Endstufe Eigenkonstruktion 340W/ 8Ohm

      Endstufe Eigenkonstruktion 340W/ 8Ohm

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      Hallo zusammen,
      ich gehe mal davon aus, dass jeder die Weihnachten gut überstanden hat. Nun steht der Jahreswechsel vor der Tür. Ich war recht inaktiv in den letzten 2 Wochen. Das lag daran, das ich meine Endstufe komplett umkonstruieren musste. Eigentlich war alles fertig um das Layout zu machen. Ich hab dann aber die Schaltung nochmals auf die SOA - tauglichkeit der Transistoren geprüft. Leider hat sich herausgestellt, dass in ungünstigen Situationen die Treiber MJE13034/35 die Belastung außerhalb der SOA liegt. Zwar nicht im DC-Bereich. Aber dennoch hätte ich Bachschmerzen, bei einem solchen Projekt, das mit diesem Wissen umzusetzen. Ich habe dann die MJE´s als Vortreiber verwendet und als Treiber dann das Paar 2sc5200 /2sa1943. Das wäre locker in der SOA geblieben. Aber durch diese Maßnahme hat das ganze in allen Ecken und Enden geschwungen. Als weitere Maßnahme habe ich mir überlegt zwei Treiber MJE13034/35 quasi parallel zu schalten und jeweils drei der sechs Endtransen anzusteuern. Mit Verdopplung des Ansteuerstroms hat das auch funktioniert. Die beiden parallel geschalteten Treiber lagen sauber in der SOA. Dabei war dann aber die Gesamtstromaufnahme zu hoch, weil der Stromspiegel mit den MJE340/350 dann auf 50mA ausgelegt werden musste. Also wurde das auch verworfen. Letztlich habe ich mich für die Treiber und Vortreiber-version entschieden, weil da noch jede Menge Platz nach oben ist, was die Belastbarkeit angeht. Aber wie oben schon erwähnt, musste ich nun die Schwingneigung in den Griff bekommen. Das ist auch letztenendes gelungen. Maßgeblich dazu beigetragen hat, dass die Treiber mit einem Basisvorwiderstand betrieben werden mussten. Wenn es jamend interessiert, kann ich die Schaltung mal hier zur Diskussion stellen.
      Gruss Roger

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      oha....das wird aber sehr sehr Umfangreich. Also ich fange mal an mit der version, die eigentlich auf ein layout sollte. Eigentlich war alles hübsch. Bandbreite 5-130khz -0,5dB....
      Bis ich auf die Idee kam, die SOA der Transen zu überprüfen.

      Diese Version hatte pro Endtrans. 30mA Ruhestrom . Da ich mit LT-Spice erst begonnen habe siehts noch etwas seltsam aus. Wobei man sagen muss, das LT-Spice viele models hat und man kann sie sich auch herunterladen. Aber im Fall bd139 oder auch BD139-16 stimmt das eher nicht mit der Wirklichkeit. Dennoch ist die SIM ein ganz guter Anhaltspunkt. Also wie gesagt, hier stehen die Treiber klar im Abseits der SOA, wenns Leistungsmäßig zur Sache geht. Das ist ein NoGo- für mich. Also klar, es musste ein besserer her. Hab aber nach tagelangem suchen nichts gefunden, was die erforderliche hfe von ca. 250 bringt und auch bei 100V UCE noch 150mA im DC- bereich kann. Von daher die schwere Entscheidung das zu ändern. Morgen lade ich die nächste Version hoch, bei der der parallelgeschaltete Treiber Einsatz fand.
      Gruss Roger
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      • 340W-Ausgangsversion.jpg

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      Saba-oldie schrieb:

      im Fall bd139 oder auch BD139-16 stimmt das eher nicht mit der Wirklichkeit



      Hallo Roger,
      ist auch meine Erfahrung, die mit LTSpice in der Standardbibliothek kommenden Modelle der BD135er Serie (135, 137, 139) und der BD136er Serie (136, 138, 140) sind in vielen Anwendungen problematisch oder schlecht.

      Das A und O ist immer die Qualität der Modelle für den jeweiligen Zweck, d.h. die Mühe, die sich der jeweilige Entwickler des Modells gemacht hat. Über die Modelle, die Du mit LTSpice benutzt, hast Du selbst die Wahlfreiheit.

      Ich rate davon ab, sich auf die Modelle der Standardbibliothek alleine zu verlassen. In jedem Einzelfall ist entweder ausreichende Vorerfahrung mit dem Modell oder Überprüfung der Eigenschaften empfohlen. In vielen Fällen gibt es Alternativmodelle (die man aber erst mal suchen und finden muss), manchmal aber nicht. Dann kann man sich nur mit dem Modell eines ähnlichen Transistortyps helfen, das im günstigen Fall besser passt als das Modell des Zieltyps.

      In dem von Dir genannten Beispiel (BD139, BD140):
      Nimm stattdessen lieber diese, für meine Anwendungen habe ich damit vernünftigere Übereinstimmung gehabt (sie müssen allerdings händisch der Simulation hinzugefügt werden, sind nicht in der Standardbibliothek enthalten):

      .MODEL BD136_138_140 PNP (IS=2.9537E-13 BF=201.4 NF=1.0 BR=23.765 NR=1.021 ISE=1.8002E-13 NE=1.5 ISC=7.0433E-12 + NC=1.38 VAF=137.0 VAR=8.41 IKF=1.0993 IKR=0.10 RB=1.98 RBM=0.01 IRB=0.011 RE=0.1109 RC=0.01 CJE=2.1982E-10 VJE=0.7211 MJE=0.3685 FC=0.5 CJC=6.8291E-11 VJC=0.5499 MJC=0.3668 XCJC=0.5287 XTB=1.4883 EG=1.2343 XTI=3.0)

      .MODEL BD135_137_139 NPN (IS=2.3985E-13 BF=244.9 NF=1.0 BR=78.11 NR=1.007 ISE=1.0471E-14 NE=1.2 ISC=1.9314E-11 + NC=1.45 VAF=98.5 VAR=7.46 IKF=1.1863 IKR=0.1445 RB=2.14 RBM=0.001 IRB=0.031 RE=0.0832 RC=0.01 CJE=2.92702E-10 VJE=0.67412 MJE=0.3300 FC=0.5 CJC=4.8831E-11 VJC=0.5258 MJC=0.3928 XCJC=0.5287 XTB=1.1398 EG=1.2105 XTI=3.0)

      ODER die nachstehenden "Cordell-Modelle": de.scribd.com/document/675345274/Cordell-Models

      .MODEL BD139C npn (IS=150e-15 BF=260 VAF=99 IKF=1.2 ISE=70e-15 NE=1.2 NF=1.0 RB=5 RC=0.01 RE=0.08 CJE=293e-12 MJE=0.33 VJE=0.67 CJC=49e-12 MJC=0.39 VJC=0.52 FC=0.5 TF=585e-12 XTF=10000 VTF=35 ITF=20 TR=10e-9 BR=78 IKR=0.14 EG=1.21 XTB=1.14 XTI=3 NC=1.45 ISC=19e-12 NR=1.0 VAR=7.5 IRB=0.03 RBM=0.001 XCJC=0.53 mfg=CA041311)

      .MODEL BD140C pnp (IS=120e-15 BF=113 VAF=140 IKF=1.5 ISE=1000e-15 NE=1.5 NF=1 RB=5 RC=0.01 RE=0.1 CJE=220e-12 MJE=0.35 VJE=0.7 CJC=68e-12 JC=0.35 VJC=0.6 XCJC=0.5 FC=0.5 TF=320e-12 XTF=10000 VTF=35 ITF=20 TR=100e-9 BR=25 IKR=0.1 EG=1.2 XTB=1.5 XTI=3 NC=1.4 ISC=7e-12 NR=1.0 VAR=8 IRB=0.01 RBM=0.01 mfg=CA041311)

      Gruß
      Reinhard

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      Kurz was zum Beschallen einer Arena!

      Soweit ich mich erinnere, schrieb Roger irgendwo was zu robusten Endstufen für Partyzwecke.
      Auch bei mir ist es ein paar Jahre her, daß ich mal jung und hübsch war.
      Wir hatten damals ähnliche Ideen, musste eher Krach machen und robust sein, nicht audiophil.
      Anfangs dachte ich auch an eine Stereoendstufe mit satt Leistung > 200 Watt pro Kanal.
      Dafür hatten wir keine Lautsprecherboxen, hätten wir eventuell mieten müssen.

      Irgendwann kam die Idee, mehrere Monoendstufen zu bauen.
      Die steuert man gemeinsam an, pegelt die eventuell noch nach Bedarf ein.
      Dann im Saal, Partyraum, mehrere Lautsprecherboxen aufbauen, etwas verteilt.
      Die kann man so ausrichten, daß hauptsächlich der Tanzbereich kräftig beschallt wird.
      Im hinteren Bereich mit Buffet und Sitzgelegenheiten ist es nicht ganz so laut.
      Dann passt das mit jeweils drei Monoblöcken zu etwa 100 Watt pro Kanal.
      Weiterer Vorteil, landet mal ein volles Bier in einem Verstärker, hat man keinen Totalausfall.

      Noch diskutieren wir hier interessiert über interessante Schaltungsvorschläge.
      Aus Erfahrung weiß ich, Suchmaschinen sind sehr interessiert am SABA-Forum.
      Lange dauert es nicht, teilweise nur wenige Tage, bis z.B. beim Gockel so ein Thema oben ist.
      Interessierte Leser können dann überlegen, was für ihre Bedürfnisse besser passt.
      Viele einfach konzipierte Monoblöcke sind eher was für Party, Tanzbeschallung.
      Was Roger vorschlägt, taugt auch in einer Aula für Musikgenuss, ist dann HIFI.

      Andreas
      Was bedeutet DL2JAS? Amateurfunk, www.dl2jas.com

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      Guten Morgen zusammen,
      vielen Dank Reinhard für die models. Ich werd sie mal vergleichen. Und das beste nehm ich in meine Bibliothek auf. Sie sind ja nur für den Ruhestrom. Aber 0,3V UCE ist dann doch seltsam.
      @Andreas: meine Sturm und Drangzeit war irgendwo mitte der 70er Jahre. Ich spielte in einer Band und Geld für was zum Kaufen hatte keiner. Also haben wir die Dinge selber gebastelt. Mit mehr oder weniger Erfolg. Die Hifi-Stufen überlebten nicht einen einzigen Song. Ich hab dann ne 300Watt Stufe aus einem bausatz gebaut und statt mit 150V nur mit 110V betrieben. Das hat sogar dann einen Faschingsauftritt überlebt. :)

      Hinweis: Die Eingangs-diff-stufe besteht nicht wie hier gepostet aus einem bc557-547. Das ist mit einem HN4A06 und HN4C51 als Stromspiegel gemacht. Leider habe ich dafür kein model gefunden. Aber diese BC-Typen kommen dem ganzen schon recht nah.

      Anbei noch die Doppeltreiberversion. Man sieht schon die enormen Ruheströme, die notwendig sind, damit die große Bandbreite erreicht werden kann. Aber auch hier bewegen die Treiber sich an der Grenze des machbaren. Da ist kein Puffer mehr vorhanden. Sich kann man mit der Bandbreite und somit von den hohen Strömen runter gehn. ....Muss man aber nicht.
      Gruss Roger

      Das ganze ist sehr schwingstabil und ich hätte mich lieber für diese Version entschieden. Aber alleine ohne Musik verbrate ich da 80Watt. das ist einfach zu viel.
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      • 340W-Doppeltreiber.jpg

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      sodele...also hier hab ich mal ein Oszillogram von der ersten Version mit Vor- und Hauptttreiber. Grausam. Die 470p Miller waren dabei aber nur 100p. die 470p wurden notwendig um den schwingerei zu unterdrücken. Allerdings war damit die Bandbreite lausig, wollte man nicht 3A pro Endtrans bei 100kHZ ohne last schon ziehen. Also das war keine Option.
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      • 340w-vor-haupttreiber-ausgangsversion.jpg

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      • bild1.jpg

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      Und zu guter Letzt hier noch die aktuelle Version, bei der zun ächst alles erstmal passt. Der Leistungsverbrauch in Ruhe liegt bei 36W. Es wurde ein 1:10 Tastkopf verwendet.
      Bandbreite 5-130khz -0,5dB
      slewrate 90V/us
      Phasenmargin 130° bei 330khz
      klirrfaktor kann ich (noch) nicht messen.
      Leistung jenseits von Gut und Böse. RMS 348 Watt/8Ohm. Kann auch an 4 Ohm angeschlossen werden.
      Wenn ich nicht noch irgendwo ein Leck finde, wird das jetzt so auf ein Layout gebracht.
      PS: Die Oszillogramme sind bei 80Khz.
      gruss Roger
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      • 340w-85V.jpg

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      Tolles Projekt! Der Ruhestrom ist hier rd. ein Zehntel der Maximalleistung. Mir ist noch nicht klar, warum du die in meinen Augen die sehr hohe Betriebsspannung benötigst. Nach grobem Überschlag brauchst du 112 Vss für die Leistung, also 66V für eine Halbwelle. 19V mehr Betriebsspannung als das sind notwendig?

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      Hi Roger,

      leider habe ich auch kein SOA-Diagramm zu den beiden Typen. Bei so hohen Spannungen wird es dünn ... aber es gibt noch einige Vergleichstypen, 2SA1011 und 2SC2238A. (beide etwas langsamer, dafür aber 180 V, und auch 1.5 A). Im
      japanischen Programm gibt es viele sehr ähnliche Transistoren, da kann man ggf. mal etwas suchen.

      Firmen wie Accuphase bauen ja Endstufen, die solche extremen Leistungen liefern, evtl. lohnt es auch, da mal auf Bildern zu schauen, ob man die Typen ermitteln kann (Schaltpläne sind leider rar ...).

      Michael

      Nachtrag: Wenn man eine Party beschallen will, kann man auch ein Klipsch-Horn nehmen ... dann reichen 50 W, weil der Wirkungsgrad so hoch ist. Solange man keine extremen Anforderungen an die Klangtreue macht, ist ein hoher Wirkungsgrad der Boxen vermutlich effizienter als mehr Leistung bei der Endstufe.

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von „kugel-balu“ ()

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      dl2jas schrieb:

      Laut Schirmbild sehe ich 120 Vss.
      Das scheint die Grenze des Aussteuerbereichs zu sein, ab dann (2. Bild) Klirr.
      Ich komme dann auf 225 Watt an 8 Ohm für noch sauberen Sinus.


      Hallo Andreas,

      Roger wird ja sicher noch auf Deine Frage antworten.
      Ich interpretiere es so:
      Wenn wir davon ausgehen, dass auf dem Schirmbild 1 DIV = 20 V entsprechen, wäre bei einem Rechtecksignal wie im 2. (rechten) Bild die Amplitude 60 V-Spitze (120 V Spitze-Spitze).Da das Rechteck bei 80 kHz aber nicht mehr ideal ist, ist der Reziprokwert des Crestfaktors etwas kleiner als 1, geschätzt hier ca. 0,88. Dann entspricht das Rechteck-Schirmbild P = [(0,88 x 60 V)^2] / 8 Ohm = 348 W

      Schaltet Roger den Signalgenerator vom Rechteck auf Sinus um (1. Bild, links), hat er auch 60 V Amplitude (Spitze), der Reziprokwert des Crestfaktors für Sinus ist aber nur 0,707. Bei Sinus ist die Leistung für 60 V-Spitze gemäss linkem Schirmbild P = [(0,707 x 60 V)^2] / 8 Ohm = 225 W

      Gruß
      Reinhard

      Dieser Beitrag wurde bereits 3 mal editiert, zuletzt von „oldiefan“ ()

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      gst schrieb:

      @saba-oldie: geht der Verstärker wirklich beim diesen Wert 120Vss schon in die Begrenzung?


      Das hatte Roger ja auch nicht geschrieben.
      Dem bisher Gesagten kannst Du entnehmen, dass er bis 148 Vss Sinus (= 348 W) noch (gerade?) nicht in der Begrenzung (Clipping) ist.

      Die Maximal-Leistung wird üblicherweise für Sinus angegeben. Roger ist mit 120 Vss Sinus mit 225 W noch weit unter 348 W Maximalleistung, aber nicht, wenn er auf Rechteck umschaltet.


      Wer zum ersten Mal die max. Ausgangsleistung eines Verstärkers mit Sinus am Oszilloskop ermittelt (Clippinggrenze) und anschliessend mit Rechteck misst, wundert sich vielleicht, dass so sehr viel geringere Ausgangsspannung mit dem Rechtecksignal möglich ist, ohne dass die Sicherungen auslösen/ansprechen (die hoffentlich in dem Fall vorhanden sind). Mir ist das jedenfalls seinerzeit so ergangen. Damit lernt man schnell, was "Crestfaktor" bedeutet.

      Gruß
      Reinhard

      Dieser Beitrag wurde bereits 3 mal editiert, zuletzt von „oldiefan“ ()

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      Hallo zusammen,
      also das ist so, dass ich derzeit keine 170V bei diesem Strom zu verfügung habe. Ich muss mich aktuell mit 152V (7A) begnügen. Das was man hier sieht ist mit 4Ohm Last gemessen. Wir sind bei dieser darghestellten Messung bei (60V*0,707)²/4 Ohm =450W. Mehr gibt das regelbare Netzteil nicht her.Das ganze geht sonst in die Sättigung. Ich habe noch 2 Netzteile mit je 120 V . Die bringen aber nur je 3,5A. Also nehmen wir 85V abzügl UCE sat dann bleiben ca. 80V über (pro Halbwelle). Das ganze als RMS ergibt 0,66x80V =53V. Daraus ergibt sich für 8 Ohm U²/R = 348W RMS. Was die Ruheleistung angeht , ist das sicher auch den Treiberwiderständen mit je 4,7 ohm geschuldet . hier fließen halt auch 120mA. Ich kann sie aber nicht größer wählen, weil sie mir sonst die Ladung der Endtransen bei hohen Frequenzen (ab 90khz) nicht freischaufelt. Da steigt der Strom auf inakzeptable Werte. Das können dann schonmal 2A sein, bis er dann bei noch höheren Frequenzen wieder sinkt. Dann nehme ich lieber den höheren Emitterstrom mit den beiden 4,7 ohm in kauf.
      Gruss Roger
      PS. Ich rechne RMS nicht mit 0,707, sondern mit 0,66. Das liegt dann zwischen dem Gleichrichtwert und dem effektivwert. Ich gehe davon aus, dass die Betriebsspannung bei Vollast etwas einknickt und ich dann halt nicht mehr die vollen +/- 85V zu verfügung haben werde. Die interne Verdrahtung plus LS-Relais kommt hinzu. Von daher die konservative Rechnung.
      Ich hab mal noch paar Messungen hinzugefügt. Diese sind nun bei 8 Ohm und einer Betriebspannung von +/-76V gemessen. Kurz bevor Clipping einsetzt. Hier kann man erkennen, dass in etwa 6V am Verstärker hängen bleiben. Eir liegen da aktuell bei 50V~ eff. bedeutet wir haben hier eine RMS-Leistung von 312,5W bei +/-76V. Nun sieht man, dass bei geforderten ca.350W RMS die Spannung deutlich größer sein muss.
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      Dieser Beitrag wurde bereits 7 mal editiert, zuletzt von „Saba-oldie“ ()

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      Hallo saba-oldie,
      ich bin da etwas durcheinandergekommen, denn bei den Bildern stand "8Ohm" und du jetzt von 4OHm Last berichtet hast. So ist es dann für mich nachvollziehbar.
      Das Integral für den Effektivwert der Sinusspannung ist ja Wurzel aus 2 mal Vss, wo wo man dann bei dem Faktor 1,414 bzw. 0,707 bleibt, den oldiefan unter "Crestfaktor" ablegt.
      Aber das weiß hier eigentlich jeder, der sich an der Diskussion beteiligt.

      Es hat sicher einen Grund, weshalb du die genannten Endtransistoren verwendet hast. Ich habe für die nicht gut Daten im Web gefunden; was ich gesehen hatte, war eine Grenzfrequenz von 10Mhz. Andere Quellen geben 20 oder 25 Mhz an. Da erscheinen mir die 2SA1943 /2SC5200 eher geeignet zu sein, auch mit einem besseren hfe und geringerem Cob.
      Mir ging eben bei den geforderten Leistungen und den Grenzwerten der verwendet Transistoren auch eine H-Schaltung (Brücke) durch den Kopf, aber da ist die Effektivität auch nicht unbedingt höher.

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von „gst“ ()

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      sorry gst, wenns etwas durcheinander geht. Es ist halt so, dass das Gerät in den später eingetzten Bereichen eigentlich auf 8 Ohm läuft.von daher der Titel 340W /8Ohm. Er soll aber auch bei 4 Ohm funktionieren. Von daher sind die Tests bei 4 Ohm gemacht, weil das halt doch die größere Belastung für die Stufe darstellt. Nur bin ich da ein wenig Grenzwertig unterwegs, was die Spannungsversorgung angeht. Ich wollte gestern eigentlich nur die qualitativen Daten zeigen und zur Diskussion stellen, die bei 4 Ohm -Last schlechter sind als bei 8 Ohm Last. Heißt: wenns da passt, dann bei 8 Ohm erst recht.Nicht die maximale Leistung sollte da gezeigt werden, weil das wie erwähnt meine Netzteile derzeit nicht hergeben. Ich meine wir sind da bei ca. 700W wenn 4 Ohm Last dran hängt. 8 Ohm können die Netzteile dann doch schon speisen.
      Was die Endtransen angeht, so hatte ich erst die von dir genannten 2sc5200/2sa1943 anvisiert. Die wurden auch getestet. Allerdings schau die mal den SOA Bereich an. Da liegen die aktuellen deutlich besser im rennen. Die haben auch eine eingebaute Diode, die dann für die Ruhestromeinstellung verwendet werden. Nachteil ist halt die etwas kleinere Auflagefläche.hfe ist bei den toshiba´s nur geringfügig besser, wenn überhaupt nur bei den OTU-Typen.
      Gruss Roger

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von „Saba-oldie“ ()

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      Deine Zeichnung Nr. 5 hat am Ausgang eine Serienschaltung von L1 mit 1,5µH und R23 mit 4Ohm, habe ich mich da versehen?
      Wenn du die Betriebsspanung vergrößerst, wird der MJE340 da sicher mitspielen (suchst du die nach hfe aus oder nimmst du alle, was geht?).
      Bei deiner Schaltung hast du eben BE-Widerstände der Endtransistoren von <30 Ohm - das fühlt sich an wie zu Zeiten eines 2N20255 mit einer FT von 800kHz - kann so so sinnvoll sein oder sind die 90kHz Übertragungsbreite das Muss?
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