Kleinleistungs Gleichspannungs Verstärker

Warum solch ein merkwürdiger Name?

Er ist besser bekannt unter dem Namen Spannungsregler.

Was ist ein Spannungsregler?

nichts anderes als ein Verstärker mit einer Gleichspannung am Eingang mit der Funktion der Führungsgröße des Regelkreises.

er muss eine hohe Bandbreite haben (ja auch wenn er nur für Gleichspannung sorgen soll)
er muss eine hohe Power Supply Rejection PSRR und Load Rejection Ratio aufweisen
Leistungsbedarf/Performance meistens abhängig vom möglichem Wirkungsgrad

Vergleich zwischen diskreter und integrierter Lösung

Vor- und Nachteile einer integrierten Lösung als Einzelchip:

schlechte PSRR und Load Regulation bereits ab mehreren kHz
manche Exemplare verrauscht
excellent geringe Verlustleistung
meistens sehr gute Kurzschluß- , Übertemperatur Eigenschaften
geringer Raumbedarf
kostengünstig
Montagekosten für wenige Bauteile

Vor- und Nachteile einer diskreten Lösung mit Einzeltransistoren:

deutlich bessere PSRR und Load Regulation bei entsprechender Schaltung
oft weniger Rauschen
höhere Verlustleistung, je nach Geschwindigkeit
Kurzschluß- , Übertemperatur Schutz erfordert zusatzlichen Schaltungsaufwand
höherer Raumbedarf
kostengünstig, abhängig von Wahl der Transistoren
höhere Montagekosten

Warum der ganze Aufwand?

Man kann sich doch fertige Spannungsregler kaufen, ja richtig - tue ich oft genauso

- für spezielle Anwendungen jedoch - eindeutig nein, dazu habe ich diese Schaltungen entwickelt.

Anwendungen:

maximale Unterdrückung von Störungen am Eingang
bessere Lastausregelung auch bei höheren Frequenzen
ideal für empfindliche Schaltungen, z.B. eine Spannungsversorgung für OP's, die mit höherem Gain arbeiten oder für eine Spannungsversorgung bei üblen Betriebsspannungsstörungen
ideal geeignet in Kombination mit passiven Filterbauelementen

Die Schaltungen verwenden günstige Standardbauteile sind jedoch nicht optimiert worden, weder auf Leistungsaufnahme oder Geschwindigkeit, es besteht noch reichlich Handlungsbedarf. Trotzdem bieten sie bereits eine überlegene Power Supply Rejection Ratio, im Vergleich zu integrierten Standardreglern.

DC_Verstärker_0und1

Alle Schaltungen gehen aus von der Schaltung 0, eine Schaltung, die ich einmal so benötigte. Der Bericht zeigt, was sich daraus entwickelt hat. Die Eingangsspannung beträgt 10,4 Volt, der eine Wechselspannung überlagert ist.

DC_Verstärker_2

Die Schaltung 2 ist bereits ein guter Spannungsregler mit guter Unterdrückung von Störungen der Betriebsspanung. Die Zenerdiode von 6,2 Volt bildet zusammen mit der unteren Basis Emitterstrecke eine Referenzspannung von 6,9 Volt. Die beiden Transistoren auf der linken Hälfte bilden eine Stromquelle, die die Basis des Längstransistors mit Strom versorgt.

Funktion: steigt die Ausgangsspannung an, so leitet der untere Transistor mehr, es wird von der Stromquelle mehr Strom umgeleitet in den unteren Transistor anstatt in die Basis des Längstransistors zu fließen. Der Längstransistor sperrt zunehmend. Die Ausgangsspannung sinkt wieder zum Sollwert ab. Und umgekehrt.

DC_Verstärker_3

Schaltung 3 aufgebaut wie Schaltung 2. Die Programmierung der Stromquelle des Längstransistors erfolgt durch eine zusätzliche Stromquelle. Dadurch steigt insbesondere die Power Supply Rejection Ratio noch weiter an. Auf die Load Rejection hat diese Maßnahme kaum einen Einfluß.

DC_Verstärker_4

Schaltung 4 ist ein Parallelregler, er hat keinen Serien Transistor sondern einen dem Lastwiderstand parallel geschalteten Transistor, dieser erhöht oder erniedrigt den effektiven Lastwiderstand. Die Schaltung benötigt einen definierten Lastwiderstand. Sie ist kurzschlußsicher, schnell, und hat den besten Wirkungsgrad unter Vollastbedingungen. Durch Rver fließt immer der gleiche Strom.

DC_Verstärker_5

Schaltung 5 ist ein Parallelregler mit höherverstärkendem Stellglied Verstärker. Sie ist schwinggefährdert und benötigte zur Stabilitat bereits ein LC Glied am Ausgang. Wobei auch andere Kompensationen sinnvoll sind.

Quelle

Die verwendete Quelle, eine DC Spannung, der eine AC Spannung aufaddiert worden ist

Bild zeigt die Power Supply Rejection Ratio der Schaltungen. Verglichen mit Standard Spannungsreglern müsste die gravierende Überlegenheit der Schaltungen 3 und 5 für die Line Rejection eigentlich von jedem kommentarlos hingenommen werden. Schaltung 3 und 5 haben eine hohe Open Loop bis in höhere Frequenzbereiche, daraus resultiert ein genaues Ausregeln der Störung. Ohne Frage sind diese Schaltungen noch leicht in ihrer Leistungsfähigkeit optimier und verbesserungsbar.

Bonus kleiner Röhren Spannungsregler - klick hier