Joachim Rieder hat geschrieben:Der Verstärker hat eine 100% UGK. Ohne Gegenkopplung funktioniert er nicht. Ich bin der Meinung, dass der Kollektorausgang die einzig richtige Schaltungsmöglichkeit darstellt.
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Hier zu klären, warum das Prinzip der Kollektorschaltung (Emitterfolger) Lautsprecher garnicht oder nur falsch antreiben kann, würde zu weit führen. Aber auf meiner
Website ist das ausführlich abgehandelt.
Hallo Herr Rieder und alle Mitleser,
Ich denke schon, dass wir gerade hier darüber diskutieren könnten, weil hier elektrotechnisch gehobenes Niveau vorherrscht, d.h. wir können uns auch etwas technischer ausdrücken (allerdings nicht zu ausufernd) als in anderen Foren üblich. Wir können auch im Paradigma der reinen Spannungsverstärker bleiben, weil für viele Fälle ist das halt die Norm, auch wenn in diesem Forum die Eingenschaften von Chassis + Verstärkern mit variabler Ausgangsimpedanz (bis zur reinen Stromquelle, aber auch Mischformen, z.T. auch frequenzabhängig) schon rege diskutiert worden sind.
Ich will den Anfang machen mit einer Analyse und Gegenüberstellung eines schon vorher kurz vorgestellten Endstufen-Prinzips mit Transimpedanz-Verstärkerzelle, bei mir jetzt mit MOSFETs statt bipolar:
Das ist die mE einfachste Variante, das Transimpedanz-Prinzip zu veranschaulichen (wie auch bauen).
Kurze Erklärung der Funktion, alles idealisiert/vereinfacht, für Mitleser:
- Wir gehen erstmal von gegengekoppelten stabilem Zustand aus, d.h. der wirksame -IN des OP (der wo ein + dransteht, weil die MOSFETs invertierend wirken) liegt an 0V. Damit fließt durch R1 ein Strom, derselbe Strom muss fließen durch R2. Ist Ue 1V und R1=1K und R2=10K, wird Ua (das rechte Ende des LS) -10V.
- Angenommen RL sei 10R, dann fließt 1A durch RL und durch den oberen MOSFETs (mal pefekter Class-B-Betrieb angenommen, und mit konstanter Steilheit [=Drainstrom/Gatespannung] der Komplementärstufe).
- Diese Steilheit sei 1A/V, damit muss der OpAmp 1V am Ausgang einstellen, um den MOSFET passend auszusteuern.
- Ändert sich die Eingangsspannung, wird z.B. positiver, "reißt" es den -IN nach oben worauf der OpAmp seine Ausgangsspannung erhöht (weil es sein tatsächlicher +IN ist), so dass der V->I-Umsetzer aus den MOSFETs mehr Strom durch die Last fließen läßt und dadurch erhöht sich die Ausgangspannung, dann wird die Spannung über und damit der Strom durch R2 größer, bis der -IN sich wieder bei 0V einpendelt. Durch das Vorhandensein von Rdc der Schwingspule ist sichergestellt, dass die Ausgangsspannung auch erreicht wird bevor dem OpAmp der Spannungshub ausgeht, solange der erforderlich Strom (incl. Gegen-EMF, eigene wie verspätet als Mikrofoniestrom wirkende) aufgebracht werden kann.
Nun der Unterschied zu einem OpAmp (Spannungsverstärker) + Sourcefolger. Der ensteht durch drei Änderungen an der Schaltung : Am OpAmp +IN und -IN vertauschen, und die beiden nach unten gehenden Abgriffe am Speaker werden vertauscht. Dann haben wir wieder einen invertierenden Verstärker, diesmal jedoch mit reiner Puffer-Ausgangstufe, also die konventionelle Bauart.
Der Unterschied liegt bei Punkt 3, man erkennt dass der OP zusätzlich zu der Spannung die er für das Erzeugen des Stromes braucht auch noch die
gesamte bereits vohandene Ausgangsspannung aufbringen muss (und diese muss man zumal komplett unabhängig betrachten, echter 4-Quadrantenbetrieb).
Bei obigen Beispiel bedeutet dass mit einem RL von 10R eben 10V zusätzlich aufgebracht werden müssen, als gut das 10-fache. Das entspricht 20dB weniger Leerlaufverstärkung des gesameten Gebildes aus OpAmp plus MOSFET-Stufe... oder etwa 10x besserem Dämpfungsfaktor.
Anders ausgedrückt, beim Transimpedanz-Verstärker steigt a) die Gegenkopplungsreserve je weniger Strom gerade benötigt wird, und b) erscheint als Ausgangsspannung am OpAmp ein Abbild allein des gerade benötigeten Stromes, die Ausgangsspannung taucht nicht auf. Ebenso als eingeregelte Fehlerspannung am OpAmp-Eingang, einmal differenziert im Groben, einen typischen, tiefliegenden dominaten Pol vorausgesetzt...
Bei der klassischen Schaltung haben wir als OP-Ausgangspannung zusätzlich die gesamte Spannung an der Last, sie dominiert diese massiv, im Normalfall... und damit wieder ein differenziertes Abbild davon als Fehlerspannung.
Während klar ist, dass erhöhte Gegenkopplungreserve niemals ein Nachteil bei einer Regelung sein kann (solange die Stabilität sichergestellt ist), ist die zweite wichtige Sache, nämlich ob die rein stromorientiert schwankende Fehlerspannung bzw Strom als Stellwert besser klingt, schon eine intuitivere Sache, finde ich. Insofern dass eben effektiv nur der Strom durch das Chassis zählt sagt das Bauchgefühl eindeutig ja, die Spannung (die uns nicht interessiert, eigentlich) muss nicht noch anderwo ausser als Abgriff der Gegenkopplung auftauchen, in Regelkreis einder Endstufe. Als aufmodulierte und alles dominierende Stellgröße schon gleich garnicht... Es erscheint mir klar günstiger, wenn im Feingranulat der Fehler ursächlich erst die "sich von selbst ergebende" Spannung nicht stimmt und daraufhin ausregelnd passend Strom eingespeist wird anstatt dem Chassis erstmal eine "harte" Spannung anzubieten und es dann machen zu lassen, den unkorrelierten Strom ständig nachregelnd, der aber kaum und noch u.U. vergleichsweise stärker verzerrt in Fehlerspannung des Reglers auftaucht. Die Verwendung des Stomes als Augangsgröße der Reglers erscheint einfach natürlicher weil Strom ist das ursächliche Wirkprinzip, technisch könnte man sagen man hat die Variablen besser getrennt und vereinfacht (man benutzt nicht mehr das Chassis selbst zum Einstellen des benötigten Stroms), und hat noch gleich einen Vorteil für UGK mitgenommen, nämlich die bessere, steifere Gegenkopplung wenn der Strombedarf gerade niedrig ist, also bei den Impedanzspitzen.
Soweit für's Erste...
Grüße, Klaus