Kleine Qualitätsendstufe Schneller 50-W-High ... - WebHTB
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<strong>Kleine</strong><br />
<strong>Qualitätsendstufe</strong><br />
<strong>Schneller</strong> <strong>50</strong>-W-<strong>High</strong>-Endverstärker<br />
Der Titel ist Programm: Der erste<br />
hochqualitative Elektor-Endstufenentwurf<br />
seit etwa zwei Jahren macht seinem<br />
Namen alle Ehre. Die Endstufe ist<br />
- sowohl im Umfang der Elektronik als<br />
auch in der Ausgangsleistung - kompakt,<br />
die Klangqualität (nicht nur)<br />
durch den Einsatz zweier moderner<br />
IGBT-Leistungstransistoren enorm.<br />
16<br />
Die Leistungsfähigkeit der Endstufe ist<br />
auf den normalen Hausgebrauch<br />
abgestimmt. Mit <strong>50</strong> W an 8 Ω beziehungsweise<br />
85 W an 4 Ω sollte sie<br />
auch bei höheren Lautstärken nicht in<br />
Leistungsdruck geraten. Wenn man<br />
bedenkt, daß bei Boxen mit üblichem<br />
Wirkungsgrad schon ein bis zwei Watt<br />
einen ohrenbetäubenden Schalldruck<br />
von ungefähr 90 dB in einem Meter<br />
Entfernung erzeugen, sollte auch bei<br />
Leistungsspitzen die Reserve der<br />
<strong>Kleine</strong> <strong>Qualitätsendstufe</strong> völlig ausreichend<br />
sein.<br />
Ein beachtenswertes Merkmal der<br />
Elektor 5/97
Endstufe ist der hohe Ruhestrom, der<br />
bei ”normalem” Gebrauch durchgehenden<br />
Klasse-A-Betrieb garantiert<br />
und somit jegliche Übernahmeverzerrungen<br />
vermeidet. Weitere Details<br />
tragen zum erstklassigen Klang bei:<br />
Die Endtransistoren sind sogenannte<br />
IGBTs, die schon in der IGBT-Endstufe<br />
(Elektor 9/95) eingesetzt wurden<br />
und sich wie bipolare MOSFETs verhalten.<br />
Statt der üblichen Spannungsgegenkopplung<br />
verfügt die<br />
<strong>Qualitätsendstufe</strong> über eine Stromgegenkopplung,<br />
was einen überaus<br />
positiven Einfluß auf die Schleifenverstärkung<br />
(Open-loop-Bandbreite),<br />
die Leistungsbandbreite sowie die<br />
Anstiegsgeschwindigkeit (slew rate)<br />
mit sich bringt. Die technischen Daten<br />
und die Meßschriebe illustrieren<br />
deutlich die geringen Harmonischen<br />
und Intermodulationsverzerrungen.<br />
O HNE<br />
D IFFERENZVERSTÄRKER<br />
Schon der allererste Blick auf den<br />
Schaltplan in Bild 1 zeigt jedem<br />
in der Audiotechnik erfahrenen<br />
Elektroniker einen deut-<br />
1<br />
T7<br />
BF245A<br />
0V037<br />
BC<br />
560C<br />
0V047<br />
C1 R1<br />
470Ω<br />
2µ2<br />
C3<br />
100µ 25V<br />
C2<br />
1n<br />
T8<br />
47k<br />
R2<br />
BF245A<br />
C4<br />
100µ 25V<br />
1V66<br />
1V66<br />
BC5<strong>50</strong>C<br />
BC560C<br />
C E<br />
B<br />
23V2<br />
D1<br />
BC<br />
5<strong>50</strong>C<br />
D2<br />
23V2<br />
T1<br />
T2<br />
470Ω<br />
47Ω<br />
47Ω<br />
470Ω<br />
BF245<br />
R5<br />
T3<br />
BC<br />
560C<br />
T4<br />
G D<br />
S<br />
R3<br />
R4<br />
BC<br />
5<strong>50</strong>C<br />
R6<br />
8k2<br />
R42<br />
Elektor 5/97<br />
0V1<br />
0V1<br />
36Ω5<br />
C5<br />
10µ<br />
63V<br />
R7<br />
C6<br />
10µ<br />
63V<br />
23V2<br />
11V8<br />
23V2<br />
R13<br />
1V24<br />
1V<br />
270Ω 221Ω<br />
1<strong>50</strong>Ω<br />
0V1 0V1<br />
1V 1V24<br />
lichen Unterschied zu herkömmlichen<br />
Endstufenkonzepten. Der obligate Differenzverstärker<br />
am Eingang glänzt<br />
durch Abwesenheit, statt dessen ist eine<br />
symmetrische Eingangskonfiguration<br />
zu erkennen, die stark an die Pufferstufe<br />
am Eingang des Akku-Preamps<br />
(Elektor 1-2/97) erinnert. Durch die<br />
Kombination eines solchen Puffers mit<br />
der Stromgegenkopplung erhält man<br />
einen Verstärker, der bedeutend schneller<br />
ist als die klassische Variante mit<br />
einer Differenzstufe am Eingang. Der<br />
<strong>Kleine</strong> Qualitätsverstärker besitzt eine<br />
Open-loop-Bandbreite von etwa 40<br />
kHz bei einem Verstärkungsfaktor von<br />
2<strong>50</strong>0. Durch den relativ niedrigen Verstärkungsfaktor<br />
kann die (Über-alles-)<br />
Gegenkopplung auf einen minimalen<br />
Wert beschränkt werden.<br />
Das Prinzip der Stromgegenkopplung<br />
hat aber auch seine negative Seite. Ein<br />
bekannter und nicht zu vermeidender<br />
Makel ist die schlechte GleichtaktundVersorgungsspannungsunterdrückung.<br />
Diese negativen Effekte lassen<br />
sich aber hier kompensieren, in<br />
dem zwei gewöhnliche Spannungsregler<br />
den gesamten Spannungsver-<br />
T5<br />
22Ω1<br />
22Ω1<br />
270Ω<br />
221Ω<br />
D7<br />
5V6<br />
0W5<br />
R12<br />
BC5<strong>50</strong>C<br />
R10<br />
R11<br />
T6<br />
340Ω<br />
BC560C<br />
R15<br />
R16<br />
R9<br />
10n<br />
R17<br />
1<strong>50</strong>Ω<br />
R14<br />
C9<br />
10n<br />
C8<br />
1n<br />
R8<br />
340Ω<br />
+17V6<br />
D8<br />
5V6<br />
0W5<br />
–17V6<br />
6<br />
C10<br />
1n<br />
C11<br />
C22<br />
2µ2<br />
7<br />
4V6<br />
C7<br />
1n<br />
4V6<br />
3<br />
IC3<br />
2<br />
1<br />
4<br />
8<br />
OP77<br />
D3<br />
BF245A<br />
1<strong>50</strong>k<br />
R19<br />
C12<br />
4µ7<br />
4V7 63V<br />
0W5<br />
32V<br />
D4<br />
10k<br />
R18<br />
T11<br />
R22<br />
C13<br />
4µ7<br />
4V7 63V<br />
0W5<br />
R41<br />
1<strong>50</strong>k<br />
R40<br />
C21<br />
2µ2<br />
27Ω4<br />
27Ω4<br />
T9<br />
BC560C<br />
T12<br />
BF872<br />
C14<br />
2µ2<br />
T13<br />
BF871<br />
T10<br />
0V35<br />
1k8<br />
1k<br />
BC5<strong>50</strong>C<br />
0V35<br />
R25<br />
R26<br />
10k<br />
270Ω<br />
R27<br />
22Ω<br />
P1<br />
1k<br />
BF871<br />
BF872<br />
E<br />
C<br />
1V25<br />
1V25<br />
B<br />
R28<br />
C17<br />
1µ<br />
270Ω<br />
R20<br />
R23<br />
IC1<br />
T14<br />
LM317<br />
4k7<br />
BD139<br />
E<br />
4k7<br />
R21<br />
R24<br />
BD139<br />
C<br />
1V3<br />
IC2<br />
LM337<br />
B<br />
D5<br />
10µ<br />
63V<br />
R29<br />
47Ω C15<br />
C16<br />
10µ<br />
63V<br />
D6<br />
stärkerteil versorgen. Leider wird<br />
durch diese Maßnahme die Versorgungsspannung<br />
deutlich geringer als<br />
beim Stromverstärker, obwohl es<br />
eigentlich genau umgekehrt sein<br />
sollte, um die Endstufe maximal aussteuern<br />
zu können. Um dennoch eine<br />
hohe Aussteuerbarkeit zu erzielen,<br />
wird ein Teil der Spannungsverstärkung<br />
(Faktor 2) vom Leistungsteil<br />
übernommen. Dies verhindert wiederum<br />
die übliche Konstruktion mit<br />
Emitterfolger, statt dessen wird eine<br />
Compound-Konfiguration (eine Art<br />
Darlington) verwendet.<br />
Die Endtransistoren T17 und T18 sind<br />
IGBTs, insolated gate bipolar transistors.<br />
Sie verhalten sich eingangsseitig wie<br />
adj.<br />
R32<br />
5V1 1W5<br />
0V138<br />
0V131<br />
R36<br />
5V1 1W5<br />
390Ω<br />
22Ω<br />
22Ω<br />
390Ω<br />
R33<br />
22Ω<br />
GT20D201<br />
T15<br />
MJE1<strong>50</strong>30<br />
R31<br />
4n7<br />
R35<br />
T16<br />
LM317<br />
Bild 1. Auffälligstes<br />
Detail der Schaltung<br />
ist der nicht vorhandeneDifferenzverstärker<br />
am Eingang. Für<br />
eine kräftige Ansteuerung<br />
der Boxen sorgt<br />
ein Paar IGBT’s (Insulated<br />
Gate Bipolar<br />
Transistors).<br />
2V4<br />
R30<br />
47Ω<br />
C18<br />
MJE1<strong>50</strong>31<br />
R37<br />
22Ω<br />
2V3<br />
GT20D101<br />
17<br />
0V088<br />
0V088<br />
adj.<br />
0Ω22<br />
0Ω22<br />
R34<br />
T17<br />
T18<br />
R38<br />
LM337<br />
0V<br />
L1<br />
C19<br />
1000µ<br />
40V<br />
R39<br />
2Ω2<br />
C20<br />
1000µ<br />
40V<br />
BC640<br />
22Ω<br />
T19<br />
R43<br />
Re1<br />
MJE1<strong>50</strong>30<br />
MJE1<strong>50</strong>31<br />
B E<br />
C<br />
R44<br />
27k<br />
22V<br />
30V<br />
C23<br />
100µ 40V<br />
27k<br />
C24<br />
220µ<br />
25V<br />
R45<br />
D9<br />
Re1 = V23056-A0105-A101<br />
30V<br />
LS<br />
LS<br />
GT20D101<br />
GT20D201<br />
G C E<br />
3x<br />
1N4002<br />
1k8<br />
D10<br />
D11<br />
R46<br />
BC640<br />
E B<br />
C<br />
970043 - 11<br />
22V<br />
22V
Technische Daten<br />
✓ Eingangsempfindlichkeit 1 V eff<br />
✓ Eingangsimpedanz 47,5 kΩ<br />
✓ Ausgangsleistung (0,1 % THD) <strong>50</strong> W an 8 Ω<br />
85 W an 4 Ω<br />
✓ Leistungsbandbreite (25 W/8 Ω) 1,5 Hz ... 270 kHz<br />
✓ Anstiegsgeschwindigkeit 37 V/ms<br />
✓ Signal/Rauschverhältnis (1 W/8 Ω) 107 dB(A)<br />
102 dB (B = 22 kHz lin.)<br />
✓ Harmonische Verzerrungen (THD)<br />
bei Bandbreite 80 kHz 0,0015 % (1 kHz)<br />
bei 1 W/8 Ω 0,0025 % (1 kHz)<br />
bei 25 W/8 Ω 0,008 % (20 kHz)<br />
✓ Intermodulationsverzerrungen<br />
(<strong>50</strong> Hz:7 kHz = 4:1)<br />
bei 1 W/8 Ω 0,0025 %<br />
bei 25 W/8 Ω 0,008 %<br />
✓ Dynamische IM-Verzerrungen<br />
(Rechteck 3,15 kHz mit Sinus 15 kHz)<br />
bei 1 W/8 Ω 0,002 %<br />
bei 25 W/8 Ω 0,002 %<br />
✓ Dämpfungsfaktor (bei 8 Ω) 700 (1 kHz)<br />
4<strong>50</strong> (20 kHz)<br />
✓ Schleifenparameter (R8 offen)<br />
Verstärkung 2<strong>50</strong>0<br />
Bandbreite 40 kHz<br />
Ausgangsimpedanz 0,3 Ω<br />
Wie Sie es von Elektor gewohnt sind, haben wir eine Reihe von<br />
Kurven mit dem Audio Precision Analyser aufgenommen.<br />
Bild A zeigt die harmonischen Verzerrungen (THD+N) in einem<br />
Frequenzband von 20 Hz bis 20 kHz. Die obere Kurve wurde bei<br />
einer Ausgangsleistung von 25 W an 8 Ω aufgenommen, die untere<br />
bei 1 W an 8 Ω. Beide Kurven verlaufen mustergültig; der übliche<br />
Anstieg bei hohen Frequenzen fällt sehr gering aus. Bild B gibt die<br />
Verzerrungen eines Signals von 1 kHz als Funktion der Aussteuerung<br />
an, gemessen in einer Bandbreite von 22 Hz ... 22 kHz. Am<br />
leichten Anstieg bei etwa 2,5 W ist der Wechsel vom A- in den B-<br />
Betrieb gut zu erkennen. Der Clipping-Point liegt bei etwa <strong>50</strong> W.<br />
In Bild C ist die Ausgangsleistung des Verstärkers als Funktion der<br />
Frequenz zu sehen. Die Belastung beträgt 4 Ω respektive 8 Ω.<br />
Schließlich zeigt Bild D die Fourier-Analyse eines 1-kHz-Signals<br />
bei 1 W und 8 Ω. Die zweite und dritte Harmonische sind zwar<br />
noch deutlich erkennbar, befinden sich aber im respektablen<br />
Abstand (-105 dB und -122 dB) zum Nutzsignal. Alle weiteren Harmonischen<br />
versinken im Rauschboden.<br />
In ausgiebigen Hörtests wußte die <strong>Kleine</strong> <strong>Qualitätsendstufe</strong> noch<br />
mehr zu überzeugen als durch ihre glänzenden Meßwerte. Sie<br />
erzeugt ein angenehmes, sehr präsentes Klangbild mit brillanten,<br />
niemals aber spitz wirkenden Höhen. Die niederen Frequenzbereiche<br />
werden mit ausreichendem Druck durchweg straff und kernig<br />
wiedergegeben, der Mitteltonbereich zeichnet sich durch<br />
Lebendigkeit und auch bei komplexer Musik hervorragendes<br />
Detailreichtum aus.<br />
MOSFETs, so daß die Treiber T15/T16<br />
nur einen geringen Strom liefern müssen,<br />
wodurch die lokale Gegenkopplung<br />
nur wenig belastet wird. Als<br />
Folge davon können die Treiber höher<br />
verstärken, was einen sehr positiven<br />
Einfluß auf die Linearität des Stromverstärkers<br />
hat.<br />
0.010<br />
Der Eingangsverstärker besteht aus<br />
zwei Emitterfolgern (T1/T2) und zwei<br />
symmetrischen Verstärkerstufen (T5<br />
und T6). Die Stromgegenkopplung<br />
verläuft vom Endstufenausgang zu<br />
den Emittern dieser Transistoren.<br />
Abgesehen von der Impedanzanpassung<br />
sorgen die Emitterfolger auch für<br />
A<br />
B<br />
C<br />
D<br />
10<br />
0.1<br />
THD+N(%) vs FREQ(Hz)<br />
0.001<br />
20 100 1k 10k 20k<br />
die notwendige Basiseinstellung von<br />
T5 und T6. Über R10 und R11 fällt<br />
nämlich die gleiche Spannung ab wie<br />
über R3 und R4, die ihrerseits von den<br />
mit T3 und T4 aufgebauten Stromquellen<br />
konstant gehalten wird. Die<br />
Stromquellen sind durch die als Referenz<br />
verwendeten LEDs D1 und D2<br />
18 Elektor 5/97<br />
1<br />
1<br />
0.1<br />
0.010<br />
0.001<br />
ELEKTOR DEFAULT3<br />
AUDIO PRECISION THDVSLVL THD+N(%) vs measured LEVEL(W)<br />
970043 - 13<br />
.0005<br />
1m 10m 0.1 1 10 <strong>50</strong><br />
300<br />
100<br />
10<br />
-20.00<br />
-40.00<br />
-60.00<br />
-80.00<br />
-100.0<br />
-120.0<br />
-140.0<br />
AUDIO PRECISION PWR-BAND LEVEL(W) vs FREQ(Hz)<br />
970043 - 14<br />
1<br />
20 100 1k 10k 20k<br />
0.0<br />
ELEKTOR GB3FFT AMP1(dBr) vs FREQ(Hz)<br />
970043 - 15<br />
-160.0<br />
0.0 <strong>50</strong>0.0 1.00k 1.<strong>50</strong>k 2.00k 2.<strong>50</strong>k 3.00k 3.<strong>50</strong>k 4.00k<br />
970043 - 16
sehr stabil. Der Strom durch die LEDs<br />
wird durch die FET-Stromquellen konstant<br />
gehalten. Um zu verhindern, daß<br />
die Einstellung der Eingangsstufe aufgrund<br />
von Temperaturschwankungen<br />
”wegläuft”, sind T5 und T6 thermisch<br />
mit T1 und T2 und die Referenz-LEDs<br />
mit den Stromquellentransistoren T3<br />
und T4 gekoppelt. Wie man sieht, ist<br />
nichts dem Zufall überlassen ...<br />
Um eine optimale Klangqualität zu<br />
erzielen, sollten die Transistoren T1<br />
und T2 auf gleiche Basis/Emitterspannung<br />
und Stromverstärkung selektiert<br />
werden. Dabei muß die Offsetspannung<br />
über R2 unter <strong>50</strong> mV bleiben.<br />
Eine vollkommene Symmetrie aber<br />
läßt sich dadurch nicht erreichen, ein<br />
geringer Ausgangsoffset ist immer vorhanden.<br />
Um diesen kleinen Offset zu<br />
kompensieren, ist die Schaltung mit<br />
IC3 hinzugefügt, die den Gegenkopplungsknoten<br />
R10/R11 auf eben diese<br />
Offsetspannung zieht.<br />
P OWER !<br />
Der Eingangsverstärker T5/T6 steuert<br />
die aus T9...T13 bestehende Gegentaktstufe.<br />
Diese Stufe ist nach dem<br />
Kaskode-Prinzip gestaltet, da es den<br />
Spannungsabfall und die Verlustleistung<br />
des tatsächlichen Spannungsverstärkers<br />
T9/T10 begrenzt. Außerdem<br />
eignet sich eine Kaskode-Stufe<br />
hervorragend für eine hohe Verstärkung<br />
bei gleichfalls hoher Bandbreite.<br />
Für die Gleichstromeinstellung der<br />
Kaskoden sorgen die Z-Dioden D3<br />
und D4, welche ihrerseits durch die<br />
Stromquelle T11 mit einem konstanten<br />
Strom versorgt werden. Die Eingangsimpedanz<br />
von T15/T16 stellt die Belastung<br />
der Kaskode-Stufe dar. Da die<br />
Impedanz mit dem Ausgangsstrom des<br />
Verstärkers schwankt, wird sie von R28<br />
linearisiert. C17 verhindert, daß die<br />
Gleichstromeinstellung von T16 durch<br />
die Linearisierung beeinflußt wird.<br />
T14 und die umgebenden Bauteile bilden<br />
die Elektor-Lesern vertraute temperaturabhängige<br />
”Transistor-Z-<br />
Diode”. Der Transistor wird auf dem<br />
Kühlkörper direkt neben Endtransistoren<br />
T17 und T18 plaziert. Durch diese<br />
Temperaturkopplung bleibt der mit P1<br />
einstellbare Ruhestrom der Endstufe<br />
stabil. R27 bewirkt einen negativen<br />
Temperaturkoeffizienten, um den Wärmeleitungswiderstand<br />
des Kühlkörpers<br />
(zwischen T14 und den Endtransistoren)<br />
zu kompensieren.<br />
Der Ausgang des Spannungsverstärkers<br />
steuert den Stromverstärker<br />
T15/T16 an. Dieser ist nach dem Compound-Prinzip<br />
aufgebaut und liefert<br />
neben einer Strom- auch eine Spannungsverstärkung<br />
um den Faktor 2.<br />
Die Spannungsverstärkung wird von<br />
dem Widerstandsverhältnis R29 und<br />
R30 festgelegt. C18 verbessert das<br />
Rechteckverhalten. Da bei einer Compound-Konfiguration<br />
die Kollektoren<br />
Elektor 5/97<br />
der Endtransistoren gleichzeitig den<br />
Ausgang des Stromverstärkers darstellen,<br />
hat die Gate/Emitter-Spannung<br />
keinen Einfluß auf die maximale Aussteuerbarkeit<br />
der Verstärkerstufe - ein<br />
großer Vorteil, wenn man bedenkt,<br />
daß die Gate/Emitter-Spannung einige<br />
Volt betragen kann. Die einzige<br />
Begrenzung verursacht die Sättigungsspannung<br />
der IGBTs. In der Praxis<br />
kann man die Endstufe etwa im<br />
Bereich ±28 V aussteuern.<br />
Die Emitterwiderstände R34 und R38<br />
müssen induktionsarm oder -frei sein,<br />
um die Oszillationsneigung zu unterdrücken.<br />
Die über R39 gewickelte<br />
Induktivität verbessert das Verhalten<br />
des Verstärkers bei kapazitiver Belastung.<br />
Die Z-Dioden D5 und D6 schützen<br />
die Gates der IGBTs vor möglicher<br />
Übersteuerung.<br />
Die Temperatur der Treiber beeinflußt<br />
den Ruhestrom der Endstufe sehr<br />
stark. Zwar kann man dies nicht vollständig<br />
verhindern, doch um das<br />
thermische Verhalten der Endstufe so<br />
weit wie möglich zu stabilisieren,<br />
werden neben der Transistor-Z-Diode<br />
T14 auch die Treiber T15 und T16<br />
zusammen mit den Endstufentransistoren<br />
auf einen gemeinsamen Kühlkörper<br />
montiert.<br />
Z UBEHÖR<br />
Um die Verstärkerschaltung so kompakt<br />
wie möglich zu halten, haben wir<br />
uns beim Thema Zubehör auf das<br />
Allernotwendigste beschränkt. Um das<br />
nervende und den Lautsprecherchassis<br />
nicht gerade zuträgliche Ein- und<br />
Ausschaltknallen zu vermeiden, ist<br />
aber eine Ein/Ausschaltverzögerung notwendig.<br />
Dies wird von der Schaltung<br />
um T19 erledigt, die den Strom direkt<br />
aus der Sekundärwicklung des Netztrafos<br />
bezieht. Die Wechselspannung<br />
wird von D10 und D11 gleichgerichtet.<br />
Nach dem Einschalten der Betriebsspannung<br />
lädt sich C24 langsam über<br />
R45 auf, bis T19 leitet und das Relais<br />
anzieht. C23 glättet die Spannung von<br />
ungefähr 22...24 V über der Spulenwicklung.<br />
Beim Ausschalten kann sich<br />
C24 blitzartig über D9 und R46 entladen,<br />
so daß das Relais abfällt, lange<br />
bevor die Versorgungsspannung des<br />
Verstärkers zusammenbricht.<br />
Die Offset-Regelung haben wir schon<br />
oft bei Elektor-Endstufen eingesetzt.<br />
Der Trick dabei ist das Tiefpaßfilter<br />
R40/C21 mit einer extrem niedrigen<br />
Grenzfrequenz , das aus dem Audiosignal<br />
am Verstärkerausgang (nahezu)<br />
den Gleichspannungsanteil extrahiert.<br />
Der Opamp IC3 vergleicht diese<br />
Quasi-Gleichspannung mit Masse.<br />
Tritt eine Abweichung auf, verschiebt<br />
der Opamp den Gleichspannungspegel<br />
am Endpunkt der Gegenkopplungsschleife<br />
entsprechend. R41 und<br />
C22 sorgen dafür, daß der Opamp nur<br />
bei Gleich- und sehr niederfrequenten<br />
Spannungen eine hohe Verstärkung<br />
besitzt. Die Anordnung garantiert, daß<br />
die Ausgangsoffsetspannung des Verstärkers<br />
niemals größer werden kann<br />
als der Eingangsoffset des für die<br />
Regelung eingesetzten OP77, nämlich<br />
(bei 25 °C) maximal 100 µV. Selbst bei<br />
starken Temperaturschwankungen<br />
erhöht sich dieser Wert nur unwesentlich.<br />
Die beiden Z-Dioden haben<br />
die Aufgabe, die Versorgungsspannung<br />
von ±23,2 V auf für den OP77<br />
zulässige ±17,6 V zu reduzieren.<br />
Schließlich noch ein paar Worte zur<br />
Spannungsstabilisierung des Eingangsund<br />
Spannungsverstärker. Für die<br />
Regelung sorgen einstellbare Spannungsregler<br />
vom Typ LM317 und<br />
LM337 (IC1 und IC2), die nicht nur<br />
durch je zwei Widerstände (R20/R21<br />
und R23/R24) auf die gewünschte Ausgangsspannung<br />
eingestellt werden<br />
können, sondern auch hohe Eingangsspannungen<br />
vertragen und für<br />
eine gute Unterdrückung der Versorgungsspannungswelligkeit<br />
sorgen. Mit<br />
den Elkos C15 und C16 liegt dieser<br />
Wert bei etwa 70...80 dB.<br />
B ESTÜCKUNG<br />
In Bild 2 ist die Platine der Endstufe<br />
zu sehen. Da sie doppelseitig ausgeführt<br />
ist, weist sie geringe Abmessungen<br />
und kurze Leiterbahnführung auf.<br />
Dazu garantiert das Layout eine<br />
besonders übersichtliche Bestückung,<br />
so daß der Aufbau keinerlei Probleme<br />
machen dürfte. Die Transistoren<br />
T14...T18 befinden sich am Platinenrand<br />
und können so an einem<br />
gemeinsamen Kühlkörper befestigt<br />
werden. Dies erfordert eine galvanische<br />
Trennung der Transistoren mittels<br />
Isolierplättchen und -buchsen! Mit<br />
Blick auf die Temperaturstabilität sollte<br />
man T14 so hoch am Kühlkörper<br />
anbringen, daß sich der Transistor auf<br />
einer Höhe mit T17 befindet und der<br />
Abstand zwischen beiden Transistoren<br />
minimal ist. Die anderen Halbleiter -<br />
auch die Spannungsregler - bedürfen<br />
keiner Kühlung.<br />
Die vier Halbleiter-Paare T1/T5, T4/T6,<br />
D1/T3 und D2/T4 werden thermisch<br />
gekoppelt, indem man sie vor dem<br />
Verlöten mit ein wenig Wärmeleitpaste<br />
bestreicht und mit Kabelbindern<br />
zusammengepreßt. Dies ist nur möglich,<br />
wenn rechteckige LEDs eingesetzt<br />
werden. Achten Sie hier besonders auf<br />
korrekte Bestückung, denn später läßt<br />
sich einem Fehler nur noch schwer auf<br />
die Spur kommen.<br />
Spule L1 besteht aus 1,5 mm durchmessenden<br />
Kupferlackdraht und wird<br />
in acht Windungen über den Schaft<br />
eines 9-mm-Bohres gewickelt, danach<br />
R39 in die Spule gesteckt und beides<br />
einige Millimeter über der Platinenoberfläche<br />
montiert. Alle Anschlüsse,<br />
die hohe Ströme führen, sind über<br />
AMP-Flachstecker geführt: die beiden<br />
19
2<br />
C3<br />
C9<br />
H4<br />
R19<br />
C8<br />
T12<br />
T11<br />
C10 T13<br />
R22<br />
D3 R18<br />
D4<br />
C5<br />
R20<br />
R21<br />
H3<br />
R14<br />
R13<br />
C15<br />
C1<br />
C2<br />
C17<br />
C12<br />
R10 R8 R9<br />
D1 T3 T5<br />
R11<br />
T6<br />
R42<br />
D2 T4<br />
R5<br />
Bild 2. Das doppelseitige Layout ermöglicht<br />
einen kompakten Aufbau der Endstufe. Die<br />
breiten Leiterbahnen kennzeichnen den<br />
Hochstrombereich.<br />
T15<br />
IC1<br />
R27<br />
R31<br />
R35<br />
R3<br />
P1<br />
R12<br />
R15<br />
R7<br />
T1 T2<br />
R1<br />
R2<br />
R25<br />
R26<br />
C14<br />
R28<br />
T9 T10<br />
T7<br />
T16<br />
T14<br />
R4<br />
T<br />
T8<br />
C6<br />
R33<br />
R16<br />
R17<br />
R6<br />
C11<br />
C13<br />
C16<br />
T17 T18<br />
R32<br />
R34<br />
D5<br />
C18<br />
R36<br />
D6<br />
R39 L1<br />
R30<br />
C4<br />
R24<br />
R23<br />
C7<br />
R40<br />
D8<br />
IC2<br />
Unterseite<br />
Oberseite<br />
R29<br />
LS- LS+<br />
C21<br />
IC3<br />
D7<br />
R37<br />
R41<br />
RE1<br />
C24<br />
C22 C23<br />
970043-1<br />
970043-1<br />
C20<br />
C19<br />
R38<br />
D9<br />
R44<br />
R45<br />
R46<br />
T19<br />
R43<br />
+<br />
0<br />
-<br />
20 Elektor 5/97<br />
0<br />
H2<br />
D10<br />
~ ~<br />
D11 H1<br />
Stückliste<br />
Widerstände:<br />
R1,R5,R6 = 470 Ω<br />
R2 = 47 k<br />
R3,R4 = 47 Ω<br />
R7 = 36Ω5 1%<br />
R8,R9 = 340 Ω 1%<br />
R10,R11 = 22Ω1 1%<br />
R12,R15,R20,R23 = 270 Ω<br />
R13,R16 = 221 Ω 1%<br />
R14,R17 = 1<strong>50</strong> Ω<br />
R18,R28 = 10 k<br />
R19,R22 = 27Ω4 1%<br />
R21,R24 = 4k7<br />
R25,R46 = 1k8<br />
R26 = 1 k<br />
R27,R31,R33,R35,R37,R43 = 22 Ω<br />
R29,R30 = 47 Ω/5 W<br />
R32,R36 = 390 Ω<br />
R34,R38 = 0Ω22/5 W induktionsarm<br />
(MPC71)<br />
R39 = 2Ω2/5 W<br />
R40,R41 = 1<strong>50</strong> k<br />
R42 = 8k2<br />
R44,R45 = 27 k<br />
P1 = 1 k Trimmpoti<br />
Kondensatoren:<br />
C1,C14,C21,C22 = 2µ2 MKT, RM 5/7,5<br />
mm<br />
C2,C7,C8,C10 = 1 n<br />
C3,C4 = 100 µ/25 V stehend<br />
C5,C6,C15,C16 = 10 µ/63 V stehend<br />
C9,C11 = 10 n<br />
C12,C13 = 4µ7/63 V stehend<br />
C17 = 1 µ MKT, RM 5/7,5 mm<br />
C18 = 4n7<br />
C19,C20 = 1000 µ/40 V stehend<br />
C23 = 100 µ/40 V stehend<br />
C24 = 220 µ/25 V stehend<br />
Spule:<br />
L1 = 8 Windungen CuL 1,5 mm, Innendurchmesser<br />
9 mm<br />
Halbleiter:<br />
D1,D2 = flache 5-mm-LED<br />
D3,D4 = Z-Diode 4V7/0W5<br />
D5,D6 = Z-Diode 5V1/1W5<br />
D7,D8 = Z-Diode 5V6/0W4<br />
D9...D11 = 1N4002<br />
T1,T3,T6,T9 = BC560C<br />
T2,T4,T5,T10 = BC5<strong>50</strong>C<br />
T7,T8,T11 = BF245A<br />
T12 = BF872<br />
T13 = BF871<br />
T14 = BD139<br />
T15 = MJE1<strong>50</strong>30 (Motorola)<br />
T16 = MJE1<strong>50</strong>31 (Motorola)<br />
T17 = GT20D201 (Toshiba)<br />
T18 = GT20D101 (Toshiba)<br />
T19 = BC640<br />
IC1 = LM317T<br />
IC2 = LM337T<br />
IC3 = OP77 (Analog Devices)<br />
Außerdem:<br />
Re1 = Relais 24 V/875 Ω, mit Schaltkontakt<br />
16 A/2<strong>50</strong> V (Siemens V23056-<br />
A0105-A101)<br />
5 AMP-Flachstecker für Schraubmontage<br />
(3 mm)<br />
Kühlkörper SK85SA/75mm (Fischer, 1,2<br />
K/W)<br />
Isolierplättchen für T14..T18<br />
Platine EPS 970043-1 siehe Service-Seiten<br />
(in der Heftmitte)<br />
Netzteil:<br />
Ringkerntrafo 2·22 V/160 VA, Brückengleichrichter<br />
200 V/35 A, 6 Elkos á<br />
10.000 µ/<strong>50</strong> V
3<br />
Versorgungsspannungen und das<br />
Massepotential am Platinenrand sowie<br />
die beiden Lautsprecheranschlüsse LSund<br />
LS+ neben dem Ausgangsrelais.<br />
Die Spannungen der Relaissteuerung<br />
werden genau wie die Eingänge für<br />
das NF-Signal über Lötnägel geleitet.<br />
Signalmasse und Nullpotential dürfen<br />
nicht miteinander verbunden werden.<br />
In Bild 3 ist ein Foto der komplett mit<br />
Kühlkörper aufgebauten Endstufe zu<br />
sehen. Der Kühlkörper darf einen<br />
4<br />
Bild 3. Die aufgebaute<br />
Endstufe mit Kühlkörper<br />
Netzeinschaltverzögerung<br />
0A8 T<br />
Elektor 5/97<br />
2x 22V<br />
160VA<br />
Wärmewiderstand von höchstens 1,2<br />
K/W wie der SK85SA/75 mm von<br />
Fischer aufweisen.<br />
D ER ERSTE T EST<br />
Ist die Platine vollständig aufgebaut<br />
und anhand der Stückliste und des<br />
Bestückungsplans gründlich kontrolliert,<br />
ist es Zeit für die ersten Testläufe.<br />
Dazu ist aber ein passendes Netzteil<br />
Bild 4. Einfach, aber<br />
wirkungsvoll: Eine<br />
kräftige Stromversorgung<br />
für einen Mono-<br />
Block.<br />
22V 22V<br />
200V/35A<br />
4x 10.000µ<br />
<strong>50</strong>V<br />
30V<br />
30V<br />
970043 - 12<br />
notwendig, wie es Bild 4 zeigt. Es ist<br />
nach altbekanntem Rezept mit Trafo,<br />
Brückengleichrichter und Ladeelkos<br />
aufgebaut. In der angegebenen Dimensionierung<br />
ist das Netzteil für eine<br />
Monoendstufe geeignet. Für unser<br />
Labormuster haben wir einen Ringkerntrafo<br />
mit 2·22 V/160 VA, einen 35-<br />
A-Brückengleichrichter und sechs dicke<br />
Elkos von jeweils 10.000 µF eingesetzt.<br />
Diese Kombination sorgt auch bei 4-Ω-<br />
Belastung für eine adäquate Stromversorgung.<br />
Ebenfalls ist zu sehen, wie die<br />
Relaissteuerung am Netzteil angeschlossen<br />
wird. Die gestrichelt eingezeichnete<br />
Netzeinschaltverzögerung ist<br />
optional, aber empfehlenswert. Sie<br />
”kappt” den enormen Einschaltstromstoß<br />
der Endstufe. Geeignete Schaltungen<br />
wurden schon häufig in Elektor<br />
vorgestellt. Im kommenden<br />
Halbleiterheft wird eine brandaktuelle<br />
Einschaltverzögerung zu finden sein.<br />
Sorgen Sie dafür, daß die Drahtverbindungen<br />
für hohe Ströme ausreichend<br />
dimensioniert sind.<br />
Vor dem ersten Einschalten dreht man<br />
Trimmpoti P1 gegen den Uhrzeigersinn<br />
ganz nach links, damit der Ruhestrom<br />
durch die Endtransistoren<br />
zunächst minimal ist. Jetzt schaltet<br />
man das Netzteil ein und kontrolliert<br />
- wenn nichts sofort in Rauch und<br />
Flammen aufgeht - mit dem Multimeter<br />
zunächst die Betriebsspannungen<br />
21
des Eingangsverstärkers von ±23,2 V<br />
und anschließend die Ausgangsspannung<br />
der Endstufe (nahezu 0 V). Zeigt<br />
das DVM andere Werte an, muß der<br />
Eingangs- und Spannungsverstärkerteil<br />
nochmals genau überprüft werden.<br />
Zur Sicherheit können Sie die im<br />
Schaltbild angegebenen Spannungswerte<br />
überprüfen. Die beiden LEDs<br />
sollten übrigens sichtbar leuchten.<br />
Ist alles in Ordnung, stellt man mit P1<br />
den Ruhestrom ein. Dazu schließt man<br />
das DVM über R34 oder R38 an und<br />
dreht P1 langsam nach rechts, bis das<br />
DVM 88 mV anzeigt. Dies entspricht<br />
einem Ruhestrom von 400 mA. Bei<br />
ausreichend dimensioniertem Kühlkörper<br />
(
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