{"id":164,"date":"2020-03-18T23:39:19","date_gmt":"2020-03-18T22:39:19","guid":{"rendered":"http:\/\/geringeneer.de\/?p=164"},"modified":"2020-03-18T23:40:23","modified_gmt":"2020-03-18T22:40:23","slug":"spannungsversorgung-des-design-amps","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/geringeneer.de\/?p=164","title":{"rendered":"Spannungsversorgung des Design Amps"},"content":{"rendered":"\n

Der auf dieser Seite vorgestellte Design Amp wird mit +-30-40V betrieben. Diese Spannung wird f\u00fcr die Endstufen ben\u00f6tigt. Andere Teile wie die Vorverst\u00e4rker, das VU Meter oder die L\u00fcfterregelung brauchen eine geringere Spannung zwischen 5 und 14V, die Vorverst\u00e4rker werden mit +-5V betrieben.<\/p>\n\n\n\n

Es gibt grunds\u00e4tzlich drei M\u00f6glichkeiten, diese kleineren Spannungen zu erzeugen: 1) Erweiterung des Netzteils welches diese Spannungen direkt herstellt, 2) lineare Regelung auf die ben\u00f6tigte Spannung, oder 3) den Einsatz eines step-down DC\/DC Wandlers. Die beiden letztgenannten M\u00f6glichkeiten werden im Design Amp genutzt.<\/p>\n\n\n\n

Lineare Regelung<\/h2>\n\n\n\n

Die lineare Regelung wird im Design Amp f\u00fcr die Erzeugung der -5V f\u00fcr die beiden Vorverst\u00e4rker (OpAmps) eingesetzt. Die Vorteile der linearen Regelung sind: geringe Kosten, wenige Bauteile und eine sehr geringe Restwelligkeit der Spannung. Nachteile: eine je nach Spannungsdifferenz geringe Effizienz und damit hohe Verlustleistung.<\/p>\n\n\n\n

Die Spannungsdifferenz zwischen -30-40V und den angestrebten -5V ist zwar hoch, da aber nur ein kleiner Strom flie\u00dft halten sich die Verluste in Grenzen und die lineare Regelung ist hier geeignet. <\/p>\n\n\n\n

Die Schaltung ist zweistufig aufgebaut. Zun\u00e4chst wird die Versorgungsspannung durch einen Vorwiderstand und eine Z-Diode auf f\u00fcr den nachfolgenden Spannungsregler vertr\u00e4gliche -15V reduziert. Der Festspannungsregler Regelt diese Spannung wiederum auf -5V herunter. Dass doch etwas Verlustw\u00e4rme anf\u00e4llt sieht man am etwas gr\u00f6\u00dfer dimensionierten Vorwiderstand.<\/p>\n\n\n\n

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Schaltung zur Herabsetzung und Regelung der Spannung auf -5V<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Schaltungsteil zur Erzeugung von +5V und -5V (unterer Spannungsregler)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

DC\/DC Wandler<\/h2>\n\n\n\n

Neben den -5V werden noch positive Spannungen in H\u00f6he von 14V (L\u00fcfter und VU-Meter) und +5V (Vorverst\u00e4rker) ben\u00f6tigt. Die +5V Versorgung wird nur schwach belastet, so dass hier wieder ein Festspannungsregler eingesetzt werden kann. Da der L\u00fcfter und auch das VU-Meter – je nach Anzahl der leuchtenden LEDs – aber einiges an Strom ziehen, ist eine lineare Regelung aufgrund der hohen Verluste nicht geeignet. Hier kommt ein DC\/DC Wandler vom Typ L4978<\/a> zum Einsatz. Das n\u00e4chste Foto zeigt die Schaltung des DC\/DC Wandlers auf der Platine.<\/p>\n\n\n\n

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DC\/DC Wandler zur Erzeugung von +14V aus der Versorgungsspannung (30-40V) <\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Statt die Spannung \u00fcber einen ver\u00e4nderbaren Widerstand herunterzusetzen (bei Spannungsreglern \u00fcber Transistoren realisiert), wird hier die volle Eingangsspannung lediglich sehr schnell ein und ausgeschaltet. Durch ein nachgeschaltetes Filter in Form einer Spule und eines Kondensators, erreicht den Ausgang ein Mittelwert dieser Rechteckspannung. Schalten erzeugt nur geringe Verluste, so dass in dieser Schaltung kaum Verlustw\u00e4rme entsteht. Nach dem Filter liegt die Spannungsh\u00f6he konstant bei 14V mit einer geringen Restwelligkeit.<\/p>\n\n\n\n

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Spannungsverlauf vor dem Filter durch zu- oder abschalten der Eingangsspannung<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Restwelligkeit der 14V Gleichspannung, hier 40mVpp<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Die Restwelligkeit wird durch den 5V Festspannungsregler weiter herabgesetzt und st\u00f6rt in dieser Anwendung nicht. Sollte eine geringere Restwelligkeit notwendig sein, kann das insbesondere durch h\u00f6here Schaltfrequenzen erreicht werden die hier mit 100kHz eher niedrig eingestellt ist.<\/p>\n\n\n\n

Entscheidend f\u00fcr die Qualit\u00e4t der Ausgangsspannung ist neben der Bauteilewahl das Layout. Bereits der Schaltplan des L4978<\/a> deutet auf eine bestimmte Massef\u00fchrung hin, die auch im vorgeschlagenen Layout sichtbar ist. Im Layout des Design Amps ist diese besondere Massef\u00fchrung besonders durch die Unterbrechung der Massefl\u00e4che (rot) unter der Wandlerschaltung zu erkennen.<\/p>\n\n\n\n

Des weiteren muss man sich bei der Layouterstellung den Stromfluss vor Augen f\u00fchren, der sich in zwei Phasen aufteilt: 1) Laden der Spule (Spannung zugeschaltet) und 2) Entladen (Spannung abgeschaltet). In Phase 1 flie\u00dft Strom durch den L4978 in die Spule, die Spule speichert dabei Energie. In der zweiten Phase wird die Versorgungsspannung abgeschaltet. Der Strom durch die Spule kann sich aufgrund ihrer Tr\u00e4gheit (Induktivit\u00e4t) nicht schlagartig \u00e4ndern und somit entl\u00e4dt sich die in der Spule gespeicherte Energie \u00fcber die Diode.<\/p>\n\n\n\n

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Phase 1: Spannung zugeschaltet, Spule wird geladen<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Phase 2: Spannung abgeschaltet, Spule entl\u00e4dt sich \u00fcber die Diode<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

In einem Prototypen mit ung\u00fcnstigem Layout machte sich das besonders in den „Spikes“ den Spitzen beim Ein- und Ausschaltvorgang bemerkbar. Folgender Spannungsverlauf wurde gemessen:<\/p>\n\n\n\n

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Restwelligkeit und „Spikes“ der 14V Gleichspannung mit einem ung\u00fcnstigen Layout<\/figcaption><\/figure>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Der auf dieser Seite vorgestellte Design Amp wird mit +-30-40V betrieben. Diese Spannung wird f\u00fcr die Endstufen ben\u00f6tigt. Andere Teile wie die Vorverst\u00e4rker, das VU Meter oder die L\u00fcfterregelung brauchen eine geringere Spannung zwischen 5 und 14V, die Vorverst\u00e4rker werden mit +-5V betrieben. Es gibt grunds\u00e4tzlich drei M\u00f6glichkeiten, diese kleineren Spannungen zu erzeugen: 1) Erweiterung Weiterlesen…<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[5],"tags":[],"class_list":["post-164","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-design-amp"],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/geringeneer.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/164","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"http:\/\/geringeneer.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"http:\/\/geringeneer.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/geringeneer.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/geringeneer.de\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=164"}],"version-history":[{"count":2,"href":"http:\/\/geringeneer.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/164\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":172,"href":"http:\/\/geringeneer.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/164\/revisions\/172"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/geringeneer.de\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=164"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"http:\/\/geringeneer.de\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=164"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"http:\/\/geringeneer.de\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=164"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}