Transistorverstärker mit 2N3055 - "El Cheapo"

[Heinz]

Hallo Frank,

noch eine Frage zu dem OP-Verstärker:
Bei den vorgestellten Schaltungen sind der OP und die Endstufentransistoren ja gleichspannungsmäßig gekoppelt. Könnte man diese auch durch einen Koppelkondensator voneinander trennen und so mit verschiedenen Versorgungsspannungen arbeiten?

theoretisch ja. Falls Du diese Schaltung meinst:
https://www.elektronik-kompendium.de/pu ... dstu_p.htm
Aber dann müsstest Du ein extra Vorspannungsnetzwerk dazubauen und drei getrennte Versorgungsspannungen. Wozu der Aufwand?
Ich verstehe Deine Vorliebe für unipolare Versorgung mit Ausgangselko nicht so ganz. Traumatische Erfahrungen mit durchgebrannten Transistoren?
Das ließe sich leicht durch den Einbau von Sicherungen in die Versorgungsleitungen einer symmetrischen Betriebsspannung vermeiden.
Für den Testbetrieb nimmt man flinke Sicherungen, für den Dauereinsatz mittelträge.

Weitere Frage: Ich habe zwei gleiche Endstufentransistoren und schalte davor einen einfachen Transistor als Phasenwender, so wie K1 ind dem ersten Bild: https://elektroniktutor.de/analogversta ... kompl.html
Zwischen den Basen Endstufentrasistoren liegen ja nun bei Silizium 0,6 V. Das wird wohl nicht für einen Ruhestrom reichen, sollte aber den Klirr senken, da pro Endstufentransistor nur 0,3 Volt überwunden werden müssen. Sehe ich das richtig?

Nicht so ganz.
Die zitierte Schaltung entspricht im Prinzip der Schaltung, die John Linsley Hood im Jahr 1969 veröffentlichte (Wireless World April 1969).
Siehe hier die Original-Veröffentlichung:
http://hifisonix.com/wordpress/wp-conte ... lifier.pdf
http://hifisonix.com/wordpress/wp-conte ... lh1996.pdf

und hier noch eine kommentierte Version:
http://www.angelfire.com/sd/paulkemble/sound3b.html

Diese Schaltung ist eines der ganz wenigen Beispiele für eine einfache Leistungsverstärker-Schaltung, die gleichzeitig beste Klangqualität bietet.
In ihrer Leistungsklasse dürfte sie bzgl. Klangqualität nicht zu überbieten sein.
Ich nehme an, daß Deine JLH1969-Module diese Schaltung weitgehend übernommen haben.
Der Nachteil ist, daß wg. des Klasse-A-Betriebs die Stromversorgung relativ aufwendig ist und der Kühlaufwand teuer.

Um auf Deine letzte Frage zurückzukommen: diese Schaltung funktioniert nur in Klasse A, also mit einem Ruhestrom,
der mindestens halb so groß ist wie der maximale Strom durch den Lastwiderstand(Lautsprecher).
Die Dimensionierung aller Widerstände kannst Du dann den verlinkten Schaltbildern entnehmen.

Vielleicht noch eine Anmerkung zu Schaltungen mit Klasse-B-Betrieb, also ohne Ruhestrom, wie sie von Dir letzthin in Betracht gezogen wurden.
Sie alle haben gemeinsam, daß in einem mehr oder weniger kleinen Bereich um Null Volt Ausgangsspannung beide Endstufenhälften abgeschaltet sind.
Also die Hälfte für die positive wie auch für die negative Halbwelle. Damit sinkt die Leerlaufverstärkung in diesem Bereich auf nahezu Null dB.
Es kann damit auch keine Gegenkopplung wirken. Das einzige, was die Verzerrungen niedrig hält, ist, daß dieser Bereich um Null Volt Ausgangsspannung schnell durchlaufen wird.
Bei hoher Aussteueurung schneller als bei kleiner Aussteuerung.
Man kann auf diese Art Verstärker bauen, die bei hoher Ausgangsleistung einen relativ kleinen Klirrfaktor haben.
Bei kleiner Aussteuerung aber relativ unangenehm klingen.
Die Verzerrungen, die hier entstehen, haben einen erheblichen Gehalt an hohen Oberwellen, der üblicherweise als klanglich unangenehm empfunden wird.
Für ein Küchenradio eher akzeptabel, für längeres Musikhören eher anstrengend.

In den 1970-Jahren hatte die englische Firma Quad einen Verstärker entwickelt, bei dem ein Klasse-A-Hilfsverstärker den Ausgangsspannungsbereich um Null Volt überbrückt bis bei höheren Spannungen eine Klasse-B-Endstufe übernimmt.
Das ist aber ein relativ aufwendiges System. Und keine echte Klasse-B mehr.
Etwas ähnliches würde funktionieren, wenn man in dieser Schaltung (https://www.elektronik-kompendium.de/pu ... dstu_p.htm) den Widerstand R3 bis auf wenige Ohm (z.B. 2 Ohm) verkleinern und den Opv 5534 durch einen leistungsfähigeren ersetzen würde.

Gruß

Heinz

[hardware.bas]

Allgemein kann gesagt werden, dass man mit unipolarer Spannung durchaus elkofreie Endstufen bauen kann.
Das ist sogar ziemlich üblich, das Zauberwort heißt Vollbrückenverstärker. Nicht nur Hochleistungsverstärker, sondern auch Mini-ICs erzeugen dabei mit kleinster Betriebsspannung erstaunliche NF-Leistungen.
Ohne Ausgangselko oder AÜ.
VG Micha

[captain.confusion]

Hallo,

ob ein Verstärker mit einfacher Betriebsspannung und Ausgangselko anders als ein Verstärker mit +- Betriebsspannung klingt kann ich nicht sagen.
Mir geht es hauptsächlich um die Sicherheit meiner Lautsprecher. Weiter ober wurde ja ausgeführt, dass bei einem Verstärker mit +-Versorgungsspannung ein Transistordefekt zu einer nicht unerheblichen Gleichspannung am Lautsprecherausgang führen kann. Dies möchte ich aus nachvollziehbaren Gründen vermeiden. Und hier hilft ein Ausgangselko. Egal "was da vorne dran passiert", der lässt keine Gleichspannung durch.
Es wurde ja schon vorgeschlagen, bei einem Verstärker mit +- Betriebsspannung einen bipolaren Elko als Sicherheit zwischenzuschalten. Oder man baut - wie bei kommerziellen Geräten - eine DC-Schutzschaltung ein. Das sind natürlich Alternativen über die man nachdenken könnte.
Hat jemand Erfahrungen mit solchen DC-Schutzschaltungen? Angeblich sollen die recht zuverlässig sein.

EDIT:

Der Testaufbau von EL-Cheapo ist fast fertig. Ich habe alle Bauteile durchgemessen, die Widerstände sind gut, die Transistoren habe relativ gleiche Hfe-Werte. Die Elkos und Kondensatoren sind schlechte China-Qualität, zum Testen o.k., mehr aber auch nicht.
Viel musste ich an der Platine nicht ändern, da die Schaltungen doch ähnlich sind. Die Boostrap Schaltung des EL-Cheapo habe ich noch nicht umgesetzt, die kommt wenn das Grundkonzept läuft.

20200310_125359_1583841286337_resized-forum.jpg

Man sieht, dass die noch die drei Treibertransistoren fehlen. Ich wollte eigentlich alles fertig stellen, habe jetzt doch ein wenig Bedenken wegen der Ersatztransistoren. Was meint Ihr, gehen die 2N1613 und 2N2904 zum Testen als Ersatz für die BD139/140?
Ich weiß das ist nicht 100% optimal, andererseits wäre das Porto höher als der Wert der Transistoren.

Viele Grüße
Frank

[Heinz]

Hallo Frank,

Was meint Ihr, gehen die 2N1613 und 2N2904 zum Testen als Ersatz für die BD139/140?

die beiden Typen (1613,2904) sind laut Datenblatt bei +/-20V bzw. +40V Betriebsspannung an ihrer Grenze. Aus Ingenieurssicht würde man sie in diesem Fall nicht mehr einsetzen. Als Bastler könnte man darauf vertrauen, daß sie nicht gleich durchbrennen, wenn sie bis zu ihren Datenblatt-Grenzwerten ausgenutzt werden. (Das allerdings gilt nur für Markenware!)
Die Stromverstärkung dieser schon recht alten Tansistortypen ist relativ klein. Der Arbeitswiderstand der Spannungsverstärkerstufe müßte evtl. entsprechend angepaßt werden.
Ohne bootstrap ist natürlich die Aussteuerbarkeit in Richtung negativer Halbwelle begrenzt.

Bei der Spannungsverstärkerstufe sollte man sich auch die Verlustleistung anschauen. Die Datenblattangaben für maximale Verlustleistung gelten i.a. nur für eine Gehäusetemperatur von 25°C.

Gruß

Heinz

[hardware.bas]

Hallo Heinz,
da hast Du ne Kleinigkeit vertauscht, denn aus Ingeneurssicht werden die Grenzwerte meisstens zum nächsten Step konzipiert, zwar ausreichend, jedoch ohne größere Reserve (Serien, Kosten und Zuhilfenahme theoretischer Dokumente). Gerade im Bastler- und Handwerksbereich, solange das fachgerecht abläuft, gönnt man sich meist mehr Reserve, auf Grund der Praxiserfahrungen und Unikatfertigung. War nur ne Offtopic-Bemerkung nebenbei.
VG Micha

[Munzel]

Macht doch mal was ganz anderes. Zum Beispiel mit Phasenumkehrtrafo wie die Hill DX700 und DX1000 oder auch die MEG V9xx hatten.


MfG
Munzel

[hardware.bas]

Wenn überhaupt notwendig, dann doch Phasenumkehrstufe mit Transistor, warum Übertrager zur Frequenz- und Phasenverzerrung. VG Micha

[Munzel]

Wenn überhaupt notwendig, dann doch Phasenumkehrstufe mit Transistor,

Nee. Dann lieber ein Komplementärpaar.

warum Übertrager zur Frequenz- und Phasenverzerrung.

Weil auch Bandbegrenzung zweckmäßig ist.
Weil man damit ganz prima einen mit kleiner Spannung arbeitenden Ansteuerstromkreis von den mit hoher Spannung arbeitenden Leistungsstufen trennen kann.
Weil man damit auf Bootstrapschaltungen und unsymmetrische Auslegung der Bauteile verzichten kann
Weil man mit einem A2030 ein ganzes Rudel Endtransistoren treiben kann, das für mehr als 1kW gut ist.

Ich schrieb aus gutem Grund von den Hill DX-Endstufen. Deren technische Daten sind nicht schlecht.


MfG
Munzel

[hardware.bas]

Der A2030 ist doch ein guter Ansatz.
Wenn man dieses IC (oder den TDA2030 bzw. ä.) zum Treiben dicker Endstufentransistoren nutzt, hat man in der Tat grosse Reserven. Jedoch kann man hier auch wählen 0 Phase oder 180 Phase, da man Diesen invertierend oder nichtinvertierend ansteuern kann. Ich hab das jetzt mal als Beispiel genommen, falls das H-Brücken-Prinzip angewendet werden soll.
VG Micha

[radio-hobby.de]

also, mit 2N1613 habe ich immer gute Erfahrung gemacht. Die waren nach meiner "Bastler-Erfahrung" nie zickig.

Viele Grüße
Georg

[captain.confusion]

Hallo,

sorry für die späte Antwort, ich war die ganze zeit mit einem Dual Phono-Vorverstärker beschäftigt.
Da ich den Verstärker ohnehin nur mit 35-40 Volt betreiben möchte sehe ich nun keine so große Gefahr für die Transistoren.
Ich sollte aber die Tage BD139/140 bekommen. Dann mache ich das gleich richtig.

Viele Grüße
Frank

[captain.confusion]

Hallo,

so EL-Cheapo läuft, bis jetzt auch ganz ordentlich. Ich habe jetzt doch B139/140 verwendet.

Meine Versuche habe ich mit 35 V gefahren. Sieht alles schon brauchbar aus, ich möchte jetzt Stück für Stück ins Feintuning übergehen. Nicht alles auf einmal, sondern eins nach dem anderen.

Ich stelle Euch zunächst mal die beiden Schaltpläne vor, El-Cheapo ist in Moment eine kleine Mischung aus El-Cheapo und China.
Änderungen sind in rot dargestellt.

p12_fig1.gif

el-cheapo_V1.jpg

Folgende Erläuterungen:

Widerstände:
Aus Vereinfachungsgründen fehlen im Moment die Emitterwiderstände. Die kommen dann noch.
R21 war im China vorhanden, den habe ich mal übernommen.
R1 und R2 waren im China auch 33 k, die habe ich aus Faulheit übernommen.
R3 habe ich auf 150 k erhöht, Bernhard meinte das wäre o.k.
R12 war im China 470, auch das habe ich mal so übernommen. Der ist ja die Gegenkopplung und kann noch angepasst werden.
R8 und R9 waren im China 220 Ohm, im El-Cheapo (ganz alt) sogar 1 kOhm. Da habe ich mal die 220 Ohm übernommen.
Mit R20 und C20 ist ein Siebglied dazugekommen. Das fand man so auch im China. Ich denke das kann man bedenkenlos übernehmen.
R22 war im China vorhanden, außerdem im El-Ceapo (ganz alt). Auch den habe ich mal dringelassen.

Kondensatoren:
C5 ist im Moment 2200 µ, ich habe keinen 4700 µ da, sollte aber zum Testen egal sein.
C21 und C22 habe ich aus dem China übernommen.

Halbleiter:
In der Endstufe arbeiten zunächst die China 3DD15D, später sollen sie ersetzt werden.
D3 habe ich mal weggelassen, mir ist klar, das jetzt wenig und kaum Ruhestrom da ist.

So jetzt gibt es gleich Mittag, danach kommen die ersten Testergebnisse.

Viele Grüße
Frank

[captain.confusion]

Hallo,

wie versprochen die Testergebnisse und danach auch gleich ein paar Fragen

Alle Tests wurden mit 35 V gemacht.

Ich habe mal grob die Leistung mit 35V ermittelt:
12 W Sinus bei 1000 Hz an 6,8 Ohm
14 W Sinus bei 1000 Hz an 3,9 Ohm
Das ist für meine Verhältnisse richtig fett und reicht mehr als aus.

El-Cheapo ist auch ziemlich empfindlich, zur Vollaussteuerung braucht man nur 800 mV SpitzeSpitze.


Erst mal ein paar Oszi Bilder:

Sinus, 1000 Hz, Oszi steht auf 50 mV. Sieht eigentlich gut aus, nur wenige Übernahmeverzerrungen.

35V-1000Hz-50mV.jpg

Sinus, 10 Khz, Oszi steht auf 50 mV. Etwas ausgeprägtere Übernahmeverzerrungen.

35V-10kHz-50mV.jpg

Sinus, 1000 Hz, Oszi steht auf steht auf 2 Volt. Sieht sauber aus.

35V-1000Hz-2V.jpg

Ich glaube, wenn man El-Cheapo noch etwas mehr Ruhestrom geben würde, dann sollte das alles ohne Übernahmeverzerrungen funktionieren. Das wird der nächste Arbeitsschritt, den Ruhestrom ermitteln und D3 + Poti von 1 kOhm wieder einbauen.

El-Cheapo hat im Moment ja keine Boostrapp. Trotz kommt er relativ symmetrisch in die Verzerrung.
Sinus, 1000 Hz, Oszi steht auf 5 V.

35V-1000Hz-5V.jpg

So nun eine sehr interessante Beobachtung:
Die oben gezeigten Graphen waren sind ohne C21 und C22.
C22 hat keine Auswirkungen auf die Graphen, bei ca. 100 Khz wird er wirksam.
Wenn ich jetzt C21 einbaue, werden die Übernahmeverzerrungen wieder stärker, außerdem geht der Frequenzgang ab ~ 19 KHz langsam in die Knie.
Sinus 1000 Hz, Oszi steht auf 0,2 V.

35V-1000Hz-0_2V-mitC5.jpg

So und nun kommen natürlich meine Fragen und Ideen:

1. Es gibt ja zwei verschiedene El-Cheapo (neu) Schaltpläne im Netz. Die unterscheiden sich nur durch R4. Der ist im Moment 10 k. In dem anderen Schaltplan ist er 2,2 k. Was haltet Ihr da für besser.

2. Ist R22 sinvoll?

3. An R8 und R9 fallen im Moment 220 mV ab. Ich habe hier gelesen (bitte nach Bild 3 schauen):
https://www.elektronik-kompendium.de/pu ... dstu_t.htm
dass an diesen beiden Widerständen 400 mV abfallen sollten. Sollte ich die Widerstände erhöhen? Im El-Ceapo (ganz alt) sind sie ja 1 kOhm groß. Oder steigt der Spannungsabfall an diesen Widerständen wenn der Ruhestrom angehoben wird?

4. Boucherot-Glied. Das ist jetzt hier aus Vereinfachungsgründen vor dem Koppelelko, (Also mit Gleichspannung) gegen Masse geschaltet. Beim EL-Cheapo nach dem Koppelelko. Ich habe im Netz gestöbert, man findet beides, vor und nach dem Koppelelko. Was ist besser?

5. Das Erhöhen von R1 und R2 auf 33 k sollte o.k. sein?

6. C22 ist ein „Schwingungsdämpfer“. C21 ja eigentlich auch. Das er den frequenzgang nach oben begrenzt ist mir klar, aber wieso verändert er aber die Signalform (siehe oben). Wieso tauchen mehr Übernahmeverzerrungen auf.

7. Bringt eine Boostrapp-Schaltung auch bei niedrigeren Aussteuerungen einen Vorteil? Ich betreibe den Verstärer nie mit 13 Watt, mein bereich wrd zwischen 0,5 und 3 Watt liegen, im Ausnahmefall vielleicht auch mal 5-6 Watt

Ich werde jetzt mal die weiteren Spannungen abmessen und versuchen einen Ruhestrom zu ermitteln.
Dann melde ich mich wieder.

Viele Grüße
Frank

[Bernhard W]

... nun kommen natürlich meine Fragen und Ideen:
1. Es gibt ja zwei verschiedene El-Cheapo (neu) Schaltpläne im Netz. Die unterscheiden sich nur durch R4. Der ist im Moment 10 k. In dem anderen Schaltplan ist er 2,2 k. Was haltet Ihr da für besser.

Ich versuche mal die ersten Antworten zu geben.
R2 bestimmt den Ruhestrom durch Q1. Den wählt man nach dem Widerstand der Quelle aus.
D. h. Kompromiss aus DC-Pfad (R3) und Basisstrom (= Kollektorstrom / Stromverstärkung) und optimalem Kollektorstrom für niedriges Rauschen (siehe Datenblatt des Transistors)

2. Ist R22 sinvoll?

Mir fällt gerade kein wichtiger Grund ein.

3. An R8 und R9 fallen im Moment 220 mV ab. Ich habe hier gelesen (bitte nach Bild 3 schauen):
https://www.elektronik-kompendium.de/pu ... dstu_t.htm
dass an diesen beiden Widerständen 400 mV abfallen sollten. Sollte ich die Widerstände erhöhen? Im El-Ceapo (ganz alt) sind sie ja 1 kOhm groß. Oder steigt der Spannungsabfall an diesen Widerständen wenn der Ruhestrom angehoben wird?

Die Widerstände bestimmen die Ausschaltgeschwindigkeit von Q4 und Q6, sollen daher möglichst klein sein, und den Ruhestrom durch Q3 und Q5. Letzterer ist meistens unkritisch -> nicht erhöhen.
Mit Ruhestrom durch Q4 und Q6 steigt auch die Spannung an deren Basis-Emitter-Dioden.

4. Boucherot-Glied. Das ist jetzt hier aus Vereinfachungsgründen vor dem Koppelelko, (Also mit Gleichspannung) gegen Masse geschaltet. Beim EL-Cheapo nach dem Koppelelko. Ich habe im Netz gestöbert, man findet beides, vor und nach dem Koppelelko. Was ist besser?

Ich würde es vor dem Koppelelko lassen. Dann fließt der Strom nicht auch noch durch den Elko.

5. Das Erhöhen von R1 und R2 auf 33 k sollte o.k. sein?

Ja.

6. C22 ist ein „Schwingungsdämpfer“. C21 ja eigentlich auch. Das er den frequenzgang nach oben begrenzt ist mir klar, aber wieso verändert er aber die Signalform (siehe oben). Wieso tauchen mehr Übernahmeverzerrungen auf.

C22 verhindert kleine Schwingungen bei der Übernahme, weil die Quasidarlingtonschaltung Q5/Q6 selbst eine Spannungsverstärkung hat.
C21 verhindert das Schwingen der gesamten Schaltung bei ungewöhnlichen Lasten, z. B. nachgeschalteten Frequenzweichen. C21 begrenzt primär die Anstiegsgeschwindigkeit des Augangssignals. Die hängt auch ab von R4.

7. Bringt eine Boostrapp-Schaltung auch bei niedrigeren Aussteuerungen einen Vorteil? Ich betreibe den Verstärer nie mit 13 Watt, mein bereich wrd zwischen 0,5 und 3 Watt liegen, im Ausnahmefall vielleicht auch mal 5-6 Watt

Bootstrap bei niedriger Aussteuerung bring keinen Vorteil. Aber mit Bootstrap-Schaltung könnte man die Versorgungsspannung verringern.

Bernhard

[captain.confusion]

Hallo,

so, es geht weiter. Die Spannungswerte sehen in meinen Augen prima aus, ich denke, ich muss sie nicht alle posten, darum folgende exemplarisch:
Betriebsspannung 40 Volt:

Q1:
Basis: 19,8 V
Emitter 19,3 V
Kollektor: 39,4 V
An R4 (10 k) fallen 0,5 V ab. Das bedeutet durch Q1 fließen 0,05 mA.

Q2:
Emitter = Betriebspannung
Kollektor: 19,4 V
D1 und D2: 1,48 V
R6: Spannungsabfall 17,9 V
Durch Q2 fließen 8,13 mA

An R8 und R9 fallen 220 mV ab.

So dann habe ich mich an den Ruhestrom gemacht. Der Beträgt 0,2 mA.
Das ist natürlich etwas wenig. Daher habe ich provisorisch D3 wieder eingelötet. Bei 40 V beträgt der Ruhestrom 160 mA! Hätte ich nicht abgeschaltet, wären die Transistoren wahrscheinlich durch gegangen. Gut, ich habe noch keine Emitterwiderstände eingebaut.

Also habe ich ein 500 Ohm Poti parallel zu D3 geschaltet. Jetzt lässt sich der Ruhestrom schön einstellen. Nun habe ich den Sinus bei verschiedenen Frequenzen kontrolliert. Bei 25 KHz ist er ab 19 mA sauber, bei niedrigeren Frequenzen logischerweise schon früher. Also habe ich mal 25 mA Ruhestrom eingestellt. Der ergibt sich bei einem Spannungsabfall von 0,48 V an D3.
Mit 25 mA bleibt El-Cheapo auch stabil. Ich hätte nicht gedacht, dass die Transistoren mit nur 25 mA Ruhestrom schon sauber arbeiten.

Und jetzt wieder die Fragen:

1. Wird der Ruhestrom durch das Einbauen von Emitterwiderständen – ich habe noch 0,33 Ohm vorrätig – noch stabiler?

2. Wohin baut man die Emitterwiderstände bei Quasikomplemetär? Ich habe Schaltungen gesehen wo sie beim oberen Transistor (Q4) am Emitter und beim unteren (Q6) am Kollektor hängen. Aber auch Schaltungen wo sie bei beiden Transistoren am Emitter verbaut sind.

3. Bei diesem Ruhestrom beträgt der Spannungsabfall an R8 und R9 nun 0,61 V. Soll ich die beiden Widerstände nun verkleinern um auf die genannten 0,4 V zu kommen? Das wäre dann bei ca. 150 Ohm der Fall.

Jetzt werde ich die Ruhestromregelung mal fest einbauen und dann mal ein paar Messungen zum Frequenzgang machen.

Viele Grüße
Frank