IC und Transistoren

[richi44]

Ich habe ja schon mal erwähnt, dass ich nicht alles bauen kann, was mir in den Sinn kommt. Aber Ideen weitergeben macht auch Spass. Darum hier mal ein etwas kräftigeres Ding mit Transistoren und IC.

Dazu noch eine Bemerkung: Ich könnte natürlich pfannenfertige Projekte veröffentlichen, mit Bohrschablonen und Printvorlagen, mit Stücklisten und Bestellnummern. Dann könnte ich ja auch eine Firma eröffnen und die Teile gleich selbst herstellen und verpacken, also eine neue „Heathkit“ auf die Beine stellen.
Wenn es hier um das Basteln eines Tonbandgerätes (oder heute einer Harddisc) gehen würde, wäre das Anbieten aller Teile sinnvoll, weil der Amateur kaum in der Lage ist, alle mechanischen Teile in entsprechender Präzision selbst zu fertigen. Aber das Zusammenbauen würde immer noch einiges an Erfahrung und Hilfsmitteln erfordern, sodass der Spassfaktor klein geschrieben würde, der zusätzliche Aufwand aber kräftig zu Buche schlagen könnte.
Darum hier einmal mehr eine Idee, eine Anregung, was man bauen könnte und nicht eine eigentlich genussfertige Vorstellung, also ein „Kochrezept“, aber kein „Fastfood“. Und Kochrezepte machen dann Spass, wenn man nach eigenem Gutdünken noch etwas variieren kann und das Anrichten einem selbst überlassen bleibt...


Verstärker mit IC gibt es einige, von unter 1W bis zu Dingern von über 100W. Solls aber grösser werden, geht es nur noch mit Transistoren.
Nun gibt es aber einen IC, der dazu entwickelt wurde, Transistoren zu treiben. Und da eine kräftige Speisespannung von +/-75V verwendet werden kann, sind letztlich (in Brückenschaltung) Leistungen von etwa 600W durchaus realistisch.

Dieser IC von National Semiconductor nennt sich LM4702 und wird prinzipiell in verschiedenen Varianten hergestellt, nämlich für unterschiedliche Betriebsspannungen bis zu +/-100V. http://www.datasheetcatalog.org/datashee...3913_1.pdf

Baut man einen Verstärker mit diesem IC, so sind verschiedene Leistungen möglich, je nach Wahl der verwendeten Ausgangstransistoren. Die Mindest-Betriebsspannung dieses Treiber IC beträgt +/-20V und damit liessen sich Endstufen von etwa 40W bauen, was mit BDX33 und BDX34 möglich wäre. Und falls man sich für kleinere Transistoren, etwa BD 681/682 entscheidet, sind immerhin noch Endstufen mit etwa 20W möglich, abhängig von der Kühlung. Man könnte sich nun so einen IC als Treiber in einer Aktivbox vorstellen.

Nimmt man die BDX33/34 und erhöht die Speisung auf etwa 28V, so sind an 4 Ohm immerhin etwa 70W möglich.
Die nächst höhere Stufe wären 2N6052 und 2N6059. Damit und mit einer Speisung von +/- 50V sind an 8 Ohm schon etwa 120W möglich. Noch weiter geht es mit je zwei Transistoren 2SB1560 / 2SD2390 parallel. Damit ist eine Leistung von rund 200W machbar. Für alle diese Schaltungen kann man sich prinzipiell an die Vorlage im IC-Datenblatt halten.
Wichtig ist dabei zu beachten, dass bei dieser Schaltung weder eine Kurzschlusssicherung noch eine Überwachung des Ausgangssignals auf Gleichspannung vorhanden ist. Die einfachste Variante eignet sich daher eher für Aktivboxen oder feste Installationen, bei welchen der Lautsprecher fest mit dem Verstärker verbunden ist und daher eine Fehlmanipulation ausgeschlossen werden kann.

Bei Verstärkern für Bühnenbetrieb oder sonstige mobile Anwendung ist eine Kurzschlusssicherung unbedingt anzuraten. Dies könnte mit der folgenden Schaltung realisiert werden.
   
Vergleicht man diese Schaltung mit jener im Datenblatt (und lassen wir den roten und blauen Teil mal beiseite), so fallen die Transistoren 1, 12, 13, 26 und 27 auf. Betrachten wir mal Transistor 26, so überwacht dieser die Spannung an den Widerständen 43 und 44. Dies ist mit R48 einstellbar gestaltet. Steigt die Spannung an R43 und/oder 44 über den eingestellten Wert, so wird T26 leitend. Damit zieht er Strom und folglich wird auch T12 leitend. Genau das Gleiche geschieht mit T27 und T13. Damit wird eine Steuerspannung generiert, sobald der Ausgangsstrom einen gewissen Wert übersteigt und damit wird die Mute-Schaltung des IC aktiviert.
   
Die zweite Schaltung ist doppelt vorhanden und mit je einem Doppel-OPV NE4558 bestückt, sowie mit einem Transistor 2N1711. Der erste OPV überwacht die Ausgangsspannung eines Verstärkerausgangs und liefert an seinem Ausgang eine entsprechend verstärkte Spannung. Um die Ansprechung nur durch Gleichspannung sicherzustellen ist sowohl am Eingang (15k und 0,33 Mikrofarad) als auch am OPV selbst (Gegenkopplung mit 0,33 Mikrofarad) eine Zeitkonstante eingebaut, die Tonsignale nicht auswertet. Da nicht definiert ist, ob eine Gleichspannung negativ oder positiv sein könnte, wird mit OPV 2 ein selbstschaltender Inverter eingesetzt. Er liefert also am Ausgang immer eine positive Spannung, egal ob der Verstärkerausgang + oder – ausgibt.

Mit dieser Spannung wird der Transistor 1711 angesteuert, der seinerseits ein Relais aktiviert, welches die Lautsprecherleitung auftrennt. Und diese Auftrennung findet auch statt, wenn aus der ersten Überwachung von R11 ein Stromüberwachungssignal an die beiden parallel betriebenen 2N1711 der Relaissteuerung eintrifft. (Mute)
Und letztlich bilden die je 470 Mikrofarad bei den Relais eine Verzögerung. Sobald die Speisung eingeschaltet wird, muss dieser Elko erst geladen werden, und während dieser Ladezeit ist das Relais aktiv, also die Lautsprecher ausgeschaltet. Kommt hinzu, dass dieser Elko ebenfalls durch den 2N1711 über die 470 Ohm entladen wird, wenn die Schutzschaltung anspricht. Somit bleibt der Lautsprecher auch länger unterbrochen.

Die Farben auf dem ersten Schaltbild stellen eigentlich die Baugruppen dar. Die blauen und roten „Transistoren“ stellen jeweils einen Ausgangskanal dar und werden auf je einem eigenen Kühlkörper montiert. Dort wird man vorzugsweise mit Lötleisten auch die übrigen sich in diesem Bereich befindlichen Bauteile unterbringen, wobei ALLE Transistoren isoliert auf der Kühlfläche zu montieren sind.
Alles was gelb ist, kommt auf einen Print, zusammen mit dem IC, der auf einer eigenen Kühlfläche sitzt. Auf diesem Print sind auch die beiden Relais samt „Gemüse“ zu montieren.

Noch ein Wort zu den Endtransistoren: Hier kommt (T4 bis 7) jeweils ein Darlington zum Einsatz, welcher mit einem relativ „grossen“ Widerstand einmal den Ausgang treibt, andererseits aber auch die parallel geschalteten Basen der Endtransistoren. Mit der jeweiligen Vorspannungseinstellung (Pot 15 und 20) wird der Ruhestrom so eingestellt, dass über den Messpunkten (an den Basen der Endtransistoren) eine Spannung von maximal 1V gemessen wird, ohne Signal.
Das bedeutet, dass die Endtransistoren im Normalfall keinen Ruhestrom ziehen. Die Ausgangsspannung gelangt damit nur mit R21 bis 24 zu den Lautsprecherklemmen. Erst wenn das Signal an den Widerständen 21 bis 24 so gross wird, dass es die Minimalspannung überschreitet, welche die Transistoren zum leiten brauchen, erst dann werden diese aktiv. Theoretisch entsteht durch diese Massnahme ein Klirr. Dieser wird aber durch die vorhandene Gegenkopplung so weit gemindert, dass er nicht mehr von Bedeutung ist, zumal ja durch den Ruhestrom der Treiber T4 bis 7 der Stromfluss in Richtung Ausgang nie ganz abbricht.

Jetzt müsste man noch das Netzteil entwerfen. Aber das ist im Grunde ganz einfach: Je nach geforderter Leistung ist eine entsprechende Betriebsspannung nötig, wobei die Spannung am IC immer grösser als +/-20V sein muss. Dann brauchen wir sicher für die Überwachung +/-15V stabilisiert und +24V für die Relais (unstabilisiert). Die 15V sind weiter auch für allfällige Filter und Eingangsverstärker von nöten, welche je nach Anwendung unterschiedlich ausfallen werden.
Wie hoch Spannung und Ströme werden müssen ist also von der Leistung abhängig, die man da erwartet. Und daraus (sowie aus der Minimalspannung an den Transistoren) lässt sich die Kapazität der Elkos berechnen....

Aber da fehlt noch etwas, nämlich die Materialliste!