Hallo, ich möchte einen Hochspannungsverstärker bauen. Hierzu habe ich auch eine Schaltung gefunden (siehe Anhang). Diese funktioniert im Simulator auch tadellos, solange ich irgendeinen voreingestellten Transistor nutze. Nutze ich für die Simulation die beiden Transistortypen MJD5731 und MJD50, werden nur irgendwelche Schwingungen verstärkt. Jetzt sind das die einzigen beiden Typen, die ich gefunden habe, die SMD sind, bis 350V aushalten und (über) 10Watt aushalten. kann mir jemand vielleicht helfen, warum diese Typen nicht funktionieren? Die ganzen OPVs kann man getrost weglassen, es geht nur um die Transistorschaltung mit dem regelnden OPV. Hier sind die Daten für die Simulation: .MODEL Qmjd5731t4 pnp +IS=1e-09 BF=56.4578 NF=0.85 VAF=10 +IKF=0.215619 ISE=1e-08 NE=1.35463 BR=0.1 +NR=0.92774 VAR=21.1019 IKR=2.15619 ISC=1e-08 +NC=2.80489 RB=11.967 IRB=100 RBM=0.1 +RE=0.0001 RC=0.168681 XTB=9.56169 XTI=1 +EG=1.05 CJE=3.13664e-09 VJE=0.647225 MJE=0.35397 +TF=7.30209e-09 XTF=1.5 VTF=1.00003 ITF=0.999992 +CJC=3.00305e-10 VJC=0.600058 MJC=0.409743 XCJC=0.8 +FC=0.534197 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.5 +TR=1e-07 PTF=0 KF=0 AF=1 * Model generated on Dec 26, 2003 * Model format: PSpice .MODEL Qmjd50t4 npn +IS=7.25559e-11 BF=26.7185 NF=1.5 VAF=25.4206 +IKF=6.11331 ISE=4.74986e-12 NE=3.46876 BR=2.67185 +NR=1.44677 VAR=3.40787 IKR=3.07918 ISC=4.75e-13 +NC=3.96875 RB=0.911238 IRB=0.1 RBM=0.1 +RE=0.000647444 RC=0.138596 XTB=0.130702 XTI=1 +EG=1.13492 CJE=3.02579e-09 VJE=0.649273 MJE=0.351387 +TF=6.6943e-09 XTF=1.5 VTF=1 ITF=0.999999 +CJC=3.0004e-10 VJC=0.600008 MJC=0.409967 XCJC=0.8 +FC=0.534143 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.5 +TR=1e-07 PTF=0 KF=0 AF=1 * Model generated on Dec 18, 2003 * Model format: PSpice
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http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MJD5731-D.PDF http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MJD47-D.PDF Was war VORHER drin? Hochspannungstransitoren müssen nicht die gleiche Stromverstärkung, Kapazität usw. haben, wie Deine Original-Typen. Sie könnten daher zum Schwingen neigen. Vergleiche Deine Datenblätter.
2n5414 und 2n3440 Die scheinen mir aber uralt zu sein
Gerald G. schrieb: > Diese funktioniert im Simulator auch tadellos, solange ich irgendeinen > voreingestellten Transistor nutze. Diese Transistoren haben nur etwa 10MHz Transitfrequenz, das ist etwa Faktor 10 niedriger als bei "normalen" Transistoren und könnte daher eine Rolle spielen, weil die Phasendrehung schon bei niedrigeren Frequenzen zunimmt.
Die beiden Transistoren Q1 und Q5 sind relativ ungünstig - da ist schon in der Eingangsstufe eine Übernahmenverzerrung. Den Strom für Q3 könnte man einfacher über einen Widerstand zum Kollektor von Q6 bereit stellen. Der von der Geschwindigkeit kritische Transistor ist Q3 - den könnte man ggf. durch eine Kaskode (etwa ein BC548 dazu) ersetzen. Bis auf Q2 und Q8 braucht man auch nicht viel Leistung. Da gibt es für die kleinen Transistoren dann auch schnellere Hochspannungsfeste Alternativen. Ein Beispiel wären etwa ein BF421/BF420 - nicht SMD, aber da sollte es ähnliche auch als SMD geben. Ggf. bräuchte man auch eine Kompensation schon im Transistorteil - etwa als Millerkondensator an Q3. Direkt auf eine Kapazitive Last ist auch Problematisch - da wird man eher noch einen Widerstand zur "Isolation" brauchen.
Hallo Gerald, Tipp zum Schaltplanzeichen in LTspice: Move und dann Ctrl-e bzw. Ctrl-r zum spiegeln bzw. rotieren von Bauteilen. Speziell bei Transistoren erhöht das die Lesbarkeit des Schaltplanes enorm. Gruß Helmut
Ulrich H. schrieb: > Die beiden Transistoren Q1 und Q5 sind relativ ungünstig - da ist schon > in der Eingangsstufe eine Übernahmenverzerrung. ? Du meinst sicher Q1 und Q4. > Den Strom für Q3 könnte > man einfacher über einen Widerstand zum Kollektor von Q6 bereit stellen. > Der von der Geschwindigkeit kritische Transistor ist Q3 Die Schaltung ist bis zu Q3/Q5 voll komplementär. Q3 und Q5 sind also "gleichberechtigt". Es ist wegen der Totzone an Q1/Q4 immer nur eine Schaltungshälfte aktiv. Danach folgt ein Emitterfolger (Q7) mit Stromquelle als Arbeitswiderstand (Q6) und ein komplementärer Emitterfolger als Endstufe. Die Art der Darstellung ist eine Zumutung.
Ich denke, dass C3 am Verstärkerausgang Probleme macht. Man könnte den Ausgang erst mal durch einen Widerstand (ca. 10..100 Ohm) vom Kondensator isolieren. Die Gegenkopplung muss am Ausgang abgegriffen werden, nicht am Kondensator. Wenn das noch nicht reicht müsste man sich weitere Kompensationsmaßnahmen überlegen.
Die Eingangsschaltung ist schon komplementär - aber mit riesiger Totzone (für den OP ca. -6 V ... +6 V) dazwischen. Genau das ist das Problem. So muss die Schaltung mit Q1 und Q5 aktiv funktionieren und mit Q3 und Q4 aktiv funktionieren. Es wird aber nur jeweils die eine Hälfte genutzt, und der Übergang macht dann noch extra Probleme. Bestenfalls bringt die komplementäre Stufe viel (unkomtrollierte) Verstärkung, die man so aber gar nicht haben will. Das kann man viel einfacher haben, wenn man die Eingangstufe nicht komplementär aufbaut - also etwa Q1 und Q5 wegläßt und durch einen Widerstand (und einen Kondensator zur Kompensation) ersetzt.
Hallo, danke schonmal für all die Antworten, und entschuldigung für die erste Darstellung. Wurde bearbeitet und neu angehängt, auch die Transistoren wurden jetzt in einer Reihenfolge durchnummeriert. Der Tip mit dem Widerstand in Reihe war Gold wert. Er muss allerdings relativ groß sein, um die Schwingungen zu vermeiden. Ich habe nun die Transistoren Q1-Q4 durch die auserwählten Transistortypen MJD5731 und MJD50 ersetzt, und bei den anderen noch die Standardtypen gelassen, da ich denke dass ich hierfür auch viel Ersatz finde, da hier wirklich kaum Energie umgesetzt wird. Ersetze ich alle Transistoren durch MJD5731 und MJD50 gibt es interessanterweise auch wieder Schwingungen, und der "Endwiderstand" muss ganz genau gewählt werden. Mit Standardtypen muss der Endwiderstand nicht genau bestimmt werden. @Ulrich Weniger Transistoren wäre natürlich besser, leider muss ich gestehen, dass ich Teile dieser Schaltung nicht exakt verstehe. Du meinst also ich soll mal testen wie die Schaltung reagiert, wenn ich die Transistoren Q5 und Q7 (beachte neue Namensgebung) durch Widerstände (ich nehme an im 10kOhm Bereich, damit eben ein Strom im mA Bereich fließen kann) ersetze? Wofür dann die Kondensatoren (und wohin? Reihe, Parallel?) Danke nochmal an alle. Habe noch b3 mit angehängt. Darauf erkennt man einmal die Spannung (blau) über R1, welche Rückgekoppelt wird, und einmal die Spannung am Kondensator.
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Die Schaltung wird stabiler wenn du die Schleifenverstärkung verrringerst. Das geht z.B. durch Einbau von Emitterwiderständen für Q5 und Q6. Die Basis von Q3 muss an R9.
Ulrich H. schrieb: > Das kann man viel einfacher haben, wenn man die Eingangstufe nicht > komplementär aufbaut - also etwa Q1 und Q5 wegläßt Dann ist aber die Aussteuerbarkeit statisch und dynamisch unsymmetrisch. Ich würde eher Q6 und Q7 (bzw. nach neuer Zählung Q3 und Q4) und den ganzen dranhängenden Kram weglassen und die Endstufe Q1/Q2 direkt an Q5/Q6 klemmen.
Die Schaltung sollte man auf alle Fälle vereinfachen. Q3/Q4 wegzulassen wie ArnoR vorschlägt wäre eine Möglichkeit, aber dann sollte man dafür sorgen das die Eingangsstufe keinen so großen toten Bereich hat. Ein vorsichtige Vorspannung an den Basen von Q7 und (oder) Q8 wäre das mindeste - ggf. auch mit Emitterwiderständen (also etwa R5 aufteilen) und dann auch Emitterwiderstände bei Q5 und Q6. Ein anderer Vorschlag wäre es Q5,Q7 (ggf. auch noch Q4) und R10 zu streichen, und dafür einen Widerstand von Basis zum Emitter von Q4 zu haben, der den Ruhestrom für Q6 vorgibt. Q6 sollte dann noch einen Emitterwiderstand bekommen, und R7 ggf. noch eine Diode in Reihe (das ist dann mit Q6 eine Art einfacher Stromspiegel). Alternativ wäre auch zu überlegen den Ausgangsverstärker ohne OP Aufzubauen, also Quasi als klassichen Audioverstärker, nur für relativ hohe Spannung. Welcher Frequenzbereich wir den benötigt ?
Also Frequenzen brauche ich unter 1 kHz, allerdings als Dreieck. Die Ecken sind dabei aber nicht so wichtig, da diese qm Ende sowieso ausgeblendet werden. Würde also maximal mit 10kHz Sinus rechnen. Die Schaltung sollte nur nicht so groß sein, da ich diese 5 mal auf einer Platine brauche.
Also, ich habe mir jetzt noch einmal Gedanken über die Schaltung gemacht. Für mich haben Q1-Q4 den AB-Endstufen Charakter, weshalb ich nicht verstehe wie man Q3 und Q4 weg lassen soll, da diese ja für den Bereich von -0,7 - +0,7V zuständig sind. Auch wenn ich nicht verstehe, wieso im Gegensatz zu den sonstigen Endstufen Q3 ein PNP Typ ist, anstatt einem NPN Typ. Q5 und Q6 sind für die Spannungsverstärkung zuständig. Die Schaltung mit den Basen auf GND bei Q7 und Q8 entzieht sich gänzlich meinem Verständnis über Transistoren. Oder sollte ich eventuell einfach einen klassischen Verstärker wie unter: https://www.lautsprechershop.de/theorie/v_leistung.htm bauen?
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Die Schaltung Q7-Q8 bringt eine Nichtlinearität in den Kreis ein. Sowas halte ich für unanständig, weil das zu Schwingneigung und Verzerrungen führt. Ich vermute auch, D3 ist an der falschen Stelle. Die Schaltung kommt mit nur 2 OPs aus, wenn man den 1. Kreis geschickt wählt. Ich hab da mal was "gemalt" und deine Transistormodelle für die Ausgangsstufe genommen. Eine reale Schaltung wird Kondensatoren zur Kompensation brauchen, Platzhalter C1, C2.
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Hallo Gerald - Du hast Dein Problem klar geschildert und meine Antwort hilft nicht direkt bei der Lösung, sondern stellt eine Alternative vor. Da es in diesem Forum oftmals sehr ausschweifend betrieben wird, nicht direkt auf der Problem einzugehen, sondern Alternativen zu schildern, möchte ich mich schon einmal präventiv entschuldigen, wenn Du mit meinem Hinweis nichts anfangen kannst ;) ...aber ich wollte folgendes nicht unerwähnt lassen: Eine Firma namens Apex hat einige interessante Hochspannungs-Operationsverstärker im Programm, einige der Typen sind auch recht einfach über Farnell/Mouser/Digikey/... zu bekommen und sind preislich eine durchaus erwägenswerte Alternative, zu einer doch recht komplex ausfallenden Schaltung - wie Du sie im Begriff bist zu entwickeln. Letztendlich mögen die einzelnen Bauteile in Summe vielleicht weniger Geld kosten als der eine fertige Baustein - sobald Du aber die Zeit für die Entwicklung und das Ausbügeln der Fehlerquelle hinzurechnest, wird auch ein ~100EUR Operationsverstärker plötzlich gar nicht so teuer erscheinen. ...je nach geforderten Leistungsparametern kosten einige der Hochspannungsoperationsverstärker von Apex auch deutlich weniger, der genannte Preis ist nur eine Hausnummer. Bei Interesse einfach mal hier schauen: http://www.apexanalog.com/products/power-operational-amplifiers/ Ich habe in einem Gerät zur Ansteuerung eines sehr schnell reagierenden Gas-Ventils, mittels Piezo-Aktor, einen PA85 eingesetzt. Dem Operationsverstärker selbst ist eine sehr geradlinig aufgebaute Stromverstärkerstufe mit zwei komplementären BJTs nachgeschaltet, diese Schaltung ist so ziemlich 1:1 einer ensprechenden Appnote von Apex entnommen, wenn ich mich recht erinnere... Funktioniert wunderbar ohne jegliche Probleme bei der Inbetriebnahme! Beim Layout muss man natürlich sorgfältig vorgehen.
Der Kondensator C1 gefällt mir auch überhaupt nicht. Dessen Funktion ist mir auch nicht so klar verständlich. In der Schaltung von Helge A ist dieser Kondensator im Rückkopplungszweig, was mir viel besser gefällt. Würde mich mal interessieren, ob die Schaltung noch schwingt, wenn man einfach C1 wegläßt, bzw. in den Rückkopplungszweig legt.
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Danke nochmal an alle @Helge vielen Dank mit deiner Zeichnung. OPV sparen ist immer gut. Da ich nun dank des Widerstandes am Ende, und dem Fehler bei der Diode ( -_-") ein sehr gutes Ergebnis habe, werde ich einen Probeaufbau vornehmen. Deine Version wird auch getestet. Das gute an den Transistoren ist, diese gibt es auch im to220 Gehäuse. @Sascha danke für den Hinweis, die Apex OPV sind mir bekannt, war auch schon hart am überlegen mir den PA340 für ~20€ netto zu kaufen. Doch da ich allein für den Prototyo 5 solche Verstärker brauche, summiert sich da schon einiges. Zumal ich trotzdem noch 2 Hochspannungstransistoren (mit hoher Verlustleistung) brauche. Da nehme ich doch lieber 4 Hochspannungstransistoren (mit hoher Verlustleistung) und 4 "normale" Hochspannungstransistoren. Der Preisunterschied ist dann doch mindestens 15€ pro Stück, also 75€ pro Projektplatine (welche eventuell vervielfältigt werden soll). Aber der Hinweis war gut und die "Entschuldigung" am Anfang deiner Antwort sicher nicht nötig. @ Frank dir habe ich Bilder angehängt mit Kondensator im Rückkopplungszweig (das, das schwingt ^^) und eines, bei dem der Kondensator eingebaut ist wie er geplant ist.
Wenn man keine so hohen Ansprüche an die DC-Stabilität hat, kann man auch gut eine mehr oder weniger klassische Audioendstufe nutzen, ohne OP. Man kommt dabei ggf. auch ohne Darlingtonstrufe am Ausgang aus, wenn der Strom nicht so hoch ist. Bei etwa 300 V/ms und rund 100 nF am Ausgang braucht man auch nur etwa 30 mA - das geht auch mit nur einfachem Transistoren.
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