TO39-AMP    


        Leistungs-Verstärker, ausschließlich mit TO39-"Metal Can"-Transistoren,
        40 Ausgangs-Transistoren pro Kanal. Ein Projekt "just for fun".

        © 2021 by Markus Holtwiesche;        EMail       Startseite         in english at diyaudio.com

            Weitere Projekte:     Vorverstärker: RS-PA3     für Vinyl-LP: CX-Decoder     für Wartburg 353: Drehzahlmesser    



- 31.12.2021 -

Vor einiger Zeit bekam ich eine größere Menge an unbenutzen, ca. 30 Jahre alten Elektronikbauteilen.
Darunter viele Transistoren im TO39-Gehäuse: BC140, BC160, BSX45;
außerdem viele Elektrolytkondensatoren größerer Kapazität: 4700µf etc..
Zum Wegwerfen zu schade, also was damit anfangen?
Ich kam auf die Idee, damit einen Verstärker zu bauen und nur diese TO39-Transistoren zu verwenden, auch für die Endstufe.
Manche mögen das für Blödsinn halten, aber egal: hier ist das Ding, und es läuft.



Nach unzähligen LTSpice-Simulationsläufen machte ich schließlich die Platinen-Layouts und ließ die Platinen anfertigen.
(Früher machte ich die Platinen noch selbst, aber inzwischen gibt es ja Firmen, die das besser und oft auch günstiger machen; und man erspart sich zuhause den Aufwand mit Belichtern, Filmen und Chemikalien.)
Da man immer mehrere Platinen bestellen muß, gestaltete ich die Layouts so, daß man die übrigen Platinen auch für "normale" Verstärker verwenden könnte, mit z.B TO126 und TO264, SOT-93 o.ä. Transistoren. Aus diesem Grund sitzen die TO39-Endtransistoren auf einer eigenen Platine.
Die Kondensatoren in der Teilesammlung waren alle axial; es gibt darum Plätze für sowohl axiale als auch radiale Sieb-Elkos auf der Netzteilplatine, um auch sie für Anderes verwenden zu können.



Das Netzteil ist geregelt und liefert in der hier verwandten Bestückung eine stabile Spannung von +20V und -20V. Mehr ist für diesen Verstärker nicht möglich, da die Transistoren BC140/BC160 nur 40V vertragen.
Das Netzteil enthält eine elektronische Sicherung, welche die Betriebsspannung des Verstärkers abschaltet, wenn ein eingestellter Stromwert überschritten wird.
Es gibt auch eine Schnittstelle, die es ermöglicht, mit einer externen Schalt-Spannung das Netzteil runterzufahren, dieses wird z.B. vom DC-Schutz für die Lautsprecher genutzt.



Die Endtransistoren sitzen recht eng beieinander und haben keine Kühlkörper; nur durch Konvektion werden sie ihre Wärme nicht los, darum ist ein Lüfter erforderlich. Hier reicht aber ein sehr geringer Luftstrom, sodaß kein störend lauter, starker Lüfter nötig ist.



Der Verstärker kann so dauerhaft 30 Watt an 4 Ohm leisten (pro Kanal), ohne sich ungesund aufzuheizen.
Falls jemand die obligatorische kleine Spule am Ausgang vermißt: die wird später mit auf der DC-Protection-Platine sitzen; im Moment läuft es aber auch ohne problemlos.

Zum Funktionstest ist alles auf eine PVC-Platte geschraubt.
Die nächsten Schritte sind unter Anderem, ein passendes Gehäuse anzufertigen, und, -konsequenterweise-, die SOT-93 Regeltransistoren im Netzteil auch durch die Extraplatine mit TO39-Transistoren zu ersetzen.

Hier noch einige weitere Bilder und Oszillogramme.



Bestückung der Ausgangsplatine:
Die Widerstände für die Ausgangstransistoren sitzen auf der Unterseite der Platine. Nach jedem neu eingebauten Transistor wurde getestet, ob sie soweit alle zusammen wie Einer funktionieren.



Auf der Hauptplatine sind 7 PNP-, 8 NPN-, und auf der Ausgangsplatine je 20 PNP- und NPN-Transistoren, insgesamt 55 Transistoren, pro Kanal.

Sinus 1000 Hz                                                  Sinus clipping 1000 Hz


(jeweils mit 10:1 Tastkopf abgegriffen)

Rechteck 1000 Hz                                                  Dreieck 10 kHz



- 1.1.2022 -

Hier die Schaltung:



Hier ist alles eingezeichnet, was auf der Hauptplatine Platz findet. Die oben gezeigten Ausgangstransistoren (BD249/250) sind hier nur Platzhalter. Anstelle von ihnen (T16, T18) und ihren Emitter-Widerständen (RT16/RT18) ist die unten gezeigte Schaltung angeschlossen; mithilfe der 40-Ausgangstransistor-Platine.



Diese BC140/160 haben ft=50Mhz.
Das Siemens-Datenblatt gibt an: Kollektor-Basis-Kapazität < 25 pF (BC140), < 30 pF (BC160). Selbst bei den hier jeweils 20 parallel geschalteten Transistoren also garnicht so schlecht, im Vergleich zu normalerweise verwendeten Endstufen-Transistoren wie z.B. 2SA1943: Cob=360pF und 2SC5200: Cob=200pF


- 3.1.2022 -

Es sollte auch nicht vergessen werden, das Netzteil näher zu erwähnen.
Die darin eingebaute elektronische Sicherung hat mich beim Testen des Verstärkers mehr als einmal vor Rauchzeichen bewahrt, wenn ich aus Unachtsamkeit beim Ansetzen von Krokodilklemmen oder mit zittrigen Prüfspitzen Kurzschlüsse etc. produziert habe. Oder wenn beim Austesten der Clippinggrenze etwas über das Ziel hinausgeschossen wurde.
Die Abschaltung erfolgt extrem schnell; mit einem vollständigen Kurzschluß bei einem eingestellten Abschaltstrom von z.b. 8A fließt Strom noch für ca. 80µs (0,08 sec). Man kann praktisch die Leitungen von den Ausgangsspannungsanschlüssen des Netzteils direkt zusammenhalten, die Abschaltung erfolgt so schnell, daß man man nichteinmal einen Funken sieht.

Es gibt jeweils eine Netzteilplatine für die beiden Betriebsspannungen. Die Platinen sind über das o.g. Interface (Optokoppler) verbunden. Wenn in nur einer Spannung die Sicherung anspricht, wird die andere Spannung auch abgeschaltet, damit der Verstärker nicht mit nur einer Spannung verbunden ist.




- 7.1.2022 -

Das Netzteil ist nicht komplementär aufgebaut wie sonst allgemein bei zwei Betriebsspannugen (+Ub/-Ub) üblich. Es werden hier für beide Betriebspannungen die gleichen Platinen mit der gleichen Bestückung verwendet und wie im folgenden Bild gezeigt verschaltet.




Die Schaltung zum Schutz der Lautsprecher vor Gleichspannung (DC-Protection) (z.B. bei Fehlern/Defekten in der Endstufe) ist recht einfach gehalten. Sie schaltet bei Gleichspannung am Lautsprecherausgang nicht selbst die Lautsprecher ab, sondern gibt eine Spannung an den Shutdown-Eingang des Netzteils, welches daraufhin, -ebenso wie bei Überlast-, die Betriebspannung sofort abschaltet.



Die im Schaltplan angegebenen 1N4448 werden noch durch Schottkydioden mit niedrigerer Uf ersetzt, um die Ansprechspannung der DC-Protect-Schaltung etwas zu vermindern.


- 7.3.2022 -

Eine weitere Platine trägt eine Lautsprecher-Einschaltverzögerung mit Relais und die o.g. DC-Protection. Die Platine ist dafür gedacht, an der Rückwand eines Gehäuses montiert zu werden, weshalb auch die Eingangs- und Ausgangsbuchsen direkt darauf montiert sind.





Die Relais sehen recht klein aus, sind aber für 10A DC Schaltstrom angegeben. Da der Verstärker nur 30 Watt an 4 Ohm leistet, sollte das ausreichen. Sicherheitshalber habe ich vor der Gestaltung des Platinenlayouts ein solches Relais getestet und seine Kontakte mit Gleichspannung 35 V bei 8 A (diese Werte waren gerade einfach mit den vorhandenen Gerätschaften herzustellen) belastet und mehrfach ein- und ausschalten lassen, was das Relais ohne Probleme mitgemacht hat. Die Relais werden diese Strom-/Spannungswerte allerdings kaum jemals schalten müssen, denn bei Überstrom oder Gleichspannung am Verstärkerausgang schaltet das Netzteil die Betriebsspannung ab. Die Relais dienen in erster Linie dazu, den unvermeidlichen Einschalt-Spannungsimpuls am Verstärkerausgang von den Lautsprechern fernzuhalten.

Zum Funktionstest ist alles ersteinmal mehr oder weniger fliegend zusammengeschaltet.








- 7.5.2022 -

Die letzten Platinen des Projektes sind fertiggestellt:

# Netz-Eingangsplatine mit Filter, Ein/Aus-Schalter, Kontroll-LED und Masseschleifenunterbrecher

# Lüfter-Steuerung für eine stufenlose Anpassung der Lüfter-Drehzahl (50-100%) an die Endstufentemperatur. Im Falle der Überhitzung trotz voller Lüfterspannung gibt die Schaltung außerdem auch ein Shut-Down-Signal an das Netzteil, sodaß dann die Betriebsspannung des Verstärkers abgeschaltet wird.







Als Nächstes geht es daran, ein Gehäuse anzufertigen, das alle Komponenten aufnehmen kann.


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