Gegentaktverstärker etwas anders.
Gegentaktverstärker etwas anders.
Not macht erfinderisch. Auf der Suche nach einem Kleinleistungsverstärker mit kleinem Ruhestrom und kleiner Betriebsspannung ab 3V konnte ich weder in meinem Literaturfundus noch im Internet für mich passendes finden. Also habe ich am Steckbrett einen herkömmlichen Gegentaktverstärker aufgebaut um damit zu experimentieren. Nach längerem herum probieren ist folgende Schaltung heraus gekommen:
Liegt ein Signal am Eingang ändert sich im Rhythmus der Frequenz der Innenwiderstand von T1, T2 und T3 werden abwechselnd angesteuert. Der 47µF-Elko verhindert ein fliessen von Gleichstrom.
Vorteil dieser Schaltung: Grosser Betriebsspannungsbereich von 3V bis 9V. Sehr kleiner Ruhestrom, dadurch ein guter Wirkungsgrad, wichtig bei Batteriebetrieb. Die Lautstärke ändert sich wenig bei unterschiedlichen Betriebsspannungen. Bei kleiner Lautstärke treten keine Verzerrungen auf.
Nachteil: Lautsprecher mit höherer Impedanz vermindern die Leistung. Die abgegebene Leistung mit dieser Bestückung liegt im mW-Bereich. Ob mit diesem Schaltungsprinzip grössere Ausgangsleistungen erzielt werden können, wurde nicht erprobt. HiFi-Qualität darf nicht erwartet werden.
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Gegentaktendstufe Nachtrag
DIe Schaltung wurde optimiert. Mit P1 kann nun die Verstärkung von T1 eingestellt werden. Statt Silizimtransistoren können auch Germaniumtypen verwendet werden. Dann steigt allerdings der Ruhestrom. Der Ruhestrom kann mit höheren Werten von R2 und R3 reduziert werden, maximal 10kΩ. Ohne weiteres kann auch ein 4Ω- Lautsprecher angeschlossen werden.
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? Gegentaktendstufe Messungen
Heute habe ich Messungen an der Endstufe durchgeführt. Am Eingang wird ein Sinussignal von 1kHz eingespeist. Die Stromaufnahme der Endstufe beträgt 10mAdc bei einer Spannung von 3,7Vdc. Durch den Lautsprecher fliessen 22mAac. Am Lautsprecher messe ich 106mVac. Beide Messungen erfolgen mit Digitalmultimetern.
Leider kann ich mir diese Messergebnisse nicht erklären. Eine Kontrollmessung mit einem analogen Instrument brachte keine brauchbaren Werte weil der Innenwiderstand des Strommessbereiches zu hoch war. Habe ich falsch gemessen? (wer misst, misst Mist). Ich bitte um Aufklärung.
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Messungen
Die Messung bzw. die Ergebnisse sollten stimmen.
Die im Beispiel erzielte Ausgangsleistung beträgt ca. 2,3 mW (Pout = U*I am Lautsprecher).
Die Impedanz des Lautsprechers bei f = 1 kHz ist Z = 4,8 Ohm (Uout / Iout)
Die aufgenommene DC-Leistung beträgt 37 mW. Der Verstärker ist also nur gering ausgesteuert, die 10 mA dürften in etwa der Ruhestrom sein.
Grüsse,
Bernhard Nagel
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Wundersame Stromverdopplung !
Hallo Herr Heigl,
Ich versuche dies einmal mit vereinfachten Werten (auch mir selbst) zu erkären.
Die Spannung der Endstufe sei 4 V, die Stromaufnahme wäre 10 mA DC, der Wechselstrom durch den Lautsprecher wäre 20 mA AC, - also eine wundersame Stromverdopplung !
Vorausgesetzt sei, die Schaltung arbeitet symmetrisch und an den Emittern von T2 und T3 liegt die halbe Spannung nach jeder Seite, also 2 V .
Dann kommt das so zustande:
In der positiven Halbwelle treibt T2 von der Einspeisung einen Strom von 20 mA zum Lautsprecher.
In der negativen Halbwelle treibt T3 vom Lautsprecher wiederum einen Strom von 20 mA nach GND.
Da aber während der negativen Halbwelle kein Strom aus der Einspeisung entnommen wird, beträgt der mittlere Einspeisestrom nur die Hälfte von 20 mA, also nur 10 mA, zumal der Einspeisestrom mittels C5 geglättet wird.
Solche Effekte begegneten mir bei Frequenzumrichtern in der Antriebstechnik ständig, wo in den Frequenzumrichter z. B. 400 V, 50 Hz, 10 A reingehen, aber 40 V, 5 Hz und 100 A rausgehen, obwohl hier kein Transformator beteiligt ist.
M. f. G. J. R.
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Gegentaktendverstärker
Bei der etwas anderen GTES ist alles anders. Der Verbindungspunkt der Emitter liegt relativ konstant auf ca. 0,7V. Der Ruhestrom teilt sich auf über R2 - T1 und T2 –T3, wobei der Strom durch T2 T3 abhängig vom Widerstand P1 ist. Eine Verringerung des Ruhestroms vermindert die Ausgangsleistung, verursacht keine zusätzlichen Verzerrungen. Ich habe die Transistoren brutal mit dem Lötkolben erhitzt, der Verstärker ist stabil geblieben.
Meine Theorie zur Funktion dieser GTES, die aber nicht unbedingt richtig sein muss: Betrieb ohne Eingangssignal. Transistor T1 bezieht seinen Basisstrom über P1 vom Verbindungspunkt der beiden Emitter (ca. 0,7V). T1 ist dadurch immer durchgesteuert und sperrt weitgehend T2, eine typische Regelschleife. T3 bleibt durch die Blockade von C2 unbeeinflusst und ist durch R3 durchgesteuert. P1 beeinflusst den Basisstrom von T1, wirkt aber auch als Gegenkopplung. Entfernt man P1 oder T1, steuert T2 voll durch, es fliesst ein Kurzschlussstrom durch die Transistoren T2 und T3.
Liegt nun ein Signal an der Basis von T1 wird die Regelschleife aus dem Gleichgewicht gebracht, die Transistoren T2 und T3 beginnen zu arbeiten, am Lautsprecher liegt das verstärkte Wechselstromsignal. Wird P1 verkleinert, steigt der Basisstrom und gleichzeitig die Gegenkopplung, die Ausgangsleistung und der Ruhestrom sinken.
Ich möchte mich bei den Herren Nagl, Roschy und Ullram (e-mail) für die hilfreichen Beiträge bedanken.
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Integrierter NF Verstärker
Guten Tag Herr Heigl,
wenn es darum geht, einen NF Verstärker zu finden, der mit
kleinen Spannungen läuft, empfehle ich einmal bei Texas-Instruments zu suchen Es gibt natürlich auch noch andere Hersteller, aber hier wurde ich zunächst fündig.
Hier beispielhaft TPA6211A1 . Ein IC mit 8 pins in einem winzigen Gehäuse. Mit 5V erreicht er 3,1W,
mit 2,5V immerhin noch 0,5W.
Noch interessanter sind die "ClassD" Verstärker in dieser Größe, diese haben einen höheren Wirkungsgrad als die AB Typen, weil dort die Endstufe mit hoher Frequenz geschaltet wird, statt die Transistoren linear anzusteuern. ( PWM ).
Übrigens, der Preis des TPA6211A1 liegt bei < 1€.
Gruß
Georg Beckmann
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NF-Verstärker
Guten Tag Herr Beckmann,
danke für den Tipp, dieser IC wäre für meine Anwendungen ideal. Leider kann ich mir nicht vorstellen einen Bauteil mit den Massen 3 x 3mm und 8 Anschlüssen mit meinen vorhandenen Mitteln erfolgreich zu verarbeiten (auf einem Print zu verlöten). Die Industrie produziert vorwiegend für ihre Bedürfnisse, auf den Hobbysektor und auf Bastler wird absichtlich wenig oder keine Rücksicht genommen. Alles soll fix und fertig gekauft und bei Versagen entsorgt werden.
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Umgang mit SMD Bauteilen
Hallo Herr Heigl,
für die Verarbeitung solcher ICs als Heimwerker muss man neue Wege gehen. Es gibt dazu Adapterplatinen, welche die feinen Raster auf das gewohnte 2,54mm ( 100mil) Raster umsetzen.
Das Löten der feinen Raster geht mit einem Trick relativ einfach. Zunächst wird das IC möglichst exakt auf den Pads positioniert. Dazu benötige ich auch eine Kopflupe oder ein Mikroskop.
Danach werden diagonal einige Pins zur Fixierung angelötet. ( Irgendwie gebappt, weil man keine dritte Hand für das Zinn hat) .Es ist egal, ob dabei Pins überbrückt werden. Für diesen Vorgang drückt man mit der Pinzette auf das IC, dass es sich nicht verschieben kann.
Nachdem das IC so fixiert ist, hat man die zweite Hand wieder frei. Jetzt lötet man die Pins mit einem großen Tropfen Zinn über alle Pins an. Dabei soll noch Flussmittel übrig bleiben.
Im letzten Vorgang zieht man mit dem Lötkolben das überflüssige Zinn von den Pins ab. Solange noch nicht alles Flussmittel verdampft ist, löst sich das überschüssige Zinn wunderbar von den Pins und es gibt keine Brücken.
Falls doch noch eine Brücke übrigbleibt, einfach nochmal dick Lot auftragen und erneut abziehen.
Dieser Vorgang erfordert etwas Übung, aber es gibt ja schliesslich genügend Schrott aus PCs oder Handies, mit denen sich das üben lässt.
Mit einer ähnlichen Vorgehensweise lassen sich selbst große IC's von Platinen ablöten und auch wiederverwenden. Dass die IC's mit der Lötkolbentemperatur beschädigt werden, gehört in den Bereich der Märchen. Man verwendet übrigens am Besten einen temperaturgeregelten 50 Watt Lötkolben, nicht so eine 'Lötnadel'.
Die Bilder schicke ich Ihnen per Mail, weil die benötigte Auflösung den Rahmen des Forums hier sprengt. ( Jedem anden Interessierten schcike ich die Bilder natürlich auch )
Schönen Sonntag
Georg Beckmann
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Löthilfe für SMD Bauteile
Zum Löten von SMD Bauteilen habe ich aus Stahldraht ein Dreibein hergestellt mit einem Gewicht aus Rundmessing mit einer mittigen Bohrung. Ersetzt die dritte Hand - und zittert nicht.
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