PA2 - Power Amplifier mit Lateral-MOSFETs

[Köter]

Hallo Forum,

ich möchte Euch hier mein aktuelles Elektronikprojekt vorstellen. Es handelt sich um eine kleine, schnelle Endstufe mit sehr guten Verzerrungswerten die mit Lateral-MOSFETs in der Endstufe arbeitet.

Wie es dazu kam:
Im Sommer 2015 habe ich von Birger http://www.hifi-forum.de/images/tsmilies/1.gif( diy-audio-shop (http://www.diy-audio-shop.de)) einen Platinensatz seiner damals neuen „Nova“ Enstufe bekommen. Je mehr ich mich damit beschäftigte, desto interessanter fand ich das Konzept. Die Simulationen sahen sehr vielversprechend aus. Insgesamt eine kleine, schnelle Endstufe mit sehr guten Verzerrungswerten. Die Schaltung nimmt starke anleihen an die VSSA (Very Simple Symmetrical Amplifier )aus dem englischsprachigen Schwesterforum.
Ich entschloss mich dazu, noch einige Schutz-Mechanismen hinzuzufügen. Als da wären eine Vorspannungsbegrenzung für die FETs, Schutzdioden für die Gates (damit im Falle das einer der FETs durchgeht der andere nicht auch geschossen wird) und ein paar catching Dioden an den Ausgängen. Außerdem schaltete ich ein weiteres Paar Endtransistoren parallel um die Endstufe noch Laststabiler zu machen.

Hier sieht man den Frequenzgang dargestellt mit LT-Spice:

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/freqsimu_709395.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/freqsimu_709395.html)

Leistung:
o2 x 130 Wrms / 4 Ohm
o2 x 65 Wrms / 8 Ohm

Gain: ca. 27 dB -> etwa Faktor 22

Einen alten Ringkern-Trafo mit passenden Spannungen hatte ich noch „auf Lager“ und somit machte ich mich dann ans Layout der Boards.
Danach machte ich mich an ein Design für den Trafo Soft-Start. Der Trafo hat Sekundärseitig 2x30V bei einer maximalen Leistung von 750W. Eine Einschaltstrombegrenzung ist also durchaus angebracht. Die Soft-Start Schaltung entspricht größtenteils dem Projekt 39 von Rod Elliott. Die Strombegrenzung habe ich dabei durch zwei in Reihe geschaltete 15 Ohm Hochlast-Widerstände realisiert. Außerdem liefert mir der kleine Printtrafo gleich noch die 12V-Versorgungsspannung für die Ansteuerung der beiden geplanten Vu-Meter.
Natürlich durfte auch eine Lautsprecher Schutzschaltung nicht fehlen. In meinem SymAsym hatte ich ja damals einen diskreten LS-DC-Schutz aufgebaut. Die Schaltung hätte ich ohne weiteres wieder verwenden können, tut sie doch schon seit Jahren völlig zufriedenstellend Ihren Dienst. Aber man will ja auch mal neues Ausprobieren. Also bestellte ich mir in der Bucht ein paar NEC uPC1237 Bausteine. Diese „überwachen“ das Musiksignal auf anliegende Offset Spannungen, bzw. DC-Anteile. Man kann über einen Jumper wählen ob die Schutzschaltung die Lautsprecher nach einem Fehlerfall automatisch wieder freigibt, oder ob man die Anlage neu starten muss. Desweiteren findet auch eine Überwachung der Sekundären Wechselspannung statt. Wird der Verstärker abgeschaltet, merkt die Schaltung das sofort an der fallenden Wechselspannung und trennt sofort die Lautsprecher. Damit wird ein „Ausschalt-Plopp“ effektiv verhindert. Ebenso werden die Lautsprecher natürlich Zeitverzögert eingeschaltet. Das funktioniert alles richtig gut – deshalb gibt´s von mir auch ne dicke Empfehlung für die Bausteine!

Hier sieht man die Boards unbestückt:

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/wp20151120132641proklein_709397.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/wp20151120132641proklein_709397.html)

Als letztes machte ich mich an das Design des Netzteils. Im Prinzip ist die Nova da sehr gutmütig und braucht aufgrund der guten PSRR eigentlich kein Aufwändiges Netzteil. (PSRR - Amplitudengang der Ausgangsspannung - jeweils pos, oder neg. Um 100Hz sind es ~60dB, bei 1kHz ca. 80dB, darüber wieder leicht sinkend.) Aber wenn man schon alles selber macht und der finanzielle Aufwand nicht die höchste Priorität genießt, dann kann man ja auch ein bisschen mehr Aufwand treiben.

Die Gleichrichter bestehen aus Fast Recovery Dioden mit parallelen Snubber-Gliedern. Ich entschied mich für eine CLC Siebung. Die Kapazität der ersten Elkos sollte dabei nicht zu groß sein um die Stromspitzen beim Nachladen im Rahmen zu halten. Außerdem habe ich einen kleinen seriellen Widerstand hinzugefügt weil ansonsten die Ripplestrombelastbarkeit überschritten werden könnte. Den niedrigen ESR für die HF-Abblockung machen dann kleine Kerkos. Es folgt eine Glockenkernspule. Die Kurvenformen sind damit im Vergleich zu einer CRC-Siebung breiter und runder (niedrigere Störfrequenz und weniger Oberwellen). Desweiteren peaken die Ströme durch die Trafos weniger. Im Anschluss folgen dann einige Parallelgeschaltete große Elkos mit je 22mF. Auch diesen habe ich noch kleine keramische Caps mit je 100nF spendiert um den ESR gering zu halten.
Da ich auf den Verstärkerboards selber auch noch ein paar dicke Caps vorgesehen hatte sollte ich mir um die Betriebsspannung keine Sorgen mehr machen müssen. http://www.hifi-forum.de/images/smilies/5.gif

Die Boards bestückt auf der Werkbank:

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/wp20151125151822pro_709399.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/wp20151125151822pro_709399.html)



http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/wp20151125152036pro_709401.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/wp20151125152036pro_709401.html)

Die Mosfets habe ich von unten auf die Platine gelötet und isoliert auf die Kühlkörper geschraubt. Bei meinem ersten Aufbau vom Typ „Holzbrett“ habe ich Kühlkörper mit einem Wärmewiderstand von 0,9°K/W verwendet. Die Verlustleistung der Amps ist aber gar nicht mal sooo gering – ca. 25W pro Kanal. Damit wurden die Kühlkörper schon ziemlich heiß und ließen sich gerade noch so anfassen...
So spielte die Endstufe über ein halbes Jahr offen in meinem Wohnzimmer – und das zu meiner vollsten Zufriedenheit. Der Verstärker tut was er soll, und das sehr souverän. Die Spannungsverstärkung ist im Vergleich zum SymAsym etwas geringer. (Gain: ca. 27 dB -> etwa Faktor 22) Eine Klangbeschreibung spare ich mir an dieser Stelle.

Testaufbau:

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/mg4812_709403.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/mg4812_709403.html)



Da der Markt an bezahlbaren Gehäusen immer noch zu wünschen übrig lässt habe ich mich wieder für ein Gehäuse der Italiener entschieden. Preis / Leistung stehen hier einfach in einem guten Verhältnis. Um den Verstärker dennoch zu etwas besonderem zu machen habe ich einige Modifikationen am Gehäuse vorgenommen. So habe ich das gesamte Gehäuse um 30mm je Seite eingekürzt. Diese 30mm werden nun von den Rippen der Kühlkörper sowie von massivholz Seitenteilen aus Eiche aufgefüllt um wieder auf die 435mm Breite bzw. das gängige Hifi-Maß zu kommen.
Um die Kühlkörper zu montieren habe ich die originalen Aluminiumprofile zersägt und beide Teile mit 5mm Aluminium Flachmaterial verschraubt. Alles in allem eine durchaus stabile Konstruktion...

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/wp20160712161250pro_709406.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/wp20160712161250pro_709406.html)

Als „eyecatcher“ habe ich in der Front ein paar Vu-Meter versenkt und unter einer gemeinsamen Acrylplatte montiert. Im ausgeschalteten Zustand sind die Anzeigen nur zu erahnen, während sie im eingeschalteten Zustand das Erscheinungsbild dominieren.

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/wp20160729104544pro_709408.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/wp20160729104544pro_709408.html)

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/wp20160729104607pro_709409.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/wp20160729104607pro_709409.html)

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/wp20160802155232pro_709410.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/wp20160802155232pro_709410.html)

Ich steuere die Vu-Meter mit dem Hochpegelsignal an, und das funktioniert tadellos. Die Aussteuerung habe ich mit einem Festwiederstand am Ausgang der Endstufe eingestellt. Klappt gut, so dass die Anzeige je nach Pegel immer weiter aussteuert und auch bei sehr hohen Pegeln noch nicht im rechtsanschlag „klebt“...
Unter den Anzeigen findet sich noch ein Kippschalter mit dem sich die Endstufe Ein- / Ausschalten lässt. Hier habe ich ein Langloch in die Front gefräst und dem Kippschalter eine kleine Haube aus Sandgestrahltem Aluminium spendiert. Macht sich gut wie ich finde. Falls sowas mal jemand nachbauen möchte: Man sollte darauf achten, dass der entsprechende Gewindeschneider für das Gewinde des Schalters auch vorhanden ist. Dann kann man der Schalter einschrauben und an der richtigen Position mit der Kontermutter fixieren.

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/wp20160802160024pro_709411.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/wp20160802160024pro_709411.html)





Auf der Rückseite finden sich außen die Cinch-Buchsen, die ich direkt auf den Verstärker Boards montiert habe. Daneben ist dann jeweils der Lautsprecher Ausgang für den jeweiligen Kanal zu finden. Die Buchsen sind von Dynavox und für den Preis wirklich wertig verarbeitet. In der Mitte findet sich dann der Netzanschluss mit eingebauter Sicherung.
Die Gerätefüße sind wie bei den vorangegangen Projekten relativ schlicht gehalten. Massives Aluminium mit Gummi-Inlays. Bewährt und gut. Auch die Proportionen stimmen wie ich finde.



http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/wp20160802155450pro_709416.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/wp20160802155450pro_709416.html)

Und so sieht´s dann fertig aus:

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/mg7038_709417.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/mg7038_709417.html)



http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/mg7043_709419.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/mg7043_709419.html)



http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/mg7050_709421.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/mg7050_709421.html)

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/mg7054_709422.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/mg7054_709422.html)

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/mg7055_709423.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/mg7055_709423.html)

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/mg7062_709424.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/mg7062_709424.html)

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/mg7066_709425.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/mg7066_709425.html)



http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/mg7069_709427.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/mg7069_709427.html)

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/mg7070_709428.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/mg7070_709428.html)

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/mg7075_709429.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/mg7075_709429.html)

http://bilder.hifi-forum.de/medium/49174/mg7077_709430.jpg (http://www.hifi-forum.de/bild/mg7077_709430.html)


Tja, viel mehr gibt´s auch nicht zu sagen zu dem Gerät. Seine „Feuertaufe“ hat der Amp im September bereits hinter sich gebracht, als ich ihn beim DIY-Hörtest in Bergkamen vorstellen durfte. Den Anwesenden hat´s soweit ich das beurteilen darf glaube ich durchweg gefallen.


An dieser Stelle möchte ich mich nochmals recht herzlich bei einigen Leuten bedanken:

Als erstes mal bei Birger, der mich mit seiner Nova erst auf die Idee gebracht hat, Danke für deine Arbeit – weiter so!

Dann möchte ich mich natürlich noch bei Christoph aka ESELman aka Calvin bedanken. Für die Simus, die Erklärungen und die Unterstützung während der gesamten Bauzeit. Wie immer warst du mir eine riesen Hilfe – Danke!

Als letztes möchte ich mich noch bei meinem Cousin Basti bedanken, der mir mal wieder mit einem schönen Stück Eiche ausgeholfen hat! http://www.hifi-forum.de/images/smilies/5.gif


Beste Grüße,
Köter

[loki]

Ich sehe leider keine Bilder:confused:

[fosti]

Très chic! :prost:

[Gabrie]

Toll! :thumbup:
Was noch ungewöhnlich, ist die CLC Siebung! Kenne ich sehr gut von meinen Eintakt-Trioden! Wenig Strom und viel Henry! Beim Transistor, viel Strom und wenig Henry! Verrätst Du uns die Daten der Drosseln?
Herzlichen Dank Gabriel

[JFA]

Sehr geil.

Aus Eigeninteresse: wie hast Du die grün beleuchtete Skala im VU-Meter hinbekommen?

[Köter]

Hallo Zusammen,

vielen Dank für´s positive Feedback! ;)
@Loki: Ich hoffe du kannst die Bilder jetzt sehen? Sind ehrlich gesagt nur aus dem großen blauen "geborgt"...

@Gabriel: Ich hatte mich bis dato auch nie so intensiv mit der Auslegung der CLC beschäftigt. Aber dank der Hilfe eines lieben Kollegens hab ich dieses mal auch vernünftige Simus in LT-Spice erstellen können. Verwendet wird nun eine 2,2 mH Glockenkernspule aus Kerpen... ;)

@JFA: Die TEK Vu-Meter kommen so wie sie sind aus Frankreich: http://www.audiophonics.fr/en/screens-vu-meters/tek-vumetre-retroeclairage-blanc-dbwatts-p-8338.html

Leider hat eines einen Riss im Glas, den ich allerdings unter der Schutzfolie zu spät entdeckt habe... Muss ich bei Zeiten noch tauschen. Die Grüne Beleuchtung gefällt mir besser als das heutzutage moderne Blau - und passt zudem viel besser zum Oldschool-Look des Gerätes.
Eventuell würde ich die Anzeigen beim nächsten mal noch anders einbauen, so dass der helle Rand nicht mehr zu sehen ist... Ist so ein kleiner Makel mit dem ich nun leben muss... :D

Viele Grüße,
Köter

[bg20]

Wirklich ein schönes Teil,kannst mal was dazusagen
Wie stabil die amp bei sehr nieder ohmigen ist .
Und so ungefähr den Kosten Faktor so ohne Gehäuse und trafo

[Röhre]

Hallo Köter
Schönen Verstärker hast Du da gebaut.

Ich habe die Verstärker ebenfalls nachgebaut, sie gefallen mir klanglich gut. Besser als allles was ich von sure usw ausprobiert habe. Im Bassbereich (Kontolle) haben die "D" Verstärker die Nase vorn , aber im mittel- hochtonbereich gefallen mir die Novas bedeutend besser.
Würdest Du mir die Schaltung deiner Verstärker überlassen bzw.
sie hier veröffentlichen?
Gruß
Hans-Jürgen:confused:

[SNT]

Hallo Köter,

wow! Das ist ja mal ein prima Beispiel wie man die eigentlich unschönen Standardgehäuse so hinbekommt, dass sie nach was aussehen! Besonders interessantes Detail ist dabei die Ausführung der hölzernen Seitenteile. RESPEKT!

Gruß von Sven

[Köter]

Hi,

naja... ich hab beim Probehören nichts negatives feststellen können. Hatte jetzt aber auch keinen wirklich niederohmigen Lautsprecher dran. U.a. haben da gespielt, meine SB 417, die 2016 Ephedra von h.b., eine Doppel 7 ADW...

@Hans-Jürgen:
Ich habe nicht vor die Schaltung zu veröffentlichen. Das geht einher mit einer menge Supportanfragen. Das kann ich im Moment nicht leisten. Ich hab das bei meinem Symasym Projekt gemerkt, und danach bei meiner RP1 Phonostufe. Da sind die Leute ja genervt wenn man mal ein / zwei Tage nicht antwortet...
Ausserdem halte ich Birgers Schaltung so wie sie ist für absolut Nachbauwürdig. Die Nova zeigt eine tolle Performance in den Simus. Ich habe den Amp eigentlich nur aus Spaß an der Freude modifiziert... Hobby halt.:dance:

Danke Sven! Genau das war das erklärte Ziel. Die Modu Gehäuse sieht man mittlerweile ja an jeder Ecke. (Das P/L Verhältnis ist auch wirklich gut!) Aber ich wollte eben ein eigenständiges Design. Ausserdem haben mir die alten japanischen Boliden schon immer gefallen!

Viele Grüße,
Köter

[tiefton]

Sehr sehr schön geworden!!!!:ok:

Den Nova-Platinen Satz gab es dieses Jahr beim Lautsprecher Contest als Preis und ich bin gespannt, was draus wird.
lohnt sich auf jeden Fall!!!

[Köter]

Hi Thomas,

danke Dir! Der Gewinner darf sich da absolut freuen! Die Nova hat ausreichend Leistung, klingt hervorragend und ist anspruchslos an das Netzteil. Damit eignet sich der Amp auch Prima für den versierten Einsteiger.
Ich hatte die Nova 2015 erstmals gehört - und zwar Birgers original Aufbau mit Schaltnetzteil von Connex. Super Easy - und das Ergebnis weiß zu überzeugen!

Grüße,
Köter

[JFA]

@JFA: Die TEK Vu-Meter kommen so wie sie sind aus Frankreich: http://www.audiophonics.fr/en/screens-vu-meters/tek-vumetre-retroeclairage-blanc-dbwatts-p-8338.html

Danke schön.

Ich hatte zwar auf Wunderdinge gehofft, die einige Probleme hierbei beseitigen würden: http://ta-hifi.de/index.php?id=601

Aber stellt sich raus, dass wir uns die im Vorfeld schon angeschaut hatten.

[Köter]

Hi,

wo genau liegt denn das Problem? Ihr lasst doch sicher fertigen, da dürfte eine andersfarbige Beleuchtung doch das kleinste Problem sein, oder?

Grüße,
Köter

[JFA]

Auf dem schwarzen beleuchteten Hintergrund sieht man jedes Staubkorn...

Das in der Fertigung staubfrei zu halten ist äußerst aufwändig. Und so gewaltig sind die Stückzahlen auch nicht, dass sich eine andere Bedruckung lohnen würde.

[Köter]

Okay, danke für die Info - aber da kann ich Dir leider auch nicht helfen. Solltest du aber mal andere / neue Vu-Meter auftreiben, dann bin ich sehr interessiert... ;)

Grüße,
Köter

[Köter]

Hallo Zusammen,


hier mal ein kleines Update zu meiner Endstufe.
Ich habe die Endstufe lange in Betrieb gehabt. Im Wohnzimmer, als Sub-Amp, und mittlerweile in meinem Herrenzimmer als klassische Stereo Endstufe.
Leider habe ich dieses schöne Teil immer seltener gehört, da ein mechanisches Brummen den Spaß an der Sache verdorben hat.
Ich hatte den vorhandenen Trafo modifiziert (das Winkelblech entfernt), den RKT danach auf einer Weichgummi Unterlage montiert, die Glockenkernspulen aus dem Netzteil entfernt, ein DC-Filter eingebaut, mit der Masse gespielt usw...
Ein Restgeräusch blieb...


Nun bin ich endlich über meinen Schatten gesprungen und habe mir einen neuen RKT bestellt.
Ich habe mich am Ende für einen Trafo von Müller Elektrotechnik / Rondo entschieden. Nach einem unverbindlichen Angebot hatte ich noch Fragen, also habe ich kurzerhand zum Telefon gegriffen.
Nach einem sehr kompetenten Gespräch mit Herrn Müller bezüglich der angebotenen Optionen war die Entscheidung einfach >> RKT im Gehäuse vergossen und mit Schirmwicklung (CU-Folie) zwischen Primär- und Sekundärwicklung.
Nach wenigen Tagen kam bereits die Lieferung. Das isser:

64528


Um den Trafo "hübsch" einzubauen habe ich dann spontan eine kleine Montageplatte aus Flex-Filament gedruckt:

64529

64530


Und so sieht das jetzt aus:

64531

64532




Was soll ich sagen? All meine Probleme sind gelöst. Die Endstufe ist nun "dead silent" wie man so schön sagt.




Was lernen wir (ich) aus der Geschichte?
Auch einem geschenkten Gaul sollte man ins Maul schauen! :)


In meinem Fall: hätte ich mir damals direkt einen RKT wickeln lassen anstatt den aus einem Industriegerät ausgeschlachteten Trafo zu verbauen hätte ich mir viel Arbeit sparen können.




Außerdem möchte ich mit diesem Posting auch eine Empfehlung aussprechen für das Unternehmen Müller Rondo.
Ich weiß dass in unserer Community oftmals die Trafos von Toroidy aus Polen eingesetzt werden, (Die sind auch klasse - keine Frage)
aber man findet auch hier bei uns noch Anbieter die Top Qualität zu einem fairen Preis bieten.


Vielleicht findet´s der ein oder andere von Euch ja spannend.


Beste Grüße,
Köter

[capslock]

Ist Herrenzimmer die vornehme Variante von man cave?

Brummt der neue Trafo auch und ist nur besser entkoppelt? Oder war der alte magnetisch knapp ausgelegt oder lose gewickelt?

[Köter]

Moin!


Ist Herrenzimmer die vornehme Variante von man cave?

Hehe... vornehm eher nicht. :D Die Bezeichnung hat sich so eingeschlichen. Eben mein Reich, fern ab der Familie. Bastelbude & Rückzugsort.


Brummt der neue Trafo auch und ist nur besser entkoppelt? Oder war der alte magnetisch knapp ausgelegt oder lose gewickelt?

Warum der alte gebrummt hat? Keine Ahnung. Ich denke der ist einfach lose gewickelt. Entkoppelt hatte ich den auch mit ner 5mm Weichgummi Matte. Der neue ist nicht zu hören. Mit dem alten Mechaniker-Trick - Schraubendreher als Stethoskop - kann man den Übeltäter ja eigentlich gut lokalisieren. Nur habe ich mich immer vor der Investition gescheut, schließlich hatte ich ja einen "funktionierenden" Trafo.

Hab gestern Abend noch ne weitere Sache geändert die mich an der Endstufe immer gestört hat. Mal sehen ob ich das heute Abend fotografisch festhalten kann...

Grüße,
Köter