LAB versterker afwegingen en metingen

Vaak merk ik bij topics als deze een zekere hang naar het bekende. Ik snap dat wel. Waar je goed in bent, dat wil je opnieuw gebruiken. En je hebt er onderdelen voor in huis. Handig.

Ik snap daarnaast ook wel dat Blackdog al een heel eind is gevorderd met een klassiek linear ontwerp, en dat mijn opmerkingen dus heel goed 'mosterd na de maaltijd' kunnen zijn. Dat gezegd hebbende, vroeg ik me dus af, uit nieuwsgierigheid, ... kan een project als dit anno 2025 niet veel handiger met klasse D worden gebouwd? Hogere efficiency, dus minder zware power supply, minder hitte, kleinere kast, lichter, enzovoort.

Bijvoorbeeld een TPA3255 gebaseerde versterkermodule van Ali express. Kost 2 tientjes. Output tot +/-24V. Beveiligingen (overtemperatuur, kortsluiting, supply undervoltage) zijn ingebouwd. Over voeding, ground, en DC koppeling moet je dan even slim nadenken, maar ik verwacht dat dat 'veul' minder tijd kost.

Of .. mis ik iets?

Ik had die 40409 en 40410 bij van Dam gekocht die werden geleverd voor oa. de de print van de Hart (Quad 303 kloon) versterker. Ze waren maar kort op de markt want de plastic torren invasie stond op punt om te beginnen. TIP14 was een van de eerste medium power plastieken Si modellen. TI was daar iets sneller mee dan RCA.

Vaak worden ze als origineel RCA bestempeld op Epay maar dat is fake.
Ik heb een paar van die originele RCA koelprofieltjes liggen maar de tor is verdwenen

Wat zie ik nou 1 kruiskop gebruikt voor een TO-3 vast te zetten? Heb je wel goed passende, normale schroevendraaiers? Zoiets moet je niet flikken op de vliegbasis hier, de Leeuwarden Air Base, dan wordt je op het matje geroepen en krijg je een uitbrander! gna, gna.

edit: ben een beetje chagrijnig vandaag

Ik gebruik vaak de TPA3116d2 voor dat soort toepassingen, simpele Class-D die prima werkt tot ruim 10kHz ( 100W @ 1.6Ω )

Ah, de SWTPC Universal Tiger (Popular Electronics, juli 1969).

Een interessante thread over dit ding:
https://www.diyaudio.com/community/threads/swtpc-universal-tiger-rebui…
De verschillende manieren waarop deze amp kan oscilleren (en opbranden) worden besproken, maar nog veel meer.

--
Als het toch lineair moet, is Audio Power Amplifier Design van Douglas Self wel interessant. (Misschien hier of daar wel googelbaar.)
Je zit dan ook meteen weer zo'n 50 of 60 jaar dichter bij het heden.

The Universal Tiger design had problems... stability suffered as a major issue. Probably the
most experienced person to describe the UT's problems is the famous Douglas Self. If you
haven't read his books, the are must reading for a serious audio amplifier person.

(bron)

er zijn mooie transistoren van OnSemi met ingebouwde dioden, een betere thermische koppeling ga je niet krijgen. Ben de typenummers even kwijt. De NJL3281DG & NJL1302DG

Het volgende ontwerp heb ik in het verleden voor iemand gebouwd rondom deze transistoren.

https://pansonaudio.com/Compact_Series.htm

[Bericht gewijzigd door Roland van Leusden op maandag 23 juni 2025 12:50:34 (28%)]

De symmetrie en instelling van de ingangstrap laat te wensen over:
* de ene transistor heeft een collectorweerstand, de andere niet.
* de ene transistor krijgt zijn basisstroom via 20k, de andere via 2k2
* er is geen ingangscondensator, foutieve aansturing kan de hele versterker uit evenwicht trekken

Verder geloof ik niet zozeer in de tweede stroombron, die van de fasesplitter: een stroombron is nu eenmaal hoogohmig en daarmee wordt de boel oscilleergraag - deze versterker heeft dan ook een reputatie terzake. Een koppel weerstandjes en eventueel een bootstrapcondensator - al is die laatste voor deze toepassing misschien minder relevant.

@Roland: bedankt voor de tip, die 5-potige transistors ga ik eens uitvoerig bekijken.

Hi,

Dit is/wordt een LAB versterker, daar zijn de eisen anders voor dan voor een "normale" audio versterker.

kojazz
Bij een LAB versterker ga je geen architektuur gebruiken voor je versterker die schakeld.
Dat levert veel te veel stoorsignalen op tijdens metingen.
Analoog is de enige schone manier zonder dat je schakeling enorm complex wordt wat filtering betreft.
Dissipatie, ja zeker deze versterker gaat geen dagen aan staan en als het nodig is, laat ik er 0,5-Ampere ruststroom lopen.

Frederick E. Terman
Hartelijk dank voor je links naar diyaudio.com, veel handige info daar een flink deel heb ik al gelezen in het laatste half uur.

Roland
Dit mooie transistoren waar jij aan refereerd heb ik op voorraad, ik gebruik ze in diverse oventjes en gebruik de interne dioden
als temperatuur sensoren.

RAAF12
Ik heb in mijn audio transistoren bak meerdere typen eindtransistoren met hun drivers.
Deze zijn meestal moderne typen met grote bandbreedte de RCA typen die in het orginele ontwerp zitten ga ik niet gebruiken,
dit omdat ik daarvoor betere typen heb.

Algemeen
De bedoeling is dus dat de versterker goed stabiel wordt met vreemde belastingen.
Een deel los ik op door dus hele dikke vermogens transistoren te gebruiken die een fT hebben van rond de 2MHz.
Ik heb altijd nog de mogelijkheid de MJ15003 en de MJ15004 paartje te gebruiken die een wat hogerefT hebben, denk dan aan ongeveer een fT van 4 a 5.
Die eigenschap is niet vaak meer te vinden in de moderne datasheets van de MJ15003.

Mooi, nu weer verder aan dit projectje werken en aan de stroombron schakeling van Gertjan.

Groet,
Bram

Wat is een LAB versterker? (wat kan 'ie voor bijzonders?)
Enige wat ik vind is dat een LAB versterker een versterker is gebouwd door LAB Gruppen...

Mij lijkt het dat Bram bedoelt: een labversterker. Zo blijkt toch uit de achtergrond, die hij uitvoerig schetst.

https://nl.wikipedia.org/wiki/Laboratorium

Ja,

Wat een lab is begrijp ik ook nog wel...
Maar ik zie nergens wat voor bijzondere kunstjes zo'n ding zou moeten kunnen...

Nee het ampje is verder niets bijzonders. Die 2 transistors in het originele schema vond ik wel interessant en zonder enige intentie tot topic kaap vroeg ik me af hoe die transistors bevestigd zijn in het koellichaam. Vermoedelijk gefelst door het opstaande randje van transistor? Dat zat rond die modellen van RCA, destijds. Eruit wippen ging vrij eenvoudig
40409 40410 Evt kan er een mooie metal can ingelijmd worden. Of een 723

In het verleden eens zo'n Kepco BOP gerepareerd. Heb alleen geen idee wat de bandbreedte er van is.

https://kepcopower.com/bop.htm

Bram, ik heb deze van HP. Die mag je van me hebben als je wilt. Ik heb hier aan board sinds een jaar of 2 een FG met ingebouwde, apart te gebruiken versterker. De HP is recht tot 100 kHz. https://www.pa4tim.nl/meetapparatuur/diverse-meetapparatuur/hp-463a-me…

Hi,

KGE en ook Fred laten twee variaties zien van een LAB versterker.
Die van Fred is echt bedoeld om grote spanningen te leveren bij ook een grote bandbreedte en hoge nauwkeurigheid.
Voor de tijd dat de HP 463A werd ontwikkeld was dit een kunststukje!

Fred dank je voor het aanbod, maar die eigenschappen had ik voor mijn toepassing niet voor ogen.
Wat KGE laat zien met wat met de KEPCO BOB modellen komt meer in de buurt.

Voor een indruk wat met deze modelen mogelijk is, scroll dan een stukje naar beneden en kijk bij de bandbreedtes van de verschillende modellen.
Voor mijn "ontwerp" denk ik aan ongeveer 100-Watt en na wat nadenken vandaag komt het er waarschijnlijk op neer dat ik een 2x22V ringkerntrafo ga gebruiken.
Dit om de dissipatie in de eindtransistoren beperkt te houden voor goede degelijkheid.

Ik zit nog in het begin van het ontwerpen, dus er kan nog veel veranderen...

Groet,
Bram

Op maandag 23 juni 2025 14:35:54 schreef Arco:
Wat is een LAB versterker? (wat kan 'ie voor bijzonders?)

Ik denk wat hem anders maakt is de vastliggende versterking, zoals 20, 30 en 40dB.

Op maandag 23 juni 2025 13:05:47 schreef blackdog:
RAAF12
Ik heb in mijn audio transistoren bak meerdere typen eindtransistoren met hun drivers.
Deze zijn meestal moderne typen met grote bandbreedte de RCA typen die in het orginele ontwerp zitten ga ik niet gebruiken,
dit omdat ik daarvoor betere typen heb.

Oudere power types zijn veelal volgens het duurdere principe gemaakt en hebben geen last van second breakdown. Maar dat terzijde, zonder oude stock is nieuw de enige keus.

Hi,

Ik had al eerder aangegeven dat de emitter weerstanden van de MJ802/MJ4502 belangrijk zijn en ook de lengte van de bedrading tussen deze weerstanden en
dan dit weer samen met goede ontkoppeling.

Zie het maar zoals ik al meer aangeef bij wat projecten dat het gebouwd moet worden zoals je een FM/2M bandzender zou doen,
ieder stukje draad is een spoel, je ontkoppelcondensatoren zijn ook inducties...

Dat is vrijwel zeker de redenen dat er gezegt wordt dat dit ontwerp instabiel is.
En ja en zijn wat problemen met de opbouw van deze versterker als hij sterk overstuurd wordt, clippen dus.
Daar zijn wat oplossingen voor die zeker kunnen worden toegepast als je dit ontwerp voor audio gebruikt.

Dit is een meetversterker, dus deze versterker lekker in het clippen sturen is een NO, NO!
Dit omdat je dan geen idee hebt wat je aan het meten bent!

Mooi, hieronder een aantal metingen aan een aantal laag Ohmige weerstanden, dit omdat ik wou weten waar ik mee te maken krijg bij het bouwen van deze versterker trap.
De waarden zijn, 1Ω meerdere 0,22Ω 0,25Ω en 0,1Ω het plaatje laat zien welke weerstanden er getest zijn.

Er zijn twee speciale weerstanden op het plaatje afgebeeld linksonder is het kortsluit brugje van de analyzer en ernaast in het oranje kader kan je als je goed kijkt de "open" zien.

.

Dit is het gebruikte meetinstrument voor de impedantiemetingen die ik ga laten zien, de meetfunctie heet: Impedance
En ik heb het meetbereik zo ingesteld dat het optimaal is voor deze meting.
Deze Analyzer is niet optimaal geschik voor metingen van de lage weerstand waarden, dit omdat de meetweerstand van de Analyzer niet lager kan worden ingesteld dan 10Ω
En ook de stroom kan je niet hoger instellen dan 10mA voor lineair gedrag, dat houdt in dat voor een ruisarme meting er middeling moest worden toegepast.

.

Dit is de meetvloer nadat de Analyzer een "Open" & "Short" cal heeft gehad, de ruis/error zit op een procent of 4 bij een 0,1Ω weerstand, maar mooi genoeg voor vergelijkende metingen.
Links boven in de grafieken staat in rood "Resistor too high !?" dat geeft aan dat de ingestelde meetweerstand eigenlijk te hoog van waarde is, maar lager dan 10Ω is niet beschikbaar,
en daardoor een hoger ruisniveau.

.

Dit is een impedantie en fase sweep die ik voor iedere weerstand heb gedaan tussen 20KHz en 1MHz.
Rs en Z is in de bovenste grafiek te zien en de onderste grafiek geeft het fase gedrag aan,
in de fase grafiek kan je meestal eerder zien dat een weerstand inductief begint te worden.

De hier afgebeelde Bourns 0,1Ω is een van de beste weerstanden, jammer genoeg heb ik er maar drie van, maar morgen komt er een iets ander model binnen dat ook goed moet zijn.
Als ik zover ben en ze in handen heb, dan zal ik de metingen van de nog binnen te komen weerstand hier ook plaatsen.

De rode in de grafiek geeft de referentiewaarde aan, de twee blauwe lijntjes zouden bij een perfecte weerstand over deze rode lijn moeten lopen tot aan 1MHz en het liefst nog verder.
Een mooie 0,1Ω weerstand met weinig inductie.

.

Dit is een Dale 0,1Ω weerstand met hele korte draadjes eraan gesoldeerd, deze is duidelijk inductiever dan de TO220 Bourns weerstand.

.

Een 1Ω draadgewonden weerstand van 1%, mooie grafieken.

.

Dit is een weerstand die goed temperatuur stabiel is, maar hij is ook 5% en een beetje inductief.

.

Dit is de weerstand die ik wou gaan gebruiken toen ik nog voor 0,22Ω ging, nette waarden maar een kleine weerstand afwijking.
Deze afwijking is niet zo van belang, omdat de afwijkingen van de Vbe en de hFE van de transistoren waar ze voor gebruikt worden een stuk groter zijn.

.

Het lijkt zo'n mooie weerstand en hij is ook vrij goed, ik denk dat het koolfilm is met maar weinig inductie
dit omdat ik geen draad onder de lak kan zien maar ook geen sleufje is er zichtbaar van het trimmen en ook mooi op waarde.

.

Deze weerstand is duidelijk niet bedoeld voor breedband toepassingen, hij is goed inductief, is het een spoel of een weerstand?

.

Dit type weerstand wordt verkocht als inductie arme weerstanden voor audio versterkers, niet slecht maar het kan beter.

.

De beste maar voor het laatst bewaard, dit type ga ik gebruiken maar dan in de 0,1Ω uitvoering, deze is 0,25Ω

.

Hier heb ik even twee TO3 transistoren op de montage plaat gemonteerd en gespeelt met de montage wijze om ervoor te zorgen dat de inductie zo klein mogelijk is.
Ik maak hier gebruik van één van de twee M3 boutjes om de vermogens weerstanden vast te gaan zetten.
De omhoogstekende aansluiting wordt op een strook dubbelzijdig print materiaal gemonteerd voor het maken van een lage inductie verbinding.
Een tweede strook dubbel zijdig print wordt dan gebruikt voor het massa potentiaal waarde ontkoppel condensatoren aan gemonteerd worden.
Later wordt dit wel duidelijk als ik het ga laten zien.
Oja, nu zie je uitstekende draadeinden van de M3 boutjes, dat blijft natuurlijk niet zo, ik vind dat zo lelijk.
Voor beide typen weerstanden is verder geen isolatie nodig, ze kunnen zo met wat koelpasta op het koelelement gemonteerd worden.

.

Voor het experimenteren heb ik hier een redelijke voorraad van oude en moderne transistoren, zie de drie foto's hieronder.
Dit bakje is vooral voor de BD130 series in verschillende uitvoeringen en de MJE340 en de MJE350 en verder wat klein en oud grut.

.

Dit is grotendeels klein signaal audio werk met wat hele mooi typen er tussen zoals de Analog Devices Mat02, Mat012 en Mat014, verder rechtsonder de mooie
power transistoren uit de MJL series.

.

En dit zijn grotendeels audio power transistoren en hun drivers.

.

Er is nog meer in laatjes en dozen, maar dit is voldoende om te laten zien dat als de eerste opzet niet werkt,
er voldoende materiaal aanwezig is, om andere transistor modellen te testen.
Het kost alleen allemaal zoveel tijd!

Als Farnell morgen een aantal weerstandwaarden in de bus heeft gedaan, dan meet ik ze even en laat het hier zien.
Daarna ga ik de transistoren en de emitter weerstanden op het koelelement monteren en dan nadenken over de montage van de voeding strips en de massa strip.
Verder is het ook nodig mijn la met de vele ventilatoren open te trekken om te zien of ik een model heb dat goed bij het koelblok past.

Trafo
Na een aantal overdenkingen heb ik besloten voor een 300VA trafo van 2x22V en een normale max. uitgang stroom van 5-Ampere en een piekstroom van rond de 10 a 12-Ampère.
Dit om de temperatuur van het koelblok redelijk te houden zonder een gierende ventilator, dat wordt dan ongeveer 45-Watt aan 8Ω of tegen de 80-Watt aan 4Ω
dit als de versterker voor audio gebruikt gaat worden, de waarden hier aangegeven hangen af van de Netspanning en de Ri van de trafo.
Verder ook nog voor een klein deel van mijn meetweerstanden en de verzadiging waarden van de power transistoren, we gaan he zien als ik een werkend proefmodel heb.

Shoot & groet!
Bram

Bram,

J.Neutron maakte z'n eigen low inductance weerstanden:
https://www.diyaudio.com/community/threads/low-inductance-resistors-fo…

Jouw axiale weerstanden zullen denk ik ietsjes beter meten als je ze 'staand' gebruikt. De stroom door de weerstand en de retourstroom door de draad lopen dan langer parallel aan elkaar. Ik ben benieuwd naar het resultaat.

groet,
Ite

Interessant projectje, klinkt als een uitdaging waar blackdog uitstekend zijn ei in kwijt kan. Ik lees (met tussenpozen) mee!

Op zondag 22 juni 2025 23:19:35 schreef blackdog:
Versterker opbouw
De eindtransistoren worden als Sziklai Pair geschakeld met een versterking van 2 a 3x.
Dit zorgt er voor dat de uitgang impedantie van de versterker al laag is zonder dat er al tegenkoppeling gebruikt is en
de lineariteit niet grotendeels afhankelijk is van de beschikbare loopgain.

Volgens mij klopt het niet dat deze "uitgangstrapversterking" de oplossing is voor een te lage impendantie. De spanningsdeler zorgt voor een hoger dan nodige uitgangsimpendantie voor Q5 en Q6 en zal daarmee meer belastingsafhankelijk worden. Die 100Ω weerstanden kunnen immers veel lager zijn dan dat als de vereiste van versterking wegvalt. De MJ802/4502 combi staat bekend om zijn betere NPN/PNP symmetrie, maar niet om zijn 'gain linearity'. De versterking varieert nogal met de stroom, dus ik vermoed dat deze opstelling minder lineair zal zijn onder last dan je met een eindtrap met drie niveau's zou kunnen bereiken. Omdat driver-transistoren niet zo duur zijn is het best denkbaar om een extra trap toe te voegen om dat weer te compenseren, maar dan wordt een goede stabiliteit snel lastig.

De genoemde eindtransistoren zijn niet heel snel vergeleken met andere audio-transistoren, maar ik vond van de MJE340/350 geen specificatie en kunnen met hun kleine 'die' nog zomaar erg snel zijn. Het toevoegen van een extra stap laat ook toe de eindtransistoren als emittervolger te schakelen, wat het mogelijk maakt om lading uit de basis van de eindtransistors te trekken met de tegenover liggende driver. In elk geval verwacht ik geen problemen met instabiliteit door de weerstanden van de eindtransistoren, veel eerder met de eindtransistoren zelf. De lokale feedback zal waarschijnlijk gedomineerd worden door hun traagheid (al moet ik zeggen dat ik wel verbaasd ben over de relatief grote fasedraaiing die je meet in een aantal van je weerstanden).

Ik ben wel nieuwsgierig wat je uiteindelijke schema wordt, want ik neem aan dat je deze opstelling nog wel iets gaat opleuken met stroomspiegels etc. Dit schema komt duidelijk uit een tijd dat transistoren nog duur genoeg waren om op te besparen. R6 doet mijn tenen krommen en ik zou Q4 een eigen zener geven in plaats van zo een lelijke weerstand in de basis. Het risico nemende dat ik het mis zie zeg ik dat R3 moet worden vervangen met een stroomspiegel en R10 dan 2x de waarde van R5 moet zijn.

Hoi Blackdog, wat een leuk project dat doet mij denken aan het plan wat ik wilde ontwerpen meer voor HF toepassingen. Mijn plan was een BD139/140 in push-pull te gebruiken met een gezamenlijke emitter uitgang, ingesteld in het lineaire gedeelte als klasse AB versterker.
Maar wat ook kan is met de IRF510 en de 9510 te gebruiken welke mogelijk nog beter presteert en een hoge bandbreedte heeft. Het insturen van de eindtrap doe ik dan met een trafo'tje naar de GES versterker ervoor.

Hi Ite,

De techniek voor het maken van inductie arme weerstanden was hier al eens langsgekomen, ergens hier moet nog een proefje liggen van een vorig project.

Algemeen
Belangrijk om te weten is dat als je er rekening mee wilt houden, dat is de inductie van je onderdelen, dat je dan wel je hele path moet bekijken.
Bij mijn proefje met de opstelling voor de emitter weerstanden zie je een hele korte verbinding naar de emitter, maar de andere kant welke inducties zijn daar allemaal aanwezig?
Dat zijn de voedingslijnen en de ontkoppel condensatoren, alles wat dit betreft moet aandacht krijgen, het is een serie schakeling van alle inducties.

Kruimel,
Wat het Sziklai Pair paartje kan bewerkstelligen is leesbaar in de AOE laatste versie of de uitbreiding hierop.
Deze configuratie zoals in mijn proefschema met 2x versterking heb ik nog nooit aan gemeten, we gaan het zien wat de metingen mij gaan vertellen.

Ik weet natuurlijk dat de gekozen power transistoren niet de snelste zijn, maar dat is met opzet zo.
Snelle jongens gebruiken vergroot ook vrij snel de generatie verschijnselen die kunnen gaan optreden.
100KHz full power is niet nodig, degelijkheid en generatie stabiel wel.

Een fout van de ontwerper is, dat de spanning versterker sectie van het schema,
dat is wat ik heb weggelaten in een van mijn schema's op de zelfde voedingspanning draait als de eindversterker.

Dat geeft twee vervelende problemen, ten eerste de onderdrukking van rimpelspanningen(feedback, brom etc.) op de voedingslijnen en ten tweede het over sturing probleem.
Een van de eerst dingen die ik ga testen als ik de basis schakeling ga gebruiken is het volgende,
dat is de spanningsversterker en dat zijn Q1 t/m Q4 uit een µA7824 en een µ7924 gevoed gaan worden of misschien zelfs nog lager met LM317/LM337.

Door de trafo die ik ga gebruiken welke rond de 2x22V wordt is de onbelaste voeding voor deze versterker rond de 32V a 35V symmetrisch.
Doordat de schakeling met de eindtransistoren 2x versterkt, moet je hem niet veel harder insturen dan nodig, wat zeker zal gebeuren bij audio toepassingen.
Maar goed, als Farnell vandaag levert kan ik misschien vanavond al wat testen.

Dank weer voor de opmerkingen.

Groet,
Bram

Zoals altijd kijk ik vooruit naar de resultaten, want ik ben wel nieuwsgierig wat je allemaal kan bereiken met deze schakeling. Ik kan dit soort dingen niet goed meten en dan strandt je meestal met een schakeling die met ontwikkelen gestopt is toen hij er op de scoop "goed uit zag".

Als je wil heb ik hier wel een set boeken van Douglas Self liggen die redelijk diep in gaan op de werking van verscihllende eindtrappen, en deze topologie (ik geloof) de "Bryston" noemt en die even kort analyseert.

Met generatie verschijnselen wordt bedoeld genereer verschijnselen, maar dat moge duidelijk zijn voor de goede verstaander.

genereren-oscilleren-piepen, you name it.

Ik genereer een baby

@RAAF: Ja, daar komen wel wat oscillaties bij kijken, gewoonlijk

@bram: ik herinner me transistoreindtrappen die toentertijd als extreem werden beschouwd, 300 watt of zo, die hadden een extra voedingstrafootje met twee gescheiden wikkelingen van een een volt of 9-10-12. Met gelijkrichting en afvlakking werden daar hulpvoedingsspanningen uit gemaakt, die onder resp. boven de "grote" voeding werden opgeteld, voor het voeden van de voortrappen.

Het nadeel was (toen) dat de ingangstransistoren wel heel hoge spanningen moesten aankunnen.