Leistungsverstärker Endstufe Dimensionieren

das einstellen des ruhestromes mit dioden ist nicht jeder mans ding.
da gibt´s bessere methoden.
gibt nen beitrag von "zucker" wo das u.a. beschrieben ist.
http://www.hifi-forum.de/viewthread-103-71.html
mfg

Viele Dank für den Hinweis!

Wie könnte ich bei dieser Schaltung sicherstellen dass sie von 20Hz bis 20kHz reicht?
Könnte man da einfach einen Bandpass vorne dran schalten, oder kann man das einfacher irgendwie lösen mit Kondensatoren?

Freundliche Grüsse

Was hast du den Genau vor ?
Willst du was Lernen oder "günstig" eine Verstärker bauen ?

Wie könnte ich bei dieser Schaltung sicherstellen dass sie von 20Hz bis 20kHz reicht?

Die wird schon in den Bereich Arbeiten.
Da aber keine Rückkopplung vorhanden ist, wird die nicht wirklich zum Musik hören geeignet sein.

scauter2008 (Beitrag #4) schrieb:

Da aber keine Rückkopplung vorhanden ist, wird die nicht wirklich zum Musik hören geeignet sein.

Die Schaltung ist doch in sich aufgrund der Kollektorschaltung hinreichend gegengekoppelt.

MfG
DB

Danke für eure Antworten.

Also ich will einen Verstärker bauen, und muss mit dem Design bei der Endstufe anfangen. Ja dabei will ich was lernen für die Schule und auch einen billigen Verstärker bauen
Jedoch haben sich da schon einige Schwierigkeiten ergeben. Das ganze soll schon noch grösser werden. vor diese Endstufe will ich noch einen OP bauen, auf den die"globale" Rückkopplung gehen soll.

Sehe ich das richtig, dass ich mit den Widerständen R1 und R2 den Ruhestrom ungefähr einstellen kann? Oder sind die nur dazu da um die Basis von den Endwiderständen auszuräumen?
Und sind R3 und R4 nur für die Stromgegenkopplung zuständig?

mfg
franzine

Hallo,

wo hast Du denn das Schaltbild her und welche Kenntnisse über und von Transistoren sind vorhanden?
R3 und R4 sind bzw. sollen Stromgegenkopplungswiderstände sein, wobei nur R3 ein echter solcher ist, denn R4 liegt im Kollektorkreis des Quasikomplementärgebildes T3, T4.
Für den Zweck hier sind R3 und R4 mit je 220R viel zu hoch bemessen, wenn die Last (SP1) nur 4R aufweisen soll, weil dann über der Last, im Vergleich zu R3 (R4), keine oder eine nur sehr geringe Spannung abfallen kann.
Außerdem wäre es von Vorteil, wenn T3 ein PNP ist. Man kann das zwar so machen wie hier im Bild dargestellt aber 2 NPN und 2 PNP tun besser, da ihre Kennlinien zueinander ähnlicher sind als bei Quasigebilden. Man hat das früher so gemacht, als Leistungs PNP noch nicht so häufig anzutreffen waren.
Außerdem kann man dann mit den beiden Emitter - R (R3, R4) eine echte Kompensation herstellen.

Setz einfach mal eine Ub von +24V und -24V ein und berechne den Strom durch die CE Strecken der Endtransistoren und den zugehörigen Spannungsabfällen an den einzelnen Widerständen R3, R4 und SP1.
Du kannst dazu für den Überblick auch gerne den verlinkten Thread nutzen, da genau diese Berechnung dort erklärt ist.

Hi,

zucker (Beitrag #7) schrieb:

...Für den Zweck hier sind R3 und R4 mit je 220R viel zu hoch bemessen, wenn die Last (SP1) nur 4R aufweisen soll, weil dann über der Last, im Vergleich zu R3 (R4), keine oder eine nur sehr geringe Spannung abfallen kann...

Es sind 220m Ohm notiert und damit die übliche Größenordnung.

Gruss,
Michael

Klar, das m hatte ich überlesen.

Ok, danke für diese Tipps!

Diese Schaltung hab ich aus dem Buch von Tietze / Schenk. Aber ich höre auf dich zucker, und ich mache das dann mal mit den 2 NPN und 2 PNP Transistoren.

Ich habe eigentlich gedacht ich verstehe die Transistoren gut, aber in solchen Schaltungen merke ich dass ich doch noch einige Probleme habe. Und ich hab mich auch schon lange in deinen verlinkten Beitrag eingelesen. Ist alles sehr schön beschrieben!

Ich habe gesehen, dass du dort ein Potentiometer P1 mit R7, R8 und T5 benutzt, um den Ruhestrom der Treiber und End-Transistoren einzustellen. Gäbe es für meine Schaltung auch eine Möglichkeit, die 2 oberen und unteren Dioden durch 2 einstellbare Spannungsquellen zu ersetzen? Da bräuchte ich für die oberen 2 Dioden einmal deine ganze "Ruhestrom Schaltung" und für die unteren 2 Dioden noch einmal? Und das wäre wohl schwierig diese 2 Potts gleich einzustellen oder?

Ich weiss auch nicht genau, wie gross ein vernünftiger Ruhestrom vom Treiber wäre. Kann man da einfach sagen ich nehme mal ca. 10mA?

mfg

Hast Du denn den Laststrom an 4R Last ausgerechnet und die sich aus 2 x 24V Ub ergebende Leistung?

ja hab ich gemacht:

Die Spannung am Lautsprecher soll bis 20 V gehen:

U_(a_peak ) = 20 V

U_eff = U_(a_peak )/√2 = (20 V)/√2 = 14.14 V

I_peak = U_(a_peak )/R_L = (20 V)/(4 Ω ) = 5 A

I_eff = I_peak/√2 = (5 A)/√2 = 3.53 A

P = I_eff∙ U_eff = 3.53 A ∙14.14 V = 50 W


Kollektorspitzenstrom: I_cs=(Us-Uv)/((RL+Re)) = (24 V - 1 V)/((4 Ω+0.22 Ω ) ) = 5.45 A

Verlustleistung Transistor: P_(v_max) = Us ^2 / (π^2 ∙ (RL+Re) ) = 24 V ^2 / (π^2 ∙ (4 Ω +0.22 Ω ) ) = 13.82 W


Laststrom: I_L = 5 A

Kann das sein, oder hab ich noch Fehler gemacht?

24V Ub abzüglich ca 1V Verlust (Uv) über der CE Strecke des T1. Das ist ein Schätzwert, der aber so anzunehmen ist. Diese Uv ergibt sich aus dem Innenwiderstand des T (Ri T), welcher wiederum für die Erwärmung des T verantwortlich ist.
Es bleiben also im vollaufgesteuerten T ca 1V "hängen", er geht in die Sättigung, deshalb auch Ucesat.
23V werden also an die Last transportiert und am dortigen Lastwiderstand (Lautsprecher) in Wärme und Schallwellen umgewandelt, wobei letzteres die Membran macht.
Diese 23V sind ein Spitzenwert, hast Du richtig geschrieben, Us. Uss wäre dann Spitze zu Spitze. Die Wirkleistung errechnet sich aus der Effektivspannung und dem zugehörigen Effektivstrom, hat etwas mit dem "faulen" Strom zu tun, weil der immer hinterherläuft. Die abgebbare Wechselstromleistung ist also, wie Du schon geschrieben hast, das Produkt aus Ieff * Ueff.
Ueff wären somit 23V / 1.414 = 16.26V~
Bei 16.26V~ fließt an 4.22R (4R Last + 0.22R Re) ein Strom von ca 3.85Aeff~ und daraus ergibt sich die Leistung von ca. 62.5Wsin

Auslegen sollte man aber das Gebilde für den max Fall, also volle 23V an die Last. Daraus ergibt sich dann der Imax Wert von 5.5A.
Das unsere Zahlen nicht übereinstimmen liegt an den 24V Ub. Dieser Wert ist aber ein realistischer, bei einem 2 x 18V Trafo.

Wenn Du nun weißt, daß ca 5.5A Ic fließen können, dann brauchen wir weiterhin den Stromverstärkungsfaktor der End-T und dafür mußt Du Dich für welche entscheiden. Und um es abzurunden brauchen wir noch die Übertragungsfrequenz Ft und nach Möglichkeit ein gutes Datenblatt der T, wo auch die Stromverstärkung h21e für verschiedene Frequenzen, mindestens aber h21e für die max Ft dabei sind.
Es müssen keine Exoten her, ganz normale genügen, also suchen und posten.

Genial, du bist super, vielen Dank für deine Bemühungen!!
Da hab ich ja schon einiges gelernt

Lohnt es sich überhaupt die Ruheströme für den AB-Betrieb möglichst gut einstellen zu wollen, oder sind die nicht so entscheidend für die Qualität der Musik?

Beste Grüsse

Das ist entscheidend, geht aber erst zu berechnen, wenn "hinten" alles paßt.

super, vielen Dank noch mal für die Tipps!

zum prinzipiellen Erlernen / Verstehen von Schaltungen empfehle ich das Simulationsprogramm LT-Spice, das ist kostenlos und voll funktionsfähig!

Danke auch für diesen Tipp!

Hab da noch eine Frage:
Ich habe meistens nur Verstärkerschaltungen mit bipolaren Transistoren gesehen. Würden FET's den Zweck nicht auch genauso so gut erfüllen? Die könnten doch den höheren Wirkungsgrad erzielen, da weniger Strom fliessen muss, oder irre ich mich da?

Freundliche Grüsse

Der Laststrom muß vom FET genauso wie vom Bipolaren ausgehalten werden, schließlich muß er da durch. Beim FET benötigt es nur sehr viel weniger Steuerstrom am Gate, fast gar nichts, weil die Dinger Spannungsgesteuert sind. Einfach auswechseln geht aber nicht, da die Ugs (analog der Ube beim Bipolaren) erheblich höher liegt, meist so zwischen 3.5.....4.5 V. Das hat zur Folge, daß die festen Spannungsdifferenzen zwischen Gate und Gate der beiden Lastzweige zum Öffnen (Ruhestromkette) nicht mehr, wie bei den Bipolaren, nach Anzahl der nachfolgenden bipolaren Transistoren im Stromtreiber, 1.4 oder 2.8 oder 4.2V betragen muß sondern von Hause aus bei angenommenen 4.5V Ugs schon 9V. Zudem muß eine Ugs Begrenzung ab ca 10V...40V (oder auch mit negativem Vorzeichen, je nachdem ob Sperrschicht N oder P Kanal) her, da der FET sonst nicht mehr will wenn diese Spannung am Gate im Bezug zur Source überschritten wird. Das steht aber in den Datenblätter und ist bei der Vielzahl von verschiedenen FET`s ganz unterschiedlich.
Der Wirkungsgrad wird erstmal von den beiden Sorten Transistoren so nicht beeinflußt. Was Du meinst, ist wahrscheinlich eine rein digitale Sache, also kein AB Verstärker mehr, sondern eine reine "auf" und "zu" Schaltung, um die Amplitude passieren zu lassen. Da geht natürlich etwas um die 95% und das ohne große Wärmeverluste, weil die T`s immer voll öffnen, ähnlich wie beim Schaltnetzteil nur eben nicht mit einer festen Frequenz.

Und, die Dinger sind sehr faul was die Umschalterei von RDSon auf RDSoff betrifft. Da fast keine Ströme am Gate fließen, muß da mit viel Trick die Kapazität verringert werden bzw der FET oder MOSFET dazu gebracht werden, seine Ladung zu löschen.

Ok, danke schön. Dann werde ich wohl bei meinen bipolaren Transistoren bleiben.

franzinejordi (Beitrag #10) schrieb:

Ich habe gesehen, dass du dort ein Potentiometer P1 mit R7, R8 und T5 benutzt, um den Ruhestrom der Treiber und End-Transistoren einzustellen. Gäbe es für meine Schaltung auch eine Möglichkeit, die 2 oberen und unteren Dioden durch 2 einstellbare Spannungsquellen zu ersetzen? Da bräuchte ich für die oberen 2 Dioden einmal deine ganze "Ruhestrom Schaltung" und für die unteren 2 Dioden noch einmal? Und das wäre wohl schwierig diese 2 Potts gleich einzustellen oder?

Dieses Problem löst man gemeinhin andersrum - man teilt das Signal mit zwei Widerständen auf (noch besser mit je einem Elko parallel), dann kommt man mit einem einzelnen Ube-Multiplizierer zur Ruhestromeinstellung aus. Dessen Transistor kommt dann mitsamt Treibern und Endtransistoren an den Kühlkörper, um die Sache wenigstens auf längeren Zeitskalen thermisch zu stabilisieren. Ggf. muß man noch den Temperaturkoeffizienten etwas feintunen, aber es haben schon deutlich schlimmere Konstrukte zumindest zeitweilig funktioniert...

Geh mal davon aus, daß die OP-Stufe davor noch etwas lokale Gegenkopplung in Gestalt eines kleinen Kondensators brauchen wird. Auch dürfte sich nachher ein sog. Zobelglied am Ausgang als nützlich erweisen, wenn es um Stabilität der Gesamtschaltung geht.

Die gezeigte Ruhestromschaltung mit dem Potischleifer an der Transistorbasis ist übrigens nach den 70ern Jahren annähernd ausgestorben, da sie nicht hinreichend betriebssicher ist. Die zu bevorzugende Variante ist die mit Poti (+R) parallel zur Basis-Emitter-Strecke. Dann führen Kontaktprobleme im Poti nur zu einem Absinken des Ruhestroms, nie zu einem Anstieg (der sonst in ungünstigen Fällen bis zum schließlichen Hitzetod der Endstufe führen kann und auch schon des öfteren geführt hat).

Super, auch dir vielen dank für die Tipps!

Ich habe nun diese Endstufe für die positive Halbwelle mit einem PNP Treibertransistor und einem NPN Endtransistor gebaut. Diese Schaltung möchte ich jetzt noch Kurzschluss sicher machen. Ich habe einen Shuntwiderstand nach dem Endtransistor eingebaut der dann einen Transistor einschaltet bei einem Kurzschluss, welcher dann dem Endtransistor den Basisstrom klauen soll. Jedoch liefert in diesem Fall der PNP Treibertransistor einfach mehr Strom, und somit funktioniert das ganze nicht wirklich.
Gibt es dagegen eine einfache Lösung? Oder gibt es noch andere Lösungsansätze, anstelle vom Transistor der den Basisstrom klaut?

Dann häng den Emitter vom Strombegrenzer-Transistor doch einfach an die Basis des Treibers. Davor solltest du ja später eh irgendwann ein paar 100 Ohm Serienwistand haben.

Diese Variante der Strombegrenzung ist übrigens reichlich krude und klanglich nicht eben von Vorteil (Stichwort nicht-ohmsche Lasten). Für ausgefeiltere Schaltungen mal nach "SOA protection" suchen. Aber ich denke, für das Projekt reicht's.

Super, danke für die tipps!

Ich hab da noch eine Frage gefunde
Kann mir noch jemand sagen, für was eigentlich die Widerstände R3 und R4 benötigt werden. Ich sehe in der Simulation dass sich die Schaltung nicht mehr so schön verhält, aber ich verstehe noch nicht ganz warum...