Functie generator versterker

Hi

Getriggert door het topic "Komponententester" op dit forum en dat de speciale OpAmp L165V niet meer ruim voorradig is bij leveranciers,
dacht ik dat ik eens wat met wat goedkope OpAmp’s kan gaan proberen te ontwerpen, om wat meer spanning en vermogen te krijgen als ik dit nodig heb.
Bij voorbeeld in de Componenten tester is 10V bij 100 Ohm belasting nodig en dit dan redelijk vervormingsarm bij 10KHz.

Omdat ik zelf in het audio gebied af en toe vast loop met de beperkte uitgangspanning van alle functie generatoren die hier beschikbaar zijn,
dacht ik er aan, om een niet te ingewikkelde versterker trapje te ontwerpen en dan het liefst met normale componenten en geen dure LT Power OpAmp’s.
Hieronder het lijstje waaraan het geheel moest voldoen.

Oja, dit is een van de manieren hoe je een Power Buffer of versterker kan maken, er zijn echter meerdere wegen naar Rome.
De opzet hieronder heeft een aantal voordelen, welke een meer standaard ontwerp, deze meestal niet heeft.
Zoals bij dit ontwerp en geen Zobel netwerk aan de uitgang nodig is, dit voorkomt een hoge belasting van het versterkertrapje bij puls signalen en grote uitgang amplitude.

Specificaties
Dual OpAmp’s minimaal 4x NE5532a of beter en dat is de LM4562
Moet 10V RMS aan 50 Ohm kunnen leveren
Uitgang impedantie zo laag mogelijk (kleiner dan 0,01 Ohm)
Stabiel met 10nF op de uitgang
Plankrecht tot 50KHZ (Full power 80KHz met NE5532a, 200KHz LM4562)
Minimale blokgolf aberratie
DC gekoppeld
Redelijk kortsluit vast, een oepsje moet kunnen

Dan nu eerst het vrij simpele schema en daarna het stukje print waarop ik deze schakeling heb gebouwd.
Daarna wat foto's van metingen die ik aan dit versterker trapje heb gedaan.

Dit schema laat niet alle OpAmp’s zien, er wordt voor dit schema 4x een dual OpAmp gebruikt en de goedkope versie is uitgerust met de 4x de beroemde NE5532A.
Een versie met betere specificaties is uitgerust met 2x de LM4562 welke een hogere Slew Rate heeft, hogere openloop versterking,
maar lagere voedingspanning en iets minder uitgang stroom per OpAmp, de LM4562 blijft echter wel de betere versie, maar deze OpAmp is wel vrij duur geworden.

.

Uitleg van het schema
IC-1 van het schema is de uiteindelijke versterkende OpAmp, de zeven stuks resterende OpAmp’s zijn als stroomversterker geschakeld.
De 10 Ohm weerstanden brengt de stroom van alle acht OpAmp’s samen op de uitgang.
R5 zorgt voor de tegenkoppeling vanaf de uitgang, hierdoor bij deze opzet is de uitgang impedantie heel erg laag.
Er is wel wat fase compensatie nodig, dit wordt verzorgt door C2 in het schema, voor de NE5532a is ongeveer 56pF voldoende en voor de snellere OpAmp LM4562 geeft 4,7pF een blokgolf zonder aberraties,
dit samen met een goede stabiliteit.
Dan hebben we R3 van 47K dit is een trim weerstand om er voor te zorgen dat de versterking precies 10 maal is als de functie generator niet afgesloten met 50 Ohm dit trapje aanstuurt.
Hou er rekening mee dat de ingang impedantie van deze versterker iets lager is dan 1K en dat het trouwens een inverterende versterker is.
De rede voor deze configuratie is dat een inverterende versterker bijna altijd de beste specificaties heeft, daarom heb ik voor deze configuratie gekozen.

Dan hebben we nog R1, R2 en C1, R1 zorgt voor een DC pad naar massa en zorgt er voor dat de DC offset bij een open ingang niet te groot wordt.
R2 en C1 zijn een Low Pass filter en dit zorgt er voor dat de hele steile flanken uit b.v. een functie generator, de OpAmp niet kan ontregelen dit geeft dan meestal nare aberraties bij puls signalen.

Als laatste de twee dioden 1N4007 welke de uitgang beschermen deze werken samen met twee TVS dioden die nu nog niet in het schema staan.

Ontkoppeling van de dual IC's
Bij ieder IC voetje zijn twee ontkoppel elco's opgenomen en die zijn verbonden met twee massa verbindingen die onder de IC voetjes doorlopen.
Goede ontkoppeling en de bedrading die er bij hoort, zijn een voorwaarde voor een goed puls gedrag en zeer lage vervorming waarden.
De hele opbouw op dit printje is met zorg uitgedacht, geen "lekker makkelijk" allerlei draadbruggen aan de onderzijde,
Deze print heeft geen enkel verbinding brug aan de onderzijde!

Nu wat plaatjes van het printje en zijn opbouw.

De vier IC voetjes zijn nu geplaatst, de ontkoppel condensatoren en de acht 10 Ohm weerstanden die na de OpAmp uitgangen bevestigt zitten.
Boven en onder aan het printje zijn twee busverbindingen ter beschikking, de bovenste en de onderste zijn voor de OpAmp uitgang.
De busverbindingen die er dan overblijven, zijn voor het koppelen van alle plus ingangen van de OpAmp’s.
Op deze foto is nog niet te zien dat er voor de massa verbindingen een voorzienig is getroffen onder de IC voetjes.

.

Er zijn hier nu wel meer verbindingen zichtbaar, dat is de massa verbindingen onder de IC voetjes en d.m.v. draadbrugjes zijn de + en de - voeding aansluitingen aangebracht.

.

Hier is het printje klaar op een paar kleinigheden na, dat zijn de trim weerstand en het low pass filter aan de ingang.
Als belasting welke met vrijwel iedere test die ik hier laat zien, zijn de twee 100 Ohm weerstanden die rechts aan de print gesoldeerd zitten.
De meeste soldeerhars is ondertussen ook al van het printje verwijderd.
Wat verder hier nog niet is aangebracht, dat zijn wat kleine koelplaatjes op de gebruikte IC's, deze komen er wel nog op gemonteerd.
Kijk ook goed naar de draadbrugjes voor de voeding verbindingen, deze staan een stukje boven de print gemonteerd.
De draaibrugjes zijn gemaakt van 0,8mm vertind koperdraad en zitten redelijk strak in het printje,
dat maakt de brug lekker stevig ondanks dat het een zwevende verbinding is.

.

Kijk een nette print die ook aan de onderzijde netjes is gebleven zonder draden brij.
Een beetje van DIKAVS en een beetje van Bram voor een goed resultaat. *grin*

.

Hoe goed doen die NE5532A OpAmps het nu als ze flink belast worden, hier een meting met de QuantAsylum meetset bij 10KHz +-21V voeding,
10V RMS aan en 50 Ohm belasting, dat is net geen 0,0018% vervorming.
Dit printje levert op het moment van de meting 2-Watt vermogen aan de 50 Ohm weerstand!

.

Dit is een meting met de beter opamp LM4562, aleen moet ik redelijk snel de meting doen, dit omdat de vervorming een beetje oploopt bij dit hoge vermogen,
door de hogere chip temparatuur, de IC's hebben hier nog geen koelplaatje gekregen.
Ook is de vervorming een beetje hoger doordat de LM4562 iets minder stroom kan leveren dan de NE5532AN, de verschillen zijn echter minimaal, niets om je druk over te maken.
Je zit het bij bolledige uitsturing hogere frequenties en zware belastingen.

.

Hier nu bij 1KHz, degegevens staan in het plaatje, natuurlijk is ook hier de belasting 50 Ohm, kijk eens naar de THD, deze is vrijwel gelijk aan de THD van het meetsysteem.

.

Deze keer geen 10V RMS maar iets meer dan 8V RMS, hieroor zakt de vervorming nog een beetje en rond de -120dB a -123dB is de vloer van de QuantAsylum.
Het meetsysteem zelf is alleen een stukje schoner, er is niet zoveel "gras" zichtbaar.
Als ik de belasting van 50 naar 100 Ohm breng, dan gaat de vervorming nog een paar dB naar beneden.
Maar waar heb ik het over zowel de NE5532 en iets betere LM4562 laten een zeer goede performance zien met acht stuks parallel.

.

Dan nu hie de puls weergave er uit ziet bij 10Khz en 100KHz 10V-TT bij de NE5532AN wordt 21V symetrische voeding gebruikt en bij de LM4562 is dit 18V symetrisch.
De belasting is hier weer 50 Ohm.

Laat ik beginnen met de blokweergave van de NE5532AN versie bij 10KHz en 30V-TT en 50 Ohm belasting, dat zit er nog steeds netjes uit.

.

Hier valt de NE5532AN een beetje door de mand, dit door de in verhouding wat lage Slew Rate van dit type IC, zijn broertje, de NE5534AN doet het beter,
maar dat is een Single OpAmp uitvoering.

.

En dan nu de LM4562 uitvoering van dit versterker trapje, lijkt mij er netjes uit te zien.
Er is als jullie goed kijken, een hele kleine abberatie te zien, dat komt omdat tijdens deze meting de compensatie condensator vergeten was te monteren.
Dit soort metingen doen, zijn heel veel handelingen uitvoeren! en dan vergeen je wel eens wat, vaak bij zo'n meetsessie doe je zo'n 30% overnieuw.

.

En dit plaatje bewijst, wat voor mooi IC de LM4562 is, 100KHz blok zonder abberaties en ja deze keer wel de compensatie condensator gebruikt.

.

Ik ga in ieder geval de LM4562 versie in een kastje maken en daarbij wat uitgangen maken, zoals en directe en b.v. met twee meetweerstanden zoals bij de componenten tester.
Het is een mooie, schone algemene buffer versterker geworden, die ook niet gek doet met direct 10nF over de uitgang, dus zeer stabiel voor veel toepassingen in een meetomgeving.

Wat er nog aan klein spul omheen bij komt lat ik later wel zien en voor nu SHOOT!

Groet,
Bram