SymAsym für Saba 9140-Endstufe

      SymAsym für Saba 9140-Endstufe

      Während Michael und ich mit dem Meracus Intrare beschäftigt waren, erwähnte er einmal ein Verstärkerdesign namens SymAsym, das der Intrareschaltung recht nahe kommt. Die Besonderheit liegt in der durchgehenden Verwendung von Differenzverstärkerstufen, abgesehen von der Komplementär-Ausgangsstufe.

      lf-pro.net/mbittner/Sym5_Webpage/symasym5_3.html


      Mich hat es schon lange gereizt, diese Schaltung einmal zu testen. Da ich nicht noch weitere Kisten brauche, entschied ich mich, die Schaltung für einen vorhandenen Saba-Receiver anzupassen, wobei sich das im Wesentlichen auf folgende Dinge konzentrierte:

      -Entwurf einer Platine, die die Endstufe des Saba ersetzen kann,
      -Integration einer Strombegrenzungsschaltung
      -Reduzierung der Verstärkung zur Angleichung an den Wert der Saba-Endstufe

      Das ist dabei herausgekommen, hier im Saba 9140 eingebaut:

      saba-forum.dl2jas.com/index.ph…8a49aa554d154558e4282be85

      Die Stufe lief auf Anhieb ohne Schwingungsneigung, die THD-Messung mit Signaleinspeisung vom Monitoreingang ergab 0,06%, identisch mit der Originalstufe. Ich vermute, hier schlagen eher davorliegende Schaltungsteile zu. Beide Endstufenschaltungen sind hier untadelig.
      Wichtig ist eine solide Kühlung. Ursprünglich vorgesehene Endstufentransistoren aus dem Intrare-Verstärker: 2SC2987 und 2SA1227 hatte ich nur vollverkapselt da, die wurden schon bei geringen Leistungen sehr heiß. Deshalb bin ich auf die Typen MJL1302/ MJL3281 zurückgegangen. Sie besitzen eine größere Kupferfläche und ich hatte sie in einer nicht isolierten Ausführung verfügbar.

      Auch die Isolation zum Kühlkörper darf keine hohen Wärmewiderstände aufweisen. Ein dünnes Glimmerplättchen oder sogar nur Kaptonband und gute Benetzung mit Wärmeleitpaste sind notwendig, da sich die Verlustleistung nun nur noch auf zwei statt vier Stellen verteilt. Als Ersatz für die Originalkühlbleche habe ich eine rechteckige Aluplatte 40 mm x 156 mm, 5 mm dick, verwendet, die ebenfalls mit dem richtigen Anteil Wärmeleitpaste montiert wurde.
      In diesem Zustand passt das Wärmemanagement auf alle Fälle für den Saba 9140. Bei den leistungsstärkeren Typen 9240, 9260 wäre das noch einmal zu testen, immerhin haben die 42 symmetrische Volt an der Endstufe statt nur 32 Volt wie hier. Die Halbleiter sind zwar ausreichend spannungsfest, kritisch ist nur die Wärmeabfuhr. Für diese Geräte sollten auch Emitterwiderstände mit 0,22 Ohm, 5 Watt zum Einsatz kommen, um die volle Leistung abrufen zu können. Ich habe 0,27 Ohm verbaut, damit ich mit einer 3-Watt-Größe auskomme.

      Der Vorteil des Konstruktes: Die gesamte Treiberkarte mit ihren vielen Kontakten zur Endstufe kann entfallen. Das Signal wird mit Schuhen für Lötnägel mit einer geschirmten Leitung von Pin 2 des Treibersteckplatzes abgezweigt. Pin 1 ist der Masseanschluss für den Schirm. Alle Halbleiter sind noch problemlos beschaffbar und eher gutmütig hinsichtlich Kombination von Treiber und Enstufentransistor.

      Gerberfiles, die KiCad-Dateien u.ä. stelle ich gerne zur Verfügung, falls jemand Lust auf den Nachbau hat.

      Viele Grüße,
      Christian
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      Eine sehr schöne Alternative, und die Schaltung ist sicher inzwischen ausgereift, da seit vielen Jahren ein "Hit" bei den DIYern. Nun wird sich zeigen, an der Nachfrage, wie viele Receiver es gibt, die wegen defekter oder fehlender Endstufe auf ein neues "Herz" warten ...

      Besten Gruss, und vielen Dank für die Darstellung,

      Michael
      Das hat Christian doch im Grunde schon beantwortet --- keine offensichtlichen Unterschiede, und die klang- und datenbestimmenden Schaltungsteile liegen vor der Endstufe. Interessant finde ich, dass der Wegfall der Treiberkarte keine größeren Konsequenzen hat. Offenbar ist der originale Aufbau im Saba doch nicht (oder kaum) nachteilig.

      Wo es Unterschiede geben könnte, ist das Verhalten bei Boxen mit komplizierter Last. SymAsym ist mit Emitterfolgern gebaut, die Saba-Endstufe arbeitet mit einer komplementären Darlingtonschaltung. Wenn man letztere stabil hinbeommt, was hier der Fall ist, so ist sie in der Regel weniger anfällig auf Impedanzschwankungen etc. Allerdings ist die SymAsym inzwischen so ausgereift und optimiert, dass sie auch mit allem fertig wird ...

      Fazit: Der "Klang" der Saba Receiver wird in den vorangehenden Stufen festgelegt, und eingeschränkt, denn die Endstufen (beide) können noch etwas mehr als sie hier zeigen dürfen. Das liegt auch an der Leiterbahnführung, der Verkabelung mit Klingeldraht sehr unterschiedlicher Länge, und den DIN-Buchsen.

      Besten Gruss,

      Michael
      Der Höreindruck ist stets subjektiv, von den angeschlossenen Boxen und dem Raum abhängig. Im Hobbyraum nutze ich sehr einfaches Equipment, dem ich nicht nachweinen muss, wenn eine Schwingspule in Rauch aufgeht.
      Meine Hörfähigkeiten reichen aus, um einen RK Sensit von einem Saba 9241 zu unterscheiden. Grundig R1000, Saba 9241 oder auch Kenwood 5400 - da müsste ich sicher passen, obwohl sich deren Endstufen deutlich unterscheiden.

      Wie ich einen typischen Sabaklang beschreiben sollte, weiß ich sowieso nicht, abgesehen von der etwas kräftigen Loudness.

      Ich stelle demnächst noch ein paar Messkurven und Oszillogramme ein. Frequenzgang, Rechteckform, Restwelligkeit, THD vs. Frequenz. Ich bin da auch für Vorschläge offen, sofern mit meinen Mitteln machbar.

      Die Klingeldrähte habe ich übrigens durch etwas dickere Leitungen ersetzt, inkl. Brücken auf der NF-Platine. Die Stützkondensatoren auf der Verstärker-Platine dürften sich auch positiv bei Impulsen auswirken.

      Viele Grüße,
      Christian
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      Ja, die kleinen Änderungen bei der Verdrahtung machen sich bemerkbar, die Stützelkos ebenfalls. Der 9140 klingt offener und präziser als die 92xx, was ich immer auf die dort höhere Zahl an TDA 1028/1029 geschoben habe. Die vielen Bausteine im Signal sind insgesamt auch eine kleine Bremse, weil das Signal über viele Steckkontakte und Kleinstelkos läuft. Da ist also eine gute Reinigung der Kontakte, sauberes Nachlöten und der Tausch der vielen 2,2 uF etc. durch Wima MKS2 nach meiner Erfahrung deutlich klangrelevanter als die Endstufe. Das habe ich viele Male probiert, in guten Räumen, mit diversen Boxen sehr unterschiedlicher Größe --- und bei höheren Lautstärken ohne die Loudness, die auch mir schlicht zuviel wird.

      Besten Gruss,

      Michael
      Man kann nicht gerade sagten, dass die Yamaha gefragt sind. Ich habe die schon für 70-80 Euro verkauft, und das ist für gute Geräte mit beseitigten Kinderkrankheiten einfach zu wenig (2x 160 W sinus an 4 Ohm). Ich mag die einfach, die Endstufen entsprechen fast genau dem Douglas Self Prinzip von "blameless" und Yamaha hat die vor knapp 30 Jahren entwickelt und verwendet die mit minimalen Ergänzungen immer noch.

      Leider haben die Japaner nach meiner Einschätzung eher als die Europäer Transistoren und auch Endtransistoren mit Sperrspannungen weit mehr als 80V herstellen können. Das hat sicher manchmal Endstufen leichter entwickeln können. Die brauchten dann auch bei leistungsfähigeren Endstufen nicht vom Emitterfolger-Prinzip abweichen, wenn der A-Treiber 120V wegstecken konnte. Die SABAs benutzten die Endtransistoren noch für die Spannungsverstärkung und kauften das mit der Tendenz zu mehr Instabilitäten ein. Aber es ist wie es ist.
      Gerd
      Naja, also, ich hatte schon deutlich mehr defekte Yamaha Endstufen auf meinem Tisch als Saba ... (!), und das Zitat mit
      "Hunderte" ist vielleicht auch etwas übertrieben ...

      Achim hat die Analyse dann so weit vorangebracht, dass diese Fälle nicht mehr auftreten. Wie auch Saba selber übrigens, denn die Nachrüstung der R-L-Glieder wurde von Saba selber empfohlen. Später sind, durch Simulationen gestützt, noch weitere Details hinzugekommen, und mit deren Einbau sind die Endstufen kein limitierender Faktor mehr.

      Man darf nicht vergessen: An den hauseigenen Boxen trat in der Regel kein Problem auf, an anderen u.U. schon. Mit den hier besprochenen Massnahmen ist das passe, und bei sauberem Aufbau bzw. sauberer Revision treten praktisch keine Endstufenschäden mehr auf.

      Besten Gruss,

      Michael
      Leider hat der "Pavel" keine Verbindung mehr zu den alten Bezügen von SymASYM 5_3 mehr:


      On Wed, 22 Mar 2023 16:13:34 +0100, Gerd xxxxx wrote:

      Dear Mr. Macura

      there are old links, which point to web.telecom.cz/sysasym.html and

      web.telecom.cz/review.htm.

      Is is possible to rearrange them or send only these files to me?

      Thank you in advance!


      Dear Gerd,

      the "new" web is at pmacura.cz/audiopage.html

      I am sorry but I do not deal with the symasym any longer, it is
      something that has been almost 20 years now, I have abandoned this
      design long ago.

      Best regards,

      Pavel Macura
      Hier sind noch ein paar Meßdaten, die ich heute ermittelt habe.
      Dabei war auf dem rechten Kanal die originale Saba-Endstufe eingebaut, auf dem linken Kanal die SymAsym-Schaltung. Bei beiden habe ich vor den Messungen die Ruheströme eingestellt.

      Saba-Endstufe: 17 mV über 0,22-Ohm-Widerstand: 77 mA
      SymAsym: 16 mV über 0,27 Ohm-Widerstand = 59 mA

      Das Signal kam von meinem USB-Interface über die Monitor-Eingangsbuchse in den Saba.

      THD in % bei 1 kHz
      Leistung an 4,7 OhmOriginal SabaSymAsym
      1 W0,020,04
      10 W0,0250,056
      27 W0,080,06
      47 W (kurz vor Begrenzung)0,160,08


      IMD in %, 13 kHz vs. 14 kHz
      Leistung an 4,7 OhmOriginal SabaSymAsym
      1 W0,070,17
      10 W0,210,05
      27 W0,250,17


      Bei kleinen Ausgangsleistungen hat die Sabaendstufe die Nase vorn, wenn man mehr Dampf gibt, gewinnt das SymAsym-Design. Beide liegen in den Grenzen der Spec, respektive Doku des Schaltungsentwicklers.


      Beim Abschätzen des Übersprechens und des Fremdspannungsabstandes sowie bei den Formen von Rechteck- und Dreiecksignal habe ich keine Unterschiede festgestellt.

      Übersprechen:
      Wenn auf einem Kanal mit 1 kHz Sinus die volle Ausgangsleistung mit 21 V Amplitude anliegt, findet man am anderen Kanal dieses Signal mit 50 mV Amplitude wieder. Das entspricht 52 dB Kanaltrennung.

      Fremdspannungsabstand (nur Abschätzung, da keine Frequenzbegrenzung, keine rms-Messung)
      Liegt kein Signal an, kommt am Ausgang ein Mix von Rauschen und Brummspannung an, das eine Amplitude von wenigen mV besitzt. Bezieht man das auf die volle Ausgangsleistung bei ca. 21 V Amplitude, kommt man auf die im Datenblatt angegebene Größenordnung des Fremdspannungsabstandes von 75 dB. Saba-Endstufe und SymAsym unterscheiden sich da nicht sichtbar.


      Signalformen:





      Rechtecksignal und Dreiecksignal sind ebenfalls gleichwertig --> Abweichungen vom Ideal entstehen wohl vor allem durch die vorgelagerten Schaltungsteile.


      Frequenzgang, gemessen bei 10 Watt Ausgangsleistung



      Hier sieht man einen kleinen Unterschied. Die SymAsym-Endstufe (obere Kurve) bringt etwas mehr Höhen. Innerhalb der Spec des 9140 bleiben beide. Die besagt: +- 1,5 dB von 25 Hz bis 40 kHz.

      Viele Grüße,
      Christian
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      • Verstärkerdaten_9140.JPG

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      Hallo Christian,

      ich habe an allen 92xy, die ich bisher auf dem Tisch hatte, festgestellt, dass es leichte Abweichungen von einem brettgeraden Frequenzgang und links/rechts Unterschied aufgrund von Streuung bei den Schleiferbahnen für beide Kanäle der Höhen- und Bass-Steller und Bauteiletoleranzen im Klangstellernetzwerk gibt, die man ja nicht ohne weiteres umgehen kann. Die Mittelrasten sind nicht perfekt auf "linear".

      Darauf würde ich den von Dir gefundenen leichten Unterschied zwischen den Kanälen (leichte Höhenanhebung bei einem Kanal) zurückführen, weniger/nicht auf die unterschiedlichen Endstufen.
      Deine Rechteckmessung zeigt den für nicht linearen Frequenzgang mit zu frühem Bassabfall typischen "Schrägdachverlauf" (sound-au.com/articles/squarewave.htm). Das ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass Du lediglich Bass- und Höhensteller auf Mittelraste und Loudness auf AUS gestellt hattest, aber darüberhinaus keine Feineinstellung für geraden Frequenzgang zu kleineren Frequenzen hin mehr gemacht hast (was DIN 45500 seinerzeit ausdrücklich erlaubt hatte).

      Hier ein solcher typischer Unterschied zwischen den beiden Kanälen im Frequenzgang aufgrund der Toleranzen der Klangsteller bei einem Exemplar des 9241, selbst nachdem auf bestmöglich geraden Frequenzgang eingestellt war:
      Kanalunterschied gerne - wie hier - 0,5 dB und ein Kanal fällt im Bass etwas eher ab als der andere (bei einem anderen Exemplar kann es solchen Unterschied stattdessen bei den Höhen geben). Auf "streng linear" mit DEFEAT Taste usw. hatte man bei SABA 1981 noch nicht abgestellt.



      Wenn ich die rote Frequenzgangkurve zugrundelege, sieht das 20 kHz Rechtecksignal (an 4,1 Ohm) bei 75 W an 4 Ohm gut aus, ohne Schrägdach:
      oben: Signalgenerator
      unten: SABA 9241




      Zum Vergleich mit Deiner Messung:

      Ich bekomme mit der original SABA Endstufe bei 40 W an 8,2 Ohm einen THD von 0,02 % für 1 kHz bei beiden Kanälen (revidiertes Gerät, Endstufen noch originalbestückt).
      An 4 Ohm erwarte ich einen höheren THD-Wert wegen des doppelten Stroms bei gleicher Leistung, habe aber leider nur die Messung an 8 Ohm. Die Messung bei 40 W an 8 Ohm entspricht ungefähr einer Messung bei 20 W an 4 Ohm (wenn man für gleichen Strom vergleicht).

      Linker Kanal:


      Rechter Kanal:



      Gruß
      Reinhard

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      Hallo Reinhard,

      ja, mit den Nichtlinearitäten aufgrund des Klangnetzwerkes hast Du sicher den Nagel auf den Kopf getroffen. Ich kann das Signal ja mal direkt an den Endstufeneingang legen.

      Zu den THD-Messungen geht mir noch durch den Kopf:
      Der 9140 ist mit 47 Watt Sinus beidseitig natürlich kurz vor der Grenze seiner Belastung. Auch die Strombegrenzungsschaltung dürfte da schon den ersten Strom von den Treibern klauen. Die Aussteuerungsgrenze wird bei einem Gerät mit höherer Versorgungsspannung und getrennten Gleichrichtern/ Siebelkos sicher weniger kritisch sein. Und die 8,2 Ohm Last bringen ja auch schon geringere THD-Werte. Zum besseren Vergleich werde ich die Messbedingungen auch dahingehend mal angleichen.

      Viele Grüße,
      Christian
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      Hallo Christian,

      - gut dass Du das noch sagst!

      Du misst am 9140, der niedrigere Nennausgangsleistung hat als der 9241, an dem ich messe. Insofern ist das kein fairer Vergleich von mir, denn die Nennausgangsleistung des 9241 ist ja 75 W Sinus an 4 Ohm, statt nur 50 W beim 9140. Damit müssen zwangsläufig - wenn wir beide keinen Mist messen - die Klirrwerte des 9241 bei gleicher Leistung besser sein - auch wenn es dieselben Endstufen sind. Den Unterschied macht die schwächere Spannungsversorgung des 9140, bzw. die stärkere beim 9241. Der 9140 kommt früher ins Clipping und das macht sich auch schon etwas unterhalb der Clippinggrenze schleichend bemerkbar.

      Gruß
      Reinhard
      Eine direkte Einspeisung an die Endstufen ist beim 9140 möglich, wenn man den IS2183 (CMOS-Schalter für Stummschaltung) zieht.
      Legt man die Signalquelle direkt an den Eingang der Treiberkarte, wird, wie von Reinhard vermutet, das Dach des Rechtecksignals gerade, das Dreieck ist nicht mehr verformt und die Frequenzgänge gleichen sich an.

      Bei der Messung des THD mit diesem Einspeisepunkt und einem 8,2 Ohm Widerstand am Ausgang sinken die Werte. Die Originalschaltung packt bei 20 Watt Werte um 0,006%, bei 1 W Leistung sind es nur noch 0,003%. Da ist die SymAsym-Schaltung rund eine Zehnerpotenz drüber. Nicht dass das schlecht oder hörbar wäre, aber es zeigt die Durchdachtheit der Saba-Endstufe.
      Bilder folgen morgen...
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