Transistorverstärker mit 2N3055 - "El Cheapo"

[Bernhard W]

In blauer Farbe habe ich die fehlende Verbindung ergänzt und in roter Farbe, welcher Verbindungspunkt falsch ist.

[eabc]

Bernhard, tut's ein Masse Strich an der Trafomittelnanzapfung nicht selbiges, wie von mir bereits geschrieben und mit der Löschung des Verbindungspunktes, als Anmerkung von dir. Meine Frage aber von Peter noch unbeantwortet ist, auch?

[Bernhard W]

Bernhard, tut's ein Masse Strich an der Trafomittelnanzapfung nicht selbiges, wie von mir bereits geschrieben und mit der Löschung des Verbindungspunktes...?

Ja, ein Massestrich am Trafo ist gleichbedeutend wie die Verbindung.
Ich wollte die Verbindung deutlich zeigen.

Peter meinte, man soll nachdenken, was geschieht, wenn man nur die Masseverbindung herstellt.

[Bernhard W]

Noch eine kleine Anmerkung:
C2 (und C5) würde ich umpolen, weil sich an der Basis von VT2 (und VT9) als Mittelwert eine leicht negative Spannung einstellen wird (ca. -40 mV).
Kritisch ist das aber nicht.
C1 und C4 sind entsprechend gepolt, dort erwarte ich als Mittelwert ca. -20 mV an der Basis von VT1 (und VT8).

Bernhard

[captain.confusion]

Hallo,

da ist ja wirklich eine interessante Diskussion entstanden.

Ich helfe mal bei der Auflösung hinsichtlich des Netzteils. Schaut Euch mal das Bild an, das habe ich aus der Artikelbeschreibung. Der Pfeil kennzeichnet die AC-Einspeisung. Man sieht, dass die Trafomitte mit Masse verbunden ist, daher wird eine +- Spannung erzeugt. Es liegt also ein Fehler im Schaltplan vor.

s-l1600.jpg

So nun geht es weiter. Ich habe in der Bucht noch ein wenig gesucht. Den Verstärkerbausatz gibt es noch in einer leicht modifizierten Version. Die kostet ca. 1,50 Euro mehr und damit 10 Euro. Letztendlich habe ich die bestellt. Sie hat einen leicht geänderten Schaltplan:

schaltplan-v2.jpg

Und dazu hätte ich gleich noch folgende Fragen:
Nochmal zu dem Spannungsteiler an der Basis von VT1 bei Versorgung mit einer einfachen Spannung. Kann man das so machen? Sind die 220 kOhm in Ordnung? Oder könnte man die noch größer bzw. muss man sie kleiner machen? Sollte ich die 4,7 kOhm lassen. Könnte man hier eine Symmetrierung des Ausgangssignals einbauen, indem man einen 4,7 kOhm durch ein Poti ersetzt?

Spannungsteiler.jpg

Interessant fand ich auch den Einwurf von Bernhard hinsichtlich des Ruhestroms. In dem zweiten Bausatz hat man zwei Dioden zur Erzeugung der Vorspannung der Endstufentransistoren verwendet. Könnte man hier einen kleinen Widerstand in Reihe dazu schalten um ggf. einen kleinen Ruhestrom (ca. 20 mA) zu erzeugen und so die Verzerrungen bei kleinen Lautstärken zu verringern?

Und nochmal allgemein, wie ist die gefahr für die Lautsprecher einbzuschätzen, wenn bei einer +- Spannungsversorgung ein Bauteildefekt auftritt? Liegt dann gleich eine Gleichspannung am Ausgang?

Viele Grüße
Frank

[Munzel]

Hallo,

die Leistungstransistoren haben keine Emitterwiderstände. Das halte ich in der Konstellation für heikel.
Wozu eigentlich eine quasikomplementäre Endstufe? Überzeugt mich insgesamt nicht so recht.

MfG
Munzel

[Bosk Veld]

Hallo Frank,

Und nochmal allgemein, wie ist die gefahr für die Lautsprecher einbzuschätzen, wenn bei einer +- Spannungsversorgung ein Bauteildefekt auftritt? Liegt dann gleich eine Gleichspannung am Ausgang?

ja, bei den meisten Bauteildefekten wird am Lautsprecher eine Gleichspannung von mehreren Volt bis rauf bzw. runter zur Betriebsspannung entstehen.

Gruß, Frank

[Heinz]

Hallo Frank,

ich möchte mal wieder ein Transistorprojekt verwirklichen....
Schaut Euch bitte zuerst mal das Schaltbild an.

in meinen Augen taugt die Schaltung nicht allzu gut für einen Anfang. Sie enthält - wie auch die vorangehende Diskussion zeigt - zu viele problematische Einzelheiten.
Im Internet gibt es eigentlich massenweise bessere Lösungen. Ich würde da noch mal recherchieren.

Um einen Anfang zu machen, stelle ich hier mal eine Schaltung vor, die ich in den 1970er-Jahren selbst aufgebaut habe. Sie wird bei mir zwar nicht mehr sehr oft in Betrieb genommen, funktioniert aber immer noch einwandfrei.

3055Verst1975_1.jpg

3055Verst1975_1a.jpg

3055Verst1975_7.jpg

Meine Schaltung verwendet auch eine symmetrische Versorgung aus einem 2 x 15Veff-Netztrafo. Ich würde diese Art der Versorgung sehr empfehlen. Sie hat deutliche Vorzüge bzgl. Brummvermeidung. Falls Du Bedenken hast wg. der Lautsprecher im Fall eines Transistordefekts o.ä., man kann diese Schaltung ohne weiteres mit Elkos am Ausgang betreiben. Je zwei 2.2mF-Elkos gegenpolig in Serie pro Ausgang. Nötig erscheint mir das aber auch angesichts der relativ niedrigen Versorgungsspannung nicht. Zur Sicherheit könnte man noch je eine Sicherung in die Plus- bzw. Minus-Versorgung einfügen.

Mit Ausgangselkos läßt sich auch die Eingangs-Schaltung etwas vereinfachen. Das Poti kann dann durch einen 1.8kOhm-Widerstand ersetzt werden, der 15k-Widerstand durch einen 22k-Widerstand. Die Zenerdiode entfällt. Der 1.8k ist etwas abhängig von der Stromverstärkung des ersten Transistors. Er sollte so angepasst werden, daß am Ausgang eine symmetrische Übersteuerung eintritt.
Die Stabilität der Schaltung gegen Eigenschwingung ist auch vom jeweiligen Aufbau und der Verdrahtung abhängig. Hier müssen evtl. die Phasenkorrektur-Kondensatoren angepasst werden.
Der mit BCxxx bezeichnete Transistor ist ein Standard-Si-Transistor, der auf dem Kühlkörper montiert wird. Die BC337/327 können durch BC140/160 ersetzt werden. Ebenso der BC639 durch einen BC546 o.ä.
Mein Verstärker hat noch ein Eingangsteil mit Quellenumschaltung und Lautstärke/Balanceregelung. Das ist hier nicht eingezeichnet.

Bei den 3055-Transistoren, die bei mir arbeiten, handelt es sich noch um die alten Original-RCA-Typen. Die wurden damals in einem Diffusions-Prozeß hergestellt und auch von anderen Herstellern vertrieben. Heute sind sie normalerweise nicht mehr im Handel. Die heute unter 3055 verkauften Transistoren sind modernere Planar-Typen mit einer etwa 10mal höheren Grenzfrequenz. Die sollte man hier besser auch verwenden. (Meine Erfahrung ist, daß die meisten billig angebotenen 3055 Fälschungen sind. Die können auch funktionieren in so unkritischen Anwendungen. Von Original-Herstellern bekommt man sie nur bei seriösen Anbietern, z.B. Mouser. Auch von Reichelt gibt es Berichte über dort vertriebene gefälschte Bauteile.)

Gruß

Heinz

[captain.confusion]

Hallo,

Heinz, vielen Dank für die Vorstellung Deines Verstärkers.

Ich habe den Bausatz, also den zweiten Schaltplan jetzt bestellt. Der weißt ja schon leichte Verbesserungen gegenüber dem ersten auf. Gut der Bausatz kostet nur 10 Euro, da ist nicht viel verloren, aber trotz der möglichen Widrigkeiten möchte ich den Verstärker bestmöglich zum laufen bringen. Wie schon erwähnt, Transistorschaltungen werde ich nie richtig verstehen, daher frage ich ja auch hier das Forum. Ich habe ja schon zwei Schaltungen erfolgreich mit der Hilfe des Forums aufgebaut, jetzt soll die dritte auch vollendet werden.

So ein paar Dinge konnten ja schon geklärt werden, die zentralen Fragen, wie z.B. der Spannungsteiler am VT1 noch nicht. Auch die Frage des Ruhestroms und der Möglichkeit der Symmetrierung des Ausgangssignals noch nicht.
Die Idee von Munzel, noch Emitterwiderstände einzubauen, werde ich auch umsetzten.

Ich möchte die Schaltung einfach mal testen und dann Stück für Stück verbessern. Das reizt mich irgendwie, aus dem Teil "was zu machen".
Es wäre vor allem mal interessant zu wissen wo da noch Schwachstellen liegen.

Zu den Endstufentransistoren: Ich habe da noch ein paar „Feinerle“ auf Lager: 4 Stück BD130Y von Siemens, wohl frühe 70er, dann 4 Stück 2N3055H ebenfalls von Siemens aus den frühen 80er, dann hätte ich noch einen Satz KD503 in „Militärausführung“. Die Chinaknaller würde ich dann schnellstmöglich entsorgen.

Viele Grüße
Frank

[Heinz]

Hallo Frank,

...Auch die Frage des Ruhestroms und der Möglichkeit der Symmetrierung des Ausgangssignals noch nicht.

daß weder der Ruhestrom noch die Ausgangs-Gleichspannung eingestellt werden können, gehört hier zum Konzept.
Der Bausatz ist offensichtlich auf sicheren Bastel-Erfolg auch für Einsteiger ausgelegt. Auf Kosten von HiFi-Eigenschaften.

Die Idee von Munzel, noch Emitterwiderstände einzubauen, werde ich auch umsetzten.

Das hat hier kaum Sinn, ist eher kontraproduktiv.
Diese Emitterwiderstände haben den Sinn, den Ruhestrom bei einer sog. Klasse-AB-Einstellung zu stabilisieren. Diese Schaltung wird dagegen in Klasse B betrieben, also mit (praktisch) Null Ruhestrom. Da braucht man dann auch nichts mehr zu stabilisieren.
Klasse B hat den Vorteil, daß eben eine Ruhestromeinstellung überflüssig wird, geringste Verlustleistung und maximale Ausgangsleistung erreicht wird.
Sie hat den Nachteil, daß insbesondere bei kleiner Aussteuerung der Klirrfaktor relativ groß wird durch Übernahmeverzerrungen.

Die Ausgangsgleichspannung wird durch die Gegenkopplung in der Praxis auf einen Wert von +/- einigen 10mV eingestellt. Durch einen 4-Ohm-Lautsprecher fließen dann etwa 10mA Gleichstrom. Das ist in den meisten Fällen vernachlässigbar.
Man muß aber in Kauf nehmen, daß die Signale bei hoher Aussteuerung unsymmetrisch begrenzt werden.

.... und dann Stück für Stück verbessern.

Wenn ich das richtig verstehe, wird diese Schaltung auf einer mitgelieferten Platine aufgebaut. Das dürfte nachträgliche Verbesserungen erschweren.
Ob sich der Aufwand lohnt muß jeder für sich beantworten. Etwas lernen kann man aber immer.

Gruß

Heinz

[Bernhard W]

So ein paar Dinge konnten ja schon geklärt werden, die zentralen Fragen, wie z.B. der Spannungsteiler am VT1 noch nicht. Auch die Frage des Ruhestroms und der Möglichkeit der Symmetrierung des Ausgangssignals noch nicht.
Die Idee von Munzel, noch Emitterwiderstände einzubauen, werde ich auch umsetzten.

Ich möchte die Schaltung einfach mal testen und dann Stück für Stück verbessern. Das reizt mich irgendwie, aus dem Teil "was zu machen".
Es wäre vor allem mal interessant zu wissen wo da noch Schwachstellen liegen.

Unipolare Versorgung mit dem vorgeschlagenen Spannungsteiler (und großem Kondensator im Ausgang) wird funktionierten. Beim Einschalten hört man dann ein lautes "Plopp". C2 wird dann an die Masse des Eingangssignals angeschlossen und diese wiederum mit dem Minuspotential des Netzteils verbunden.

Das Stromrauschen durch die zwei Widerstände 4,7 kOhm wird durch den Kondensator 4,7 µF unterdrückt. Verstärker mit unipolarer Versorgung brummen stärker, man muss vielleicht größere Netzteilkondensatoren verwenden.

Statt 220 kOhm sollte ein kleinerer Wert gewählt werden.
Theoretisch soll der Gleichstrompfad von beiden Eingangstransistoren den gleichen Widerstand aufweisen, damit an beiden Widerständen die gleiche Spannung abfällt (hier: je 33 kOhm). Bei dieser einfachen Schaltung arbeiten die Eingangstransistoren allerdings mit unterschiedlichen Kollektorströmen, sie haben daher auch unterschiedlichen Basis-Emitter-Spannungen. Die Differenzspannung steht am Ausgang als Gleichspannung an. Dies ist halt eine sehr einfache Schaltung.

Will man geringe Gleichspannung am Ausgang (mit bipolarem Netzteil und ohne Ausgangskondensator), schaltet man an die Kollektoren der Eingangstransistoren eine Stromspiegel-Schaltung.

2N3055 ist eigentlich kein besonders gut geeigneter Transistor für Audio-Endstufen. Wegen der hohen Stückzahlen ist er aber unschlagbar billig.

Bernhard

[captain.confusion]

Hallo,

vielen Dank für die interessanten Rückmeldungen.

Irgendwie komme ich immer mehr zu dem Ergebnis, dass die o.a. Schaltung zwar einfach ist, dafür aber wenig Verbesserungspotential bietet. Immerhin habe ich jetzt die Hinweise bekommen, wie ich sie entsprechend weiterentwickeln, bzw. auf eine einfache Betriebsspannung umstellen kann.

Heinz hat mir ja auch vorgeschlagen, im Netz nach anderen, besseren Schaltungen zu suchen. Da ich die Einfachheit liebe, bin ich zu dieser Schaltung gekommen:

p12_fig1.gif

Sie gleicht im Prinzip der einfachen Schaltung meines AD161/162 Verstärkers nur, dass die Endstufentransistoren in Darlingtonschaltung ausgelegt sind. Man müsste die Bootstrapp-Schaltung noch gleichspannungsfrei auslegen, aber ansonsten gefällt mir das. Eine Symetrierung bei hoher Aussteuerung könnte man mit einem Poti bei R1 auch verwirklichen.
Nur läuft die Schaltung mit 70 Volt. Soviel Leistung brauche ich nicht, das ist unnötig.
Ich denke mit 35 – 40 Volt sollten 15 Watt Sinus möglich sein.
Zur Anpassung müsste man wohl R4 und R6 verkleinern und R8 und R9 vergrößern? Muss R5 auch angepasst werden? Liege ich da richtig?
Was meint Ihr? Der Umbau der Platine sollte auch kein so großes Problem sein.

Interessant ist auch der Text zu der Schaltung: https://pe2bz.philpem.me.uk/Misc/-%20Au ... ject12.htm

Viele Grüße
Frank

[Bernhard W]

...Man müsste die Bootstrapp-Schaltung noch gleichspannungsfrei auslegen, aber ansonsten gefällt mir das. Eine Symetrierung bei hoher Aussteuerung könnte man mit einem Poti bei R1 auch verwirklichen.
Nur läuft die Schaltung mit 70 Volt. Soviel Leistung brauche ich nicht, das ist unnötig.
Ich denke mit 35 – 40 Volt sollten 15 Watt Sinus möglich sein.
Zur Anpassung müsste man wohl R4 und R6 verkleinern und R8 und R9 vergrößern? Muss R5 auch angepasst werden? Liege ich da richtig?

Hallo Frank,

was meinst du mit "die Bootstrapp-Schaltung ... gleichspannungsfrei auslegen"?

Der interne Ruhestrom für die Ansteuerung der Endstufen kommt von Q2 und fließt über R6 und den Lautsprecher. Die Schaltung ist daher nur für niederohmige Lasten geeignet, beispielsweise nicht für hochohmige Kopfhörer.

R6 bestimmt dabei den Ruhestrom. Bei halber Versorgungsspannung müsste R6 auch halbiert werden, damit wieder der gleiche Strom fließt und beispielsweise die obere Grenzfrequenz gleich bleibt. Da bei halber Versorgungsspannung aber auch nur der halbe Ausgangsstrom fließt, könnte R6 unverändert bleiben. In der Praxis wird man den neuen Wert irgendwo dazwischen legen, also beispielsweise 1,5 kOhm für halbe Versorgungsspannung.

R4 bestimmt den Ruhestrom und damit den Arbeitspunkt von Q1:
Ic(Q1) = Ube(Q2) / R4 = 0,7 V / 10 kOhm = 70 µA. Der Arbeitspunkt von Q1 soll nicht verändert werden, d. h. R4 wird auch nicht verändert.

Der Ruhestrom fließt auch durch R5. An R5 fällt daher auch 0,7 V ab. Die Mittenspannung liegt daher 2 Ube unter der Spannung an C2. Das ergibt auch ungefähr symmetrische Aussteuerungsgrenzen, weil die Sättigungsspannung des unteren Zweigs (für die negativen Halbwellen) kleiner ist als die des oberen Zweigs. Eine Einstellmöglichkeit, z. B. durch R1, halte ich für nicht notwendig.

R8 und R9 bestimmen die Ausschaltgeschwindigkeit von Q4 und Q6 (Ausräumen der Ladungsträger aus der Basiszone). Die sind völlig unabhängig von der Versorgungsspannung und bleiben 100 Ohm.

Theoretisch müssten bei halber Versorgungsspannung R1 und R2 halbiert werden, damit wieder der gleiche Querstrom fließt. Da Q1 nur mit 70 µA Kollektorstrom betrieben wird, ist dessen Basisstrom ca. 300 nA. R1 und R2 kann man daher auch lassen.

-> Bei halber Versorgungsspannung wird nur R6 geändert.

Neben dem o. g. Nachteil, dass Gleichstrom durch den Lautsprecher fließt, ist die Schaltung ziemlich tolerant gegenüber Änderungen der Versorgungsspannung. Die Schwingneigung habe ich nicht betrachtet.

Soweit meine Theorie. Vielleicht habe ich etwas übersehen oder jemand hat eine andere Meinung.

Bernhard

[Bosk Veld]

Hallo Frank,

für 35 V Betriebsspannung brauchst Du die genannten Widerstände nicht zu ändern.

ABER: Du solltest unbedingt die Spannung über die drei Dioden einstellbar machen! Bei der Konstellation (3 Silizium-Dioden parallel zu 3 Basis-Emitter-Strecken) fließt bestimmt ein hoher Ruhestrom, der die Endtransistoren unnötig belastet.
Im einfachsten Fall verringerst Du den Spannungsabfall über die Dioden durch Parallelschaltung eines sagenwirmal 1-kOhm-Potis. Damit stellst Du den Ruhestrom auf 20 mA ein. Dann bleiben die Transistoren kühl und es gibt keine bemerkbaren Übernahmeverzerrungen. (Durch den Parallelwiderstand hat die Spannung über die Dioden allerdings weniger Temperaturdrift als die Basis-Emitter-Strecken; es gibt da auch noch bessere Schaltungen.)

C4 kannst Du bequem auf 33µ verringern; die untere Grenzfrequenz wird von C4 und R12 bestimmt.

Gruß, Frank

[Bosk Veld]

Hallo Bernhard,

da habe ich zu lange mit dem Absenden gewartet.

Du hast recht; bei niedrigerer Betriebsspannung müßte man R6 erhöhen, um auf denselben Ruhestrom wie bei 70 V zu kommen. Da dieser meiner Meinung nach aber sowieso zu hoch ist, bin ich darauf nicht extra eingegangen.

Gruß, Frank