Class-AB instelling en vermogen

Voor- en Eindversterkers

Moderator: Beheerdersteam

Gebruikersavatar
Ah!buis
Berichten: 16682
Lid geworden op: ma 15 nov 2010, 22:36
Locatie: Overijse

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door Ah!buis »

Er hing nog wat onduidelijks aan het hele geval,
Dat is wat raar bij de simulatie,staat 13,2mA in en 1,59A uit.Dat geeft,als je de stroom door de R-en verwaarloost een stroomversterking van 1590/13,2=120 ongeveer.Is eerder zo'n 50x wat met een basisstroom van 40mA aan de LS 2A geeft.
Dat beviel me niet echt dus verder zoeken en ... rekenen (ja ja,hij kon het rekenen niet laten enz.... en daar komt narigheid van :cry: ,hoewel hoop van niet :lol: )
Met die 1k8 aan de 22V gaat daar een stroom van 12mA door.Als daarvan het meeste naar de basis gaat(spaning over de 1N4148 is meen ik hoger dan Vbe)staat de eindtrap eigenlijk in klasse A met een stroom van ruim 0,5A.
Het gevolg is dat als de OPA één transistor meer stroom laat trekken de ander net zoveel(of toch ongeveer) minder doet.Het gevolg voor de belasting(LS) is dubbel.
Bijv.in rust 1A door beide.Sturing zo dat de stroom naar 2A (+1)gaat,dan gaat de ander(-1) naar nul.Die 2A gaat volledig naar de LS (0 naar de ander),dus met een sturing voor 1A meer gaat er 2A naar buiten.Vandaar de schijnbare versterking van 120x.
De balasting voor de OPA is dan geen 400 maar 800 ohm parallel aan de 900 ohm (2x1k8)=425 ohm,nog redelijk veel maar dat kan als je niet op de max.uitgangszwaai rekent.
Gaat dus alleen als het spul in A werkt.Bij 8 ohm 10W en Imax=1,5A een rust(nou rust :wink: )stroom van 750mA.
Verstook je 33W.Die 22V is zo hoog om de waarde van de weerstanden (1k8) groot te houden (belasting OPA).
Dat zou opgelost kunnen met stroombronnen zoals Peter al opperde.Maar het blijft een bedenkelijke toestand zonder beperking in geval van te warm lopen.
Nog even een tekening om een idee te hebben wat de C moet aankunnen en zo.
Anne
Bijlagen
ture.JPG
Rudy
Berichten: 1526
Lid geworden op: ma 29 nov 2004, 12:59
Locatie: Belgie

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door Rudy »

Neem de opmerking van Peter ten harte en maak van de eindtrap een darlington met iets SAP15N/P achtig, dan geraak je al ergens wat mogelijk ook nog eens kan werken.

Want hoe je het ook bekijkt, des te kleiner de stroom uit/in de opamp des te beter die zijn werkt doet en des te kleiner de vervorming.

Het probleem is blijft natuurlijk wel dat je niet kan uitsturen boven de voedingsspanning van je opamp uit.

mvg Rudy
Bijlagen
Klad.jpg
Gebruikersavatar
b_force
Ook commercieel actief
Berichten: 12450
Lid geworden op: di 18 apr 2006, 13:27
Locatie: West Friesland
Contacteer:

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door b_force »

Ik snap het nog steeds niet.
Waarom kom ik die grote stroom niet in de directe simulatie tegen en ook niet in de transient?
Rudy
Berichten: 1526
Lid geworden op: ma 29 nov 2004, 12:59
Locatie: Belgie

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door Rudy »

Die kom je wel degelijk tegen.
In je voorbeeldschema met 10V piek uit
Iopamp = (( 10 + 22 ) - 0.6 ) / 1800 => 17.4mA piek, dus rms /1.42 => 12.5mA

Maar en dat bedoel ik op het vorige blad, met 1K8 en een uitgangsspanning van 10V piek kan de schakeling maar een maximale stroom leveren van
( 22 - 10 ) / 1800 => 6.6mA en dat maal de Hfe van je eindtrap 50...150 => 330mA ... 990mA , wat dus lang niet voldoende is. Die 1K8 in het voorbeeld is onrealistisch. Waneer je die kleiner gaat maken kan je wel voldoende stroom sturen naar je belasting maar dan krijgt de opamp het warm.

mvg Rudy
Gebruikersavatar
b_force
Ook commercieel actief
Berichten: 12450
Lid geworden op: di 18 apr 2006, 13:27
Locatie: West Friesland
Contacteer:

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door b_force »

Ok, laat ik het via een andere manier proberen

Eisen:
10W @ 4ohm
Dus:
1,6Arms -> 2,26A piek
6,32Vrms -> 8,9V piek

Als ik je verhaal goed begrijp, moet je kijken naar de piek last.
Aangezien het positieve deel natuurlijk de positieve kant van de sinus pakt en negatieve deel de negatieve kant?
Mijn piek stroom is dus maximaal 2,26A.
Met een hfe van ongeveer 50, moet je deze dus aansturen met een stroom van 45mA.
Is dat correct?

Hoe bepaal ik dan de waarde van R2 (en R3)?
Graag in formulevorm + afleiding.
Rudy
Berichten: 1526
Lid geworden op: ma 29 nov 2004, 12:59
Locatie: Belgie

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door Rudy »

b_force,

Bijgevoegd het schema met de stromen en de richtingen, rood voor positieve uitgangsspanning, blauw voor negatieve.
Bij het uittellen van je maximaale stromen moet je er vanuit gaan dat de stroom door de groen omcirkelde diode nul is maar de spanningsval 0.55V is.

Vul gewoon is alle waarden in die je hebt in het schema bij 9V uit en bij -9V uit ( wat hetzelfde is .. ).
De formule formuleerd zichzelf !! ( niet meer dan de wet van ohm toepassen )

En dan kan je ook de uitgangsstroom van je opamp uittellen.
Een versterker moet je eerst op DC niveau uittellen voorralleeer je ook maar aan AC denk.

mvg Rudy
Bijlagen
Schema.png
Gebruikersavatar
Ah!buis
Berichten: 16682
Lid geworden op: ma 15 nov 2010, 22:36
Locatie: Overijse

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door Ah!buis »

10W @ 4ohm
Dus:
1,6Arms -> 2,26A piek
6,32Vrms -> 8,9V piek

Als ik je verhaal goed begrijp, moet je kijken naar de piek last.
Aangezien het positieve deel natuurlijk de positieve kant van de sinus pakt en negatieve deel de negatieve kant?
Mijn piek stroom is dus maximaal 2,26A.
Met een hfe van ongeveer 50, moet je deze dus aansturen met een stroom van 45mA.
Bovenop die 45mA komt nog de belasting van de twee weerstanden (in wisselstroomparallel) en de OPA kan maar een goeie 20mA leveren :cry: .
Dus geen 4 maar 8 ohm 10W
1,12Aeff -> 1,57At
9Veff -> 12,6Vt
Aansturen met 32mA maar in klasse A de helft , 16mA.
Daarvoor moet de ruststroom wel 1570/2=785mA zijn.Dat vraagt een Ib van 785/50=16mA.(inderdaad hetzelfde als voor de sturing :? )
Met een voeding van 22V geeft dat 1k2. In de veronderstelling dat de stroom door de diodes klein is.
Geeft wel 600 ohm (2x1k2) belasting bij 12,6V een extra stroom van 20mAt zodat dat van de OPA al 20+16=36mA vraagt.
Weer teveel,toch maar stroombronnen? :o .
Anne
Gebruikersavatar
Tom Magchielse
Berichten: 1139
Lid geworden op: vr 16 apr 2010, 13:32
Locatie: Borger (Dr)

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door Tom Magchielse »

Het heeft geen zin een schakeling te simuleren als die schakeling geen realistisch instelpunt kan vinden. De simulatiepakketten vragen zich dat ook niet altijd af. Laten we eens kijken naar de DC instelling.
In rust zal de basisspaning van Q1 0.5V zijn. Door R1 loopt dan (22-0.5)/1800=11.9 mA, waarvan een deel nodig is voor de basis-ruststroom van Q1. De collector-ruststroom zal dus hooguit hfe maal 11.9 mA kunnen zijn, dus zeg maar 0.6A. Maar iedere lagere waarde kan ook, de ruststroom wordt bepaald door het verschil tussen Vbe van Q1 en Q2 en de Vd van de diodes, en is dus nauwelijks te voorspellen, laat staan in te stellen. Bovendien zijn beide temperatuurafhankelijk, maar hebben niet noodzakelijk dezelfde temperatuur, zeker niet als de transistoren op zeg 0.3 A ruststroom komen te staan en dus 6.6W dissiperen. Houdt je simulatiepakket daar rekening mee?
Nog leuker wordt het als je de uitgang op +4V zou willen hebben, b.v omdat de ingangsspanning daartoe leidt. (Het is tenslotte ook een DC versterker). De basisspanning van Q2 wordt nu 3.5V, de stroom door R2 wordt (22+3.5)/1800=14.2 mA. Omdat Q2 nu gesperd is, loopt deze stroom door de uitgang van de opamp.
De stroom door de belasting is nu 1 A, zodat de basisstroom van Q1 nu 20 mA moet zijn. Er is nu geen stroom door Q2 meer. Die basisstroom moet door R1 komen, maar daar is maar (22-4.5)/1800 = 9.6 mA beschikbaar. Dat gaat niet lukken. Zoals Ah!buis al opmerkte, kan het nog wel eventjes , zolang er een stroom vanaf de uitgang van de opamp via D2 en C kan lopen naar de basis van Q1. Dat lukt alleen als door tegenkoppeling de uitgang van de opamp omhoog gedwongen wordt tot iets boven de 4V. Er loopt dan eventjes een extra stroom door die condensator, en door de uitgang van de OPA, beginnend met ca. 10 mA. Vervolgens wordt de C ontladen met Ib1, zodat diens spanning zakt. Tegelijk moet de uitgang van de opamp mee omhoog gaan. Is de C eenmaal ontladen, dan loopt er geen bassisstroom meer en komen we in de eerder geschetste situatie. Reken je dit uit voor hogere uitgangsspanningen, dan wordt het nog gekker. Wie heeft dit bedacht?
Een aantal forumleden (Rudy, Ah!buis, Pjotr) heeft al in allerlei bewoordingen deze of vergelijkbare bezwaren opgesomd, ik heb het voor mezelf en voor B-Force hier nog eens samengevat.
groet, Tom
Gebruikersavatar
b_force
Ook commercieel actief
Berichten: 12450
Lid geworden op: di 18 apr 2006, 13:27
Locatie: West Friesland
Contacteer:

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door b_force »

Bedankt Tom :)

Dat is tenminste een duidelijk uitleg :D

Wat ik me afvraag, is waar dan de beperking ligt.
Als ik jullie verhalen een beetje goed heb begrepen, is dat eigenlijk voornamelijk de stroomversterking (hfe).
Je zou dus een extra trapje (met bv BD139/140?) voor de eindtransistors kunnen zetten om dat op te lossen?
(Of natuurlijk een darlington type gebruiken)
Gebruikersavatar
Tom Magchielse
Berichten: 1139
Lid geworden op: vr 16 apr 2010, 13:32
Locatie: Borger (Dr)

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door Tom Magchielse »

Een veel grotere stroomversterking, bijv met een Darlington of een NPN/PNP compound emittervolger zou één probleem elimineren. Blijft over dat je een goede methode moet vinden om de instelstroom te bepalen.
Eerder is de eenvoudige schakeling met twee NPN/PNP emiitervolgers in klasse B met hun basissen en hun emitters aan elkaar , en met een weerstand tussen E en B om ze door de opamp open te laten sturen, neergesabeld. Toch heb ik daar heel goede ervaringen mee. Een andere welbekende schakeling maakt gebruik van een soort stroomvolger door een transistor in de voedingsleiding van de OPA op te nemen. Dan kan de OPA op een hogere voedingsspanning werken, en er treedt een verbetering van de slew-rate op.
Opa.jpg
Hierbij een snel schetsje. Groet,
Tom
Gebruikersavatar
Pjotr
Berichten: 36764
Lid geworden op: do 26 aug 2004, 18:34
Locatie: bollenstreek

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door Pjotr »

b_force schreef:
Bedankt Tom :)

Dat is tenminste een duidelijk uitleg :D

Wat ik me afvraag, is waar dan de beperking ligt.
Als ik jullie verhalen een beetje goed heb begrepen, is dat eigenlijk voornamelijk de stroomversterking (hfe).
Je zou dus een extra trapje (met bv BD139/140?) voor de eindtransistors kunnen zetten om dat op te lossen?
(Of natuurlijk een darlington type gebruiken)
Of een extra trapje (buffer) een oplossing is in dit geval is nog maar de vraag. Qua instelpunt en stroomverdeling een prima oplossing. Echter is de keerzijde dat je fasemarge afneemt. Dat op-ampje heeft al niet zoveel fasemarge (zoals de meeste op-amps), dus het risico dat je een oscillator bouwt neemt toe. Maar daar is PSpice dan weer erg goed in om dat te analyseren en eventueel fase compenserende maatregelen te treffen.
Gebruikersavatar
b_force
Ook commercieel actief
Berichten: 12450
Lid geworden op: di 18 apr 2006, 13:27
Locatie: West Friesland
Contacteer:

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door b_force »

Update (dankzij de nieuwe multisim :D)

Als ik het goed begrepen heb allemaal, wad het grootste probleem voornamelijk de stroomversterking.
Een betere optie zou een paar Darlington transistors zijn.
Dan kom ik tot het volgende schema.
Schema2.png
Dit is nog niet geoptimaliseerd (met goede stroombronnen ed)

Iemand nog meer tips/uitleg?
Gebruikersavatar
b_force
Ook commercieel actief
Berichten: 12450
Lid geworden op: di 18 apr 2006, 13:27
Locatie: West Friesland
Contacteer:

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door b_force »

Inmiddels ben ik tot dit schema gekomen.
Na heel lang googlen begin ik toch een beetje het idee te snappen.
De berekenen begrijp ik echter nog niet helemaal.
(ik kan dan ook nergens iets vinden waar dat netjes wordt uitgelegd)

Kan iemand vertellen of dit inmiddels wel een beetje zinnig is?
Heeft het nog zin om die 10k weerstanden (R3 en R4) te vervangen door stroombronnen?
Zo ja, hoe valt dat om te rekenen?
Bijlagen
Schema4.png
Gebruikersavatar
Ah!buis
Berichten: 16682
Lid geworden op: ma 15 nov 2010, 22:36
Locatie: Overijse

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door Ah!buis »

Voor de thermische stabiliteit moeten er wel emitterweerstanden inzitten en dan de naamloze weerstand van goed 1k regelbaar.
Om enkel te simuleren hoeft dat niet.Probeer de simulatie 's met 50Hz,100Hz,150Hz,...,tot 500Hz bijv.en vergelijk de resultaten,gaat er misschien een licht op :D .
Anne
Gebruikersavatar
b_force
Ook commercieel actief
Berichten: 12450
Lid geworden op: di 18 apr 2006, 13:27
Locatie: West Friesland
Contacteer:

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door b_force »

Aan de uitgang bedoel je dan.
Ja dat klopt.

Ik dacht enkel dat die niet (of lees: minder) nodig waren als je goed zou compenseren zoals in schema 4??

Ik simuleer trouwens alles op 20Hz, 1kHz en 20kHz.
Soms nog 100Hz erbij.
Gebruikersavatar
Pjotr
Berichten: 36764
Lid geworden op: do 26 aug 2004, 18:34
Locatie: bollenstreek

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door Pjotr »

b_force schreef:
Ik dacht enkel dat die niet (of lees: minder) nodig waren als je goed zou compenseren zoals in schema 4??
Dat klopt helemaal. Met emitter weerstanden heb je zelfs kans op overcompenstie, dus dat de biasstroom terug gaat lopen met oplopende temperatuur. Daar moet je dan weer het bias circuitje op aan gaan passen.

Je kunt die temperatuur effecten vrij goed simuleren met PSpice en wat daar uitkomt komt meestal goed overeen met de werkelijkheid.
SuperR
Berichten: 1864
Lid geworden op: zo 30 aug 2009, 22:35
Locatie: Rotterdam

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door SuperR »

En dat lijkt dan weer heel erg op (alle) amplifier-driver-IC's van National/TI. Een sjieke high-voltage opamp met wat extra "features"
Bijlagen
49810PowerAmp1a.jpg
Gebruikersavatar
b_force
Ook commercieel actief
Berichten: 12450
Lid geworden op: di 18 apr 2006, 13:27
Locatie: West Friesland
Contacteer:

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door b_force »

Pjotr schreef:
b_force schreef:
Ik dacht enkel dat die niet (of lees: minder) nodig waren als je goed zou compenseren zoals in schema 4??
Dat klopt helemaal. Met emitter weerstanden heb je zelfs kans op overcompenstie, dus dat de biasstroom terug gaat lopen met oplopende temperatuur. Daar moet je dan weer het bias circuitje op aan gaan passen.

Je kunt die temperatuur effecten vrij goed simuleren met PSpice en wat daar uitkomt komt meestal goed overeen met de werkelijkheid.
In multisim kan dat geloof ik ook, eventjes zoeken....

Is het misschien een idee om toch nog kleine emitterweerstanden te nemen?
Om zo een beetje de effecten uit te smeren over de transistor (rubber diode heet dat volgens mij) en die weerstanden?

Hoe raadzaam is het trouwens om R3 en R4 te vervangen voor stroombronnen?
Misschien kan ik daar ook wel een CRD gebruiken :)
Gebruikersavatar
ray5150
Berichten: 28143
Lid geworden op: vr 13 apr 2007, 23:56
Locatie: s-Gravenhage

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door ray5150 »

SuperR schreef:
En dat lijkt dan weer heel erg op (alle) amplifier-driver-IC's van National/TI. Een sjieke high-voltage opamp met wat extra "features"
Over het wiel opnieuw uitvinden gesproken... :rofl: :rofl: :mrgreen:
SuperR
Berichten: 1864
Lid geworden op: zo 30 aug 2009, 22:35
Locatie: Rotterdam

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door SuperR »

ray5150 schreef:
SuperR schreef:
En dat lijkt dan weer heel erg op (alle) amplifier-driver-IC's van National/TI. Een sjieke high-voltage opamp met wat extra "features"
Over het wiel opnieuw uitvinden gesproken... :rofl: :rofl: :mrgreen:
Van mij of B_Force? Hoe dan ook is het leuk om wat begrip te krijgen in deze materie, al zou er niks mee gebouwd worden. Ik heb met mijn to-be versterker (http://www.zelfbouwaudio.nl/forum/viewt ... =7&t=16118) ook een oud ontwerp "afgestoft" en gebruikt. Baanbrekend kun je als hobbyist toch niet (echt) zijn. Tot die tijd is iedereen maar oude materie aan elkaar aan het knopen. Als je een lm1875 gebruikt heb je ook dik 10 Watt aan 8 ohm, maar je zoekt toch iets speciaals/anders/"met identiteit"?
Gebruikersavatar
Ah!buis
Berichten: 16682
Lid geworden op: ma 15 nov 2010, 22:36
Locatie: Overijse

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door Ah!buis »

Er wordt tegenwoordig nog zelden echt gelezen,dan krijg je dat.En vaak is dat nieuwe wiel eerder vierkant :cry: .
Als ik voorstel
Probeer de simulatie 's met 50Hz,100Hz,150Hz,...,tot 500Hz bijv.en vergelijk de resultaten,gaat er misschien een licht op :D
is dat niet om aan bezigheidstherapie te doen :shock:
Bij lage frequenties is de invloed van de C tussen de basissen klein en doen de weerstanden basis/collector het werk.Bij hogere frequenties is het voornamelijk de OPA die de basissen stuurt door die C.De resultaten van laag naar hoog geven dan denkvoer :lol: .
Anne
Gebruikersavatar
Pjotr
Berichten: 36764
Lid geworden op: do 26 aug 2004, 18:34
Locatie: bollenstreek

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door Pjotr »

SuperR schreef:
Hoe dan ook is het leuk om wat begrip te krijgen in deze materie, al zou er niks mee gebouwd worden.
Zeker waar en nieuwe materie is vaak oude in een ander jasje. zoals in dit topic. Veel grondbeginselen veranderen gewoon niet en heb je evengoed hard nodig om "nieuw" te begrijpen.

@Anne,

Niet gelijk te wild hè amigo. Laat Bart er eerst maar eens grip op krijgen zonder die C. Is al moeilijk genoeg :mrgreen:
Gebruikersavatar
Ah!buis
Berichten: 16682
Lid geworden op: ma 15 nov 2010, 22:36
Locatie: Overijse

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door Ah!buis »

Ach,zo wild is het niet.b-force is hiermee al een hele tijd bezig en zegt steeds dat ie het niet snapt.
Eerst zonder die C ,mooi maar hij simuleert bij 1kHz en dan doet die C al ruimschoots mee.Vandaar dat ik 'm probeer op lage frequenties te laten testen waar de C nog niet speelt.Valt 't resultaat tov 1kHz bar tegen,hoe zou dat komen en zo :roll: .
Anne
Gebruikersavatar
b_force
Ook commercieel actief
Berichten: 12450
Lid geworden op: di 18 apr 2006, 13:27
Locatie: West Friesland
Contacteer:

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door b_force »

Dat met opnieuw het wiel uitvinden ben ik toch niet helemaal mee eens.

Probeer maar eens ergens een versterker te vinden die 10W @ 4ohm doet met een THD onder de 0,001% (of lager) voor gehele frequentie spectrum.
Een LME49810 is leuk, maar dat is echt gewoon een ander ding.
Een LM1875 is dat al helemaal.
Daarnaast leer je van zulke "zwarte dozen" helemaal niets.
Mjah, je leert touwtjes aan elkaar knopen, maargoed dat heb ik inmiddels al te vaak gedaan...


Ik probeer de principes erachter te begrijpen.
De drempel hier is voornamelijk een vertaalslag.
Door mijn achtergrond kan ik een hoop vertellen over thermodynamica, onnauwkeurigheden, quantumtheorieën en akoestiek.
Versterkers ontwerpen is echter een andere (mooie) tak van sport, dat zeker interessant is om te leren :)

Ik ben het trouwens heel erg eens dat er tegenwoordig slecht gelezen wordt.
Of misschien zelfs wel dat dingen slecht begrepen worden.

Anyway, de bijdrage van Anne wordt bijzonder gewaardeerd :)
Ik zal eens kijken of ik begrijp waar hij nu naar toe wil
(dat is mij soms niet altijd helemaal duidelijk :P)
Gebruikersavatar
b_force
Ook commercieel actief
Berichten: 12450
Lid geworden op: di 18 apr 2006, 13:27
Locatie: West Friesland
Contacteer:

Re: Class-AB instelling en vermogen

Bericht door b_force »

Ok, hier de simulaties van 50Hz, 100Hz, 200Hz, 300Hz, 400Hz, 500Hz en dan 1kHz.


Volgens Anne zou ik nu iets moeten gaan ontdekken.
Ik ben benieuwd :wink:
Bijlagen
Simulatie 50Hz.png
Simulatie 100Hz.png
Simulatie 200Hz.png
Simulatie 300Hz.png
Simulatie 400Hz.png
Simulatie 500Hz.png
Simulatie 1kHz.png
Plaats reactie