QUASI komplementær udgangs topologi , NPN - NPN

[KenRas]

Så jeg køber efter hjertet men kigger også i diagrammet på især udgangstrinnet for der er konstruktioner jeg allerede nu kan se ikke har den magiske FIRST WATT som jeg leder efter . Jeg kan finde på at ændre på nogle ting for at se om det har en virkning men det er ligeså meget fordi den tekniske løsning er ligeså interessant som den lyttemæssige for mig i hvert fald og så er det sjovt at se hvad der kunne have blevet såfremt producenterne ikke var så fokuserede på PROFIT og sparer alt væk.
Good Hunting , Frank

Hej Frank,
Som teknisk interesseret, ligesom dig, kunne jeg godt tænke mig at høre hvilke PA design du kigger efter og måske især hvilke du går udenom? Og hvorfor?

Mvh Kenneth

[Fejensen]

Hej Kenneth , jeg har vel egentlig slet ikke testet nok endnu til at kunne sige at det er et generelt issue for mine øre med et bestemt design og jeg havde tænkt mig på sigt at lave en tråd hvor jeg tester de ''små'' som jeg nu af en eller anden grund har indkøbt.

Men indtil videre er det sådan at den quasi komplementære udgangs topologi bare ikke fungerer for mig og den er direkte dræbende for magien i mine øre.

Et helt konkret eksempel er en Kenwood KR-2300 som jeg købte for nylig af en ældre kvinde som havde været hendes mands sammen med en Sansui AU-505 og jeg købte dem begge.

Nu skal vi ikke hijacke tråden her men efter at have udskiftet alle elektrolytter og justeret bias gav jeg den et lyt og det fik hurtigt ende. Magien var helt væk , kedelig og uden rumfornemmelse overhovedet. Jeg har en Jazz plade med sart klaverspil som jeg lytter en del til og hvis der er magi er det som om der er efterklang på klaveret overtonerne klinger ud som en slags ekko og giver fornemmelsen af rum , men lyd er jo svær at beskrive.
Tilbae på bænken , jeg var overbevist om at jeg måtte have overset noget. En del eksperimenter men same shit så at sige. Så pludselig dæmrede det da jeg faktisk tilbage i 2010 var færdig med mit eget design af en fuldt symmetrisk balanceret 100W klasse A amp. I den forbindelse havde jeg studeret Douglas Self fine bog omkring forstærkerdesign og alle de typer og kilder til forvrængning der nu engang er i de forskellige topologier og så fabdt jeg nogle af mine gamle dokumenter omkring det quasi komplementære udgangs trin's akilleshæl ''CROSSOVER DISTORTION'' grundet den meget uens impedans som VAS'en ser fra den positive og negative del af udgangen. Jeg vidste det egentlig godt men havde både glemt det og nok også heller ikke helt forventet at det kunne være så slemt som jeg synes det er i hvertfald Kr-2300. Men koblingen mellem driveren og udgangstransistoren kan også gøres lidt forskelligt og vil helt sikkert også betyde noget fra design til design men det må fremtidige test så afsløre.

Men det afsløres hurtigt hvis man måler THD og ser på FREKVENSSPEKTRET af forvrængnings komposanterne.
Det er ikke den samlede THD der er interessant og den var indenfor spec men det er indholdet af de højere harmoniske der afslører problemet . I denne her KR-2300 er det værst ved LAV styrke altså netop under 1W og spektret er næsten lineært representeret fra 2'harmoniske og op og alle med næsten samme amplitude helt op til 20KHz og mere. Og bias har i denne her ingen effekt overhovedet og ændrer intet. Det er først når du kommer op i rent KLASSE A område det ændres.

Nu var der jo så en klog mand i 1969 der fandt en billig måde at linearisere dette problem og det kan gøres med en enkelt diode og løsningen hedder BAXANDALL DIODE og er altså blot mandens navn og ikke en speciel diode. Jeg prøvede at indføre modifikationen og det er som nat og dag .

Nu har jeg så specifikt kigget en del diagrammer igennem for at se om nogen har taget løsningen til sig og har endnu ikke fundet een eneste der har på trods af at løsningen var velkendt også i halvfjerdserne så for mig er det ubegribeligt men når man også i den her KR-2300 sågar har sparet den ene EMITTER modstand væk på udgangstransistorerne som jo ellers normat er nødvendige for termisk stabilitet ja så har man altså fjernet alt for at spare hvor man kunne og så længe spec's jo blot ikke er ringere end konkurrentens er alt jo godt ?


Mvh. Frank

[KenRas]

Tak for dit uddybende indlæg, Frank

Jeg havde på fornemmelsen at det måske drejede sig om quasi komplementære udgangstrin. Din kommentar om de harmoniske ved lav effekt er interessant og absolut noget jeg vil efterprøve på de forstærkere jeg har med quasi komplimentær udgang.

Min egen opfattelse er at disse quasi trin generelt lyder lige så godt som de “rigtige” push-pull trin. Om det har noget med valg af musik at gøre, eller min ringe hørelse der stopper omkring 7-8 kHz ved jeg ikke. Jeg lytter ikke til klassisk og jazz, men spænder bredt fra hård rock/metal til god akustisk pop/folk/country.

Interessant er det at en receiver som Sansui 8, der regnes som noget af det bedste lydmæssigt fra Sansui er opbygget med quasi komplimentær udgang. Og den er i min optik en rigtig vellydende forstærker. Det samme gælder med de små Marantz 1030 og 1060 forstærkere. Jeg har alle de 3 her nævnte i min samling.

Da jeg har grejet til det vil jeg snarest efterprøve dine observationer omkring de harmoniske…

Mvh Kenneth

[Fejensen]

Jamen hermed så gjort , så kan der nørdes lidt mere her .

En lille kommentar mere omkring QUASI koblingen. Jeg har i en kilde fra Elliot Sound Products en kommentar der nok er værd at bide mærke i .

De simple designs med kun eet spændingsforstærkende trin dvs. typiske single ended ( ingen diff. trin ) og meget få transistorer her er problemet størts fordi man har en relativ LAV OPEN LOOP forstærkning så der er ikke så meget at modkoble med og da den dominerende POL jo typisk liger lavt bliver det forstærket som frekvensen stiger.

Så i moderne topologi hvor LAV feedback er ønskelig har vi så her en kombination hvor en GOD TING gør en GRIM TING værre .

Så jeg forventer at i designs med STOR OPEN LOOP forstærkning og deraf mere modkobling vil både THD spektret og lytteindtrykket nok være anderledes ( for det undertrykker CROSS OVER forvrængningen mere ) men det mangler jeg at teste på for jeg har ikke sådanne klenodier da jeg kun kigger efter de mindre og dermed billigere og simplere designs .

Her også et gammelt dokument der viser hvor greelt det kan se ud når modkoblingen fjernes , det kræver nok noget viden for at forstå essensen.

from RTV&ATRB Section 14 (Baxandall).pdf

Vh. Frank

[Fejensen]

Jeg kan lige krydre det lidt med et par målinger fra nævnte Kenwood KR-2300 .
Nu er det taget ud af en sammenhæng men det giver en ide om fænomenet.

BEMÆRK at jeg bruger SMOOTHING så det ser bedre ud en det faktisk er men så er det svært at kigge på.
Jeg håber forvrængningen kan læses i vinduet øverst TV , det er upåvirket af min setting og viser de faktiske forvrængnings DATA.
THD virker ikke høj men det kontinuerte spektrum har en anden bivirkning som påvirker IM forvrængningen og måske er det summen mine øre ikke bryder sig om men umusikalsk er det for det har ikke rod i kildematerialet .
Diskontinuiteten man kan se i dokumentet jeg vedhæftede genererer ganske enkelt de mange højfrekvente forvrængnings produkter som så igen bliver forstærket op i form af IM forvrængnings processen.

Her først som den var 1W i 8 ohm og THD

KR2300_AsIs_L-channel-THD_1W_8ohm_Selector-PHONO_BIAs-10mV.png

Dernæst den ret store IM forvrængning det så også forårsager

KR2300_AsIs_L-channel-IMD_1W_8ohm_Selector-PHONO_BIAS-10mV.png

Og her til sidst har jeg opdateret med både en VBE multiplier og en BAXANDALL DIODE
Jeg valgte som foreslået af Elliot Sound en TRANSDIODE som nogle kalder det en BC547/57 el lign . koblet som diode dvs. kortsluttet Basis og Collector .

KR2300_THD_1Vrms8ohm_R-CH_Final_IDLE30mV_Baxandall-VbeMultip.png

Her har jeg dog valgt at hæve BIAS en smule for nu har det en gunstig virkning .

Men jeg bør ved lejlighed nok lave en tråd hvor jeg går mere i dybden med den enkelte receiver/amp.

OG TAK Freddy
Vh. Frank

[Fejensen]

Jeg nævnte at fænomenet var værst ved lavt lytteniveau med det mente jeg at den procentvise THD var højest her !
Jeg observerede også at det at hæve BIAS stort set ingen effekt havde på THD. Begge fænomener er helt i tråd med hvad jeg sidenhen har fundet beskrevet af nogle af de proffessionelle designere.

For min KR-2300's vedkommende havde den et maksimum THD på ca. 0,3-0,4 % ved ca. 400-500mVrms ud , 1KHz , 8 ohm load.

Jeg kan se at det at udføre en BAXANDALL DIODE modifikation åbenbart er ret udbredt .

Her et ekesempel ( meget veldomumenteret ) på en Sansui 2000x og her tester han ved 1Vrms i 8ohm som et eksempel og nævner også de mange højere harmoniske som problemet.

http://conradhoffman.com/Sansui2000x_mods.htm

Vh. Frank

[Fejensen]

Jeg vil gerne tage den her et skridt videre for at synliggøre de begrænsninger der ligger i udgangstrinnet og her primært QUASI typen og hvorfor det er den type topologi der giver mest CROSSOVER forvrængning. Er man ikke teknisk anlagt er det nok sort snak det meste men jeg vil vise med grafer som som jeg håber alle kan forholde sig til .

Nu har jeg brugt SANSUI AU-101 som eksempel og det er tilfældigt hvis nogen skulle tro jeg fører et vendetta mod den kontruktion så er det ikke tilfældet.

Her har jeg bygget udgangstrinnet fra AU-101 i LtSpice og jeg benytter her de elektrolyt størrelser jeg faktisk har siddende i min men de har ikke umiddelbart indflydelse på problematikken.

Her først kredsløbet i LTSpice

Sansui_STD_AS_IS_LTspiceschematic.png

Hernæst en måde at visualisere problemstillingen på med crossover forvrængningen , jeg kigger her på BASIS-EMITTER spændingen på den ''tilsyneladende'' transistor dvs. compound koblingen af de 2 transistorer i henholdsvis den POSITIVE halvdel og den NEGATIVE halvdel og i den QUASI KOMPLEMENTÆRE udgang er de 2 halvdele uens og dermed assymetrisk.
Overføringsfunktionen set som G ( konduktans ) altså den strøm man får ved en given påtrykt spændingsforskel mellem basis og emitter eller med enheder på som eksempelvis antal mA/mV .

Sansui_G_Transfer.png

Jeg har sat lidt tekst på grafikken .

Men for at få et lineært og forvrængningsfrit signal ud i vores HT skal bidraget fra den POSITIVE transistor og den NEGATIVE transistor være ''ENS'' men blot med modsat fortegn. Sagt med andre ord kurveforløbne bør være ENS.
Som man tydeligt kan se her selv i den modkoblede forstærker er der meget forskellig hældnings koefficienter på den BLÅ ( NEG transistor ) og den GRØNNE ( POS transistor ) Der hvor de mødes er CROSSOVER området og her bestemmer BIAS settingen forskydningen af kurvernes placering i forhold til hinanden men vigtigts er at forstå at hældningskoefficienterne er markant forskellige.

Her har jeg så tilført summen af de 2 bidrag og det er den LYSERØDE og det er den STRØM der løber ud i 8ohm's belastningen og det bør være tydeligt at det bliver 2 forskellige sinus halvperioder.
Den LYSERØDE kurve BURDE være en RET LINJE for perfekt forvrængningsfrit signal !

Sansui_G_Transfer_laststrøm.png

Kurverne er lavet ved 1W i 8 ohm altså 2,87Vrms ud i 8 ohm.

Endelig det FFT spektrum man kan forvente med de viste transistorer og deres modeller og som er dem jeg bruger ser således ud

SansuiFFT_STD.png

Som det kan ses er der de mange højere harmoniske med svagt faldende amplituder .
Den teoretiske simulerede 2'harmonisk ligger på ca. -75db i forhold til grundtonen. Det er vist ikke så langt fra det faktiske resultat hvis jeg husker ret ?

Men jeg vil fortsætte med hvad en BANDAXALL DIODE gør og hvad MARANTZ og andres løsning gør uden brug af diode.

VH. Frank

[Fejensen]

Den mest simple BAXANDALL diode løsning som blot er tilføjelse af en diode som eksempelvis 1n4148 over den negative driver (emitterfølger ) transistors emittermodstand og ændre emittermodstanden til at være lig den øverste drivers emittermodstand fås flg. resultater. Hvor godt det går afhænger af hvordan driverne og disses emittermodstande er koblet til effektransistoren.

Sansui_SimpelBaxandallDiode_LTspiceschematic.png

Sansui_Baxandall-Simpel.png

Sansui_FFT_Baxandall-Simpel.png

Det er ret åbenlyst ikke særligt lineært iflg. de batragtninger jeg allerede har beskrevet.
FFT'en viser heller ikke rigtig nogen forbedring måske endda en forringelse men det kan være lidt svært at se i den opløsning jeg viser men jeg har ikke fundet en metode til at få simulatoren til at skrive peak værdierne på de enkelte harmoniske så man skal ind med en cursor og den er ikke så nem at placere på de smalle spikes .

Men det gør ikke så meget , er der en reel forbedring skal man kigge efter fordelingen af spekteret mellem de
lige og de ulige og så kigge på amplituden af 2'harmoniske og 3'harmoniske her kan man nogenlunde se forskellene.

Så den simple er NO GO i Sansuien.

I øvrigt jeg har justeret BIAS i ALLE sinmuleringer til 10mA i den positive emittermodstand. Det er ikke nødvendigvis den optimale BIAS og den vil ændres med de enkelte koblinger . De bedre har et sweetspot typisk. Men det afhænger også af hvor ens transistorerne er .

[Fejensen]

Next up , en lidt mere avanceret løsning hvor man benytter det af opfinderens anbefalinger at benytte en TRANSDIODE den simulerer bedre den manglende basis-emitter strækning der kendetegner QUASI'en.
Ud over det er koblingen til effekttransistoren flyttet og emittermodstanden er ligeledes flyttet op i collectoren , netop de anbefalinger som der blev gjort opmærksom på i de dokumenter jeg har vedhæftet i starten af tråden.

Sansui_Extended_1_BaxandallDiode_LTspiceschematic.png

Sansui_Baxandall-Extended_1.png

Sansui_FFT_Baxandall-Extended_1.png

Nu er der vist ingen tvivl om at lineariteten er øget og det ses også af FFT'en . Hvor mange db det giver er svært at sige nøjagtigt det må afprøves i praxis men en 6db eller mere lavere THD. Læg også mærke til fordelingen af de lige og de ulige harmoniske de forskydes hvor de lige falder mere end de ulige.

Det kunne på linearitets kurven den med den blå og grønne kurve se ud til at den optimale BIAS godt kunne være en smule højere men jeg har ladet den være på de 10mA for sammenligningens skyld.

[Fejensen]

Nu kunne man så begynde at overveje om det er det hele værd og det at optimere på den måde er det rette at gøre eller ej.
Nu er man også¨ude i at det bliver lidt mere tricky og få anbragt komponenterne rigtigt når nogle forbindelser skal flyttes.
Og så er der jo hele diskussionen om at være tro mode designet og være en sand ORIGINAL for nu at brugde det udtryk.

Jeg har den holdning at synes jeg man har lavet en designfejl så retter jeg den. Har man gået for meget på kompromis og det er nemt at rette gør jeg det. Jeg ved at jeg ikke kommer til at lytte på bæstet hvis ikke jeg synes om lyden og så skal den enten videre eller også modificeres på en måde så den får lov at yde det bedst mulige den kan uden det betyder at alt skal laves om.
Jeg er slet ikke modifier typen og ønsker at være tro mod designet som udgangspunkt og ændringer bliver hurtigt alt for tidskrævende.

Men når nu vi alligevel er endt her er det nærliggende at overveje den optimale lineære løsning for en klasse B udgang og nej det er ikke den komplementære Emitterfølger udgang selv om det er den mest anvendte.
Den der genererer mindst unoder i CROSSOVER er CFP udgangen måske bedre kendt som ZIKLAI efter opfinderen. Mærkeligt nok er den ikke ret anvendt. Det er ikke mit postulat det kommer fra min bog af Douglas Self og han anvender en anden måde at visualisere det på ved at se på SPÆNDINGSFORSTÆRKNINGEN også som funktion af BIAS setting og hvordan den skifter i transitionen mellem den POS og NEG side af udgangen. Det er buler og humpler og for QUASIEN en uskøn glitch agtig overgang.
Der er jo copyrigt på de billeder så de bringes ikke her men de findes på nettet for de nysgerrige.

Men en simulation med en ændring til ZIKLAI for Sansuien her

Sansui_ZIKLAI_CFP_Output_LTspiceschematic.png

Sansui_ZIKLAI_CFP_Output.png

Sansui_FFT_ZIKLAI_CFP_Output.png

Nu begynder vi at tale om betydelige forbedringer ihvertfald ud fra simulationen.

Men jeg har ikke forsøgt løsningen bla. på grund af de uhensigtsmæssige ledningsføringer mm. jeg allerede har konstateret så det er ikke sansynligt at forbedringerne får lov at manifestere sig som de burde . Og så er arbejdet alt for stort i den her forstærker til at jeg orker at prøve det.

Not quite done yet , one more to come

[Fejensen]

En anden mulighed er at gøre som Marantz har gjort i 1060 forstærkeren men jeg har det den samme kobling i flere fabrikater fra denne tidsalder og hvem der har kopieret hvem ved jeg ikke men ind imellem er man ikke i tvivl om at der kopieres på kryds og tværs.

Der benyttes ikke en Baxandall diode men emittermodstanden på den negative driver flyttes over og kobles til emittermodstanden der nu også er flyttet op i collectoren som anbefalet i dokumenterne jeg tidligere refererede til.

En mere spiselig forbedring måske for ORIGINALERNE men om den får lov at præstere her på sansuien har jeg ikke afprøvet men simualtoren siger sådan her.

Sansui_Marantz1060Way_LTspiceschematic.png

Sansui_Marantz1060Way.png

Sansui_FFT_Marantz1060Way.png

Umiddelbart meget klart at den er meget mere lineær end den oprindelige sansui kobling alene baseret på den grafiske afbildning . Men den kræver også at emittermodstanden flyttes .

Så tror jeg det må være nok for nu .

En sidste bemærkning !

Jeg har godt set at der er noget ''HYSTERESE'' på de grafiske kurver og mest synligt på de BLÅ kurver og jeg formoder det er relateret til CHARGE STORAGE i transistorerne så strømforløbet ser lidt forskelligt ud afhængigt af om vi er på vej i ON retningen på sinuskurven eller på vej i OFF retningen. Jeg har for nylig set det samme på en simpel CURVETRACER kurve på en diodetest jeg lavede for sjov med en simpel trafo som curvetracer og OSC i XY mode. Men det er et kvalificeret gæt fra min side jeg ved det faktisk ikke med sikkerhed.

Vh. Frank