Audioverstärker, 2 Diff. Verstärker hintereinander

[switch (Gast)]

Hallo,

in Schaltplänen zu Mosfet Audio-Verstärkern sehe ich oft das dort 
hintereinander 2 Differenzverstärker verwendet werden. Ist das ein 
sinnvoller Aufbau? Z.b hier: ampslab.com/hx100_schematics.htm
Ist das ein guter Verstärker vom Prinzip her?

[ArnoR (Gast)]

> Ist das ein guter Verstärker vom Prinzip her?

Nein. Die Pegelfestigkeit der internen Stufen muss natürlich mit dem 
Pegel (=der Verstärkung) im Verstärkerzug ansteigen. Das ist hier nicht 
gegeben. Die zweite Diff-Stufe verträgt nur genausoviel Pegel wie die 
erste.

Ein Differenzverstärker verträgt nur etwa 18mV Differenzeingangsspannung 
für 1% Klirr. Das schafft man beim ersten mit genügend hoher 
Leerlaufverstärkung recht einfach. Der zweite Diff wird aber schon 
übersteuert, weil er die Endstufe voll aussteuern muss. Er muss eine 
Ausgangsspannung von etwa +-50V liefern und bräuchte eine Verstärkung 
von etwa 3000 (im gesamten Nutzfrequenzbereich) um unter 1% Klirr zu 
bleiben. Das schafft die Schaltung nicht, sie hat daher einen rel. hohen 
Leerlaufklirrfaktor.

[switch (Gast)]

ArnoR schrieb:
> Ein Differenzverstärker verträgt nur etwa 18mV Differenzeingangsspannung
> für 1% Klirr. Das schafft man beim ersten mit genügend hoher
> Leerlaufverstärkung recht einfach. Der zweite Diff wird aber schon
> übersteuert, weil er die Endstufe voll aussteuern muss.

Stimmt, darauf hätte ich auch kommen müssen, wobei der zweite Diff ja 
keine KSQ hat sondern nur einen Widerstand deshalb verträgt er wohl ein 
bisschen mehr. Trotzdem keine Referenzschaltung..

[Ulrich (Gast)]

Ganz so schlimm ist das nicht. Zum einen ist die Verstärkung noch in der 
Schleife. Genau wie die Verzerrungen von den FETs werden auch die 
Verzerrungen des 2. Differenzverstärkers von der Schleifenverstärkung 
reduziert.  Als 2. Punkt ist da auch noch der Kondensator zur 
Kompensation - dieser wirkt über einen großen Teil des interessanten 
Frequenzbereichs als zusätzliche Gegenkopplung und bestimmt damit die 
Linearität der Stufe. Wie gut das geht hängt aber von der Auslegung ab, 
also in wie weit der Kondensator oder die Gate-Kapazitäten den 
Frequenzgang bestimmen.

Wirklich gut ist die Schaltung trotzdem nicht. Ob die Einstellung des 
Ruhestromes bei den FETs stabil ist, ist mehr oder weniger Glückssache 
bzw. hängt von der Teilewahl ab. Auch geht relativ viel Spannung 
verloren weil für die Ansteuerung der Gates keine zusätzliche Spannung 
(z.B. per Bootstrapping) zur Verfügung steht.

[ArnoR (Gast)]

> Ganz so schlimm ist das nicht...

Im Gegenteil, ist sogar noch viel schlimmer. Einige Effekte wurden noch 
gar nicht genannt, wie z.B. die Rückwirkung des Transistors mit dem 
großen Spannungshub am Kollektor im 2-ten Diff auf den ersten Diff. Ich 
hab mal eine vereinfachte Schaltung simuliert und angehängt. Die 
verwendeten Transistoren sind besser als die, die man tatsächlich 
einsetzen würde. Die Schaltung hat dennoch über 18% Leerlaufklirr, ohne 
Endstufe! Das ist bemerkenswert schlecht.

[Ulrich (Gast)]

Der Open-Loop Klirrfaktor ist nicht so wichtig - 18% (im LF Limit) sind 
da auch nicht ungewöhnlich schlecht, und es fehlt in der Simulation auch 
noch der nicht unwesentliche Kondensator zur Frequenzkompensation. Bis 
jetzt ist da nur die kleine Transistorinterne Rückwirkung drin, und auch 
die ist schon positiv.

Der Kondensator sorgt bei den höheren Frequenzen (ab ca. 10-100 Hz) für 
eine bessere Linearität, denn die 2. Stufe wird dabei Quasi 
übersprungen. Bei den Niedrigen Frequenzen ist der Loop Gain sehr hoch 
hoch und reduziert so den Klirrfaktor.

Schlecht in der Schaltung sind da eher die beiden Widerstände (3 K in 
der Simulation) in der 1.Stufe - da wäre ein Stromspiegel besser und 
würde für mehr Schleifenverstärkung sorgen.

[ArnoR (Gast)]

> Der Open-Loop Klirrfaktor ist nicht so wichtig - 18% (im LF Limit) sind
> da auch nicht ungewöhnlich schlecht

Na du hast ja seltsame Vorstellungen. Ein guter Verstärker schafft 1% 
Leerlaufverzerrungen und zwar der komplette Verstärker. Die hohen 
Verzerrungen muss dieSchleifenverstärkung doch reduzieren, wieso sollte 
man da so schlechte Werte gutheißen. Und ab der ersten Polfrequenz 
(10...100Hz wie du schreibst) gehts runter mit der Schleifenverstärkung.

> Bis jetzt ist da nur die kleine Transistorinterne Rückwirkung drin, und auch
> die ist schon positiv.

Die transistorinterne Rückwirkung ist keineswegs positv, schau die 
einfach mal die Signale an den Basen an.

> Der Kondensator sorgt bei den höheren Frequenzen (ab ca. 10-100 Hz) für
> eine bessere Linearität, denn die 2. Stufe wird dabei Quasi
> übersprungen

Das ist nicht richtig. Die Stufe wird keineswegs übersprungen sondern 
spannungsgegengekoppelt. Das vermindert aber auch die 
Schleifenverstärkung und damit die Reduktion des Leerlaufklirrs.

[Claudia (Gast)]

Der Doppeldifferenzverstärker gilt doch als ganz brauchbar. Im Anhang 
mal die Simus für ein anderes Projekt.

[Claudia (Gast)]

Auch mit größerer Versorgungsspannung sieht es nicht übel aus, obwohl 
die BCs natürlich nicht lange halten...