OP-Verstärker mit dem NE5534

[captain.confusion]

Hallo,

das eine Projekt ist noch nicht fertig, da geistern schon die nächsten Ideen in meinem Hirn herum ...

Wir hatten ja im „El Cheapo“ Threat auch das Thema OP-Verstärker angesprochen. Damit die Themen nicht durcheinander geraten, trenne ich das mal ab.

Hier nochmal der Link:
https://www.elektronik-kompendium.de/pu ... dstu_p.htm

Ich möchte das Thema mal demnächst in Angriff nehmen. Da ich die Tage noch ein paar Bauteile bestellen möchte, gibt habe ich gleich mal schon wieder Fragen:

Die Gegenkopplung ist ja über den Spannungsteiler R4 und R5 angeschlossen. Der Spannungsteiler hat ja einen Gesamtwiderstandswert von 4,7 + 2,2 k = 6,9 k. Ich möchte den Spannungsteiler eigentlich durch einen Poti ersetzen um die Gegenkopplung einstellbar zu machen. Potis gibt es in 5 k oder 10 k. Was würde hier besser passen?

Der Verstärker ist im Moment ja auf eine Lautsprecherimpedanz von 8 Ohm ausgelegt. Ich möchte den Verstärker jedoch auf 4 Ohm auslegen. Wäre es dann sinnvoll den Spannungsteiler für die Gegenkopplung etwas niederohmiger auszulegen? Die Ausgangsspannung ist ja an 4 Ohm auch etwas geringer.

Viele Grüße
Frank

[Munzel]

Naja, wenn Du 4 Ohm Last antreiben willst, müssen die Transistoren den doppelten Strom vertragen und der 5534 muß die Basisströme entsprechend zur Verfügung stellen können.
Umgehen könnte man das, indem man ein Komplementäres Darlingtonpaar nimmt. Dann hast Du allerdings ein höheres Ucesat.

MfG
Munzel

[Bernhard W]

Der NE5534 ist ein schneller, rauscharmer OPV. Die Schaltung wird kaum Übernahmeverzerrungen zeigen.

Weil der NE5534 so schnell ist, ist er auch schwingfreudig. Je stärker de Gegenkopplung ist, desto eher schwingt die Schaltung.
Und das Layout trägt auch zur Stabilität bei.

Besonders C2 begrenzt die Geschwindigkeit und verhindert das Schwingen.

Wenn man die Gegenkopplung einstellbar macht, muss auch C2 mit verändert werden.
Oder man wählt C2 so groß, dass die Schaltung immer stabil bleibt, dann ist aber der Vorteil des schnellen OPV und damit der geringen Übernahmeverzerrungen nicht mehr gegeben.

Bei einstellbarer Verstärkung bis herunter zu 1 muss ein Schutzwiderstand in Reihe zum invertierenden Eingang geschaltet werden, sonst kann der induktive Anteil der Last den Eingang zerstören. Der Schutzwiderstand erhöht aber auch die Schwingneigung ein wenig.

Bei der verlinkten Schaltung fehlt am Eingang ein Gleichstrompfad nach Masse. Bei offenem Eingang (wie gezeichnet) läuft der Ausgang an eine der Stellgrenzen. Das ist fatal, weil der gezeigte Verstärker vollständig DC-gekoppelt ist.

Wenn man T1 und T2 wegen höherer Stromverstärkung durch Quasidarlington-Schaltungen ersetzt, schwingt die Schaltung garantiert, denn Quasidarlington-Schaltungen haben eine Spannungsverstärkung > 1. Das ist hier keine Option.

Bernhard

[captain.confusion]

Hallo,

Besonders C2 begrenzt die Geschwindigkeit und verhindert das Schwingen.

Wenn man die Gegenkopplung einstellbar macht, muss auch C2 mit verändert werden.
Oder man wählt C2 so groß, dass die Schaltung immer stabil bleibt, dann ist aber der Vorteil des schnellen OPV und damit der geringen Übernahmeverzerrungen nicht mehr gegeben.


Bernhard

Ein Vergrößern von C2 senkt also die Geschwindigkeit und damit die Schwingungsneigung?

Bei einstellbarer Verstärkung bis herunter zu 1 muss ein Schutzwiderstand in Reihe zum invertierenden Eingang geschaltet werden, sonst kann der induktive Anteil der Last den Eingang zerstören. Der Schutzwiderstand erhöht aber auch die Schwingneigung ein wenig.

Der Widerstand muss also in die Gegenkopplungsleitung "in Richtung OP" eingeschleift werden. Gibt es hinsichtlich des Werts eine grobe Einschätzung?

Bei der verlinkten Schaltung fehlt am Eingang ein Gleichstrompfad nach Masse. Bei offenem Eingang (wie gezeichnet) läuft der Ausgang an eine der Stellgrenzen. Das ist fatal, weil der gezeigte Verstärker vollständig DC-gekoppelt ist.

Bernhard

Ein Lautstärkepoti (100 k) sollte das Problem doch lösen? Oder macht hier ein "Ableitewiderstand" Sinn? Gibt es dazu einen Wert?

Viele Grüße
Frank

[Munzel]

Wenn man T1 und T2 wegen höherer Stromverstärkung durch Quasidarlington-Schaltungen ersetzt, schwingt die Schaltung garantiert, denn Quasidarlington-Schaltungen haben eine Spannungsverstärkung > 1. Das ist hier keine Option.

Hat ja auch niemand gesagt.
Ein Gegentakt-Emitterfolger aus einem (jetzt extra ganz ausführlich) npn-Darlingtontransistor und einem pnp-Darlingtontransistor hat immer eine Spannungsverstärkung <1. War noch nie anders. Das gilt auch, wenn man eine quasikomplementäre Endstufe (Ein Darlington- und ein Sziklai-Paar) baut.

[Bernhard W]

Wenn man T1 und T2 wegen höherer Stromverstärkung durch Quasidarlington-Schaltungen ersetzt, schwingt die Schaltung garantiert, denn Quasidarlington-Schaltungen haben eine Spannungsverstärkung > 1. Das ist hier keine Option.

Hat ja auch niemand gesagt.

Das habe ich auch nicht behauptet.
Die Überlegung kommt vom "El Cheapo" (für die negative Halbwelle), weil die auch nur 1 Ube für die Übernahme benötigt wie die Vorlage von Elektronik-Kompendium.

Der NE5534 kann ziemlich sicher ± 25 mA Ausgangsstrom liefern, damit kann man rechnen.
Ca. 8 mA fließt durch R3, bleiben 17 mA Basisstrom für T1 bzw. T2.
Bei einer Ausgangsspannung von 10 V und einer Last von 4 Ohm fließt Ic = 2,5 A durch T1 bzw. T2.
T1 und T2 muss also mindestens eine Stromverstärkung B = 2,5 A / 17 mA = 150 aufweisen. Und das bei Ic = 2,5 A.

Das wird man nicht einfach finden. Also Darlingtonschaltung mit ± 2 Ube für die Übernahme und damit höhere Verzerrungen.
Bei Lastwiderstand R = 8 Ohm (wie in der Vorlage) genügt B = 75 bei 1,25 A. Das findet man leichter.

Die vorgeschlagenen BD239/BD240 sind spezifiziert mit B > 15 bei 1 A und 25 °C. Die sind also nicht sicher geeignet.
Mit typischen Eigenschaften kann die Schaltung funktionieren, aber eben nicht garantiert -> "Bastel-Schaltung".

Nebenbei bemerkt: Wenn das Kristall des OPV durch den Laststrom impulsweise warm wird, verschieben sich intern viele Arbeitspunkte und Differenzspannungen und der sonst sehr kleine Klirrfaktor wird nicht mehr gelten.

Bernhard

[Bernhard W]

Ein Vergrößern von C2 senkt also die Geschwindigkeit und damit die Schwingungsneigung?

Ja. C2 hat die gleiche Funktion wie C21 beim "El Cheapo".

Bei einstellbarer Verstärkung bis herunter zu 1 muss ein Schutzwiderstand in Reihe zum invertierenden Eingang geschaltet werden, sonst kann der induktive Anteil der Last den Eingang zerstören. Der Schutzwiderstand erhöht aber auch die Schwingneigung ein wenig.

Der Widerstand muss also in die Gegenkopplungsleitung "in Richtung OP" eingeschleift werden. Gibt es hinsichtlich des Werts eine grobe Einschätzung?

Vermutlich 1...5 kOhm.

Bei der verlinkten Schaltung fehlt am Eingang ein Gleichstrompfad nach Masse. Bei offenem Eingang (wie gezeichnet) läuft der Ausgang an eine der Stellgrenzen. Das ist fatal, weil der gezeigte Verstärker vollständig DC-gekoppelt ist.

Bernhard

Ein Lautstärkepoti (100 k) sollte das Problem doch lösen? Oder macht hier ein "Ableitewiderstand" Sinn? Gibt es dazu einen Wert?

Ja, wenn der Schleifer immer Kontakt hat.
Davon darf man aber nicht ausgehen. Also zusätzlich ein Festwiderstand vom nichtinvertierenden Eingang nach Masse.
Der Eingangsstrom des NE5534 kann bis 1,5 µA betragen. D. h. mit 10 kOhm kann die Eingangsspannung bis 15 mV hochlaufen.
Am Ausgang ist dann eine höhere Spannung, je nach eingestellter Verstärkung.

Der NE5534 arbeitet recht stabil ab Mindestverstärkung = 3.

Bernhard

[Munzel]

Ich würde die Verstärkung überhaupt nicht veränderbar gestalten. Einen Wert festlegen und vor die Schaltung ein Poti, fertig.
Mir ist auch noch was eingefallen: man könnte zwei Sziklai-Paare statt Darlingtons verwenden. Dann könnte man die beiden Endtransistoren ohne Isolierscheiben an den Kühlkörper schrauben (der dann aber isoliert angebracht werden muß, weil er das Ausgangssignal führt).

[Bernhard W]

Ich würde die Verstärkung überhaupt nicht veränderbar gestalten. Einen Wert festlegen und vor die Schaltung ein Poti, fertig.

So würde ich das auch machen.
Gewünschte Maximalverstärkung über R4 und R5 einstellen, z. B. Faktor = 10, und ein 10...100-kOhm-Poti an den Eingang.
Zusätzlich ein Festwiderstand von ca. 10 kOhm vom nichtivertierenden Eingang des OPV nach Masse, falls der Potischleifer mal keinen ausreichenden Kontakt hat.

Tipp: Mit einem linearen Poti mit 100 kOhm und einem Festwiderstand mit 10 kOhm zwischen Schleifer und Masse erhält man eine grob angenäherte logarithmische Kennlinie.
Nachteil: Lautstärkeschwankungen, wenn der Schleiferkontakt schlechter wird.

Bernhard

[radio-hobby.de]

Hallo,
die Übernahmeverzerrungen werden um so größer, je höher diejenige Basis-Emitterspannung der verwendeten Endtransistoren ist, die für die Ansteuerung des Transistors auf einen nennenswerten Kollektorstrom nötig ist.

Zum Beispiel bei Germanium sieht dies mit 0.2 Volt sehr gut aus - macht wenige Übernahmeverzerrungen.
Trotzdem wäre ein R3 wahrscheinlich sinnvoll, um den Klirrfaktor ideal niedrig zu halten (ich habe schon gut funktionierende Schaltungen mit AC187/188 ohne solchen R3 gesehen).

Bei Silizium mit 0.55 Volt ist dies schon nicht mehr so günstig; wohl deswegen wurde hier der R3 mit 100 Ohm zwischen Basis und Emitter der beiden Endtransistoren so geschaltet, dass das Treiber-IC den Lautsprecher über R3 betreibt, so lange die Endtransistoren noch beide sperren, also im Übernahmebereich.
Das geht mit 8 Ohm Lautsprecherwiderstand noch irgendwie ein bisschen, aber mit der Hälfte = 4 Ohm vielleicht nicht mehr. Wenn Du nun R3 auch auf die Hälfte =50 Ohm verkleinerst, muss das IC mehr Strom liefern; ob es das kann?

Wenn Du jetzt zum Beispiel als Endtransistoren Darlington verwenden würdest - einfach mal theoretisch überlegt - dann müsstest Du mit einer noch höheren Übernahmeverzerrung rechnen. Denn um die Darlington auszusteuern, wären ca. 1.0 bis 1.1 Volt nötig. R3 müsste dann noch viel kleiner werden. Ob das der OP leistet?

Die Gegenkoppelung kann ohne einen ausreichend wirksamen, d.h. niedrig-ohmigen R3 die Übernahmeverzerrungen nicht vollständig ausbügeln. Der OP müsste sonst im Übergang einen extrem schnellen "Sprung" von -1.1 auf +1.1 Volt hinlegen (das gilt bei Darlington, bei 2 x Silizium wäre es von -0.55 auf +0.55 Volt) , und ein solcher Sprung würde extrem hohe Frequenzanteile enthalten müssen. Ohne solche extrem hohen Frequenzanteile wären Verzerrungen zu hören, so dass es sich eigentlich verbietet, die obere Grenzfrequenz zu begrenzen, was aber tatsächlich nötig ist, um ein Schwingen der Schaltung zu unterbinden. Beide Forderungen gleichzeitig erscheinen mir jetzt unerfüllbar. Oder R3 und auch die Ansteuerung werden entsprechend sehr viel niederohmiger ausgelegt, aber ob der IC 5534 am Ausgang niederohmig genug ist, weiß ich nicht.

Ich hoffe, Euch bei Euren Überlegungen neuen Zündstoff geliefert zu haben,
Viele Grüße
Georg,

der sich vor 40 Jahren ausgiebigst mit ganz genau dem Thema beschäftigt hat, und genau deswegen an solche Verstärker (OP-Amp und ruhestromlose Silizium-Endtransistoren) nur Kopfhörer mit entsprechend hohem "Lautsprecher"-Widerstand von z.B. 50...300 Ohm angeschlossen hat, weil in meinen Ohren alles andere (also 8 Ohm oder gar 4 Ohm) zu viele hörbare Übernahme-Verzerrungen machte.
Anbei meine funktionierende Schaltung von ca. 1980

HIFI Stereo Kopfhörerverstärker.JPG

[captain.confusion]

Hallo,

vielen Dank für die Rückmeldungen und die ausführlichen Erklärungen.

Warum möchte ich den Verstärker mit einer einstellbaren Gegenkopplung ausstatten? Ich möchte mir so eine Art Experimentalverstärker bauen, mit wechselbarer Endstufe. Hört sich jetzt vielleicht etwas seltsam an. Ich möchte die Transistorpaare quasi als Modul in den Verstärker einstecken und so verschiedene Klangergebnisse haben. Ich denke da z.B. an:

Silizium komplementär z.B. BD139/140
Silizium 2 x Sziklai, z.B. 2N3055 / MJ2955 mit BC140/160 oder BC327/337
Germanium komplementär AC187/188 oder AD161/162
Germanium Quasikomplimentär, AD149 mit AC187/188

Da denke ich, dass eine in gewissem Maß einstellbare Gegenkopplung von Vorteil sein könnte.
Zum experimentieren werde ich C2 mit einer IC-Fassung versehen um da auch verschiedene Werte testen zu können.

Jetzt warte ich erstmal ab bis die Teile da sind. In den momentanen Zeit geht das ja alles nicht so schnell.

Viele Grüße
Frank

[Bernhard W]

Die Verstärker mit Operationsverstärker haben eine sehr hohe Leerlaufverstärkung, die dann durch externe Gegenkopplung stark reduziert wird.

Damit hängen die Klangeigenschaften ganz überwiegend von den wenigen Bauteilen der Gegenkopplung ab, z. B. von zwei Widerständen.
Die Eigenschaften der anderen Bauteile spielen fast keine Rolle mehr.

Der Klang wird völlig unabhängig von den verwendeten Transistoren sein, sofern diese nicht zerstört werden oder die Anforderungen nicht erfüllen können, z. B. mehr Basistrom erfordern als der Operationsverstärker liefern kann, oder die Schaltung zum Schwingen anregen. Das wären alles grobe Designfehler. Solche Verstärker brauchen auch keine "gepaarten" Ausgangstransistoren.

Der Klirrfaktor wird unter 1 % bleiben und ist damit unhörbar. Oft erzeugt der Lautsprecher bereits mehr Verzerrungen.

Bernhard

[radio-hobby.de]

Ja, auch Lautsprecher erzeugen Verzerrungen. Aber die sind "harmonisch", d.h. sie klingen so, wie ein Geigenkörper mitschwingt und den Klang der Geige beeinflusst. (Es sei denn, der Lautsprecher wäre kaputt). Auch Verzerrungen durch Röhren können je nach Situation und Geschmack wohlklingend sein - z.B. der übersteuerte E-Gitarren-Röhrenverstärker.
Verzerrungen durch Transistoren sind eher nicht so harmonisch.

Ja, die Gegenkoppelung kann theoretisch alle Unebenheiten ausbügeln, wenn nur die Leerlauf-Verstärkung des OP-amp der Theorie entsprechend sehr hoch ist, wenn der Op-amp nicht anfängt zu schwingen und wenn er am Ausgang niederohmig genug ist, um alles und jedes anzusteuern, was dafür Stromfluss verlangt.

Leider sind OP-amp nicht immer ideal, und was mit den Op-amps vor 40 Jahren nicht möglich war, mag heute vielleicht prima funktionieren, weil es heute bessere OP-amp-Typen gibt. Und deswegen kommt es wirklich auf das Experiment mit dem Lötkolben an. Ich finde es total richtig, alles real auszuprobieren, d.h. nicht mit Simulationen, sondern auf dem Basteltisch.

Viele Grüße
Georg

[Munzel]

Leider sind OP-amp nicht immer ideal, und was mit den Op-amps vor 40 Jahren nicht möglich war, mag heute vielleicht prima funktionieren, weil es heute bessere OP-amp-Typen gibt. Und deswegen kommt es wirklich auf das Experiment mit dem Lötkolben an. Ich finde es total richtig, alles real auszuprobieren, d.h. nicht mit Simulationen, sondern auf dem Basteltisch.

Der Aufbau macht es natürlich erst zum Erfolgserlebnis, das ist richtig. Dennoch sollte man die Treffgenauigkeit einer Simulation nicht unterschätzen, wenn brauchbare Modelle verwendet werden. Liegen die vor, dann wird ein sachgemäßer Aufbau auch keine neuen Erkenntnisse bringen.
OPV haben in der Tat eine enorme Entwicklung genommen. Mittlerweile lassen sich damit ganz elegant auch HF-Verstärker aufbauen.

[captain.confusion]

Hallo,

heute ist mir dieser Verstärker "über den Weg gelaufen". Auch den gibt es beim Chinamann.

op-amp.png

Sieht mal interessant aus. Wenn mich mein mittlerweile zu Tansistorverstärkern erlangte Wissen nicht ganz täuscht dann ist da Ruhestrom im Spiel.
D1 und D2 erzeugen diesen und mit P1 kann man diesen einstellen.
Mit ist die Schaltung soweit klar, nur was für mich neu ist sind die Widerstände R9 - R12. Haben die eine Schutzfunktion?
Könnte man die Grundschaltung, von der wir hier die ganze reden auch entsprechend abändern und sie mit etwas Ruhestrom "verfeinern"?
Könnte man auch anstatt der Sziklai-Paare eine "einfache" Komplimentärschaltung anhängen? Die braucht ja auch zwei Dioden zur Ruhestromerzeugung. Ich vermute mal, dass man dann R5 und R6 verkleinern müsste damit hier ein höherer Strom fließt und so die Basiströme des Komplimentärpaares bereitstehen?

Auf jeden Fall freue ich mich schon auf die Experimente. Aber zuerst wird jetzt mal EL Cheapo fertig gemacht.

Viele Grüße
Frank