368.dietmar - Schiller NF Verstärker Praxis - Electronica.194 [PDF]

Zitiervorschau

1 nhaltsverzeichnis

Vorwort

.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.

Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

2.

Dimensionierung von Endverstärkern

........... . .

8

.

2.1.

Wahl der Endstufenschaltung

2.2.

Bestimmung der Leistungstransistoren

. . . . . . . . . . .

9

2.2.1.

Grenz- und Kennwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

2.2.2.

...... . ...... . . .. . .

.

.

8

Berechnung der erforderlichen Vcrlnstlnistung und des Kollcktorstroms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

];t

2.2.3.

Erfort.a.n

V

0,1.:J A

60 :\!Hz

1,:.i

\'

n, i:; .\

;;o i\111 r.

} f

Komplc·

mentär­ paare \.omp Ie1. mentär-

paare

.

II

in den Halbleiterkatalogen angegebenen Parameter zu bemerken.

- Der maximal zulässige Kollektorstrom 1 c max oder 1 CL ist

Vielen Amateuren stehen meist nur Übersichtskataloge mit der

der höchste dauernd zulässige Kollektorgleichstrom. Er darf,

Angabe einiger Grenzwerte und Kenndaten zur Verfügung. Diese

sofern nicht anders angegeben, vom Scheitel- oder Spitzenwert

Rollten aber nur zu einer ersten Information genügen.

des Kollektorstroms

,--.

Ist die Wahl auf einen bestimmten Transistor gefallen, so im ll t c man die Mühe nicht scheuen, sich die ausfiihrlichen Kurvenblät­

ter und Kenndaten dieses Transistors, z.B. in einer technischen Bücherei, zu besorgen. Es ist nicht immer leicht, an entsprechende Unterlagen,

vor

allem

ausländischer

Transistoren,

heranzu­

kommen, doch sind im Laufe der Jahre schon so viele Transistor­ ka,taloge erschienen, daß es bei etwas gutem \Villen meist eine Lösung gibt. keinen Umständen

überschritten

werden. Die

angegebene

,,zulässige

Gesamtverlustleistung

Verlustleistung

Ptot max

"

ist

Ptot die

oder

auch

gesamte,

im

Transistor in 'Värme umgesetzte Leistung, sie bezieht sich immer auf die Summe der Leistungen im Basis- und Kollektor­ kreis bis zu einer bestimmten Umgebungstemperatur und Be­ triebsspannung. Da die Leistung im Basiskreis oft sehr gering ist, kann sie in den meisten Fällen vernachlässigt werden. Aus­ führliche

Kenndatenblätter

von

Leistungstransistoren

ent­

halten vielfach Leistungsreduktionskurven bei höheren Be­ triebsspannungen, Kurven über den sogenannten „erlaubten Arbeitsbereich"

oder Reduktionskurven der Gesamtverlust­

leistung bei höheren

Gehäusetemperaturen. Bei

bei Verstärkerbetrieb des Transistors

nicht überschritten werden. In diesem Fall ist dann 1 c max

=

1 C· In den folgenden Berechnungen wird zur besseren Unter­ scheidung der maximal zulässige Kollektorstrom mit Ic

max

,--.

und der Kollektorspitzenstrom mit 1c bezeichnet. - Die zulässige Kollektor-Emitter-Spannung UCE ist vom Wider­ stand zwischen Basis und Emitter abhängig. Große 'Vider­ standswerte setzen diese herab. Bei ·werten über 100 Q sollte man im Betriebsspannungsgrenzbereieh, vor allem bei Germa­

Allgemein ist zn Grenz- und Kennwerten folgendes zu sagen: - Grenzwerte diirfen unter

(Je)

Leistungs­

nium-Leistungstransistoren,

kurvc U CE

=

f (Rrm)

die

entsprechende

Redukt.ions­

beachten.

- Alll� angegebenen Kennwerte lwz.ichen Hich n uf einen bestimm­ ten A rbcit.spunkt. 8ic sind mehr oder weniger großC'n Veri:i.nrlrimärindulüivität und in sollte und ü berprü ft nach Errechnung von \Vindungszahlen und Drahtdmchmesser überschlägig, ausgewählten Kernes

ausreichend

ob der \V ickelraum des

ist.

Andernfalls

muß

der

nächstgrößere Transformatorschnitt eingesetzt werden. Der auf die Primärseite transformierte Wechselstromwiderstand ist mit

ÜTr Rp

=

(41)

ÜTr Rsek

und die erforderliche Primärind uktivitii t

(42) Die erforderliche Primärwindungszahl ergibt sich nach GI.

(22)

unter Beachtung der Windungszahlerhöhung bei Vorhandensein eines Luftspalts. Liegt diese fest, so k ann mit dem Übersetzungs­

'.'...> . .... '""

verhältnis die halbe Sek u ndärwicklung errechnet werden

, H-s1 1V s1

-

=

-+-'

-3

TVp -:-. - UTr

� C)

R

�

halbe Sekn ndärw ind n ngszahl,

JV11

-

Primärwindungszahl.

Der Drahtdurchmesser von Primär- und Seknndänvicklungen wird naGh GI.

(26)

und GI.

(27)

ermittelt. Zur Kontrolle ist ans

der mittleren \Vicklungslänge und der vVindungszahl der primäre

t::�

0;:::�'

-���-t:r -c=:::�f-

;... :-:-:;

- �

;..,

:� ..._, if!

....

�

2.4..

Serien-Gegentakt-Verstärker stufe

oder

eisenlose

End­

2.4.1. Die Weiterentwicklung des transformatorgekoppelten Ver­ stärkers zur eisenlosen Endstufe

...,

,!.(

00

00 �

.?::: ;...

w �

"

Der .Material- und Fertigungsaufwand bei der Herstellung be­ wickelt.er Bauelemente s owi e der relativ große K l i rrfa ktor der Eisenendstufe führtPn zur Entwicklung des Sericn - Gegentakt ­ Verstärkers, wobf'i dt'r nit>d1·ige S c hw i ngsp u lenwidersta nd der Lautsprecher diese Entwickhmgsriehtnng noch besonders

28

be-

-� ·":'l C'-1 �· 'O

i:Q

29

günstigte. In den Anfangsjahren der eisenlosen Endstufe wurden die Endtransistoren, die ja vorwiegend pnp-Germaniumtypen waren, n och mit Gegentaktübertrager, bzw. von einem pnp­ Treibertra.nsistor mit Arbeitswiderstand im Kollektorkreis und unüberbrücktem Emitterwiderstand angesteuert. Durch die letztgenannte Art der Treiberschaltung werden, ähnlich wie mit der aus der Röhrentechnik bekannten Katodynschaltung, zwei

R4 +40V

47k

C2 4,7k

C4 220µ 40V

um 180° gegeneinander verschobene Steuerspannungen erzeugt. Das änderte sich mit dem Aufkommen der komplementären Tra.nsistoren, wodurch auf eine zusätzliche Phasenumkehrstufe verzichtet werden konnte. Unter ko mple mentär versteht man in diesem Fall zwei Transistoren entgegengesetzter Zonenfolge, aber weitgehend übereinstimmender elektrischer Eigenschaften. Die ersten Komplementärstufen konnten aber nur geringe Lei­ stungen abgeben. 'Varen größere Ausgangsleistungen erforder­ lich, so wurden der Komplementärstufe zwei pnp- oder npn­ Leistungstransistoren nachgeschaltet. Diese sogenannte Quasi­ /,:omplementärendstufe, die auch der Verstärker nach Bild 2 2 aufweist, ist lange Zeit die beherrschende Schaltung für Verstär­ ker größerer Ausgangsleistung gewesen. ·während der letzten

0,5

2W

0,5 2W

.

0,1µ

Jahre gelang es, auch Siliziumkomplementärtransistoren größe­ rer Leistung herzustellen. Dadurch vereinfachten sich die End­ verstärker noch weiter. Die letzte Entwicklung in der diskreten Leistungstechnik sind Darlington-Komplementärtransistoren in Epibasistechnik mit integrierten Schutzdioden und Basiswider­ ständen. Damit ergibt sich ein äußerst raumsparender Aufbau und eine sehr geringe Steuerleistung. Bild 2.3 nach [6] zeigt einen Leistungsverstärker für 25 vV Aus­ gangsleistung mit diesen Transistoren. Wenn sich auch die Endstufe ausgangsseitig im Laufe der Ent­ wicklung nur unwesentlich verändert hat, so sollte beachtet werden, daß es in den Anfangszeiten der eisenlosen Gegentakt­ verstärker vielfach üblich war, die Endtransistoren in A- oder A-B-Betrieb mit großem Ruhestrom zu betreiben. Werden solche Schaltungen nachgebaut, so muß man mit großen Verlustlei­ stungen der Endstufen rechnen. In die Weiterentwicklung wurden auch die Vorstufen des eisen­ losen Verstärkers einbezogen. Hier stand besonders die Schal­ tungstechnik des Operationsverstärkers Pate. Schon nach kurzer Zeit bildete man die Vorstufe als Differenzverstärker aus. Mit 30

R17 10

R14 1,Bk llild 2 .3

25-·w NF-Leistungsverstärker mit Darlin(flon-Vollkomplcmcu-

tär· Endstufe; 02 muß richtig heißen: 4,7 µF

dieser Stufe und einer starken Gleichstromgegenkopplung kann

� $

1:

§;. �

-s .">

§

1\)

:S -�

Zum Verständnis der Endstufenfunktion ist die Ausgangsstufe =0

in Bild 2.5 vereinfacht dargestellt. Zur besseren Unterscheidung

d "'

werden beide Halbwellen getrennt betrachtet.

..... � ""d

Liegt die negative Halbwelle der Steuerwechselspannnng an der

0 .!.(

Ba.sis des Treibertransistors Tl (Bild 2.5a), so sperrt dieser tmd

C; ;::. .-

der Transistor T2 wird durch den Basisstrom JB2 geöffnet. Folg-

0

� !.;, ..--: C; 0 =v ,.!..::; =·e G n maximale Ausgangsleistung

lOmW

89

Betr i0l>�spannung

12V

( l,'m·)

::L- 0,:3 V

(/

(f (/ (/

etwa 72 mA

lk t r iebs f' t r orn au fn ahme

Obf' rstf'11.eritn(JS iibencach un(J Art der A nz0 igc

E in zcl i m p ulst

'

bis Dn nerleud1-

=--:

=

=

=

1kHz,100-V-Ausg;rng, Rr, 1 kHz, 4-D-Ansgang, RL 1kHz,4-n-Ausgang, RL

K l i rrfaktor

Vorven;tiirkeriibcrwach1mg

Blinkanzcig(' ct,nt ab Ua crr

ÜlHTWachnng H-T-Nctzw0rke

BI inkanzeige etwa n b U � cfr :J V

A n ze i g ela m pe

12 V, 0,05 V Sockel 'f;),5

==

=

4 n, Un 25 V)

65 ·w

4 n, Un 12,5

rn \V

V)

=

40 Hz

...

- O' t_) 10

10 kHz)

< :3 mV

kurzgeschlossen

12 V± 0,5 V

Bctr ie bss tro m n ufnnhmc

maximal

12,;"5 "ff

Stiirspannung (am offenen 100-V-A usgang, Eingang

2,1 V

Betriebsspannung ( U EV)

60 \V

n, UB 12,5 V)

200

=

(100-V-Ausgang, N ennl e ist nng 50 \V,

f

frn

:?oon, Un 2t> \')

�-=-,

1 kHz, 100-V -Ausgang, RL

Eingang offen

-:::: 10 rnV

Betriebsgleichspannung (J11 R.uhestromaufnahmc (be i Un 12,5

30 mA

12.i'l ... 28 V

V)

n.:W · A

(bei Un 2;) V)

0,4;)

( l ..18

_.\

Betriebsstromaufnahme (bei Vollaussteuerung, Un 12;, ) V,

_A 118·� lt• II(' J'l/11 {J8f(]l z1· i!Jf�

Drchsp11l-Au:-;stcul'l'Ung:1me:-;:-;er

Anzcigcgerä t

10 bis 170°�

"\ nzeigebereicli .Anzcigcfehkr bei

:l�

(Lei

Lr.11 12.:)

\'olla11sst('lli:-d-:•111.st ü1l,1· rnit. dn L1·if1'rpl;d lt' \'1Tl11111d1·11. Um den Kühl­

schließen. In Verbindung mit dem Stromlaufplan ist noch einmal

körper rnit. ,\lm;sP zu ,-erbinden, \\ ird unter eines der 3 Befesti-

zu prüfen, ob die variantenabhängigen Bauclemclltc der gc-

110

111

wi"ihlkn Endtrnnsistm·0n richtig gt'sehalt0t sind. I1'iir R2;) setzt n11rn j1� 1wt·l1 \·1wg1·gdw110r Betriebsspannung folgemli·n \\'ider :-;t

•llHI Pill:

gC's d� n ltet. \\'e1m die Möglichkeit lwstC?ht, ist PS z,wcckmäßig, die Bettwhsspn1111ung l1111gsam ;1uf dt·11 �11lhn:rf, l111cl1z11rr-gel11 1111d

· dnbt•i dit� St-r1i1nr111t'tt1d1rn,·· 1kf-; \'1·r:-;Hi1l1·1·� „,-11 l1c•„huc·ht ;.1._ \\ird , ·t 1 1·w ( '•f'·1· .ru· 1 >1'Hpn.1111t111g \\'1('1.ler t·1-> 1 \ ""11„ 1:-;. d1·r �l.n1111 .r1·iif't··· .� ' 1 ·· ,·11'· ·

,�

U1:lf> . . . 1HV:

:rnonri•\,

�ii.:H 1.

u n 18 . . . 25 v:

820 n 5 %

25.412,

u B 25 ... 40 V:

1,8 kD 5 %

25.412.

ahzusd11tlt1·11

Widerstand*) und für CI4n, ein kern,mischer Scheibenkondensator 470 p]' provü;orisch eingelötet.

Die Einstellregler R29 und R40 sind a.uf rechten Anschlag zu stellen. An Stelle R45, R46 sind 1-kO-Einstellregler in H.eihe mit einzusetzen

und

auf

größten Widerstandswert zu stellen. Soll der Ba.ustein im fertig vorschalteten V crstiirker abgeglichen und erprobt werden, so muß man mit je einer 24poligen Steckerleiste und t>iner

-

0,8-mm-Cu). Bei Stereoau f bau werden von den Massepunkten 10, 11 jedos

Dazu sind etwa 5 mm lange Isolierstoffdistanzrollen unterzulegen

Bausteins getr ennte 1\fasseleitungen, Durchmesser= 1-mm-Cu,

und 2 Befestigungsschrauben durch die Nietlöcher der Stecker-

zum Minuspol des Netzteilelektrolytkondensators geführt.

120

121

- Ein-

und

Ausgangsleitungen

(die Gegenkopplungsleitung 9

ist a nch als Ausgangsleitung zu betrachten) sind soweit wie möglich voneinander entfernt zu verlegen. Das gilt übrigens auch f ür die Anschlußdrähte der Endtransistoren auf dem Baustein, deren Schlaufen nicht gerade über dem Eingangs­ verstärker liegen dürfen.

einander die l\'IiRrhregler nufgcdrt·ht (die EingnngsbuehsPn Hind nicht durch externe Geräte beschaltet), so darf die Brumm span­ nung am Ausgang bis maximal 1 % der Spannung bei Vollaus­ steuerung ansteigen. Kippschwingungen di'trfen auch jetzt nicht auftreten. Als zweites überprüft mn,n die Schwingsicherheit bei hohen Fre­

- Zur Vermeidung von Brummeinstreuung ist unter der Leiter­

quenzen. Dazu ist der Tiefenregler in Mitte lstellnng zu bringen.

plattenaufnahme eine iso lierte Meta l lfolie oder ein dünnes

Summen- und Höhenregler werden voll auf ge d reh t. Die }\fisch­

Metallblech anzubringen, das zweckmäßigerweise auch noch

regler befinden sich vorerst in Nullstell ung. \Verden diese nun

an den Längsseiten des Bausteins hochgezogen werden kann.

nacheinander langsam auf größte Verstärkung gedrrht, so darf

Auch die Steckerleiste sowie die Eingangsbuchsen kann man

sich bei keiner Reglerste l ln ng mit dem Oszillografen ein Schwing­

mit Metallfolie oder knpforkaschiertem Leiterplattenmaterial

einsatz feststellen lassen . Das gilt auch, wenn a.llt\ l\fo>chregler

abs chirmen. Diese Schirmbleche bz\v. -folien werden unter­

in ]\faxirnalstellung sind und der Snmmenregll'r hctiitigt wir d.

einander und mit den Massestcckcrn 10, 11 verbunden.

Sollte es trotz sorgfältigstem Aufbau und ausreichender Schir­

Das

gkiche gilt für die Gehäuseanschlüsse der Regler und Eingangs­

mung noch zum Schwingeinsatz kommen, so kann man die ](on­

bu chs en. All e Schirmteile kann man schleifenförmig

verbin­

densatoren Cl4a (Richtwert 470 pF) oder Cl 7 (150 pF) auf

den. 1'.:s ist nur da ra u f zu achten, daß sie nicht als Signalleitung

Kosten der Höhenanhebung etwa s vergrößen. Anch durch Ver ­

benutzt werden.

kleinern von R42 oder R35 läßt sich die Stabilitiit cve11tnPll wieder

- Die Leitungen zn den Reglern sind geschirmt zu verlegen. Alle

herstellen.

Sehinnungen >Yerden einseitig z.B. an die Gehäuseanschlüsse

Nach dieser Prüfung kann auch der Ticfenroglcr wieder anfge­

der Regler angeschlossen.

dreht werden. Treten auch danach keine Instabil itä te n und zu

- Setzt man alle Regler auf ein Montageblech, so braucht nur ein Gehäuseanschluß

der Regler mit den Kontakten 10, 11

verbunden werden. Der Erfolg der durchgeführten Maßnahmen kann nur im fertig geschalteten Gerät geprüft werden. Dazu ist an den Lautsprecher­ anschluß des zu prüfenden Bausteins ein 4-0-Ersatzwiderstand zu schalten und an diesem Oszillograf und Transistorvoltmeter

anznschlicßen. In die Plus-Zuleitung von der Originalbetriebs­

große Störspannungen auf, so k önnen die V erstärkerkanälc, die Höhen- und Tiefennetzwerke und die Gesamtvorstiirkung durch Anschluß eines RC-Generators gemessen

word en .

Aneh die stati­

schen vVerte, wie Betriebsstromaufnahme, Ruhcstromaufnu.hme, Betriebsspannung ohne Aussteue rung und bei Vollaussteuerung, sind zu messen. Alle gefundenen ·werte werden in den Geräte­ unterlagen eingetragen, um sie bei eventuell auftretenden spä­ teren Ausfällen zu Vergleichsmessungen zur Verfügung zu haben.

spannungsquelle zum Baustein ist ein Gleichstrommesser > l,5A sowie ein Schutzwiderstand 15 ... 20 Q > 10 W zu schalten. Zuerst überprüft man die Verkopplung über die Versorgungs­ leitungen. Dazu sind Summen- und Tiefenregler auf volle Ver­ stärkung, der Höhenr