180Watt Darlington Subamp=)

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redled
Ist häufiger hier

#1 erstellt: 09. Mrz 2007, 09:23

Moin!

Auf einer russischen

Seite fand ich eine interessante Schaltung für einen kompakten leistungsstarken Subamp.
Da ich alle dort verwendenten Halbleiter vorrätig hatte, konnte ich der Versuchung nicht widerstehen=)
Ich hoffe, daß Dmitry mir diesen miesen Hack verzeiht

Es handelt sich um eine Darlington-Endstufe mit jeweils 2 Stück NPN KT827A & 2 x PNP KT825G. Sie leistet etwa 180Watt Sinus an 4Ohm und etwa 280Watt an 2Ohm bei +/-45V.

Dmitry schreibt auf seiner Webseite, daß mit einem Transistorpaar an 4Ohm 150Watt möglich wären. Dies ist aber nur möglich, wenn anstelle des KT825G der 2T825A zum Einsatz kommt. Der 2T825A(pnp) hat wie der KT827A(npn) eine Sperrschichttemperatur von 200°C und der max. Strom(Icm max) beträgt wie beim KT827A 40A. Die Totalverlustleistung ist beim 2T825A mit Ptot = 160Watt angegeben.

Daten der verwendeten Darlington:
KT825G, pnp(Ptot=125W, Uceo= 90V, Ic=20A(30A), Ib=0,02, UCEsat=1,9V, h21e=750-1500, ft min. >4MHz, ft typ. 15Mhz,RthG=1,0) und
KT827A, npn(Ptot=125W, Uceo=100V, Ic=20A(40A), Ib=0,04, UCEsat=1,7V, h21e=750-18000, ft min. >4MHz, ft typ. 55MHz, RthG=1,4).

Hier der Plan:

Als Eingangsdifferenzverstärker kommt der LF357H(Metal Can Package), JFET OPV, 5-18V, TO99 zum Einsatz.
Es handelt sich um einen schnellen OPV mit großer Bandbreite(20Mhz) und geringen Eigenrauschen.

Also flott die Platine von Hand

gezeichnet und leicht modifiziert bestückt. In der Testversion habe ich für die Treibertransistoren noch die laut Schaltbild vorgesehenen russischen -> KT814G und KT815G verwendet. Diese werden später durch ein ausgemessenes Komplementär Pärchen bestehend aus SD349/SD350 ersetzt.

Nach zwei geschossenen LF357H(ein MKT wurde beidseitig auf Masse gelötet

), einen qualmenden Sony-Speaker(angeblich 70Watt...) und eine schlaflose Nacht tat die Schaltung endlich ihren Dienst.

Hier nun ein paar Bilder von dem Konstrukt

Ja, der Kühlkörper ist zu klein

Es sind allerdings auch nur 2 Transistoren in Betrieb.
Der Ruhestrom liegt hier (noch) relativ hoch, etwa 650mA.

Noch ein Bildchen des Eingangs-/Ausgangssignales bei 20KHz Sinus.

Leider hatte ich keine passenden 10000µF Becherelkos zur Hand, deshalb musste noch eine Bastelei her=)...

Im Bild steht 10 x 100µF, es handelt sich aber um 1000µF Elkos!
Der verwendete Trafo liefert 2 x 18V~ und somit liefert das Netzteil leider nur 2 x 24V- bei jeweils 3A. Wie langweilig!!!

Der Subamp kann direkt an einen Line-Ausgang einer Quelle angeschlossen werden. Die Eingangsempfindlichkeit ist regelbar.
Klanglich sehr ausgewogen, transparente klare Höhen und ein sauberer Bass.
Als nächstes muss ein gesitteter Ringkerntrafo(2x35V,500W) her.
Desweiteren benötige ich noch 4 Stück Lastwiderstände(0,27 Ohm, 5Watt). Die Beiden auf der Platine haben einen Wert von 1 OHM.
Dann erfolgt die Zuschaltung des zweiten Darlingtonpaares.

Insgesamt ein einfaches Projekt, daß auch für Einsteiger interessant sein dürfte. Simpel, robust, kein Rauschen, kein Brummen!
Fortsetzung folgt...

PS. Wer hat noch Lautsprecher größerer Leistung für Testzwecke übrig

Grüße Rico

[Beitrag von redled am 11. Mrz 2007, 13:36 bearbeitet]

redled
Ist häufiger hier

#2 erstellt: 09. Mrz 2007, 23:34

So, nachdem nun vernünftige Emitterwiderstände eingelötet wurden, konnte der Ruhestrom des Verstärkers auf 270mA reduziert werden.

Hier noch ein paar Graphen, jeweils 1KHz, 10KHz und 20KHz Sinus, IN und OUT liegen übereinander!

Das Aufschalten des 2ten Komplementärpaares(KT827A & KT825G) gestaltete sich als schwierig. Der Ruhestrom stieg schlagartig auf 7Ampere an?. Da schwingt etwas ganz gewaltig. In den nächsten Tagen nehme ich mir die Sache nochmal vor.
Bin für jede Hilfe diesbezüglich dankbar.

Grüße Rico

[Beitrag von redled am 10. Mrz 2007, 13:28 bearbeitet]

redled
Ist häufiger hier

#3 erstellt: 10. Mrz 2007, 04:30

Das zusätzliche Darlingtonpaar wurde mit Erfolg in Betrieb genommen.

Dafür musste ich die Kondensatoren C4 und C7 auf jeweils 10nF ändern, und vorerst sicherheitshalber ein Boucherotglied(47nF-6,8Ohm..später dann 39Ohm) eingefügen.

Der Ruhestrom des Verstärkers beträgt nun ca. 350mA. Weniger ist durchaus möglich, allerdings mit leichten linearen Verzerrungen im unteren Frequenzbereich bis 800Hz im Scheitelpunkt der negativen Halbwelle.
Das Kühlprofil hat die Abmessungen 195x120x38. Es wird mit
den zwei Darlingtonpärchen in Ruhe etwa 40-43°C warm.

Im nächsten Schritt wird der Kühlkörper mit den montierten Darlington und die Platine miteinander verschraubt.
Ideal wäre eine 10mm dicke Aluminiumplatte, die Kühlprofil und die Platine mit den Leistungstransistoren miteinander verbindet.
Dann könnten die KT's wie vorgesehen auf der Platine montiert werden.
Somit entsteht eine kompakte Einheit mit geringen Abmessungen.
Wir werden sehen...

Übrigens...um die Bohrungen, Abstände und die 45° Anordnung der Transistoren auf das Kühlprofil(innen 195x34mm) zu bringen, habe ich einfach ein TO3-Gehäuse in Photoshop um 45° gedreht und 3 x kopiert, dann nebeneinander angeordnet.
Ausdrucken, mit Holzleim aufkleben, vor dem Bohren körnern und wieder abziehen=).

Grüße Rico

[Beitrag von redled am 11. Mrz 2007, 13:44 bearbeitet]

Ultraschall
Inventar

#4 erstellt: 10. Mrz 2007, 12:00

Ich sehe auf deinen Oszibildern Verzerrungen im Nulldurchgang. Die müssen aber weg.

redled
Ist häufiger hier

#5 erstellt: 10. Mrz 2007, 13:03

Moin Ultra!

Da ist nichts, die beiden Graphen liegen nur nebeneinander/übereinander. Hätte ich vieleicht dazuschreiben sollen. Ich habe das Oszi für die Bilder in den Speicherbetrieb/Holdbetrieb geschalten. Da werden die Kanten etwas betont. Später knipse ich noch mal ein Bild im Analogbetrieb.

So sieht der Single-Graph(Ausgang) aus:

Grüße Rico

[Beitrag von redled am 10. Mrz 2007, 13:19 bearbeitet]

Stampede
Inventar

#6 erstellt: 10. Mrz 2007, 13:32

Hallo,

manche Bauteile sehen ja aus wie ausm 2. Weltkrieg...

Die Bauteile scheinen etwas exotisch zu sein.
Wie ist das mit dem Matchen der Darlingtons? Das ist immer sehr problematisch, und die OPV-basierten Konzepte sollen ja den rein diskreten etwas hinterherhinken. Gags da keine Probleme?

Gruß Stampede

redled
Ist häufiger hier

#7 erstellt: 10. Mrz 2007, 15:39

manche Bauteile sehen ja aus wie ausm 2. Weltkrieg...

, ähm...ja. Ich stehe auf Exoten! Die habe ich teilweise in Massen hier liegen. Die MKT-Kondensatoren sind trotz RFT sehr hochwertig. Auch die 8Watt Z-Dioden, die Elkos und die Schutzdioden kommen von RFT=). Die hässlichen 4Watt-Drahtwiderstände(RFT, Bj. 1988) in rotbraun erfüllen ihren Zweck und stecken ordentlich was weg.

Wie ist das mit dem Matchen der Darlingtons?

Das sind Typen aus der Ex-UdSSR. Und sie sind noch nicht gepaart...

Mir fehlt selbst die Möglichkeit dazu und ich wollte nicht warten. Wird natürlich noch nachgeholt

Allerdings stammen sie aus der gleichen Charge.
Im Grunde lassen sich alle Bauteile ohne Probleme durch moderne Typen ersetzen. Für die Treiber können BD139/BD140, BD237/BD238 verwendet werden.

die OPV-basierten Konzepte sollen ja den rein diskreten etwas hinterherhinken. Gabs da keine Probleme

Keine Probleme, gar nicht. Zumindest was die Verwendung des LF357H angeht. Da schwingt nichts.
Der Bursche ist sehr schnell.
Die Unity-Gain-Bandbreite 4 mal so gross wie beim LF356,
Er hat eine Slewrate von 50 V/µs (= 790 kHz bei 10 Vp).

Momentan betreibe ich ihn mit +/-12,7V. Die Z-Dioden sind 13V-Typen, 14er habe ich nicht da, 16V dann wieder.
Die Differential Input Voltage kann aber ±30V betragen.

Das Kühlprofil in der Endstufe auf Deiner Seite wäre genau das richtige für mich

. Kostenpunkt?

Viele Grüße Rico

[Beitrag von redled am 10. Mrz 2007, 15:57 bearbeitet]

Stampede
Inventar

#8 erstellt: 10. Mrz 2007, 19:04

Das Kühlprofil in der Endstufe auf Deiner Seite wäre genau das richtige für mich . Kostenpunkt?

Das habe ich mir direkt bei

Fischer bestellt. Vor ca. einem Jahr haben die 13€ Euro pro Stück gekostet. Es handelt sich dabei um einen

LA 1 04 A.

Die Dinger sind echt gut was Wärmeableitung und Größe anbelangt.

Grüße Stefan

zucker
Inventar

#9 erstellt: 10. Mrz 2007, 20:40

Hallo Rico,

mit der Schaltung kann ich mich nicht so recht anfreunden, deshalb eine Anregung.
Du schreibst von einem hohen Ir. Mir erscheint die Anbindung der U-Treiber nicht sonderlich glücklich, da im Ruhezustand der OPV 0V Potential am Ausgang haben muß, Q4 aber öffnen soll und demzufolge in den -Bereich abrutscht. Dadurch dürfte sich eine Schieflage des Mittenpotentials der End-T einstellen, was auch den hohen Ir erklären würde. Außerdem würde das auch den Kurvenknick in der negativen Halbwelle erklären. Oben tut er, unten nicht so, weil der Ir da weniger ist.

R1 und R15 müßten eigentlich mit je einem T versehen werden, der Ruheströmling nachgesetzt werden.

Eventll. so, hab ich vorhin mal etwas überschlagen:

http://files.hifi-forum.de/Zucker/Selbstbau/OPV Stufe.GIF

Es sei darauf hingewiesen, daß es eine Grobplanung ist. Die End-T sollen Deine Darlington darstellen.
Der Einsatz als Compoundstufe ist gut, wird aber T`s mit enormen stabilen h21e verlangen. R5 und R6 müßten erheblich kleiner werden, um wenigstens 20mA Querstrom zu ermöglichen. Der wert von 430R ist Deinem Plan entnommen. Wie man sieht, fließen nur 2.7mA und das ist mit Sicherheit zu wenig.

T8 und T9 sind nun die eigentlichen U-treiber im push/pull Verfahren. Durch den Spannungsteiler R14/R16, respektive R15/R17, sind sie immer ein wenig offen und lassen ei8nen Querstrom über den Ruheströmling zu, der nun seinerseits eine definierte Ruhestromeinstellung der End-T zulässt.

Die Vollaussteuerung wird trotz Spannungshub von +/- 13V vom OPV sicher auch möglich sein, da hierbei nicht die Ucb gen Ub erfordelich ist, sondern das Potential zur Mitte genutz wird, um T8 und T9, sowie die End-T´s zu öffnen.

Was die Darlingtonpaarung angeht:
Ein schier unmögliches Unterfangen, außer amn hat zig T`s. Außerdem ist so ein Darlington immer so eine Sache für sich - man kommt an den E des 1. Verbund-T nicht heran.

An den Bauteilen ist so nichts auszusetzen, warum soll man sie in die Tonne werfen. Einzig die großen MKT`s würd ich nicht mehr nutzen. Ihre Wickel sind ziemlich groß und damit auch anfällig was die Aufnahme von Störungen betrifft. Außerdem gibt es lange Leiterzüge.

So denn - viele Grüße

redled
Ist häufiger hier

#10 erstellt: 10. Mrz 2007, 21:37

Hallo Zucker,

ich habe soeben die Ströme durch die U-Treiber gemessen.
Richtig, im positiven Zweig habe ich 2,985mA und im negativen Zweig 3,1mA.
Das erscheint mir auch zu wenig!
Könnte ich die Widerstände R2 und R16 bedenkenlos halbieren?
Ich denke an ausgemessene 200Ohm, 4Watt R's.

Grüße Rico

zucker
Inventar

#11 erstellt: 10. Mrz 2007, 21:47

4Watt R's

Wie kommst Du auf 4W?

redled
Ist häufiger hier

#12 erstellt: 10. Mrz 2007, 22:11

Weil ich die Kiste mit den 4Watt Typen gerade in der Hand habe=).
Sicher habe ich auch 1/4 Watt da.

Soeben habe ich im Ruhezustand das Potential am Ausgang des OPV = Basis von Q3 gemessen... -0,1699V ???
Ich vermute, daß diese Differenz eher dem Einfluss der Widerstände R1 & R15 zuzuordnen ist. Ich habe diese nicht ausgemessen.
Mom. es ist doch möglich, über die Pin's 1 u. 5 am LF357 die Balance einzustellen? Und warum liegt eigentlich Pin1 an NC, Pin5 aber nicht?

Du hast Dir ja wieder richtig Mühe gemacht mit der Schaltung...danke!
Das hilft mir persönlich sehr, da ich kein gelernter Elektroniker bin

.

Ich ersetze jetzt mal R2 & R16 durch 200Ohm.

Viele Grüße Rico

[Beitrag von redled am 11. Mrz 2007, 03:45 bearbeitet]

zucker
Inventar

#13 erstellt: 10. Mrz 2007, 22:17

Tu das nicht. Wenn die Potentiale nicht passen (aus oben ausgeführter Sache), nimmst Du Q1 die Basisstrombegrenzung und im schlimmsten Fall gibt es Rauchzeichen in der Endstufe.

Was mich viel eher interessiert, ist der Spannungsverlust im Ruhezustand über R1 und R15 und die genauen Ub+ und Ub- Werte gegen Masse.

zucker
Inventar

#14 erstellt: 10. Mrz 2007, 22:20

Mom. es ist doch möglich, über die Pin's 1 u. 5 am LF357 die Balance einzustellen? Und warum liegt eigentlich Pin1 an NC, Pin5 aber nicht?

Ich hab das Datenblatt nicht griffbereit aber der Offsetabgleich ist dann schon machbar und gut. Eigentlich hat jeder Einzel-OPV so etwas + F Kompensation.

[Beitrag von zucker am 10. Mrz 2007, 22:20 bearbeitet]

redled
Ist häufiger hier

#15 erstellt: 10. Mrz 2007, 22:48

Recht hast Du! Der Ruhestrom ist nicht mehr unter 500mA zu bringen. Das wird so nichts.
Ich liefere gleich die gewünschten Werte...mom.

redled
Ist häufiger hier

#16 erstellt: 10. Mrz 2007, 23:20

Ub+ = 25,53 - 25,85 leicht schwankend
Ub- = 25,42 - 25,75 leicht schwankend

Spannungsabfall über

R1 = 25,2V
R15 = 24,9V

Z-Spannung(OPV Ub+,Ub-)

U+ = 12,780V
U- = 12,635V

Differenz = 0,145V
Könnte das die -0,1699V am Ausgang des OPV erklären?

Der LF357H ist bereits intern mit 3pF frequenzkompensiert.

Viele Grüße Rico

[Beitrag von redled am 11. Mrz 2007, 03:48 bearbeitet]

redled
Ist häufiger hier

#17 erstellt: 11. Mrz 2007, 01:57

Ich habe das Problem des zu hohen Ruhestromes in den Griff bekommen.
Q4(KT815G) sollte ein h21e > 100 besitzen! Zumindest muss der Stromverstärkungsfaktor über dem der beiden U-Treiber liegen. Beide haben einen h21e = 100.
Eigenartig...der verbaute hatte gerade mal einen h21e von 23. Ich könnte schwören, daß der höher war! Etwa auch um die 100!

Verwendet habe ich nun einen KT815W mit hfe=120.
Dieser ist auf der Rückseite des Kühlprofils mittig verschraubt.
Seine Daten wurden notiert, archiviert und ich habe ihn fotografiert...nicht daß er sich später rausreden kann 8)

Der Ruhestrom liegt nun für Ub+ & Ub- bei ca 80-100mA. Morgen hänge ich das Oszi nochmal dran

Hier mal die Daten der beiden U-Treiber. Der Buchstabe nach der Ziffernfolge gibt die Spannungsfestigkeit an. Aber Vorsicht! Bei FET und HF-Transen schaut das schon wieder ganz anders aus.
Bei den russischen JFET(zB KP303) gibt der Buchstabe nach der Ziffernfolge teils die Steiheit bzw. den Rauschfaktor an.

zucker schrieb:

Was die Darlingtonpaarung angeht:
Ein schier unmögliches Unterfangen, außer amn hat zig T`s. Außerdem ist so ein Darlington immer so eine Sache für sich - man kommt an den E des 1. Verbund-T nicht heran.

Das habe ich mir auch schon mehrfach sagen lassen. Zig T's?
Naja, ich habe von beiden Typen ca. 25 Stück, von den KT825G ein paar mehr. Da wird das wohl ein Glücksspiel werden...es muss auch so gehen=)

In Deiner modifizierten Schaltung sind C1 und C2 relativ klein bemessen. Kannst Du mir zur Funktion der beiden C's mehr erzählen?

Grüße Rico

[Beitrag von redled am 11. Mrz 2007, 04:01 bearbeitet]

zucker
Inventar

#18 erstellt: 11. Mrz 2007, 15:16

Na wenn es geht ist es i.O.

Die beiden C`s sind zur Schwingunterdrückung und stellen einen Pass dar. Die Wertigkeit ist ein Roulettspiel.

redled
Ist häufiger hier

#19 erstellt: 16. Mrz 2007, 13:04

Mittlerweile habe ich einen zweiten Monoblock aufgebaut und in Betrieb genommen. Bei diesen Modul wurden alle Bauteile vorher exakt ausgemessen.
Er funktioniert einwandfrei, auch wenn der Ruhestrom hier bei 180mA(Umgebungstemp = 20°C) liegt.
Dennoch habe ich bei Belastung(und nur dann!) des Ausgangs(2x15Stück 10Watt Widerstände a 120Ohm parallel, gemessen = 4,2Ohm) Unsauberkeiten im Scheitelpunkt der negativen Halbwelle.
Nicht viel, aber trotzdem

Dies tritt allerdings nur dann auf, wenn das Eingangssignal
zu schwach ist(-10dB).
Bei 0dB sind die Unsauberkeiten verschwunden.

Ansonsten muss ich sagen, daß der zweite Monoblock weniger Wärme produziert, handwarm etwa.
Getestet habe ich beide Module bei 1KHz Sinus(0dB) und +/-25V Ub
bei je 1,5A Stromaufnahme. Das entspricht einer Leistungsaufnahme von etwa 150Watt.

Die Ausgangsspannung beträgt bei 1KHz Sinus(0dB) 40,04V.
Der Belastungswiderstand wird dabei ordentlich heiß.
Die stärkste Belastung tritt bei 1KHz Sinus(0dB) auf. Bei mehr als je 1,6A Stromaufnahme bricht Ub ein, die Köpfe der Sinushalbwellen werden abgeschnitten und die Transen beginnen deutlich hörbar zu schalten.

Der Transformator(2x18V sec.) ist leider zu schwach.
Da die Leistungsdarlington auf dem Kühlprofil über etwa 20cm lange Zuleitungen angeschlossen wurden, habe ich bei jeden Transistor zur Schwingungsunterdrückung einen C(82pF) zw. Basis und Kollektor gelötet.

Grüße Rico

[Beitrag von redled am 17. Mrz 2007, 20:23 bearbeitet]

redled
Ist häufiger hier

#20 erstellt: 16. Mrz 2007, 22:51

Noch ein paar Messwerte:

Us = +/-25V
Is = 3,15A
IS0= 0,180A
Ua = 40,8V an Ra = 4Ohm bei 1KHz Sinus(0dB)
Ia = gemessen 3,2A
Po(Ua * Ia * cos(φ)) (nehme als Richtwert 0,9 an)
Po = (40,8 * 3,2 * 0,9) = 117,5 Watt

Nach 20min Dauerbelastung beträgt die Kühlkörpertemperatur(waagerecht, liegend, je 2 Paare End-T's) 38,2°C.

Kühlkörpertemperatur nach 30min Ruhe bei 32,1°C.

Kann das sein?? Nur eine Differenz von 6,1°C?

Edit: Nach 40min Dauertest Kühlkörpertemperatur(waagerecht, liegend, je 2 Paare End-T's) 42,1°C.

Viele Grüße Rico

[Beitrag von redled am 17. Mrz 2007, 14:04 bearbeitet]

redled
Ist häufiger hier

#21 erstellt: 18. Mrz 2007, 13:04

Hallo,

ich hab da ein Problem mit bei der Festlegung der oberen optimal zu übertragenden Grenzfrequenz.

Die untere war relativ unkompliziert. Als günstig erwies sich für C6 = 47µF und für R13 = 3,3KOhm

Bis 7000Hz bleibt die Verstärkung auch konstant, steigt dann aber stark an. Ebenso die Stromaufnahme von vorher linear bei jeweils 1A auf (bei 8000Hz etwa 2,2A, bei 9000Hz etwa 3,2A, bei 10000Hz dann 6,5A).

Eine Verkleinerung von R14 führt ab 100KOhm zu Instabilitäten. Ein C = 68nF über R14 führt zum selben Ergebnis.

Wie könnte ich das Problem am besten angehen?
Zuckers Tutorial(

Endstufenberechnung) habe ich gelesen und als Basis für die Änderungen hergenommen. Klasse Beitrag

Viele Grüße Rico

[Beitrag von redled am 18. Mrz 2007, 16:26 bearbeitet]

redled
Ist häufiger hier

#22 erstellt: 21. Mrz 2007, 18:24

Hat denn keiner eine Idee?