100W Class A 200W Class AB Doppelmono

[dommii]

Vor knapp zwei Jahren hat mich die verrückte Idee gepackt mit meinen rudimentären Kenntnissen der Regelungstechnik einen Class A Verstärker zu entwickeln der die imho besten Dinge von früher und heute vereint: einen Audio-Operationsverstärker direkt gekoppelt an einen Class A Emitterfolger innerhalb der Rückkopplung.

Nach vielen Simulationen ist dann im Groben das dabei herausgekommen:



Um einen ausreichenden Spannungshub zu erreichen ohne Spezial-HV-OPVs zu verwenden, steuere ich die zwei Kanäle eines LME49860 mit invertierter Polarität an, was gebrückt einen Spannungshub von +- 40 Vpeak ergibt. Danach geht es durch eine thermisch gekoppelte Ruhestromeinstellung in zwei Dreifachemitterfolger der je vier Paare MJL4281/MJL4302 beinhaltet. An deren Ausgang geht es zurück in die Rückkopplung der OPVs und eben an den Lautsprecheranschluss.

Im Detail schaut das dann so aus:



Die sich ergebende Platine kann in der gebrückten Konfiguration als auch zweikanalig betrieben werden, dann eben mit nur einem viertel des Spannungshubs:




Und simuliert sich bei 19kHz + 21kHz und 100W an 8Ohm so:




Nun aber weg von all der Theorie und ab in die Praxis, denn langsam aber sicher trudelten alle Bauteile und die Platinen ein:







Diese wurden darauf hin verlötet:




...und dabei beging ich einen großen Fehler, denn da ich SMD scheue wie der Teufel das Weihwasser, habe ich mir den kleinen LME49860 bis ganz zum Schluss aufgehoben:



Sportlich, aber ging

Derweil ist auch das Metall angekommen, die DVD dient als Größenvergleich



Nun konnten die Transistoren aufgesetzt und eingelötet werden:



...und es kam der große Moment der Wahrheit, das erste mal Anschließen an zwei Labornetzteile:



Nichts kaputt, alle Spannungen und Ströme passen also ran ans Gehäuse:




Probesitzung bestanden, die 1000VA RIngkerne und die 800.000µF wirken im Vergleich allerdings winzig.
Danach fleißig Strippen gezogen:

[dommii]

Und fertig ist die Laube:



Noch ein bisschen Öl:



...und seit dem spielt er bei uns im Wohnzimmer:




Fazit: Viel gelernt, viel Geld ausgegeben, viel geschwitzt während der ganzen Tests, aber es hat sich absolut gelohnt :prost:

Für Neugierige gibt's im Anhang noch die BOM

[fosti]

Très chic! :danke:

[Kalle]

Très chic! :danke:

Moin,
wirklich sehr schön gemacht!
Jetzt kannst du auch noch rechts den Heizkörper abbauen, dadurch gewinnt das ganze Zimmer noch mehr.
Viel Freude damit!
Kalle

[EMP]

Danke für die schöne Doku :prost:

Zwei Fragen:

• Warum hat das bis jetzt noch keiner so gemacht?
  
• Welche Vorteile hat das Konstrukt konkret?
  

Gefragt als Amp Anfänger

[Olaf_HH]

Hi Dommi
schön was seit letztem Jahr draus geworden ist.
Kannst Du was ´zu den Kühlkörpern schreiben ?

[kboe]

wonderbra! :prost::danke:

Zu Klang und Kosten magst du dich nicht näher auslassen?
ich weiß, Klangbeschreibungen sind sehr schwierig....

Gruß
kboe

[dommii]

Danke an alle für die positiven Kommentare!

• Warum hat das bis jetzt noch keiner so gemacht?
  
• Welche Vorteile hat das Konstrukt konkret?
  

Es gibt einige ähnliche Ansätze. Die meisten arbeiten aber noch mit Zwischenstufen zur Spannungsverstärkung zwischen OPV und Endtransen. Das bringt ansich schon Verzerrungen und durhc die höhere Schleifenverstärkung arbeitet auch die Gegenkopplung nicht so sauber. Kurzum, so geringe Verzerrungen sind mir von keinem anderen Verstärker bekannt.

Kannst Du was ´zu den Kühlkörpern schreiben ?

Das sind weit verbreitete 300 x 84 mm Profile, gibt es bei diversen Inverkehrbringern. Bei Fischer z.B. unter der SK 531 200 SA.

Zu Klang und Kosten magst du dich nicht näher auslassen?
ich weiß, Klangbeschreibungen sind sehr schwierig....

Wer mich kennt, weiß wie ich zu Verstärkerklang stehe - gut entwickelte Endstufen (also ca 99% aller Transen) klingen nicht. Aber es ist ein schönes Gefühl das man ein außergewöhnliches Stück Technik besitzt Insgesamt liegt der Verstärker bei ca. 1500€.

[EMP]

Danke für die Erklärung

Also sind die Verzerrungen geringer als bei einem reinem Class-A Verstärker?

Und was mich noch interessieren würde, ist wie sich der Wirkungsgrad im Vergleich zu Class A ist :prost:

[dommii]

Die Verzerrungen sind mit mir bekannten Mitteln fast unmessbar, und ich kenne keinen der solche Geräte stehen hat. Der direktgekoppelte OPV zwingt die Class A Endstufensektion auf Kurs, ohne wenn und aber. Simulieren tun sich 20kHz 100W an 8 Ohm mit unter 0,0002 % Klirr, IMD hatte ich ja schon gepostet.

Der Wirkungsgrad ist einer Class A ebenbürtig, wenn man sie voll ausfahren will gehen da 800W im Leerlauf durch. Allerdings kann man zwei umschaltbare Biaseinstellungen vornehmen, und ich höre zu 99,9% in Class AB.

Beste Grüße,

Dominic

[3eepoint]

Eigentlich sollte ne bessere Soundkarte in der Lage sein zumindest in der Nähe noch eine Aussage schätzen zu können, grade wenn man vorher mit nem Widerstand Kalibriert.

Hast du in LTspice simuliert? Die software ist etwas optimistisch wenn es um THD ect. geht, ohne das Design schlechtreden zu wollen =)

Solche Compound anordnungen mit OP-Amps können schon was, gibt da im DIY Audio diverse in verschiedenen ausführungen von. Auf jeden Fall ein schön aufgebautes Gerät.

PS: Kann es sein, dass die Betriebsspannungen in dem ersten Prinzipschaltbild vertauscht sind? Ich bin mir nemlich ziemlich sicher, dass die Treiberstufe ausgehend von den Versorgungen des op, so nicht funktionieren können

[hoschibill]

Ich muss gestehen, ich habe einen sofortigen haben-will Effekt bei solchen Eisenschweinen . Einfach g**l. Auch optisch großartig. Ich mag sowas :ok:.

[dommii]

@3eepoint: Auch mit einer 'kalibrierten' Soundkarte ist den Verzerrungen nicht wirklich beizukommen, aber eine Messung die ich diesbezüglich mal versucht habe deutet zumindest in die Richtung der Simulation. LTspice ist immer nur so gut wie die Modelle mit denen man es füttert, Vergleichsmessungen in Schaltungen mit höheren Verzerrungen zeigen bei den verwendeten Modellen eine ziemlich hohe Übereinstimmung, allerdings waren die gemessenen immer noch ein bisschen besser als die simulierten

Ich habe das Prinzipschaltbild nun mehrmals inspiziert und konnte keinen Fehler finden. Was genau meinst du mit Treiberstufe?

@Olli eine Platine ist noch zu haben, trau dich :p

[3eepoint]

Nach den Anschlüssen des OP-Amps stimmt die Polung nicht, die Transistoren laufen alle in Sperrichtung

[dommii]

Das sind der invertierende und der nichtinvertierende Eingang. Vcc ist oben, Vee ist unten

[EADG]

Sehr saubere Arbeit, obwohl ich von Größe und Heizleistung eher kleinere Kaliber vorziehe.
Ist das Spice Modell des LME geschützt oder könntest Du das Modell vielleicht hier einstellen?

[スピーカ]

Schöne Idee und schönes Teil, was Du da hergestellt hast. Aber willst Du die Endstufe wirklich in der Ecke verbannen?

[nr12]

Die soll doch die Heizung daneben ersetzen...

[dommii]

Aber kleiner schaut doch so klein aus Mit der Heizleistung wollte ich mich auf Dauer auch nicht beglücken, schon alleine aus ökologischen Gründen, deshalb eben die meisten Zeit Class AB. Das Modell des LMEs hatte ich irgendwo in den Tiefen des Netz gefunden und geht wie folgt:

* BEGIN MODEL LME49860
*//////////////////////////////////////////////////////////////////////
* © National Semiconductor, Corporation.
* Models developed and under copyright by:
* National Semiconductor, Corporation.
*/////////////////////////////////////////////////////////////////////
* Legal Notice:
* The model may be copied, and distributed without any modifications;
* however, reselling or licensing the material is illegal.
* We reserve the right to make changes to the model without prior notice.
* Pspice Models are provided "AS IS, WITH NO WARRANTY OF ANY KIND"
*////////////////////////////////////////////////////////////////////
* PINOUT ORDER +IN -IN +V -V OUT
* PINOUT ORDER 3 2 8 4 1
.SUBCKT LME49860 3 2 8 4 1
* NOTE THAT MODEL IS FOR ONE SECTION ONLY (A SECTION) OF
* THE DUAL LME49860
* MODEL FEATURES INCLUDE OUTPUT SWING, OUTPUT CURRENT THRU
* THE SUPPLY RAILS, OUTPUT CURRENT LIMIT, OPEN LOOP GAIN
* AND PHASE WITH CLOAD EFFECTS, SLEW RATE, COMMON MODE
* REJECTION WITH FREQ EFFECTS, POWER SUPPLY REJECTION WITH
* FREQ EFFECTS, INPUT VOLTAGE NOISE WITH 1/F, INPUT CURRENT
* NOISE WITH 1/F, INPUT BIAS CURRENT, OUTPUT IMPEDANCE,
* INPUT COMMON MODE RANGE, INPUT CAPACITANCE, INPUT OFFSET
* VOLTAGE WITH TEMPERATURE EFFECTS, AND QUIESCENT CURRENT
* VERSUS VOLTAGE.
* MODEL INCLUDES INPUT AND OUTPUT PROTECTION DIODES.
Q26 9 10 11 QON
Q27 12 10 13 QOP
Q28 4 14 15 QOP
Q29 8 16 17 QON
I4 9 16 3E-3
I5 14 12 3E-3
R34 18 17 1
R35 15 18 1
C6 10 19 2.8P
R36 19 10 1E3
G1 10 19 20 19 -1E-3
G2 21 19 22 23 -0.5E-2
R37 19 21 1.5E9
C7 20 24 15.33E-12
R38 20 21 1.9E3
E1 25 19 20 19 1
D2 25 21 DD
R39 19 24 45
Q30 23 26 27 QIN
Q31 22 28 29 QIN
Q32 30 31 32 QCN
R40 12 32 3.65E3
R41 23 33 220
R42 22 33 220
V7 9 34 0.75
R45 35 27 1
R46 35 29 1
R47 1 18 10
D1 34 33 DD
D3 21 25 DD
D4 36 9 DD
D5 12 37 DD
V8 36 21 1.5
V9 21 37 1.5
E6 38 0 9 0 1
E7 39 0 12 0 1
E8 40 0 41 0 1
R48 38 42 10E6
R49 39 43 10E6
R50 40 44 40E6
R51 0 42 10
R52 0 43 10
R53 0 44 40
E11 45 46 44 0 0.65
R54 47 41 1E3
R55 41 48 1E3
C10 38 42 1E-12
C11 39 43 1E-12
C12 40 44 0.4E-12
E12 49 45 43 0 0.30
E13 50 49 42 0 -0.62
R60 49 50 1E9
R61 45 49 1E9
R62 46 45 1E9
E22 47 0 2 0 1
E23 48 0 50 0 1
E24 51 52 53 54 17.5E-3
I7 0 54 1E-4
D6 54 0 DVN
I8 0 53 1E-4
D7 53 0 DVN
R63 26 50 19
R64 51 28 19
E25 12 0 4 0 1
E26 9 0 8 0 1
I9 8 4 5.8E-3
R65 4 8 19.23E3
E27 19 12 9 12 0.5
C13 2 0 3E-12
C14 50 0 3E-12
C15 50 2 0.25E-12
V10 52 2 87E-6
R67 13 16 1
R68 14 11 1
I13 50 0 -3.7313E-6
I14 2 0 -3.7313E-6
I15 12 31 3.442E-6
V12 35 30 -0.5
D8 55 26 DD
D9 55 28 DD
V13 55 12 1.45
I16 0 56 1E-3
D10 56 0 DD
R104 0 56 1E9
V14 56 57 0.65
R105 0 57 1E9
R106 0 57 1E9
E28 46 3 57 0 1.133E-4
R107 3 46 1E9
D11 26 9 DD
D12 28 9 DD
D13 1 58 DD
D14 59 1 DD
R108 58 8 10
R109 4 59 10
.MODEL DVN D KF=1.6E-13
.MODEL DD D
.MODEL QCN NPN
.MODEL QIN NPN BF=45 KF=2E-17
.MODEL QON NPN BF=15 RC=55
.MODEL QOP PNP BF=15 RC=55
.ENDS
* END MODEL LME49860

Wenn unser Haus renoviert ist und wir aus der Wohnung raus sind, kriegt die Stufe einen ordentlichen Platz, versprochen :prost:

[EADG]

Vielen Dank, für das Modell!

Aber kleiner schaut doch so klein aus

Na ja, ich bastle gerade an einem kleinst 3-weger, mit Subwooferunterstützung, aktiv.
Für meine Werkstatt (Platz ist immer knapp) und meine Schwester(WAF extrem).Und wenn ich bei meiner Schwester mit 4 von Deinen Endstufen ankäme, hätte ich wahrscheinlich lebenslang Hausverbot.
:prost: