Ich habe hier einen Gitarrenverstärker mit einem Defekt in der Endstufe. Es scheint so, als wenn die eine Halbwelle stark verzerrt werden würde, da ein Signal nur oberhalb des Nullpunkts mehr oder weniger korrekt wiedergegeben wird, ein Signal in der unteren Halbwelle dagegen stark verfremdet wird. Leider habe ich kein Oszilloskop, um das mit Sicherheit sagen zu können, eine Aufnahme des Signals über eine Soundkarte scheint aber meinen Verdacht zu untermauern.

Ich mir überlegt, dass es entweder ein verschobener Arbeitspunkt oder ein defekter Transistor sein könnte. Bei dem Arbeitspunkt würde mich das allerdings etwas wundern, da ja ein Widerstand nicht mal so eben seinen Wert ändert und die Lötstellen auch alle gut aussehen. Die zwei Leistungstransistoren habe ich schon mal auf Verdacht ausgetauscht, die scheinen nicht das Problem zu sein. Bei den anderen Transistoren habe ich nicht so die Ahnung, was ich da als Ersatz reinbauen könnte, das sind irgendwelche recht exotische Teile, die nicht so einfach aufzutreiben sind. Gibt es irgendwo Datenbanken wo ich ähnliche Modelle finden kann? Leider weiß ich auch nicht, inwieweit Abweichugen hier eine Rolle spielen würden, sonst würde ich einfach mal den nächstbesseren Typ ausprobieren.

Habt ihr abgesehen vom systematischen Austauschen der Bauteile irgendwelche Tipps zur Fehlersuche mit einem billigen Multimeter?

Datenblätter der verbauten Transistoren:

C3198
A1266
C1027
A1023

Schaltplan des Leistungsverstärkers:

http://home.arcor.de/antichrist69/amp.png

Ach ja, bei dem Erstellen des Schaltplans sind mir noch ein paar Fragen gekommen: Was ist der Sinn der Rückkopplung über Q2? Ist das ein Bootstrap? Was bringt Q8 bei dieser Beschaltung? Kompensation der Übernahmeverzerrung? Die Funktion von R43 und C27 ist mir auch noch nicht so ganz klar, ist das nur "Tuning" oder sind die wichtig?

TBuktu

Dass Du die +- 30Volt an den Transistoren vorgefunden hast darf man voraussetzen ??

Gruss
Tim

PS: Natürlich bekommt man diese Typen (http://www.segor.de/Sortiment/h7.htm)
Gib doch beim Suchen mal ein 2S vor die Bezeichnungen.
Die Japaner haben doch 2SC3198, 2SAxxxx

aNtiCHrist

Ja, die +/-30 V sind da, das war das erste, was ich geprüft habe.

Ok, man bekommt die Transistoren vielleicht, aber sie sind halt doch vergleichsweise exotisch, oder nicht? Habe zwar noch nicht bei dem lokalen Elektronikdealer nachgefragt, aber da die auch im Netz vergleichsweise wenig erwähnt werden, mache ich mir da keine große Hoffnung.

Herr_der_Lamer

Moin,

Vergleichstypen:

2SC3198 = 2SC1775(A), 2SC2240, 2SC2390, 2SC2459,++
Uni, ra, 60V, 0,15A, 0,4W, 130MHz

2SA1266 = BC 416, BC 560, 2SA970, 2SA1136..1137,++
Uni, ra, 50V, 0,15A, 0,4W, 130MHz

2SC1027 = BU 606..608, BUX 18(A..C), 2SC2769, ++
S-L, 250/80V, 6A, 50W

2SA1023 = BC 556, 2SA970, 2SA1049, 2SA1285(A), ++
Uni, 70V, 0,1A, 0,25W, 180MHz

Gruss HdL

aNtiCHrist

Danke für die Liste. Leider scheint das aber nicht so ganz zu stimmen bzw. nicht zu meinem Problem zu passen:

Der KTC1023 ist das Komplement zu dem KTA1027, wenn du dir 2SC1023 und 2SA1027 anguckst, fällt auf, dass die doch recht unterschiedlich sind und auch beide von den Daten der bisherigen abweichen ... Ich habe schon auf TBuktus Hinweis mal in diese Richtung gesucht und herausgefunden, dass das Davorsetzen von 2S nicht immer korrekt ist, so auch in diesem Fall. Wo hast du die Typen rausgesucht, dann kann ich da vielleicht auch selber noch mal gucken

Für KTA1266 und KTC3198 stimmt das mit dem 2S-Davorsetzen allerdings wohl. Du gibst ja auch eine gute Auswahl an Alternativen, ich habe aber leichte Bedenken da einfach irgendwelche in den Gegentaktstufen zusammenzuwürfeln, schlägt sich sowas nicht vielleicht auf die Symmetrie nieder?

Ich werde gleich mal anfragen, ob der lokale Händler zumindest diese Dinger da hat, vielleicht reichen die ja schon, um den Fehler zu beheben.

TBuktu

Bist Du sicher, dass der Schaltplan richtig ist ?

Ungeachtet dessen...bevor man alle Transis tauscht kann man ja schon mal messen, ob irgendwelche Transistorbeinchen gegeneinander komische Werte haben.
also mit einem Multimeter auf Diodentest und durchklingeln, immer verpolen (also 2mal testen) und dann auch noch im Ohmbereich messen

Gruss
Tim

aNtiCHrist

Ja, ich denke der Schaltplan stimmt so schon. Bis auf die oben genannten Fragen ist mir der auch recht schlüssig, unter http://sound.westhost.com/project12.htm findet sich auch in dem ersten Schaltplan ein sehr ähnlicher Aufbau, dort ist ebenfalls diese Rückkopplung (allerdings ohne Transistor). In dem zweiten Schaltplan dort findet sich bei Q3 auch die gleiche Beschaltung wie bei Q8 in meiner Schaltung. Oder meinst du irgendwelche Widerstandswerte? Dort habe ich mich möglicherweise beim Ablesen vertan, das will ich nicht völlig ausschließen.

Das mit dem Diodentester ist eine gute Idee, werde die Dinger grad mal auslöten. hFE kann das Multimeter netterweise auch direkt bestimmen, mal sehen. Der lokale Händler hatte leider auch nur den 2SA1266 da und kann wohl die anderen auch nicht (mehr) besorgen. Bei dem 2SC3198 wundert mich diese Aussage allerdings etwas, da der bei Segor als "Lagertyp" geführt wird.

aNtiCHrist

So, alle Transistoren ausgelötet, keine Defekte festzustellen, Flusspannung im Bereich von 0,6-0,7V, keine Kurzschlüsse, hFE im grünen Bereich. Um sicherzustellen, dass die abgelesenen Widerstandswerte auch stimmen, habe ich dann mal die Gelegenheit genutzt und die ganzen nun "frei" liegenden Widerstände durchzumessen. War soweit alles richtig, nur R47 und R43 haben Werte im Megaohm-Bereich ...

Der hohe Wert von R47 erklärt natürlich die Verzerrung. Beide Widerstände sehen äußerlich intakt aus, nichts verfärbt oder angebrochen und sie stinken auch nicht. Darüber bin ich nun doch ein bisschen überrascht, wie kann ein Widerstand sonst kaputt gehen?

Ich werde mir am Montag dann mal die beiden Widerstände besorgen, damit dürfte das Problem dann ja hoffentlich behoben sein.

TBuktu

Was für ein Amp ist es denn eigentlich ?

Du schreibst was von Übernahmeverzerrungen und Q8...
In welchem Betrieb laufen die denn ? Class A...AB ? Messen oder Durchrechnen
Aber ob nun nur Übernahmeverzerrung oder Ruhestrom für Class AB .... ?
Eingestellt wird das aber in der Tat mit Q8

Der kleine C ist genau wie bei OP-Amps zur Kompensation. Warum dort ?
Weil es ein hochohmiges Umfeld braucht.

Aber ganz ehrlich, ich bin da auch völlig aus der Übung.
Man muss ja immer erst gucken, was alles Schutzschaltung ist.
Eine Ausgangsstrombegrenzung sieht auf den ersten Blick ja fast genauso aus wie die Darlington Sache hier.

Wenn Du Bock hast, dann sieh Dir mal eine Innenschaltung vom IC741 an.
Endstufe, oberer Kreis. Da ist ein Transistor der aufmacht, wenn der Strom zu hoch wird. Dann klaut er dem Endstufentransi einfach Basistrom und begrenzt so die Leistung.

Sowas kannst Du leicht nachrüsten.

Gruss
Tim

PS: Der aufgerauchte Widerstand ist doch gut. Wenn der zu kräftig gewesen wäre, dann hätte es die Transis gehimmelt.
Achte beim Ersetzen unbedingt darauf, was es für ein Typ war (Kohleschicht oder Kohlemasse). Hast ja noch eine Referenz vom unteren Zweig.

Gruss
Tim

aNtiCHrist

Meinst du jetzt den Hersteller? Das ist irgendwas unbekanntes aus Fernost: Philipson XL-30R

Class A ist das schon mal nicht, das Ding hat eine Ausgangsleistung von 30 W RMS bei einer primärseitigen Aufnahme von 75 W (laut Datenblatt). Class A würde man doch auch nicht als Gegentaktstufe aufbauen, oder? Ich würde ja zu B tendieren, bzw. wegen Q8 auch AB.

Wo du grad Ausgangsstrombegrenzung sagst: Q2 dürfte doch eine Ausgangsspannungsbregrenzung sein? Wenn die Ausgangsspannung steigt, erhöht sich ja das Emitterpotential an Q1 und der macht somit dicht.

Zu dem Widerstand: Sofern ich das richtig deute ist das ein Drahtwiderstand, Durchmesser 4 mm, an den Enden 5 mm. Das "Gehäuse" ist nicht so glatt wie die üblichen Kohlewiderstände. Das dürften ja auch schon ein paar Watt sein, was der abkann, Kohlewiderstände finde ich in der Leistungsklasse nicht mehr. Was meinst du mit der Referenz? Das Ding von oben sieht ja immer noch perfekt aus. Was wäre denn der Unterschied bei Kohleschicht und Kohlemasse? Kann man anhand des Durchmessers die maximale Belastbarkeit bestimmen? Rechnerisch dürften das ja bei kompletter Durchsteuerung an 8 Ohm Last nicht mehr als 6,2 Watt werden, im normalen Betrieb sicherlich viel weniger.

Ich befürchte fast, dass die 0,5 Ohm +-5% ein Problem sein werden, da die in der E24-Reihe nicht vorkommen. 0,56 Ohm sollten bis auf den kleinen Leistungsverlust ja kein Problem sein, oder? Oder kann man 0,47 wagen? Oder gar eine Huckepacklösung mit 2*1Ohm?

CForce

C29 ist der Bootstrapkondensator, der liegt etwas ungewöhnlich im negativen Zweig der Endstufe, was auf die Vorstufe mit PNP- Transistoren zurückzuführen ist.
Über Q2 wird die Gegenkopplung realisiert, ohne diese hätte die Schaltung eine viel zu hohe Verstärkung und enorme Verzerrungen.
Gleichzeitig wird mittels C28 und R40 dafür gesorgt, dass sehr tiefe Frequenzen stärker gegengekoppelt werden - um Gleichspannungsanteile am Ausgang zu verhindern.

R39, R42 und Q8 sorgen für die Ruhestromstabilisierung, oft werden an dieser Stelle auch Z-Dioden oder 2 Dioden in Reihe eingesetzt.
Normalerweise sind diese Teile dann thermisch mit dem Kühlkörper der Endstufe gekoppelt um den Temperaturgang zu kompensieren.
Auch Q8 dürfte am Kühler sitzen, damit der Ruhestrom bei hoher Temperatur nicht ansteigt.

C27 dient nur der Unterdrückung hochfrequenter Schwingungen.

Die Schaltung errinnerte mich sofort an eine uralte Verstärkerschaltung von Radio RIM aus meiner allerfrühesten Jugend, - die hatte allerdings noch 2N3055 als Endtransistoren.

Gruß
CForce

P.S.
Bei den Emitterwiderständen kannst Du ruhigen Gewissens 0,47 Ohm riskieren, nach dem Austausch solltest Du aber den Ruhestrom im Auge behalten.
Meißt haben die Drahtwiderstände eine Toleranz von 10%, da liegen 0,47 durchaus noch im Toleranzbereich.
Allerdings würde ich beide Widerstände tauschen.
Bei einem Gitarrenverstärker würde ich eher einen kleinen Ruhestrom von 25-100mA vermuten.
Die Endstufe arbeitet sicherlich im AB-Betrieb, ein geringer Ruhestrom erhöht zwar die Übernahmeverzerrungen, besonders bei geringer Leistung, reduziert aber auch die Verlustleistung.
Solange man nicht in den B-Betrieb rutscht dürften die Verzerrungen im Vergleich zu denen des Tonabnehmers und der Lautsprecher bei einem Gitarrenverstärker kaum relevant sein.
Selbst sehr gute HiFi Lautsprecher haben einen Klirrfaktor in der Größenordnung von 1%, da ist es eigentlich müßig, sich über Klirrfaktoren von guten Verstärkern an der dritten Stelle hinter dem Komma zu streiten.
Der Klirrfaktor alleine sagt nichts über die Klangqualität aus.

TBuktu

Kohleschicht nimmt man im Hifi Bereich z.B. dort, wo es auf Genauigkeit weniger ankommt, aber man keinerlei Induktives Verhalten haben will.

Kohlemasse ist einfach genial bei Startschaltungen. Sie vertragen kurzzeitig ein vielfaches vom normalen Strom, womit man z.B. flott ein C aufladen kann.

Wird bei kleinen Leistungen die letzte Endstufe überhaupt schon tätig ?
Die Tips kommen doch erst bei genügend Strom über R45/R46 ( Wie beim Auto ein Registervergaser

)
Wie stellt man den Ruhestrom dann ein ? So, dass die Tips gerade noch nicht aufmachen ?

Gruss
Tim

aNtiCHrist

CForce, danke für die Erklärungen, das lässt sich gut nachvollziehen. Ich hatte mich schon gewundert, ob auftretende Gleichspannungsanteile nicht noch irgendwie eliminiert werden müssten.

Du hast recht, Q8 tatsächlich recht nah am Kühlkörper, sicherlich mit Absicht, verdrahtungstechnisch ist das dort eine etwas ungünstige Position.

Was meinst du mit dem Ruhestrom im Auge behalten? R46/R47 als Shunt nutzen? Oder einfach richen, ob es anfängt zu stinken?

Bei +-5% liegen die 0,47 Ohm auch nicht mehr im Toleranzbereich. Was spricht gegen die imo sichere Seite mit 0,56 Ohm. Laut genug ist das Ding, da könnte ich auf etwas Leistung verzichten. Oder treibt das dann auch die Übernahmeverzerrung hoch?

TBuktu, Kohleschicht brauche ich dann wohl nicht, Hifi hat das Ding auch so kaum.

Das mit dem Ruhestrom ist mal eine gute Frage, eine andere Erklärung als deine habe ich aber auch nicht.

Noch mal zu den Widerständen: Kann man an dem Durchmesser pauschal die Belatbarkeit festmachen?

CForce

Die Geschichte mit dem Ruhestrom ist so eine Sache.
Die Emitterwiderstände tragen zur Temperaturstabilität des Ruhestromes bei und sie haben auch einen deutlichen Einfluß auf die Höhe des Stromes.

Q8 bestimmt im Endeffekt die Spannung zwischen den Basen der Vorstufe und somit auch der Endtransistoren.
Die Spannung ist so hoch, dass beide Endtransistoren gerade leitend werden.
Normalerweise währe dies eine sehr instabile Angelegenheit, da die Schleusenspannung der Transistoren bei steigender Temperatur sinkt und der Strom aufgrund der hohen Eigenverstärkung von Vor- und Endstufe schlagartig in die Höhe schießen würde.
Da Q8 jedoch recht nah am Kühler sitzt und einen ähnlichen Temperaturgang besitzt kann er diesen Effekt etwas ausgleichen.
Das nützt bei Kurzzeitigen Leistungsspitzen natürlich wenig, da der Kühler dabei gar nicht unbedingt warm wird, die Temperatur im Kern der Endtransistoren aber kurzzeitig steigt.

Es muß also eine weitere Bremse her.
Diese Aufgabe erledigen die Emitterwiderstände, der durch den Ruhestrom der Endstufe verursachte Spannungsabfall an diesen Widerständen addiert sich zu den Schleusenspannungen der Treiber und Endtransistoren hinzu.
Die durch Q8 erzeugte Spannung bleibt jedoch konstant.
Bei steigendem Ruhestrom sinkt also die Basis/Emitter Spannung der Transistoren und wirkt so einem unkontrollierten Hochlaufen des Ruhestromes entgegen.

Natürlich kannst Du auch 0,56 Ohm für die Emitterwiderstände nehmen, der Ruhestrom wird dann auch etwas geringer werden, aber er wird mit Sicherheit nicht gegen null sinken.
Dazu müßte man schon etwas an der durch Q8 erzeugten Spannung ändern.
Messen kannst Du den Ruhestrom einfach indem Du die Spannung über den Emitterwiderständen mißt und den Strom errechnest.
Ohne Signal und mit kurzgeschlossenem Eingang.
Einstellen läßt sich der Ruhestrom bei dieser Endstufe eh nicht (ginge über die beiden Widerstände an Q8), dürfte jedoch auch nicht kritisch sein.

Dennoch ist es immer nach einer Reparatur der Endstufe sinnvoll den Ruhestrom zu prüfen.
Der Ausfall der Endstufe hat oft eine Ursache, ein Fehler in der Ruhestromstabilisierung ist da eine der gemeinen Möglichkeiten, - ist der Ruhestrom zu hoch, dann merkt man das nich unbedingt sofort aber früher oder später brennt das Teil wieder ab.

Leider hast Du keine Angaben über die Höhe des Stromes, da bleibt nur schätzen...
Alles was deutlich über 100mA liegt würde ich bei so einem einfachen Verstärker als ungewöhnlich ansehen,- auch nur geschätzt

Gruß
CForce

aNtiCHrist

Nochmals danke für die Erklärungen, CForce, jetzt ist mir der Schaltungsaufbau viel verständlicher geworden. Aber warum soll ich den Ruhestrom bei kurzgeschlossenem Ausgang messen? Bei den normalen 8 Ohm Last sollte der Strom doch ggf. geringer sein, was interessiert da ein in der Praxis nicht existenter Fall? Was habe ich hier vergessen zu berücksichtigen?

Ich habe mittlerweile die defekten Widerstände (und zusätzlich wie empfohlen R48) getauscht, ich habe mich bei R47/48 für jeweils zwei 1-Ohm-Widerstände parallel entschieden, da die 0,47 und 0,56 mit mehr als 2 Watt nur in einer Toleranz von +/-10% erhältlich waren. So habe ich jetzt 0,5 Ohm / 4 W bei +/-5% Toleranz.

Leider ist einer der 2SC3198 dank meiner Grobmotorik nun doch hin und ich bekomme da auch nicht mal so eben Ersatz, musste erst bestellt werden. Ich habe jetzt erstmal Q8 weggelassen, mit der Überlegung dort einfach temporär C/E zu brücken. Das dürfte den unteren Teil der Gegentaktstufe dann ja erstmal in den C-Betrieb bringen. Hat das dann irgendwelche negative Auswirkungen auf den Ausgang, abgesehen von der Verzerrung? Gleichspannungsanteile die dann aus der Asymmetrie des Ruhestroms resultieren, sollten ja über Q2 eliminiert werden, sodass sich die Arbeitspunkte von Q4 und Q5 durch die Rückkopplung in den B-Betrieb verschieben? Oder habe ich was übersehen und es ist eine ganz dumme Idee, das so zu testen?

Warum diese Überlegung? Da ich ab heute nachmittag für die nächsten Wochen unterwegs bin, wollte ich gerne schon mal vorab die Grundfunktion testen, sonst würde ich natürlich auf den Ersatz warten.

Zu den Widerständen R39/42 habe ich gerade auch noch eine Frage zur Leistungsdimensionierung. Der Widerstand R42 ist deutlich dicker, ich schätze mal für 1 Watt ausgelegt. Selbst bei vernachlässigbarem I_B von Q8 sollte doch aber der Leistungsverlust bei R39 größer sein, warum ist der dann aber nicht so dick? Wieso ist R42 überhaupt so dick? Der Strom ist doch durch das I_B von Q5 (und den Strom durch R43/44) beschränkt und die Spannung über R42 ist bei einem großen I_B von Q5 auch recht gering, da die 30 V zwischen Masse und -30 V beim Durchsteuern von Q5 und Q7 vor allem an R48 abfallen.

TBuktu

Ich bin sicher, dass jeder Hörer denken wird, es handele sich um ein Effektgerät

Gruss
Tim

aNtiCHrist

Ich möchte mich an dieser Stelle noch einmal bei allen Mitwirkenden bedanken. Ich habe dann doch noch gewartet, bis ich den neuen Transistor hatte und habe diesen heute eingelötet. Der Verstärker klingt nun wieder einwandfrei.

Der Ruhestrom liegt auch in einem niedrigen Bereich, wenn auch recht asymmetrisch: 2 mA über R47, 49 mA über R48 bei kurzgeschlossenem Ausgang, wobei die 2 mA (bzw. 1 mV) allerdings auch der Messgenauigkeit meines Multimeters entsprechen. Mit dem Lautsprecher als Last geht der Strom durch R48 dann auf 5 mA zurück, bei dem durch R47 lässt sich kein Unterschied feststellen.

Bezüglich der Temperatur scheint auch alles in Ordnung zu sein, Q3, Q4 und Q5 werden zwar etwas warm, aber auch nicht mehr als geschätzte 40° C. Die Widerstände erwärmen sich gar nicht spürbar, allerdings kann ich den Verstärker hier auch nicht ganz aufdrehen.

Warum R42 aber so dick ist, ist mir immer noch ein Rätsel.

CForce

Den Ruhestrom solltest Du auch bei kurzgeschossenem EINGANG messen

, der Ausgang sollte mit 8Ohm belastet werden.
Der kurzgeschlossene Eingang soll nur verhindern, dass deine Messung nicht durch Rauschen oder Brummen verfälscht wird.

Bei kurzgeschlossenem Ausgang klappt die Gleichspannungsunterdrückung der Endstufe nicht,- klar an einem kurzgeschlossenen Ausgang liegt ja auch keine Gleichspannung, es kann aber ein relativ hoher Strom fließen....

Die Gleichspannung kann bei dieser Schaltung nicht gänzlich unterdrückt, sondern nur durch Gegenkopplung erheblich reduziert werden.

Scheint aber ja alles wieder zu laufen - Glückwunsch !

Gruß
CForce

aNtiCHrist

Zitat:

Zitat von CForce

Den Ruhestrom solltest Du auch bei kurzgeschossenem EINGANG messen

Ups

Und ich wundere mich noch oben, was das für einen Sinn haben soll. Beim Eingang ist das natürlich verständlich. Immerhin weiß ich jetzt, dass bei kurzgeschlossenem Ausgang ohne Eingangssignal auch kein großer Strom fließt. Zum Glück.

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