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Der Kleine und der Grosse. (Teil 1)

Röhrenverstärker hatten wir schon (zumindest einen), also ist mal was mit Transistoren fällig.

Hier ein kleines Ding (SPA14), das eine Leistung von (mindesten) 10W an 4 Ohm entwickelt, und das bei einer Speisung von +/-15V.
Mit seinen beiden OPV (NE5534AN) und den total 4 Transistoren kann man wirklich von einer einfachen Konstruktion sprechen. Auch die restliche Bauteil-Zahl hält sich in Grenzen. Und bis auf zwei bipolare Elkos sind eigentlich die meisten Bauteile in einer gut sortierten Bastelkiste enthalten.

Die Schaltung gliedert sich in drei Teile, hier durch unterschiedliche Farben gekennzeichnet.

Rot ist der eigentliche Endverstärker. Er umfasst die beiden Endtransistoren und den zweiten OPV.
Die Besonderheit ist, dass der Ausgang des OPV mit einem Widerstand an Masse geführt wird. Er wird also nicht direkt zur Ansteuerung genutzt.
Der OPV zieht aus dem Netzteil einen bestimmten Strom und dieser bildet an den Längswiderständen in der Speisung (je 100 Ohm) einen Spannungsabfall. Wird der OPV angesteuert, so fliesst in seinem Lastwiderstand am Ausgang ein Strom, welcher dem Tonsignal entspricht. Dieser Strom muss natürlich vom Netzteil aufgebracht und durch die Längswiderstände geleitet werden. Folglich entsteht an diesen eine zusätzliche Spannung, welche dem Signal entspricht und welche sich auf die feste Speisung bezieht.
Dieser Spannungsabfall wird nun an die Basis der Endtransistoren weiter geleitet, bei welchen die Emitter direkt an der Speisung liegen und die Kollektoren gemeinsam den Verstärker-Ausgang bilden.
An diesem Ausgang hängt noch ein Boucherod-Glied (RC-Glied) von 10 Ohm und 100nF zur Schwingungsdämpfung. Und ebenfalls an diesem Punkt ist die Gegenkopplung (22k // 33p) angeschlossen. Die 33pF dienen ebenfalls der Schwingungsunterdrückung sowie der Ultraschall-Beschneidung.
Am OPV wird das Signal über 10k zugeleitet, sodass die ganze Endstufe (rot) eine Verstärkung von 2,2 bekommt. Zu erwähnen sind noch die 22pF Kompensation am OPV und die 100p Gegenkopplung vom Ausgang des OPV auf seinen Inverseingang. Mit diesen Massnahmen ist ein Frequenzgangfehler von rund –0,1dB bei 20kHz zu erwarten (bei 20Hz ca. -0.007dB).
Durch die Invers-Ansteuerung ergibt sich am OPV-Ausgang eine Phasendrehung, an den Speisewiderständen jedoch ist das Signal mit dem Eingang in Phase. Die Endtransistoren führen aber ihrerseits zu einer Phasendrehung, sodass das Nutzsignal am Ausgang der Schaltung gegenüber ihrem Eingang eine Phasendrehung erfährt.

Der blaue Teil ist der eigentliche Vorverstärker. Da er ebenfalls am Inverseingang angesteuert wird, führt auch er zu einer Invertierung der Phase, sodass der komplette Verstärker phasenrein arbeitet. Die Verstärkung dieses Teils beträgt (270k : 47k) 5,745 fach, was über alles gerechnet eine Eingangsempfindlichkeit von 0,5V für 10W an 4 Ohm ergibt.

Speziell zu erwähnen ist der gelbe Teil, welcher die Temperaturkompensation und die Ruhestromeinstellung umfasst.
Bei einer normalen Endstufe, bei welcher die Endtransistor-Emitter verbunden sind, reicht ein einfacher Transistor zur Einstellung und Kompensation aus. Mit steigender Temperatur leitet so ein Ding stärker und verbindet somit die Basen dichter, was eine Stromreduktion in den Endtransistoren zur Folge hat.
Da hier aber die Kollektoren verbunden sind, muss mit steigender Temperatur (oder zur Verringerung des Ruhestroms) die Basis-Verkopplung der Endtransistoren verringert werden. Daher gibt es hier zwei Transistoren. Der BC337 verbindet die Basen und erzeugt so den Ruhestrom. Der BC550 ist auf dem Kühlkörper montiert und zieht mit steigender Temperatur mehr Strom, sodass die Basisspannung des BC337 sinkt und somit die Kopplung gelockert wird. Die Zweitransistor-Lösung ist also nötig, weil die Funktion genau anders rum sein muss als bei üblichen Schaltungen.

Zusätzlich ist natürlich eine Speisung mit +/-15V nötig. Diese muss (pro Kanal gerechnet) einen Strom von rund 1,6A liefern können. Eine Stabilisierung ist vorteilhaft und kostet für diese Leistungen noch nicht das grosse Geld.

Diesen Verstärker habe ich mir einmal als kleinen Kontrollverstärker für die Werkstatt aufgebaut, andererseits aber auch auf Europakarten mit 3 Kanälen, weil ich im Betrieb eine kleine Abhöreinheit für 6 Kanäle benötigte.


Die Endtransistoren können auf einzelnen Kühlkörpern oder auf einem gemeinsamen Kühlblock (isoliert!) montiert werden. Die Schaltung selbst kann mit einem geäzten Print oder einer Laborkarte realisiert werden. Ich arbeite dann mit Prints, wenn ich mehr als nur 1 Stück herstellen muss. Bleibt es bei einem Stück, so ist dies meist das weiterverwendete Labormuster und da lohnt sich die Herstellung eines Prints nicht wirklich.

Teil 2

Hier jetzt ein Verstärker, der schon etwas aufwändiger aussieht und auch etwas mehr Bauteile benötigt.

Auch hier wieder eine „Dreiteilung“.
Der erste Teil ist der Eingangsverstärker mit einem OPV NE5534AN. Er liefert eine Grundverstärkung von 10 und besitzt einen symmetrischen Eingang. Betrieben wird er mit einer Speisung von +/-15V.

Der nachfolgende Transistorverstärker ist voll symmetrisch aufgebaut.
Die ersten beiden Transistoren sind als Konstantstromquellen geschaltet für die nachfolgenden beiden Transistorpaare. Der Strom ist auf rund 4mA festgelegt. Die Transistoren 2 (MPSA43 und –93) sind die eigentlichen Ausgänge der Vorstufe, die Transistoren 3 die Emitterfolger für das Eingangs- und Gegenkopplungssignal.
Die Transistoren 3 sowie die Konstantstromquellen liegen an den gleichen +/-15V wie der OPV.
Am Ausgang, also dem Kollektor von MPSA43 und –93 sind die beiden Treiber (ebenfalls in Kollektorschaltung) BF872 und –871 angeschlossen. Diese treiben die Endtransistoren BDX33C und –34C. Zwischen den Basen der Endtransistoren liegt der Temperaturkompensationstransistor BD135

Zu erwähnen sind die Schwingschutzkondensatoren 22pF an den MPSA und in der Gegenkopplung. Weiter kann man von einer Leerlaufverstärkung der Schaltung (ohne Ausgangslast) von etwa 100dB ausgehen. Das bedeutet, dass einerseits der Dämpfungsfaktor entsprechend hoch ausfällt, andererseits die Verzerrungen entsprechend klein gehalten werden. Und für den Frequenzgang entscheidend sind nur die 22pF der Gegenkopplung (-0,05dB bei 20kHz) und die Eingangselkos, sowie der Koppelelko von jeweils 10 Mikrofarad (-0,035dB bei 20Hz).

Die MPSA, die BF-Treiber und die Endtransistoren werden von einer unstabilisierten Speisung von maximal +/-50V versorgt. Im gefertigten Gerät beträgt die Speisespannung +/-39V.
Mit der maximalen Speisung (vorteilhaft mit 3 Endtransistoren bestückt) wäre eine Leistung von gegen 280W an 4 Ohm möglich, im gebauten Gerät läge die Nennleistung (mit 2 Transistoren) bei rund 140W.

Da diese Schaltung erstens dank der zweigeteilten Speisung (+/-15V und +/- max. 50V) und zweitens der Möglichkeit, zusätzliche Endtransistoren einzusetzen, universell anwendbar ist, habe ich dieses Ding als Print ausgeführt. Es wurde seinerzeit im Betrieb an verschiedenen Orten eingesetzt.

Im gebauten Gerät sind zwei solche Prints mit je zwei Kanälen verbaut, wobei einerseits damit eine Stereoendstufe realisiert ist, andererseits aber auch ein Subwoofer-Verstärker in Brückenschaltung (inkl. Einstellbarer Weiche).
Für die Brückenschaltung kommt der symmetrische Eingang gelegen, denn damit können zwei Endstufen direkt verbunden angesteuert werden. Einmal der nicht invertierende Eingang (WS) und einmal der invertierende Eingang (BL).
Die Leistung konnte jedoch nicht wirklich ausgenutzt werden, weil das Netzteil (aus alten Geräten) nicht die nötige Leistung erbrachte. Die Gesammtleistung beschränkte sich somit auf rund 50W.

Klasse richi, super beitrag.

Vorallem im ersten Teil die farbliche trennung, macht die sache einfacher zu durchschauen.

Danke Gruß Daniel