Hallo, Angehängt eine Differenzeingangsstufe. Es handelt sich dabei nicht um eine Eigenentwicklung. Die Schaltung stammt so aus dem Buch von Douglas Self "Power Amplifier Design Handbook" auf Seite 319. Naja...auf jeden Fall, wollte ich diese Schaltung also mal in LT-Spice zusammenklicken. Zur Simulation speise ich über C4 einen 10mV 1kHz Sinus in das ding ein. Der invertierende Eingang an Q7 liegt dabei zunächst auf Masse. Das Ausgangssignal greife ich an C5 (out2) ab. Zu meiner Überraschung musste ich dann aber feststellen, dass das Signal an out2 nur noch eine Amplitude von ca. 3mV hat. Hä was ist denn hier los. Soll der Diffamp nicht verstärken? Würde mich über erklärende Worte von euch freuen. Gruß
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Da ist doch garantiert Q9 voll in Sättigung(durchgesteuert). Du musst durch Gegenkopplung vom Verstärkerausgang auf den Eingang(Basis Q7) dafür sorgen, dass sich ein brauchbarer Arbeitspunkt(genügen Uce für Q9) einstellt.
Hmmm...danke, aber kann damit jetzt erstmal nichst anfangen. Grund: Bei integrierten OpAmps ist es ja auch durchaus üblich den nichtinvertierenden Eingang auf Masse zu legen. Ich korrigiere mein ersten Post: An der Basis von Q7 is der nichtinvertierende Eingang.
> Hmmm...danke, aber kann damit jetzt erstmal nichst anfangen. Grund:
Helmut hat den Grund doch schon genannt: Durch R17 liegt die Basis von
Q6 höher als die von Q7, daher fließt durch Q7 ein größerer Strom als
durch Q6. Dieser Strom wird durch Q10 und Q9 gespiegelt und daher ist
der Strom durch Q9 deutlich größer als der durch Q6. Deshalb ist Q9
gesättigt und die Schaltung kann nicht arbeiten.
Markus M. schrieb: > Bei integrierten OpAmps ist es ja auch durchaus üblich den > nichtinvertierenden Eingang auf Masse zu legen. Bei einem invertierenden Verstärker ist das richtig. Aber bedenke auch, dass dort auch eine Rückkopplung besteht, die am invertierenden Eingang die Spannung wieder auf nahezu 0V zurückführt. Erst dadurch wird die Differenzeingangsstufe in ihren, für einen invertierenden Verstärker, normalen Arbeitspunkt betrieben. LG Christian
Ok, ich danke euch für die Antworten. Nach etwas Nachdenken und Simulieren, konnte ich dann auch eure Antworten nachvollziehen. Aber nun mal was ganz praktisches: Wie geht man dann bei der Dimensionierung/Simulation der Diff-Stufe vor, wenn man eigentlich zuerst den gesamten Verstärker braucht, um dann die Diff-Stufe richtig simulieren/testen zu können? Wie macht ihr das?
Für deine Schaltung hier geht es so: C4 und R17 raus und die Signalquelle direkt an die Basis von Q6. Damit ist der Offset weg. Dann R11 oder R12 ein wenig verändern, so daß sich am Kollektor von Q9 eine brauchbare Spannung einstellt. Jetzt kannst du die Eigenschaften des Diff anschauen. Für den endgültigen Verstärker muss das aber keine brauchbare Aussage sein, denn durch folgende Stufen kann sich ein ganz anderes Verhalten ergeben.
>Aber nun mal was ganz praktisches: Wie geht man dann bei der >Dimensionierung/Simulation der Diff-Stufe vor, wenn man eigentlich >zuerst den gesamten Verstärker braucht, um dann die Diff-Stufe richtig >simulieren/testen zu können? Wie macht ihr das? Bei dieser Stufe gibt's eigentlich gar nicht viel zu dimensionieren, wenn es erstmal nur um die grundsätzliche Funktione geht (die Arbeitspunkte also erstmal sinnvoll liegen). Oben haste ja eine Konstantstromquelle (KSQ), die so um die 7mA liefert. Die teilen sich dann in beide Zweige weiter unten auf. Also links/rechts je 3,5mA). Damit ergeben sich über R11/12 rund 200mV Spannungsabfall (zum Ausgleich/Linearisierung unterschiedlicher Ube von Q9/10). Q9/10 bilden einen Stromspiegel, bei dem sich an beiden Kollektoren theoretisch die gleiche Uce und Ice einstellt, also rund 0,7V (wegen kurzgeschlossenem C und B bei Q10). Theoretisch deswegen, weil (abgesehen von Bauteilestreuungen in der Praxis) der Q10 nicht die vollen 3,5mA als Ic sieht, sondern davon noch zweimal Ib abgezweigt wird. Q9 sieht also einen leicht höheren eingeprägten Ic, womit dessen Uce höher ausfallen wird (also nicht mehr ganz im Gleichgewicht). Sinn des Stromspiegels ist es, am C von Q6 einen "unendlich" hohen Arbeitswiderstand zu haben, damit sehr große Verstärkung. Man könnte theoretisch den Stromspiegel auch gegen einen normalen Arbeits-R (geringere Verstärkung) bzw. normale Konstantstromquelle links, und direkte Verbindung des C von Q7 gegen -Ub rechts ersetzen. Im Falle einer KSQ hätte man aber das Problem, diese auf genau den halben Strom der oberen KSQ einzustellen (wegen der Symmetrie), was praktisch unmöglich wäre. Deswegen ein Stromspiegel dort, der das zu fast 100% sicherstellt. Letztendlich kann man sagen: der R13 zusammen mit D3+4 definiert den Strom durch beide Zweige. Die restlichen R's dienen nur der Linearisierung bzw. Kompensation der immer vorhandenen Toleranzen in der Praxis, verbunden mit einer damit einhergehenden Verringerung der inneren Verstärkung dieser Stufe. Wie groß man nun die Zweigströme, R's, Spannungsverhältnisse in dieser Schaltung wählt, ist nicht so sehr eine Gleichspannungs/stromfrage, sondern eher eine Optimierungsfrage bezüglich Rauschen, Linearität, Aussteuerbarkeit, Frequenzgang, ...
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Soooooooo guten Morgen alle zusammen. Habe mich jetzt nochmal von vorne an einen DiffAmp gemacht, und versucht eute Ratschläge zu befolgen. Herausgekommen ist ein Amp in NPN Ausführung, mit Kaskode und Wilson Stromspiegel. Laut LT-Spice macht das Ding im Open-Loop im besten Fall knapp 100dB und hat eine GBP von fast 90 MHz. Für alle LT-Spice Besitzer habe ich die Schaltung mal in den Anhang gepackt. Außerdem ist die Schaltung auch noch mal als Bild angehängt. Bitte schaut euch mal an was ich da gemacht habe. Geht das fürs erste so in Ordnung? Verbesserungsvorschläge? Danke. Gruß
> Geht das fürs erste so in Ordnung? Die Frage ist doch was du damit machen willst. Die Schaltung kann leidlich brauchbar oder Mist sein. > Verbesserungsvorschläge? Die Kaskoden schränken den Gleichtaktaussteuerbereich des Diff nach oben stark ein. Die Art Schaltungen zu zeichnen.
ArnoR schrieb: >> Geht das fürs erste so in Ordnung? > > Die Frage ist doch was du damit machen willst. Die Schaltung kann > leidlich brauchbar oder Mist sein. Ich will einfach mehr über Differenzverstärker lernen. Vielleicht dann auch mal auf einem Steckboard aufbauen. > >> Verbesserungsvorschläge? > > Die Kaskoden schränken den Gleichtaktaussteuerbereich des Diff nach oben > stark ein. Weil die beiden Kaskoden-Transistoren in der Realität nicht absolut identisch sind? Aber bügelt das nicht der Stromspiegel wieder aus? > Die Art Schaltungen zu zeichnen. Ich weiß...das sollte ich auch mal in Angriff nehmen :-)
> Weil die beiden Kaskoden-Transistoren in der Realität nicht absolut > identisch sind? Nein, weil die Basisspannung der Kaskodetransitoren auf +1,4V festgelegt ist. Daher können die Kollektoren von Q1/2 nicht über +0,7V steigen.
Normal wird es auch nicht nötig sein, das die Spannung am Kollektor über 0,7 V geht. Im Nullpunkt hat man etwa -0,7 V am Emitter. Der Strom ist so weit begrenzt, dass an den 100 Ohm Widerständen maximal 0,3 V Abfallen. Damit hat man noch mindestens 1 V für den Transistor. Das ist nicht viel, reicht aber.
> Normal wird es auch nicht nötig sein, das die Spannung am Kollektor über > 0,7 V geht. Damit hat man noch mindestens 1 V für den Transistor. Das ist > nicht viel, reicht aber. Aber doch nur für Eingangspotentiale unterhalb von ca. +1V. Damit kann man die Hälfte aller Anwendungen vergessen.
Bei einem Eingangspotential von über etwa 0,3 V ist man ohnehin schon in der Sättigung, zumindest solange der eine Eingang fest an GND ist. Sonst müsste man die Spannung für die Kaskoden höher wählen (oder die beiden Transistoren ganz weglassen), halt abhängig davon wie es am Eingang und Ausgang aussieht.
So eine Kaskodeschaltung ist zwar ganz gut für die HF-Eigenschaften, aber für den Gleichtaktbetrieb bzw. größere Austeuerbarkeit unbrauchbar (letzteres eher unwichtig, wenn das nur eine Eingangsstufe eines OPV darstellt). Ansonsten: Stromspiegel sind schon eher witzlos, wenn es auf die Gleichheit der Strömungsverhältnisse aller KSQ geht. Da sollten die involvierten Q's alle auf Gleichheit ausgemessen sein, was selten auf geringste Unterschiede machbar ist, damit sich ein Stromspiegel lohnt (Dualtransistoren würden sich hierfür anbieten). Und die Wilson-Schaltung ist erst recht witzlos mit Einzeltransistoren. Da bräuchte man schon ein Trio auf einem Chip (Transistorarray), deren Kennwerte hoffentlich weitgehend gleich sind. Deswegen wird solch eine Schaltung eigentlich nur in IC's verwendet. Sinn der Wilsonschaltug ist es, den kleinen Unterschied durch die 2*Ib - Belastung einer Seite (wovon ich in meinem letzten Update schrieb) der einen Seite zu kompensieren. Klappt aber nur, wenn die Transistoren bis in den Promillebereich gleich sind.
> aber für den Gleichtaktbetrieb bzw. größere Austeuerbarkeit unbrauchbar > (letzteres eher unwichtig, wenn das nur eine Eingangsstufe eines OPV > darstellt). Das ist nicht richtig. Wenn ein OPV als Spannungsfolger/Puffer oder mit geringer Verstärkung und rel. großer Aussteuerung als nichtinvertierender Verstärker beschaltet ist, dann ist der geringe Gleichtaktaussteuerbereich die begrenzende Eigenschaft. Außerdem fehlt dem TE das Grundverständnis derartiger Schaltungen, da hat es keinen Sinn, über solche Dinge wie unsinnnig dimensionierte Kaskoden zu reden.
Jens G. schrieb: > So eine Kaskodeschaltung ist zwar ganz gut für die HF-Eigenschaften, > aber für den Gleichtaktbetrieb bzw. größere Austeuerbarkeit unbrauchbar > Ansonsten: Stromspiegel sind schon eher witzlos, wenn es auf die > Gleichheit der Strömungsverhältnisse aller KSQ geht. Da sollten die > involvierten Q's alle auf Gleichheit ausgemessen sein, was selten auf > geringste Unterschiede machbar ist, damit sich ein Stromspiegel lohnt > Und die Wilson-Schaltung ist erst recht witzlos mit Einzeltransistoren. > Da bräuchte man schon ein Trio auf einem Chip (Transistorarray), deren > Kennwerte hoffentlich weitgehend gleich sind. Deswegen wird solch eine > Schaltung eigentlich nur in IC's verwendet. > Sinn der Wilsonschaltug ist es, den kleinen Unterschied durch die 2*Ib - > Belastung einer Seite (wovon ich in meinem letzten Update schrieb) der > einen Seite zu kompensieren. Klappt aber nur, wenn die Transistoren bis > in den Promillebereich gleich sind. Hmmm wenn ich das so lese, dann komme ich zu dem Schluss, dass im Prinzip die gesamte Idee, einen Differenzverstärker diskret aufzubauen blödsinnig ist. Eben wegen der Bauteiltoleranzen. Meines wissens nach, wird das aber durchaus in Hifi-Verstärkern noch so gemacht. Geht dann da alles an Entwicklungskosten in das Matchen der Transistoren?
Nur wenn man solche oder ähnliche Stromspiegel verwenden will. In Audio-Leistungsverstärkern braucht man die nicht. Deshalb damals meine Frage was du eigentlich mit dem Diff machen willst. Davon hängt doch ab, wie man die Ströme weiterverarbeitet. Du musst dich von der Vorstellung lösen, dass man einen Verstärker einfach durch die Hintereinanderschaltung von unabhängigen Stufen baut/entwickelt.
Jupp...das scheint alles viel dynamischer zu sein als ich mir das vorgestellt habe. Und die Rückwirkung auf den Diff-Eingang durch nachfolgende Stufen wurde bist jetzt ja noch gar nicht angedacht. Die Idee mit den Kaskoden hat mir einfach wegen der daraus resultierenden, höheren Bandbreite gefallen. Du kannst dich sicherlich erinnern...wir hatten schon vor einigen Wochen/Monaten hier mal die Diskussion bzgl. einer Endstufe welche ich entworfen hatte. Letztendlich hat diese dann auch funktioniert, der höreindruck war für mich zufriedenstellend, jedoch haben mir die Messergebnisse nicht so zugesagt. Darum, und weil ich jetzt vieeeel mehr Zeit habe, möchte ich mich der Sache nocheinmal annehmen...diesmal aber gründlich und fundiert. Ohne schnell schnell.
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