SymAsym

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Muss es denn immer gleich die dickste greifbare Class-A-Endstufe ohne Gegenkopplung mit maximalen Heizkörperqualitäten sein?
Ich denke nicht. Deshalb gab’s in Klang + Ton 1/2007 eine Bauanleitung für „einfach nur eine gute Endstufe“, die zudem keine unerträglichen Löcher ins Hobby-Budget reißt

Features? Marketing-Schlagworte? Gibt’s nicht. SymAsym ist ein ziemlich klassischer AB-Verstärker, der dem ersten Anschein nach nicht allzu viel zu bieten hat. Außer vielleicht einer grundsoliden Konzeption, kaum Verzerrungen, exzellenten Störabständen und soviel Leistung, dass man damit in allen Lebenslagen zurecht kommt.
Außerdem ist SymAsym preiswert zu realisieren. So preiswert, dass es überhaupt kein Problem darstellt, damit ein qualitativ hochwertiges Dreiwegesystem zu realisieren. Und das ist doch schon mal was, oder?

So scheinbar unspektakulär SymAsym sich technisch gibt, so ungewöhnlich ist seine Herkunft. Er entstammt nämlich einmal nicht der „Restekiste“ irgend eines renommierten Audio-Designers, sondern ist das Werk eines Enthusiasten, der im wirklichen Leben rein gar nichts mit HiFi zu tun hat: Der Gütersloher Michael Bittner ist Computer-Junkie und verdient sein Geld mit dem Programmieren von Action-Games beim dem Vernehmen nach ziemlich angesagten Label Synetic. Nicht zu unterschätzende Kenntnisse in der Analogschaltungstechnik und ein gewisses Interesse an Musikwidergabe auf hohem Niveau scheinen jedenfalls auch vorhanden zu sein, sonst hätte Michael sich wohl kaum hingesetzt und diese tolle Endstufe von der Pike auf entworfen.
Wie gut das Konzept eigentlich ist, hat der Entwickler wohl erst später mitbekommen, er wollte ja eigentlich nur ein paar gescheite Amps an die Analogausgänge seine DVD-Spielers klemmen. Nun geisterte das Konzept aber irgendwann durchs Internet, und dank der wirklich bemerkenswerten Promotion durch den brasilianischen Tüflter Carlos E. B. Mergulhão wuchs im Schrauberforum diyaudio.com das Interesse an dem unscheinbaren Konstrukt aus dem Ostwestfälischen. Der SymAsym-Thread auf diyaudio.com ist mittlerweile über 3200 Postings lang (Stand 17.01.07), und ich kann mich nicht erinnern, dort jemals ein so überaus positiv und praktisch kritikfrei beklatschtes Projekt veröffentlicht gesehen zu haben. Michael Bittner (a.k.a. „MikeB“ ist mittlerweile der beitragsanzahlmäßig aktivste Deutsche in dem an Mitgliedern nicht eben armen Forum – was daran liegt, dass er nun wirklich jedem Nachbauwilligen mit Rat und Tat zur Seite steht, jede Modifikation qualifiziert beurteilt und auf wirklich jede thematisch relevante Frage die passende Antwort hat.
In aller Kürze: Der Junge ist engagiert und hat richtig Ahnung. Was so einer baut, kann kein Murks sein.
Michael hat zu seinem Projekt eine eigene Webseite aufgemacht, auf der eigentlich alles Wissenswerte zum Nachbau der Endstufe steht – vorausgesetzt, man verfügt über ein Minimum an elektronischem Grundlagenwissen und über ein paar Englischkenntnisse.
Alles in Allem mehr als genug überzeugende Argumente, das Projekt ein wenig über seine reine Online-Existenz hinaus zu bekannt zu machen – so ist SymAsym letzlich, natürlich mit Michaels freundlicher Unterstützung, in der Klang + Ton gelandet.

So. Sie wollen wissen, wie SymAsym funktioniert, warum er so heißt und was das Besondere daran ist? Dann öffnen Sie Michaels SymAsym-Seite in einem zweiten Browser-Fenster, scrollen zum Schaltbild und führen sich die Schaltungsbeschreibung des Meisters selbst zu Gemüte:

Beschreibung der „SymAsym“-Schaltung

Symasym ist eine einfache Class-AB Endstufe, aufgebaut nach dem üblichen Dreistufen-Prinzip:

  • Stufe 1: Eingang und Gegenkopplung, Einstellung des gewünschten Verstärkung
  • Stufe 2: Spannungsverstärkung (VAS)
  • Stufe 3: Stromverstärkung aus vier Leistungstransistoren

Stufe 1:

Die beiden Transistoren Q1+Q2 bilden einen Differenzverstärker, der die Differenz zwischen Eingang und Ausgang bildet und diese verstärkt an die Widerstände R5+R6 weitergibt. Dabei sind diese beiden Signale exakt gegenphasig.

Die beiden Transistoren Q7+Q8 bilden eine Konstantstromquelle und versorgen den Differenzverstärker mit ungefähr 3 mA.
R13 und C2 bilden ein einfaches Tiefpassfilter, das unerwünscht hohe Frequenzen am Eingang unterdrückt. R30 und R29 bilden einen Spannungsteiler, der die Spannung am Ausgang durch 45 teilt und damit den gewünschten Verstärkungsfaktor einstellt. C19 sorgt dafür, dass dieser Faktor für sehr niedrige Frequenzen und Gleichspannung auf 1 reduziert wird.

Stufe 2:

An den Widerständen R5+R6 liegt nun das Ausgangssignal der Stufe 1, eine kleine Wechselspannung, die von einer Gleichspannung von ungefähr 1 V überlagert wird. Diese beiden Signale werden nun an einen zweiten Differenzverstärker weitergegeben (Q4+Q12). Da die Wechselstromsignale gegenphasig sind, ist die Summe beider Spannungen konstant, daher bildet R10 eine einfache Konstantstromquelle.

Der Ausgangsstrom von Q4 wird nun über einen „Current mirror“ (Stromspiegel) an der negativen Spannungsversorgung gespiegelt und steht dem Ausgangsstrom von Q12 entgegen, der, wie bei einem Differenzverstärker üblich, invertiert ist.

Zwischen den Kollektoren von Q4+Q12 findet nun die Spannungsverstärkung statt, und zwar im Gegentaktbetrieb, was die Effizienz erhöht.

R18 und R20 reduzieren und linearisieren die Verstärkung auf ungefähr 5000.

Da nun Stufe 2 ausgangsseitig im Gegentaktbetrieb operiert (symmetrisch), Stufe1 aber asymmetrisch ist, habe ich den Namen „SymAsym“ gewählt.

Q5 ist eine Kaskode, die dafür sorgt, dass die Verlustleistungen von Q4/Q12 fast identisch sind.

Stufe 3:

Die von Stufe 2 erzeugte Spannung hat sehr wenig Leistung und muss durch eine Stromverstärkung, bevor ein Lautsprecher damit gefüttert werden kann.

Dies wird über eine einfache Gegentaktstufe in Darlingtonschaltung realisiert. Die Stromverstärkung dieser Stufe beträgt ca. 10000.
T1 versorgt die vier Transistoren mit dem nötigen Arbeitspunkt und sorgt für thermische Stabilität.

Die Kondensatoren C3, C4, C7 und C14 sind für die Stabilisierung der Gegenkopplung verantwortlich, ohne diese würde der Verstärker oszillieren.

Was sind nun die Vorteile des Differenzverstärkers in der zweiten Stufe ?

Dadurch, dass beide Ausgänge von Stufe 1 gleichwertig benutzt werden, arbeitet diese sehr ausbalanciert (Abweichung ca 0,1%). Außerdem hat Stufe 2 eine sehr hohe Verstärkung, was zu sehr wenig Arbeit für Stufe1 führt. Das lässt Stufe 1 sehr linear arbeiten und verursacht auch sehr wenig Gleichspannung am Ausgang des Verstärkers (typisch: 3 mV).

Ein weiterer grosser Vorteil dieser Anordnung ist, dass symmetrischer Betrieb der Spannungsverstärkung möglich ist, ohne hierfür komplementär selektierte Transistorpaare zu benötigen. Nur in Stufe 3 werden komplementäre Transistoren benötigt.

Sie haben im Großen und Ganzen in erster Linie „Bahnhof“ verstanden?

Macht nix. Für den Fall, dass Sie einfach nur den einen oder anderen SymAsym nachbauen wollen, ist das nicht wirklich schlimm. Ein tieferes Verständnis der Schaltung ist erst dann unabdingbar, wenn man wirklich hinterhältige (natürlich selbst eingebaute) Fehler beseitigen will.

Wer gewissenhaft arbeiten kann und nicht erst empirisch die heiße Seite des Lötkolbens ermitteln muss (© Martin Kunze, ca. 1992), der bekommt die Verstärker auch ohne das zum Laufen.

Ein Gedanke zu „SymAsym

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