Symmetrische Versorgung aus Bakterien

Beim CMoy und anderen Opamp-Projekten werden für die Operations-Verstärker symmetrische Versorgungsspannungen gebraucht. Soll ein solches Projekt über Batterien versorgt werden, wie bei einem mobilen Kopfhörer-Verstärker, gibt es zwei Lösungen:

Version 1 nutzt zwei Batterien und erzeugt so eine symmetrische Versorgung mit V+ und V-. Hat aber einen erheblichen Nachteil: geht eine der beiden Batterien früher zu Neige oder ist eine neu und eine alt, so wird die Versorgung unsymmetrisch. Das hat der Opamp dann gut zu tun, und die Klangqualität verschlechtert sich erheblich. Das Problem Alkali- und normale Batterie kann auch auftreten. Is‘ also nich‘ gutt.

Kann man verhindern durch Version 2. Hier werden zwei Elkos (z.B. 100uF) durch die doppelte Einzelbatterie-Spannung aufgeladen. Jede Elko-Spannung für sich stellt nun eine Batterie dar. Vorteil: Pro Elko steht immer

zur Verfügung, die Batterie-Spannung kann zwar herunter gehen, die Versorgung bleibt aber symmetrisch. Leider hat die Schaltung einen weiteren Nachteil: die gemeinsame Masse (Gnd) ist nur noch virtuell, und der Innenwiderstand der Quellen ziemlich hoch, für Wechselspannungen mit niedriger Frequenz sogar sehr hoch. Umgehen will man das dann mit zwei parallelen Widerständen (z.B 4.7K). Die dürfen nicht zu klein sein, weil sie sonst die Batterien zu stark belasten und entleeren. Beide Schaltungen funktionieren natürlich prinzipiell, aber hinsichtlich optimaler Klangqualität sind beide kontraproduktiv. Und zwar deshalb, weil die gemeinsame Masse für Ausgang und Eingang relevant ist, nicht so besonders für den Opamp selbst. Hoher Widerstand in der gemeinsamen Masse gegenüber den Versorgungs-Spannungen verschlechtert die Ausgangs-Performance.

 

Sijosae aus dem Headwize-Forum umgeht das Problem geschickt: er erzeugt einen virtuellen Null-Punkt mit einer kleinen Gegentakt-Endstufe:

Die summierte Batterie-Spannung wird auf eine Mini-Class AB-Endstufe geleitet, die jedoch keine Ansteuerung hat. Durch die Dioden wird eine Vbe = ca. 2 x 0.7 V erzeugt, 0.7 V pro Transistor abzüglich der entstehenden Gegenkopplungs-Spannung über den Emitter-Widerstand. Jeder Transistor ist also wiederum gerade im leitenden Zustand, durch die Kopplung der Basen über die Dioden ist die Ausgangs-Spannung nahezu 0V. Aber wie bei jeder ordentlichen Endstufe ist der Ausgangs-Widerstand der Schaltung sehr niedrig, max. ca. 20 bis 30Ohm.

So hat man nun einen virtual ground, geringen Innenwiderstand der Versorgungsspannung und Symmetrierung der Batteriespannung. Irgendwie clever …

Die ideale, und auch stabilste Lösung ist jedoch die Verwendung eines speziellen Bausteins, der für die Erzeugung eines solchen virtual ground entwickelt wurde, nämlich der TLE2426.

Da dieser in der DIL-Version bis zu 40mA liefern kann, was in einigen Schaltungen zu wenig ist, ist die Verwendung eines leistungsfähigeren Buffers eine weiter Lösung. Hier gibt es dann bis zu 125mA Belastbarkeit.