Kollektor versus Emitter

Hallo Rolf,

wurde auch hier diskutiert:

http://www.aktives-hoeren.de/viewtopic.php?f=16&t=1505


Dort in Beitrag von "Zwodoppelvier" :

"Es gibt m.W. nicht viele Geräte, bei denen die Ausgangstrasistoren in Emitterschaltung arbeiten, aber doch ein paar mir bekannte: Kirksaeter moderator 150, Grundig RTV 1020, Saba Studio 9140, in den 70ern auch eine als EQUA-Endstufe bezeichnete Schaltung der Zeischrift elektor."


...und von Jochen Rieder:

"Doch nun zu der Frage, was die von mir so bezeichnete Emitterfolgerverzerrung ist und wodurch sie entsteht. Ich denke, dass die Phasenverschiebung, die ein Lautsprecher produziert, nicht diskutiert werden muss. Durch eine induktive Verschiebung fließt der Strom nach der angelegten Spannung und daraus resultiert dann die Spannung am Emitter des Emitterfolgers. Diese Spannung ist logischer weise genauso verschoben wie der sie verursachende Strom. Ohne Gegenkopplung entsteht daraus jedoch keine Verzerrung.

Mit Gegenkopplung werden in dieser jedoch zwei Spannungen mit einander verglichen, die zwar den selben Ursprung haben und damit in der Amplitudenform ziemlich gleich sind. Jedoch hinkt die am Emitter anstehende Spannung der Eingangsspannung hinterher. Die Gegenkopplung versucht nun, diese zwei Spannungen in Phase zu schieben. Dies kann jedoch nicht gelingen, weil die Eingangsspannung mit den entsprechenden Amplitudenwerten ja vorbei ist. Aus diesem Grund klingen Verstärker in Emitterfolgerschaltung so typisch nach Transistor, obwohl sie an einem ohmschen Widerstand gemessen eigentlich richtig gut sind. Die Emitterfolgerverzerrung entsteht erst mit einer induktiven Belastung des Verstärkers und mit einer Gegenkopplung des Verstärkers. Es scheint unmöglich zu sein, einen Verstärker mit gesteuertem Ausgangsstrom zu bauen. Denn dieser Strom, so scheint es mir, ist nur mit einer IGK zu realisieren. Und dann haben wir wieder die Emitterfolgerverzerrung. Diese Verzerrung tritt jedoch nicht auf, wenn ein solcher Verstärker die Kollektoren zur Stromlieferung benutzt. An so einem Verstärker ist die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom durch der Phasenlage des Stroms nicht beeinflussbar."


Ich kann das nicht bewerten. Ich poste das nur als eine Erweiterung zum Beitrag von Rolf. Am 9. Januar 2011 brach die weitere Diskussion im "aktives-hoeren" Forum ab. Es gab einen Vorschlag zur Verifizierung durch Messungen, diese wurden offenbar aber danach nicht mehr realisiert.

Gruss,
Reinhard

Hallo allerseits,

die Dimensionen der Klirrfaktorreduzierung würden mich interessieren.

Transistorendstufen sind ja ganz allgemein nicht gerade als die Hauptquellen der Verzerrungen einer Übertragungskette bekannt (zumindest, wenn man wie ich vornehmlich Schallplatten und UKW Rundfunk hört).

Moin,
das einzige, was bei mir dazu haengengeblieben ist (steht das nicht sogar in der Schaltungsbeschreibung zum 9241?): Die Endstufe mit den Kollektoren am Ausgang ist hoeher aussteuerbar, man kann leichter die Restspannung Uce_sat "kompensieren".
Klirrarme und laststabile Endstufen kann man auch mit der Emitterfolgerendstufe bauen, das wurde schon oft genug gezeigt.
Und wer sich nicht entscheiden kann, der nimmt die quasikomplementaere Endstufe, da hat ein Transistor den Emitter, der andere den Kollektor am Ausgang

73
Peter

Hallo Achim,

offenbar gibt es kein standardisiertes Verfahren, um Klirrfaktor an einer komplexen Last zu bestimmen? An ohmscher Last ist der Effekt aber nicht vorhanden (nach Rieder, da die Phasendrehung durch den LS fehlt). Aber ein nicht-standardisierter Vergleich würde mich auch interessieren. Da wird die jeweils unterschiedliche Auslegung der Gegenkopplung stark hereinspielen und in gewisser Weise vergleicht man dann allerdings Apfel mit Birne.

Gruss,
Reinhard

Hallo Rolf,

wie verläuft bei angeschlossenen Lautsprechern der Klirr mit der Frequenz im Vergleich zu einer rein ohmschen Last? Direkte Gegenüberstellung würde mich mal interessieren.

Wenn Du LS angeschlossen hast, kannst Du ja nicht bei hoher Leistung messen, Du wirst dabei taub und die Schwingspulen der Hochtöner sind in nullkomanichts durchgebrannt. 1-5W wird da wohl das Maximum sein - und das auch nur wenige Sekunden, denn mehr halten die nicht durch. Welche Ausgangsleistung verwendest Du?

Bei höherer Ausgangsleistung kann man schon deshalb keine LS verwenden, sondern muss die komplexe Last anders erzeugen.

Kritisch wird es ja erst ab 1 kHz bis 20 kHz. Bei den hohen Frequenzen verschiebt dann auch die Gegenkopplung die Phase ordentlich, nicht bei tiefen Frequenzen. Also erst bei höheren Frequenzen würde ich merklich Einfluss erwarten. Da kannst Du aber nicht mit dem Subwoofer testen.

Gruss,
Reinhard

Hallo Rolf,

ja mit Hörschutz, unbedingt!

Ich meinte Klirr gegen Frequenz an komplexer Last (das würde ich aber nicht mehr mit 5 Watt am Lautsprecher versuchen, jedenfalls auf keinen Fall mit Sinusdauerton, ab 10 kHz schmelzen Dir die Hochtönerschwingspulen sonst fix durch).

Wenn dort eine Zunahme des Klirrs durch die induktive Last messbar sein sollte, würde ich das vor allem im Hochtonbereich, 10 kHz und darüber, erwarten.

Gruss,
Reinhard

Hallo die Runde,

der Artikel im Eingangspost scheint mir doch eher populärwissenschaftlich zu sein, empirische Messwerte werden nicht geliefert und die Messungen von Rolf zeigen eher insignifikante Ergebnisse, die je nach konkreter Schaltung der Frequenzweiche und je nach verwendeten Lautsprecherchassis stark variieren dürften.

Eine kurze Sichtung meiner Accuphase Unterlagen ergab kein Beispiel von Emitterschaltungen in Endstufen und die Verstärker dieses Herstellers sind durchaus als Referenz anzusehen und konsequent auf beste technische Daten hin optimiert.

Was mich wundert, ist, das der Grundig RTV1020 Endstufen in Emitterschaltung aufweist, ein Gerät von 1973 mit 4 Endstufen. Vielleicht weiß Hans etwas dazu?

Hallo Achim und die Runde.

Das waren die Kollegen K.Traub und Benecke von der Gruppe HiFi Spitzenklasse (ohne TUNER) wie RTV600, 650, HF500, HF550.

Tiefe Kontakte gab es da nur was HF, ZF und Decoder anging.
Ebenso bei Quadro weil ET52 anfangs, der Projektleiter war.

Der RTV1020 und danach der 1040 waren nach dem RTV600 ....
die erste NF. die im Hifi/ RF. Labor V entwickelt wurde, was sonnst immer
in der AUDIO - Gruppe H.Fischelmeier Labor I gemacht wurde.

Die Gruppe Traub pflegte sehr engen Kontakt mit Motorola.
Als ich mit Mot, viel machen musste, waren 1020 und Genossen schon Vergangenheit.

Resümee: ich weis das ich Nichts weis.

gruss hans

Guten Tag Forum,

Emitterschaltung ist nicht gleich Emitterschaltung....

Beim Saba 92xx findet eine komplementäre Sziklai-Schaltung (Sziklai-Pair oder Complementary Feedback Pair CFP) mit je zwei parallel geschalteten Endtransistoren Verwendung. Diese Schaltung kann man den Motorola-Applikationen bereits Ende der 1960er Jahre entnehmen.

Die Ansteuerung der Emitterschaltung beim Rieder-Verstärker erfolgt hingegen grob gesprochen über die Spannungsversorgung eines Operationsverstärkers (siehe Patent WO001985004294A1).

Es handelt sich also um einen sehr stark gegengekoppelten Verstärkertyp. Laut Patentbeschreibung bietet die starke Gegenkopplung primär ökonomische Vorteile, z.B. durch Verwendung eines Standard-Operationsverstärkers, geringere Bauteilanzahl und dem Wegfall des Abgleichvorgangs usw.

Von der high-endigen Vodoo-Dampfplauderei, die den Rieder Verstärker umwölken, ist dem Patent nichts zu entnehmen.

Grüßle
Harry Piel

Hallo Achim,

im Saba Akustiklabor wurde übrigens bei der Lautsprecherentwicklung u.a. eine große Accuphase-Endstufe verwendet.

Zu Grundig RTV 1020 siehe meinen Hinweis auf die Motorola Applikationen.

Grüßle
Harry Piel

Hallo Forumsfreunde,

in o.g. Link zur Diskussion im "aktiv-hoeren" Forum findet sich diese Angabe:

Zitat:
Joachim Rieder hat geschrieben:"Von mir wurde eine Messmethode zur Darstellung der "Emitterfolger - Verzerrung" entwickelt, die es erlaubt, diese Verzerrung darzustellen und vergleichend zu bewerten. Sie ist für jeden Elektroniker nachvollziehbar und durchführbar. Benötigt wird hierzu ein Hochlastwiderstand mit 4 Ohm, ein Parallel-Resonanzkreis mit einer Resonanzfrequenz zwischen 70 Hz und 100 Hz und einem entsprechendem Vorwiderstand, so dass dieser Resonanzkreis ebenfalls auf 4 Ohm Gleichstromwiderstand kommt, zwei Hochlast-Widerstände mit je 0,22 Ohm, ein Rechteckgenerator und ein Zweikanaloszilloskop.

Der Rechteckgenerator wird auf eine Frequenz von 5 Hz eingestellt und liefert ein Null-symetrisches Signal. Dieses steilflankige Signal wird passiv befiltert. Und zwar als Hochpass mit einem RC Glied für 20 Hz und einem Tiefpass mit ebenfalls einem RC Glied für 200 Hz. Dieses befilterte Rechtecksignal wird nun auf beide Eingänge des zu messenden Verstärkers geschaltet. Ein Kanal wird mit dem rein ohmschen 4 Ohm Widerstand belastet. Der andere Kanal mit dem Parallel - Resonanzkreis von ebenfalls 4 Ohm Gleichstromwiderstand. Dieser Kanal ist jedoch induktiv vorbelastet. In beide Rückleitungen vom jeweiligen Lastwiderstand wird nun jeweils einer der zwei 0,22 Ohm Widerstände nach Masse geschaltet, so dass an diesen Widerständen eine dem jeweilgen Strom proportionale Spannung abfällt.

Je ein Kanal des Oszilloskops wird nun mit dem jeweiligen Messwiderstand am Verstärker verbunden. Beide Rechtecksignale sehen unterschiedlich aus, obwohl an den Verstärkereingängen ja das gleiche Signal anliegt. Das Signal des Kanals mit der reinen ohmschen Belastung ist in diesem Fall das Referenzsignal, weil ja davon ausgegangen werden kann, dass dieses Signal wegen der reinen ohmschen Belastung perfekt dargestellt wird. Das Signal an dem Kanal mit der induktiven Vorbelastung wird jedoch dagegen verändert erscheinen. Vor allem wird die ansteigende Flanke nicht so schnell sein wie an dem Referenzkanal.

Die Nacheilung ist physikaliches Gesetz und resultiert nicht aus der Emitterfolgerschaltung, sondern aus der Induktivität. Am Oszilloskop werden nun beide Kanäle so gut als möglich mit Hilfe der Empfindlichkeitseinstellung zur Deckung gebracht. Da der induktiv belastete Kanal jedoch in seiner Amplitude nach hinten fällt, wird jetzt ein Dreieck sichtbar. Dieses Dreieck entsteht, weil der Kanal mit der ohmschen Belastung in seiner Amplitude nicht fällt und deshalb das Referenzsignal darstellt. Der induktiv belastete Kanal zeigt jedoch durch die "Emitterfolger - Verzerrung" eine abfallende Amplitude. Diese Verzerrung wird praktisch durch jeden Lautsprecher in seinem induktiven Frequenzbereich verursacht und ist an einer gegengekoppelten Emitterfolgerschaltung unvermeidlich.

Mit einer Gegenkopplung ließe sich der Amplitudenabfall zwar vermeiden, jedoch funktioniert eine Gegenkopplung an einem Emitterfolger bei induktiver Belastung nicht, weil die zeitliche Divergenz zwischen Eingangssignal und Ausgangssignal bei induktiver Belastung zu groß ist. Ein Maß für diese Verzerrung ist das Verhältnis der Fläche dieses Dreiecks zur Fläche der ganzen unverzerrten Amplitude des Kanals mit der ohmschen Belastung. Diesed Dreieck erscheint nicht am Rieder-Verstärker und auch nicht beim Emitterfolger, wenn dieser nicht gegegekoppelt ist."

Dazu kommentierte KSTR(Klaus) an der angegebenen Stelle:

"Markierung von mir, weil ich und zwei weitere Elektronikentwickler (in der Audiobranche) konnten das nicht, rein nach dem Text. Warum kein klares Schaubild des Versuchaufbaus? Dann wäre das in Windeseile in LTspice simuliert, mit Genauigkeits- und Realitätsanspruch auf hohem Niveau (heuzutage kein Problem mehr), bevor man sich in Versuchen mir realer Hardware einen abastet ..."

Wo das Problem lag (warum konnte KSTR das nicht) wird ebensowenig erklärt wie der exakte Messaufbau, den Rieder nicht weitergehend erläuterte. Damit versandete die Sache.



Douglas Self, Audio Power Amplifier Design Handbook, 3rd Ed., Newnes, Oxford 2002 auf Seiten 112-118:

Emitter-Follower (EF):
















CFP, Sziklai-Pair:













Die Saba-Schaltung ist nicht identisch, trotzdem...Ist das, was D. Self ausführt, des Pudels Kern? Zitat: "It is hard to see why this topology (also Kollektor am LS-Ausgang, CFP, Sziklai) is not more popular."

Gruss,
Reinhard

Hallo die Runde,

ja - warum ist die Schaltung nicht weiter verbreitet?

In den Wirtschaftswissenschaften gibt es häufig ähnliche Fragestellungen. Warum wird ein Modell nicht umgesetzt?
Die Gründe liegen meist in zwei Bereichen. Entweder sind die dem Modell zugrundeliegenden Annahmen zu stark (=unrealistisch) oder es gibt üble Nebenwirkungen, die man nicht in Kauf nehmen möchte.

Fast immer ist für Vorteile bei der Erzielung einer Zielgröße (hier Klirrfaktor) ein Preis zu zahlen - materieller Art oder eine Mindererreichung einer anderen wichtigen Zielgröße ist zu erwarten. Dazu lesen wir in den Ausführungen nichts. Gibt es sie nicht, verschweigt sie der Autor oder kennt er sie nicht?

Achtung, reine Spekulation: Es gibt Probleme mit der Stabilität - dann hätten wir vielleicht eine Erklärung für die extrem häufigen Ausfälle bei den Saba Endstufen...

Liebe Freunde,

in den Buecher von D. Self steht explizit drin, dass die Sziklai-Paar Anordnung gerne mal
zu hochfrequenten parasitaeren Schwingungen neigt. Das kann man wohl in den Griff
bekommen, wenn man die richtigen Transistoren nimmt. Ich habe einige Endstufen mit
dieser Technik, und muss sagen, dass sie mir klanglich im Schnitt eher besser gefallen
als viele andere. Die Abstimmung mag etwas schwieriger sein, aber das Ergebnis ist gut.

Die Probleme mit den Saba-Endstufen haben m.E. hiermit aber eher wenig zu tun. Klar,
es gibt diese kleinen Effekte, die Achim mal nachgemessen hat, bei denen sich die
0,27 Ohm Widerstaende (Saba-Original) etwas unguenstiger verhalten als gute MOX
mit geringer Induktivitaet aus moderner Produktion (die ich immer einsetze an der Stelle).
Aber das Abrauchen relativ vieler Endstufen wuerde ich doch in erster Linie auf eine
Kombination von Kurzschluessen, Problemen auf der Treiberkarte, hin und wieder
defekte Keramik-Kondensatoren (das hatte ich schon einige Male bislang), und natuerlich
das Fehlen der L-R-Kombi im Ausgang zurueckfuehren.

Wenn man das prueft, diese Kombi ergaenzt, und alles sauber einstellt, dann kann ich
kein Problem erkennen. Evtl. noch diese Sache mit der Grenzfrequenz im Eingang der
Treiber. Vielleicht habe ich da aber auch bislang eher Glueck gehabt ? Mir ist noch nie
eine Saba-Endstufe hochgegangen (trotz Lautsprecher mit durchaus komplexer Weiche),
und nach einer Revision schon gar nicht. Einmal lief ein Ruhestrom hoch, aber das war
ein defekter Kerko ... und nach Austausch war der Spuk auch sofort weg.

Hingegen habe ich durchaus den Verdacht, dass das Ruhestrompoti ein Problem ist.
Wenn der Schleifer mal seinen Kontakt verliert, schaltet die Endstufe sofort auf max.
Ruhestrom ... das kann man mit einem ergaenzten Widerstand 10 kOhm beheben.
Die besseren Potis tun das normal ja nicht, aber wenn an der Stelle die schllechte
Version drin ist ? Koennte ich mir durchaus als eine Fehlerquelle vorstellen.

Tja, und was den Abacus Rieder betrifft. Von der Theorie mal abgesehen -- hat sich den
mal jemand genauer angehoert ??? Ich finde, er klingt wie Harry ihn beschreibt --
knallhart gegengekoppelt. Hmm, ganz erhlich: Da hoere ich lieber mit einer Endstufe
a la Saba ... die laesst der Musik mehr Luft zum Atmen ... Die Endstufen von SAC hatten
in der Anfangszeit auch das Problem: Gegenkopplung maximal ausgereizt, was dann
einfach des Guten zuviel war. Inzwischen machen sie das offenbar anders ... die Igel
der aktuellen Generation klingen wirklich VIEL besser als die aus der ersten Serie. Ist
aber wohl eine andere Schaltung als bei Rieder.

Besten Gruss,

Michael

Hallo Rolf, Michael,

mit Euren Beiträgen (Rolf's Zitate von Rod Elliott http://sound.westhost.com/articles/cmpd-vs-darl.htm und auch Michaels Hinweis auf D. Selfs Kommentar zum Schwingverhalten) ergibt sich zusammen mit den in Threat 014 wiedergegebenen Ausführungen von D. Self bereits ein stimmiges Bild.

Ich persönlich neige aber Michaels Auffassung zu, dass Saba-Endstufenausfälle der 92xx Serie (und 91xx?) nicht unbedingt der Saba-Sziklai-CFP-Emitterschaltung angelastet werden sollten, sondern wahrscheinlich die von Michael genannten anderen Ursachen dafür massgeblich sind, die ja hier im Forum bereits ausgiebig behandelt wurden.

Dabei erinnere ich mich z.B. auch an zahlreiche durchlegierte Endtransistoren bei Grundig V 5000 und A 5000 Verstärkern, ohne dass in der Schaltung eine Ursache offenkundig wäre, während in der kleineren V 2000 (R 3000) Serie solche Ausfälle sehr, sehr selten sind. Mglw. also nur schnellere Alterung der im V 5000 verbauten Transistoren, die ggf. stärker an der Grenze der SOA betrieben werden?

Grundsätzlich scheint es einen Konsens zu zwei Vorteilen der Sziklai-CFP-Schaltung gegenüber der (meist verwendeten) Emitterfolger-Schaltung zu geben:

- geringerer Klirr (allerdings sowieso weit unter der Wahrnehmungsgrenze)
- etwas besseres (stabileres) thermisches Verhalten

Falls damit grundsätzliche, nicht behebbare Nachteile verbunden sind, sind die jedenfalls auch in neueren Ausführungen dazu nicht publik gemacht. Wie Rod Elliott schrieb, liess sich die von ihm beobachtete Schwingneigung leicht durch einen kleinen Kondensator (C im Schaltbild in Beitrag 016) kurieren.

Ich glaube, viel weiter kommen wir hier nicht mehr.

Gruss,
Reinhard

Das mit der Stabilität war nur ein Beispiel (ausdrücklich als Spekulation gekennzeichnet)! Wir haben ja schon eine Vielzahl von Faktoren ermittelt, die den "plötzlichen Endstufentod" bei den Sabas begünstigen.

Ich nehme aber an, w e n n die Emitterschaltung nur Vorteile hat, wären doch in der Blütezeit der HiFi, als um Messwerte (gerade für die Tests in Zeitschriften) verbissen gekämpft wurde, mehr Hersteller aus dem oberen Segment aufgesprungen und hätten sich so klare Vorteile gesichert. Aber alle sind sie bei der Kollektorschaltung geblieben. Es hat sicher Gründe gegeben, aber - wie Reinhard schon sagte - da kommen wir im Moment nicht weiter.