gemacht werden. Die Spule sollte unbedingt mit
einem R gebrückt werden die den LC Serienschwingkreis
entdämpft. Typische Werte würde ich sagen: 1...5µH 2..10Ohm

Einfach mal (open Loop) die Auswirkung simulieren.

Gruß, MAnuel

Mülleimer
Hat sich gelöscht

#38 erstellt: 31. Jul 2008, 18:00

Hallo,

Eine Endstufe muß unter allen Umständen stabil sein:
10µF am Ausgang, Leerlauf, ohmsche Belastung, Eingangssignalfrequenz durchstimmen usw. und dann noch den Ruhestrom auf null drehen. Der Widerstand parallel zur Spule be-dämpft ihre Eigenresonanz.

Was war denn am Clippingverhalten zerstörerisch ohne die Sättigungsschutzdiode. Ich hatte diese Schaltung auch eingebaut aber vorläufig wieder weggelassen mangels Nutzen.

Ich würde die Konstantstromquellen mal über kreuz koppeln, das spart FET´s.

Grüße

Stampede
Inventar

#39 erstellt: 31. Jul 2008, 21:03

Hallo,

die Clamping Diode krieg ich einfach nicht zum Laufen, immer Error: "Singuläre Maxtrix...." Bei 1A Ruhestrom gehts, macht aber schlimmere Signale als vorher.

Eine Endstufe muß unter allen Umständen stabil sein:
10µF am Ausgang, Leerlauf, ohmsche Belastung, Eingangssignalfrequenz durchstimmen

Nun gut, was heißt hier stabil. Stabil insofern, dass die Stufe nicht schwingt, trifft zu. Aber bei 20kHz, 10µ||100R und Vollaussteurung kommt da nur noch ein Dreieck raus . Überleben wird das die Stufe aber nicht , bei Vce=50 und Ice=10A gehen die Transistoren mit Sicherheit in die Knie. Die Strombegrenzung greift bei der Phasenverschiebung auch nicht mehr.

Rot: Verlustleistung, Blau: Vout, Grün: Ice von einem NPN

10µ Last bedeuten bei 20kHz eine Impedanz von ca. 0.78 Ohm, was ja schon extrem niedrig ist. Bei 0.8 Ohm (rein reel) gibts keine Probleme, da wird die Strombegrenzung aktiv.
Aber, ehrlich gesagt, welcher Lautsprecher hat bei 20kHz eine rein kapazitive Impedanz von 0.78Ohm ? Inwiefern ist eine solcher Zustand praxisnah...? Ich denke nämlich nicht.
Bei 1kHz gibts keinerlei Probleme, Z = 15.91 ist ja auch harmlos.
Leerlauf ist auch kein Problem, da war aber auch nicht zu erwarten.

Was war denn am Clippingverhalten zerstörerisch ohne die Sättigungsschutzdiode

Siehe erster Post. Ich habe aber nun eine andere VAS im Dienst, damit bestehen die Probleme fast nicht mehr.

Probleme gibts nur, wenn ich den Eingang mit 20Vss und 200kHz befeuere. Dann passieren solche Sachen:

Last = 10µ||100R:

Last = 4R||1n:

Im ersten Falls kostet es die Ausgangstransis, im zweiten Fall bleibt Vout bei 40V hängen, was ja auch nicht gut ist. Ein Erhöhen von Cdom bringt deutliche Besserung, bekomme ich das noch anders hin?

Ich würde die Konstantstromquellen mal über kreuz koppeln, das spart FET´s.

Solange das keine klanglichen Vorteile bringt, macht es mir nicht 1€ mehr für 2 FETs auszugeben.

Viele Grüße
Stefan

Sunny23
Gesperrt

#40 erstellt: 31. Jul 2008, 23:30

So wie ich das verstehe, simulierst du diese Schaltungen nur.Das geht so nicht, du must sie real bauen um irgendwelche Schlüssfolgerungen zu machen.
Die Simulation ist zu ungenau bei solchen komplizierten Projekten.Damit kann man nur einfache Sachen simulieren.

engel_audio
Stammgast

#41 erstellt: 01. Aug 2008, 17:22

das mit den Simulationen kann ich so nicht stehen lassen, auch bei komplexeren Schaltungen nicht. Die Realität weicht meist nur sehr gering ab - ich schätze mal die Trefferquote liegt bei über 95%, korrekter Aufbau nach EMV-Gesichtspunkten vorausgesetzt.

Gruß Bernd

Ultraschall
Inventar

#42 erstellt: 01. Aug 2008, 19:38

Tut mir leid Bernd, da muss ich Dir aber doch ein bisschen widersprechen.
Wenn die Schaltungen richtig schnell werden, müsstest Du jede parasitäre Kapazität und Induktivität und Widerstände mit eingeben, magnetische Kopplungen etc...
Dann sind in den Mosfetsmodellen meines Wissens nach nicht die Nichtlinearitäten ihrer Gate-Drain-Kapazitäten enthalten.
Oder die Nichtlinearität der Millerkapazität bei Transis zu höheren Frequenzen hin auch nicht.

Ist zur Grob- bis mittleren Überprüfung hin, ganz gut geeignet, aber aufbauen sollte man es dann schon und auf Überraschungen warten, wo in der Simu doch alles so schön stabil war....

Viele Grüsse von Lothar

Mülleimer
Hat sich gelöscht

#43 erstellt: 02. Aug 2008, 13:29

Den Tip mit dem kapazitiven Kurzschluß am Ausgang habe ich aus der Funkschau. Nochmal nachgesehen: Es waren nur 1µF angegeben, auch nicht unbedingt mit 20kHz, Frequenz war nicht angegeben, vermutlich 1kHz.

Wichtig ist jedenfalls, daß der Innenwiderstand der Endstufe nicht negativ wird, d.h. bei jeglicher (zerstörungsfreier) Belastung darf die Ausgangsspannung (dessen Meßpunkt man sich sehr genau überlegen muß) niemals ansteigen.

In der Praxis kann man wirklich eine Menge falsch machen, da kommen plötzlich Leitungswiderstände und -Induktivitäten hinzu und es entstehen zusätzliche Kapazitäten, die im Schaltplan nicht zu ahnen sind.

Sunny23
Gesperrt

#44 erstellt: 02. Aug 2008, 15:11

Nicht nur deswegen.Man weiss nicht, wer das jeweilige Programm programmirt hat und wie genau es programiert wurde.
Das sind alles nur mathematische Modele und die können niemals 100% genau sein.Und die Bauteile haben eine gewisse Toleranz.Das heisst sie sind alle ein bisschen unterschiedlich.In der Simulation wird das aber nicht berücksichtig.

Ultraschall
Inventar

#45 erstellt: 03. Aug 2008, 07:22

Ich nehme max.10nF und 100kHz Rechteck. 1µ würde ich mich nicht trauen und auch nicht anstreben, weil praxisfremd. Dann schon lieber den Verstärker schneller machen und nicht "1µ-stabil".
Außerdem macht das einen Unterscheid, ob man parallel zu dem C noch einen Widerstand von 4 Ohm hat oder nicht. Mit Widerstand unkritischer. Ohne Widerstand, reine kapazitive Last, recht kritisch.

Stampede
Inventar

#46 erstellt: 03. Aug 2008, 15:34

Ich nehme max.10nF und 100kHz Rechteck. 1µ würde ich mich nicht trauen und auch nicht anstreben, weil praxisfremd.

Gut, das werde ich dann testen.

Das sind alles nur mathematische Modele und die können niemals 100% genau sein.

Die spiegeln die Realitär aber schon ganz ordentlich wider.

Und die Bauteile haben eine gewisse Toleranz.Das heisst sie sind alle ein bisschen unterschiedlich.In der Simulation wird das aber nicht berücksichtig.

Bei passiven Bauteilen kann man das ganz einfach berücksichtenen (".step" Kommando, Stichwort "Montecarlo" Test).
Ob man bei Transistoren auch Exemplarstreuungen mit LTSpice modellieren kann, weiß ich nicht. Da muss man dann matchen / selektieren, um diese Effekte zu minimieren.

müsstest Du jede parasitäre Kapazität und Induktivität und Widerstände mit eingeben, magnetische Kopplungen

Die parasitären Kapazitäten habe ich bisher nur die Kollektor-Kapazität nach Masse der VAS berücksichtigt. Die Leitungskapazität müsste man nach dem Routen explizit ausrechnen. Bei den Induktivitären habe ich mal die Emitter R's der Leistungstransisitoren mit berücksichtigt, sind mit maximal 5nH angegeben. Für die magnetische Kopplung braucht man schon spezielle (und sehr teure) Software.

Wenn die Schaltungen richtig schnell werden

Audio ist ja eher ziemlich langsam...

Die Platine wird gerade geroutet, dann gibts mal nen ersten Tesaufbau.

Grüße
Stefan

Stampede
Inventar

#47 erstellt: 08. Aug 2008, 10:18

So, Layout ist quasi fertig. Habe mal für die Vorstufe und die VAS eine erhöhte Speisespannung vorgesehen (durch Trafo mit 2*30V~ und 2*6V~). Ich überlege nun, ob es sinnvoll ist, die Treiberspannung, die im Leerlauf bei so ca. 48..49V liegen wird, zu stabilisieren. Hatte da an Werte um 44V gedacht.
Macht der Mehraufwand Sinn? Falls ja, reicht da ein einfaches Z-Dioden Konstrukt mit T in Basisschaltung , oder soll ich eine geregelte Variante bevorzugen (mit Z-Diode, FET, Diff'stufe und T in Basisschaltung), oder einen LM317 ?

[Beitrag von Stampede am 08. Aug 2008, 18:21 bearbeitet]

Stampede
Inventar

#48 erstellt: 18. Aug 2008, 15:23

Hi Leute,

hier mal Board und Schaltplan. Möchte das nun so in Auftrag geben ? Gibt an dem Board noch was zu verbessern (bzgl der Masse ? )

Grüße
Stefan

Mülleimer
Hat sich gelöscht

#49 erstellt: 19. Aug 2008, 10:03

Hi,

Wozu soll die erhöhte Treiber-Ub dienen? Ich würde eine niedrigere Spannung vorschlagen. Das Treibernetzteil ist extrem uneffektiv. Im Selbstbauforum ist ein besseres (jenes für Vorverstärker).
Bei der Schaltplangröße ist so einiges zu verbessern. Die Konstantstromquellen können z.B. wesentlich vereinfacht werden.
Warum sind am Eingang nur 1k? Üblich sind 10...47k. Wenn Du die Baugruppen einzeln aufzeichnen würdest, dann könnte man sie besser bearbeiten.

Grüße

Stampede
Inventar

#50 erstellt: 19. Aug 2008, 13:59

Hi,

Wozu soll die erhöhte Treiber-Ub dienen? Ich würde eine niedrigere Spannung vorschlagen.

Die Eingangsstufe und die VAS verkraften das locker. Vorteil ist, dass die Ausgangsstufe besser ausgesteuert werden kann. Aussdem ist nun die Treiberspannung stabilisiert.

Das Treibernetzteil ist extrem uneffektiv. Im Selbstbauforum ist ein besseres (jenes für Vorverstärker).

Inwiefern? Meins braucht 20, deins 17 Bauteile. Das wirds aber wohl kaum sein. Was bei dir von Vorteil sein könnte, ist dass die Referenzdioden mit der Festspannung versorgt werden. Sonst ist das wie bei mir auch ein Transistor in Basisschaltung mit Diffstufe zur Regelung.
Ich habe diese Variante deshalb gewählt, da sie einstellbar ist (deins lässt sich wohl nur über die Z-Dioden einstellen) und bis zu einer Spannungsdifferenz (Uein-Uaus) von ca. 0.2V arbeitet.

Die Konstantstromquellen können z.B. wesentlich vereinfacht werden.

Klar könnte man. So ist wird aber auch die LED mit einem stabilen Referenzstrom versorgt. Das sollte alles dem PSRR zugute kommen.

Warum sind am Eingang nur 1k? Üblich sind 10...47k.

Da hat sich wohl ein Fehler eingeschlichen. R14 sollte mit 10k bewertet werden.

Wenn Du die Baugruppen einzeln aufzeichnen würdest, dann könnte man sie besser bearbeiten.

Ja, ich weiß es ist etwas unübersichtlich. Nur kann man bei Eagle nicht mal einzelne Block auf ein anderes Schaltplanblatt schieben. Ginge das, hätte ich es schon längst gemacht

Grüße
Stefan

Mülleimer
Hat sich gelöscht

#51 erstellt: 19. Aug 2008, 16:02

Stampede schrieb:

Die Eingangsstufe und die VAS verkraften das locker.

o.k., das läßt sich alles einrichten, ist kein Problem

Vorteil ist, dass die Ausgangsstufe besser ausgesteuert werden kann

Du meinst, sie kann höher ausgesteuert werden? Das kann man natürlich überlegen, wieviel höher? Bei meiner Endstufe habe ich darauf verzichtet, weil es kaum mehr Leistung bringt. Allerdings habe ich auch Komplementärdarlington am Ausgang, das spart immerhin 0,6V pro Pol. Die nächste Überlegung wäre, was bei voller Aussteuerung am Lautsprecher ankommt, da wird nämlich das Ausgangssignal mit der nächsthöheren Amplitude mit dem Netzbrumm moduliert, solange die Haupt- Ub nicht stabilisiert ist oder hoffnungslos überdimensionierte Ladeelkos hat. Theoretisch würde ein länger andauernder Baßton erst klar sein und dann in verzerren, wenn die Elkos enladen sind. Wenn man die Ub der Treiber niedrig genug hält, passiert das nicht. Wie man das letztendlich hält, hängt von der Philosophie ab, die man sich bei der Konzeption zurechtgedacht hat.

Aussdem ist nun die Treiberspannung stabilisiert.

Na schön, ich habe z.B. eine orange Betriebsanzeige -LED

. (und nebenbei gleich über-alles stabilisiert)

Die Stabilisierungswirkung ist wegen der geringen Leerlaufverstärkung gering. Eine sich selbst versorgende Referenz bringt nochmal etwas, stimmt genau. Bei Dir ist keine VAS drin. Gut, zum Einstellen müßte bei mir noch ein Poti eingebaut werden. Außerdem ist meins kurzschlußfest, das kostet natürlich bis zu 0,6V. Geringer Spannungsverlust kostet entweder Verstärkung (100x!) oder ein MOSFET. Soweit ich das sehe, ist der Spannungsverlust meiner Schaltung trotz allem geringer als bei Deiner Schaltung (1,4V bei Vollast)

Klar könnte man. So ist wird aber auch die LED mit einem stabilen Referenzstrom versorgt. Das sollte alles dem PSRR zugute kommen.

Ich habe mich nicht klar genug ausgedrückt, deswegen jetzt nochmal im Ganzen:
Die Konstantstromquellen können wesentlich vereinfacht werden während die Qualität noch besser wird. Muß natürlich nicht. Wenn sich die Quellen gegenseitig stabilisieren, dann braucht es noch einen Startwiderstand. U.U könnte ich die Schaltung eines Tages mal reinstellen.

o.k. alles klar soweit, jedenfalls ist es gut, den Aufwand einigermaßen zu optimieren... und das Wichtigste ist Stabilität