Spannungsverdoppler mit dem Verstärker-IC TDA 2003

Eigentlich wurde die integrierte Schaltung TDA2003 zum Bau von NF-Verstärkern entwickelt. Gerne werden diese ICs beispielsweise in Autoradios eingesetzt. Es handelt sich um einen Mono-Verstärker mit einer Ausgangsleistung von 10 Watt. Die Betriebsspannung kann zwischen 8 und 18 Volt liegen. Es handelt sich um eine Nachfolgerschaltung des TDA2002, das ebenfalls häufig in Autoradios eingesetzt wurde.

 

Die nachfolgende Schaltung ist also eine Zweckentfremdung des ICs TDA2003.

Das Schaltbild des Spannungsverdopplers. Bild zum Vergrößern anklicken.
Das Schaltbild des Spannungsverdopplers. Bild zum Vergrößern anklicken.
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Das Verstärker-IC TDA2003 wird in dieser Schaltung als astabiler Multivibrator betrieben; erzeugt also zwei wechselnde elektrische Schaltzustände an seinen Ausgang. Die Wechselfrequenz dieser Schaltzustände ist abhängig vom Kondensator C2 sowie den Widerständen R1 und R2. Diese Bauteile sind verbunden mit den Eingängen des Verstärkers Pin 1 und Pin 2. Das Ausgangssignal liegt am Pin 4 an.

 

Die Funktion dieser Schaltung

Der Ausgang dient in dieser Schaltung als elektronischer Schalter, der zwischen Plus und Minus hin- und herschaltet. Der Masseanschluss des Kondensators C3 wechselt also über den Ausgang der integrierten Schaltung immer zwischen der Betriebsspannung und der Masse. Liegt er auf Masse, wird der Kondensator über die Diode D1 aufgeladen. Der Kondensator C4 wird über die beiden Dioden ebenfalls aufgeladen. Wird nun der Ausgang an Pin 4 des TDA2003 auf die Betriebsspannung geschaltet, geschieht dies gleichermaßen mit den Masseanschluss des Kondensators C3, der ja noch immer voll aufgeladen ist. Das Pluspotential, das nun am Minuspol des Kondensators durch den Ausgang der integrierten Schaltung anliegt, erzeugt am Pluspol des Kondensators ein Spannungspotential, welches etwa der doppelten Höhe der Eingangsspannung entspricht.

 

Wodurch kommt das?

Die positive Ausgangsspannung an der Verstärkerschaltung (Pin 4) und die Spannung des aufgeladenen Kondensators C3 addieren sich, da sie quasi in Reihe liegen. Dadurch liegt am Punkt zwischen den beiden Dioden (dem Pluspol von C3) eine Spannung in der doppelten Höhe der Eingangsspannung an, die über die Diode D2 an den Ausgang der Schaltung geleitet wird und gleichzeitig den Kondensator C4 auflädt.

Es gibt da allerdings eine Sache, welche diese Schaltung etwas einschränkt. Und zwar ist es der Spannungsabfall an einer Diode. Zwar lassen die Dioden den Strom durch, klauen sicher war dabei einen Teil dieser Spannung, und zwar etwa 0,7 V pro Diode. Die Ausgangsspannung ist also durch die beiden Dioden etwa 1,4 V geringer als das Doppelte der Eingangsspannung. Übrigens bezeichnet man eine solche Schaltung auch als Ladungspumpe.

 

Eine ähnliche Schaltung habe ich bereits mit dem Timer-IC NE555 aufgebaut. Allerdings besitzt die hier vorgestellte Schaltung eine wesentlich höhere Ausgangsleistung und eignet sich besser für einen praktischen Einsatzzweck.

 

Hinweise zu den verwendeten Dioden

Ich habe hier zwei Dioden mit der Bezeichnung 1N4001 verwendet. Tatsächlich gibt es andere Sorten von Dioden, die besser für eine solche Schaltung geeignet sind. Hierbei handelt es sich um sogenannte Shottky-Dioden, die einen geringeren Spannungsabfall als 0,7 V besitzen. Ein Beispiel von passenden Dioden für diese Schaltung wäre zum Beispiel der Typ SB530.

Hier ist ein Testaufbau der Schaltung mit angeschlossenem Multimeter zu sehen. Die tatsächliche Ausgangsspannung liegt deutlich unter der doppelten Eingangsspannung von 12 V. Theoretisch sollte sie 24 V betragen. Tatsächlich sind es die Dioden bzw. die an diesen entstehenden Spannungsabfälle, welche für die Differenz verantwortlich sind. Die Leuchtdiode übrigens dient hier nur als Anzeige für eine vorhandene Ausgangsspannung. Unter Belastung sinkt die Ausgangsspannung noch weiter ab. Beim Betrieb sollte auch darauf geachtet werden, dass das IC TDA2003 mit einem ausreichend großen Kühlkörper versehen wird, da es abhängig von der Ausgangsleistung eine Menge Wärme erzeugt. In dieser Testschaltung habe ich darauf verzichtet, da hier nicht wirklich viel Strom fließt.

Diese Zweckentfremdung des Verstärker ICs TDA2003 ist nicht ganz neu. Trotzdem wollte ich Ihnen diese Schaltung nicht vorenthalten, da sie mit einfachen Mitteln und gängigen Bauteilen eine einfache Art der annähernden Spannungsverdopplung ermöglicht, und das mit sehr preisgünstigen und gut erhältlichen elektronischen Bauteilen. Der Aufbau der Schaltung erst recht unkompliziert und unkritisch und kann ohne Probleme auf einer einfachen Lochrasterplatine erfolgen. Vergessen Sie aber nicht einen ausreichend großen Kühlkörper für das IC.

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