Konstantstrom Verstärker

Du mußt vm Verstärkerausgang her als erstes die Spule anschliessen, dann den Fußpunkt der Spule im Verstärker über einen Widerstand gegen Masse. Von der Verbindung Fußpunkt Spule/Widerstand nimmst Du die Gegenkopplung ab - fertig. Kannst dann so ziemlich jeden Verstärker dafür nehmen.

(Vorher kam die Gegenkopplung direkt vom Ausgang, da wo jetzt das heiße Ende der Spule ran kommt.)

Wenn ich Dich richtig verstanden habe werde ich meine Draht"Wicklung" an Minus von C9 anschliesen und das zweite Ende an einen Widerstand ( wohl so 3 Ohm groß???? ) und an pin 4 ( Bootstrap). Der neue Widerstand kommt dann noch gegen Masse. Fällt dann der C7 ganz raus ?

Bei so einen IC der den Gegenkopplungswiderstand intern hat geht da nicht, da Du den Widerstand anderswo als vorher anschließen müstet. Ich zeichne Dir gleich mal das Prinzip mit vorher nachher auf.

Das Problem ist das R1 bzw. R3 intern bei dem IC fest angeschlossen ist und Du somit nicht die rechte Anschlusseite woanders anklemmen kannst.
Abhilfe einen anderen IC nehmen z.B.TDA2030/40

Darstellung war etwas schlecht, hier ein neuer Versuch:

Danke für die Schaltung, jetzt verstehe ich, was Du meinst. Muß mir nur noch ne Schaltung suchen, aber das dürfte kein großes Problem sein. Könntest Du mir mal noch bissel Theorie vermitteln, warum ich mit dieser Schaltung einen konstanten Strom in meiner "Spule" ( 1 Windung mit 1,1 Ohm ) habe. Hab bei der Theorie immer bissel Nachholebedarf.

Ist manchmal schwer so was zu erklären, ist zu einfach.
Da die Gegenkopplung über einen frequenzunabhängigen ohmschen Widerstand abgenommen wird, spielt die Freuenz keine Rolle. Und der Strom ergibt sich einfach nach I = U : R (Im Fall unserer Zeichnung R=R5 Da solltest Du z.B. einen dicken 4 Ohm Widerstand nehmen, falls mal ein Kurzschluß in deiner Spule auftritt, bleibt der Verstärker dann auf alle Fälle ganz.)

Alles Klar , vielen Dank für Deine schnelle Hilfe

Hallo,

OK, der Angesprochene war jetzt schneller, aber trotzdem...

Ein OPV stellt seinen Ausgang immer so ein, dass die Differenz zwischen Plus- und Minus-Eingang zu Null wird. In dem Beispiel also liegt an R4 die Eingangsspannung Ue. R4 ist aber des untere Ende des Spannungsteilers R3/R4; da beide den gleichen Wert haben (1k Ohm) also Teilfaktor 2. Das heisst, am unteren Ende der Spule liegt die doppelte Eingangsspannung, 2Ue. Diese liegt auch an R5, damit fliesst durch R5 der Strom 2Ue/R5. Und der Strom kommt ja vom OP-Ausgang, muss also auch durch die Spule, egal welcher Spannungsabfall an ihr entsteht -- genau das regelt der OPV ja aus.

Die Beispiel-Dimensionierung von Ultraschall wäre allerding unglücklich, der Spannungsteiler R3/R4 soll nämlich den Strommesswiderstand R5 nicht belasten -- aber das tut er hier deutlich, nämlich mit 2k Ohm. In deiner Anwendung würde R5 aber etwa um 1 Ohm herum liegen, dann sind die 2k Ohm natürlich völlig irrelevant. Der Strom durch die Spule wird dann sehr genau Ue/R5 * (R3+R4)/R4, wenn R3+R4 sehr groß gegenüber R5 ist, also ab Faktor 20 oder so.

Es gibt auch andere Schaltungen, wo man die Last nach Masse anschliessen kann, z.B. die sogenannte Howland-Stromquelle, die aber recht kritisch für Bauteiletoleranzen ist.

Leider sind gesteuerte Konstantstromquellen etwas heikel, in deinem Fall würde der OPV mit etwa 2 Ohm belastet (bei R5 = 1 Ohm), d.h. der OPV muss den gewünschten Strom auch liefern können und darf nicht thermisch überbelastet werden (deshalb dann die niedrigste sinnvolle Versorgungsspannung nehmen).

Ausserdem neigen Schaltungen mit Induktivitäten in der Gegenkopplung gelegentlich zum hochfrequenten Schwingen und müssen oft extern kompensiert werden, damit das nicht passiert.

Mit einem Industrie-Power-OP wie dem OPA541 (Burr-Brown) oder dem PA03 (Apex) geht das einwandfrei, ob man ein Audio-IC dafür "missbrauchen" kann, muss man sich genau anschauen -- den LM3886 oder den TDA7293 müsste man je nach gewählter Verstärkung auf jeden Fall kompensieren, denn beide sind nicht bei Verstärkung 1 noch stabil.

Hier ein PDF von Apex zu Schaltungen und Diskussion von Stromquellen:
"Tame Those Versatile Current Source Circuits"

Grüße, Klaus

Sorry, ich hatt garnichts dimensioniert. Hätte ich erwähnen sollen. Das sind einfach die Anfangswerte die das Programm vorgibt, ging ja nur ums Prinzip. (Also logisch andere Werte.)

Hallo Klaus und Ultraschall,
nun bin ich doch etwas unsicher, könnt Ihr nochmal die Skizze von Ultraschall richtig dimensionieren, hatte mich auch schon gewundert, aber Ultraschall schrieb was von einem kräftigen 4 Ohm Widerstand. Ich hätte jetzt die Standard Schaltung von SGS Thomson gebaut mit der Änderung, was die Gegenkopplung und den Widerstand gegen Masse betrifft. Meine Versorgungsspannung ist +12 V, wäre also am unteren Ende des möglichen.

... Moment ... gehe grade durch die Datenblätter der TDA2030/40/50... mit dem 1020 wird es eher nicht gehen...

Zunächst müssten wir wissen, wie hoch deine Eingansspannung ist, bzw woher sie kommt (z.B. Consumer Line-Pegel: 0dBu=0.775V) und wie hoch der Strom in der Schleife minimal/maximal werden soll/darf, sprich bewegen wir uns in einem Bereich von 3mA bis 30mA, oder dem 30fachen oder mehr?

Wie ist die genaue Geometrie der Schleife (um die Induktivität abschätzen zu können)?

Erst dann kann man eine konkrete Schaltung machen und den passensten Chip auswählen.

Grüße, Klaus

Also ich habe einen Ausgang vom Mischpult ( 1 V Pegel , ist aber nicht ganz ausgeregelt, also nimm mal die 0,775 V an )da hatte ich bisher die abgebildete Schaltung dran ( hat auch funktioniert, allerdings hatte ich noch 2 Ohm in Reihe zu meiner Schleife ), wollte es aber nun besser machen, weil der Schwerhörigenverband Konstantstomverstärker zur Induktionsschleife empfielt, aus oben genannten Gründen ( Konstanter Strom= Konstantes Feld , lang lebe das Hörgerät).Die Hörgeräte haben eine T-Stellung, wo es möglich ist mit entsprechneden Telefonen nicht über die Hörkapsel des Telefons zu hören, sondern über eine im Hörgerät eingebaute Spule das Sprachsignal zu empfangen. Das macht man sich im allgemeinen bei Induktionshörschleifen für Schwerhörige in großen Räumen zu nutze. Meine Stromschleife besteht aus einem 1,5mm² Kupferdraht. Sie ist ca 40 -50 m lang, genau einmal um den ganzen Saal gelegt im Fußboden. Der ohmsche Widerstand ist ca 1,1 Ohm( gemessen). Es sollte schon möglich sein eine Leistung von 7-10 W haben.

Hallo olit,

Die Induktivität einer Luftspule ist: L=µ*N^2*A/l.
µ für Luft ist 4*pi*10e-7[Vs/A/m], N=1, l=50[m], für A nehme ich mal einen rechteckigen Raum an von ca. 15[m]*9[m] (U=48[m]), d.h. A=135[m^2]
Damit L=35[µH]. Da wir nicht wissen, wieviel magnetisches Metall im Boden etc ist, ausserdem die Geometrie nicht ganz klar ist, rechne ich zur Sicherheit mal mit dem 10fachen, also mit L=350[µH]

Mit Re=1.1[Ohm] ergibt sich die Frequenz, ab der X(L) grösser wird als Re, zu:
f=1/(2*pi*L/R) = 500[Hz]. Am oberen Ende des Übertragungsbereiches von, sagen wir, 5kHz wird X(L) = 2*pi*f*L = 11[Ohm].

Unterhalb der Frequenz, ab der die Induktivität gegenüber Re wirksam wird, würde auch ein normaler Verstärker den Strom durch die Spule konstant halten, bei hohen Frequenzen sinkt er aber. Insofern ist der Einwand des Schwerhörigenverbandes etwas unklar. Ich nehme daher an, das zum einen eine bestimmte maximale Feldstärke nur zulässig ist und diese auch in einen bestimmten Frequenzbereich eingehalten werden muss. Diese Angaben bräuchte man noch idealerweise, speziell die Feldstärke, damit man den nötigen Strom in etwa festlegen kann.

Du schreibst, es hat mit 2 Ohm in Serie bereits funktioniert, theoretisch müsste sich je nach tatsächlicher Induktivität ein Höhenabfall ergeben haben -- wovon du nicht berichtet hast, also kann es so schlimm nicht gewesen sein. Würde bedeuten, dass die tatsächliche Induktivität vielleicht unter 70[µH] liegen wird, da hätten wir erst bei 2.5[kHz] eine Impedanz von 2.2[Ohm] gegenüber 1.1[Ohm] bei DC, ergäbe mit deinen 2[Ohm] in Serie noch keinen gravierenden Abfall in den Höhen.

Reicht denn der Signalpegel in der jetzigen Schaltung mit dem TD1020 und den 2 Ohm in Serie? Ist der Frequenzgang befriedigend? Wenn ja, gäbe es keinen Grund das zu ändern (der Sicherheitsaspekt (zu starkes Feld) tritt wenn, dann nur bei tiefen Frequenzen auf, oberhalb der RL-Grenzfrequenz wird das Feld auf jeden Fall schwächer).

Für den Nein-Fall habe ich mal schnell eine Schaltung für den TDA2030/2030A/2040/2050 gepinselt (ohne Gewähr ):

Ist jetzt für Versorgung mit einer einzelnen Spannung, die aber je nach benötigter Leistung schon deutlich höher als 12V sein muss, damit der Ausgang genug Spannungsreserve hat, falls die Induktivität halt doch mal grösser wird.
Die TDAs laufen stabil ab Verstärkung 24dB (16-fach), die Schaltung ist so ausgelegt das selbst bei Kurzschluss der Spule es nicht zum Schwingen kommt. Wird die Spule hochimpedant, steigt die Verstärkung auf maximal 270-fach (begrenzt durch den 47R). Durch die Mindestspannungsverstärkung (mit Spule) von hier 22-fach wird wohl ein Spannungsteiler (Trimmer) am Eingang notwendig, sonst überfährt der Mischpultpegel die Schaltung. Die beiden 1R in Serie mit der Spule dienen der Entkopplung, auch kapazitiv, und der Sicherstellung der geforderten Minimalverstärkung. Der Snubber (2R2, 220nF) muss evtl. je nach gewähltem TDA lt. Datenblatt angepasst werden. Ingesamt sieht der TDA im grossen und ganzen eine 4-Ohm-Last. Der Übertragungsbereich geht von etwa 200Hz bis 5kHz, das sollte für Sprache reichen. Der Strom durch die Spule ist Ue*5.7[A], auch daran erkennt man, dass man die Spannung am Eingang klein halten muss.

Grüße, Klaus

Hallo Klaus,

danke , da hast Du Dich ja richtig ins Zeug gelegt. Ich werde die Schaltung so bauen, komme aber vermutlich erst im Mai dazu ( viel Arbeit und Lehrgänge ). Mit dem Frequenzbereich..... Die Schwerhörigen legen Wert auf deutliche ( fast überdeutliche ) Höhen, auch wenn es gerade im Oberen Bereich zuerst nachlässt ( im Alter ), ist das doch für das Sprachbild wichtig. Sie meinten so bis 6 Khz, aber wenn das nicht ganz kommt kann ich damit auch leben. Bisher habe ich die Hörschleife nur mit einem Schwerhörigen und seinem Hörgerät getestet. Aber ich möchte gern an den Eingang eine entsprechnde Info machen, dass jeder schwerhörige Besucher selbstständig sein Hörgerät einstellen kann.

Gut, dann werde ich die Schaltung derweil nochmal simulieren um sicherzugehen, dass da kein grober Unfug passiert... und einen kleinen Boost bei 2-3kHz kann man ja auch noch einfach einbauen.

Grüße, Klaus