Und noch zwei

[richi44]

Noch zwei Verstärker, aber erst als Idee

Der einfachere zuerst.

Basis ist ein OPV, der erstens eine „hohe“ Betriebsspannung verträgt und zweitens einen „hohen“ Strom liefern kann. Es handelt sich um den OP 551 von Burr Brown. Er liefert bis zu 200mA Ausgangsstrom und verträgt bis zu +/-30V. Damit ist eine ähnliche Konstruktion wie beim SPA14 möglich, wo ein Seriewiderstand in der OPV-Speisung für die Basisspannung des Endtransistors sorgt. Das geschieht hier genau so, nur dass MOSFET als Endtransistoren zum Einsatz kommen.

Auch hier wieder eine farbige Trennung, um die einzelnen Bereiche der Schaltung zu kennzeichnen.

Der nichteingefärbte Teil ist der eigentliche Spannungsverstärker mit dem OPA551. Die Verstärkung wird durch den Spannungsteiler der Gegenkopplung (mitte/rechts, unten) 22k zu 1k bestimmt.
Am OPV-Eingang (noninvers) fällt der gelbe Teil auf. Damit wird eine einstellbare Gleichspannung zugeführt, mit welcher der Nullpunkt der Schalltung (Ausgangs-Offset) eingestellt wird. Dazu ist ein Mehrgang-Trimmpot gut geeignet.

Wie erwähnt werden die Endtransistoren vom Spannungsabfall an den Speise-Längswiderständen angesteuert. Auffällig ist die unterschiedliche Grösse dieser Widerstände und entsprechend die Werte der Zenerdioden (blau und grün). Dies liegt darin begründet, dass P-FET und N-FET nie genau gleiche Spannungen für gleiche Ströme benötigen. Durch die unterschiedlichen Widerstände wird diesem Umstand rechnung getragen.
Die Zenerdioden begrenzen die maximal mögliche Steuerspannung. Damit sind die Transistoren weitgehend gegen Kurzschluss im Ausgang geschützt.

Der rosa Teil stellt die Temperaturkompensation dar, die im Prinzip gleich funktioniert wie jene am einfachen 10W Verstärker SPA14.

Jetzt bleibt noch das RC-Glied (beige) zu erwähnen. MOSFET stellen eine kapazitive Last für die Treiber dar. Dies bedeutet, dass mit zunehmender Frequenz ein höherer Strom gefordert ist. Da hier ein OPV verwendet wird, der diesen Strom problemlos liefern kann, sind strommässig keine Massnahmen erforderlich, also keine zusätzlichen Treiber nötig. Es ist aber sinnvoll, den höheren Strombedarf durch eine andere Massnahme sicher zu stellen. Der Speisestrom (und damit die Spannung an den Längswiderständen) ist abhängig vom Ausgangsstrom des OPV, hier also von den 120 Ohm. Wird zusätzlich ein Kondensator gegen Masse geschaltet, spielt sein frequenzabhängiger Strom ebenfalls in den Gesammtstrom hinein und gleicht die Geschichte aus. Die 5,6nF erhöhen also den Strom bei hohen Frequenzen und damit erhöhen sie die Spannungen zur Endtransistor-Ansteuerung (damit wird der Gatewiderstand und die Eingangskapazität nachgebildet) und die 47 Ohm begrenzen diesen Anstieg.

Diese Schaltung wird mit einer Spannung von mindestens +/-24V und allerhöchstens +/-30V betrieben. Damit sollten Leistungen von 50W an 4 Ohm möglich sein.

Zu erwähnen ist ausdrücklich, dass solche Schaltungen von mir schon gebaut wurden, allerdings nicht mit dem OPA551. Der Nachbau ist also nur jenem Lajen zu empfehlen, welcher über einen Messgerätepark verfügt, um allfällige Schwingungen aufspüren und beheben zu können.


Ähnliches gilt für die zweite Schaltung.

Das blaue Teilbild zeigt den eigentlichen Eingangsverstärker. In diesem ist die Gegenkopplung vom Lautsprecherausgang her ersichtlich, ebenso ein Schwingschutz vom Ausgang des ersten OPV auf seinen Inverseingang mit 100pF.

Mit einem eigenen OPV (rosa) wird eine variable Gleichspannung auf den Eingang des Verstärker-OPV geleitet. Diese Spannung entstammt im Grunde dem Verstärker-Ausgang und wird am (rosa) OPV mit Masse verglichen. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass am Ausgang keine Offset-Spannung festzustellen ist.


Man kann also erst mal davon ausgehen, dass am Ausgang des ersten, verstärkenden OPV keine Gleichspannung vorhanden ist.

Die NF wird jetzt über je einen Teiler von 7,5 Ohm zu 30k an die beiden Treiber-OPV geleitet (gelb). Da die Teiler nicht gegen Masse, sondern gegen die STABILISIERTE Speisung von 30V führen, ist an den OPV-Eingängen eine geringe Gleichspannung von 7,5mV festzustellen. Das hat eine „beliebige“ Gleichspannung am Ausgang dieser OPV zur Folge. Diese „beliebige“ Gleichspannug stellt nun die Basisvorspannung der Endtransistoren dar und lässt in ihnen einen „beliebigen“ Strom fliessen. Dieser Strom fliesst letztlich durch die Emitterwidertände von 0,15 Ohm ab und erzeugt dort einen Spannungsabfall. Diese Spannung wird über einen 1:1-Teiler an den Inverseingang der OPV gelegt. Damit die OPV-Rechnung stimmt, muss diese Spannung am Inverseingang gleich sein wie jene am Noninvers (7,5mV). Wenn nun am Invers auch 7,5mV liegen, so muss die Spannung vor dem Teiler 15mV sein. Am Emitterwiderstand fällt somit eine Spannung von 15mV an, was einem Ruhestrom des Transistors von 100mA entspricht. Durch diese Massnahme ist kein Ruhestromabgleich nötig und es wird ausserdem dafür gesorgt, dass immer ein Ruhestrom von mindestens 50mA pro Endtransistor fliesst. Die Transistoren schalten also nie vollständig ab.

Der Vorteil dieser Schaltung ist, dass die Endtransistoren durch ihre eigene OPV-Treiberschaltung maximal gegengekoppelt sind und somit jeder Endtransistor (mit seinem OPV) als absolut ideal und fehlerfrei betrachtet werden kann. Was bleibt sind die Emitterwiderstände, welche nicht kompensiert sind. Diese erzeugen aber nur einen Spannungsabfall und keine Verzerrungen und werden durch die Gesammt-Gegenkopplung fast vollständig ausgeglichen.

Diese Schaltung sollte Leistungen von ca 70W an 4 Ohm liefern können. Es existieren Varianten davon mit normalen Niederspannungs-OPV (NE5534) als Leitungs- und Kopfhörertreiber. In der vorliegenden Variante ist das Ding noch nicht gebaut worden. Es wäre also ebenfalls ein Betätigungsfeld für den fortgeschrittenen Amateur.