Was bedeutet zero feedback/fully balanced circuitry beim Verstärker?

Moin Hosky,

"zero feedback" bezieht sich tatsächlich auf eine Schaltungsauslegung die völlig frei sein soll von "klangverfälschenden" Rückkopplungen. Wobei es sehr schwer ist eine solche Schaltung tatsächlich zu realisieren.

"fully balanced" hast du auch schon richtig vermutet, bedeutet, daß das Gerät nicht nur mit "Canon" Buchsen ausgestattet ist, sondern auch zwei kpl. eigene Verstärkerzweige für das "normale" und das "invertierte" (180° gedrehte) Signal hat.

Bei der "passive gain control" handelt es sich nach meinem Verständnis um eine Schaltung, bei der nicht das Signal (Lautstärke) über Widerstände (Potis) direkt geregelt, sondern durch die Veränderung des Verstärkungsfaktors der Verstärkerschaltung verändert wird.

Hallo,
ich habe in meinem Leben noch nie eine halbwegs lineare Verstärkerschaltung gesehen, die völlig frei von einer Rückkopplung (eigentlich Gegenkopplung) ist. Genau genommen stellt bereits ein Widerstand in einer Kollektorleitung (oder Kathodenleitung) eine Gegenkopplung dar. Man könnte allenfalls vermuten, dass kein Feedback über mehrere Verstärkerstufen besteht.

Unter "passiv Gain Control" stelle ich mir einfach ein Potentiometer am Verstärkereingang vor. Wenn ich jedoch den Verstärkungsfaktor verändern will geht das immer über die Gegenkopplung. Das behaupte ich jetzt einmal, bis mir jemand das Gegenteil beiweist.

Danke schonmal für Eure Antworten.

Mein Problem ist natürlich, dass ich im Bereich Elektronik ein bisschen Halbwissen aus dem mittlerweile fast 20 Jahre zurückliegenden Physikunterricht und aus ein paar Jobs während des Studiums besitze, aber alles andere als ein Fachmann in Schaltungstechnik bin. Ich weiss, das ist gefährlich, aber trotzdem habe ich mir in den Kopf gesetzt, die Sache halbwegs zu verstehen.

Also ich versuchs mal in meinen Worten:

Vollsymmetrisch bedeutet, dass der Verstärker den + bzw - - Anteil komplett auftrennt und in einer Einheit jeweils nur eine Halbwelle verstärkt, dazwischen ist in der jeweiligen Verstärkungseinheit Pause? Das jeweilige Signal wird dann an die +/- oder hot/cold - Anschlüsse der XLR-Buchse gelegt. Das Gehäuse bleibt dabei völlig aussen vor, die Masse wird an keiner Stelle zur Signalübertragung genutzt.

Und das Ganze funktioniert angeblich ohne Gegenkopplung, die, wenn ich richtig verstehe, normalerweise über einen Potentiometer auch zur Lautstärkeregelung dient, indem sie den Verstärkungsfaktor über die Basisspannung steuert. Bedeutet das dann nicht auch, dass zur Vermeidung von Verzerrungen hochselektierte Tansistoren mit flacher Kennlinie eingesetzt werden müssen, da ja der verzerrungsmindernde Gegenkopplungseffekt wegfällt?

Bezüglich Lautstärkeregelung: Ayre schreibt, dass hierzu FET-switches und Metallfilmwiderstände eingesetzt werden (kein Potentiometer). Wenn das ohne Gegenkopplung funktionieren soll, müsste das doch ein Array von FETs mit unterschiedlichen Kennlinien und jeweils in Reihe geschalteter Widerstände sein (stelle ich mir so ähnlich wie eine Fahrradschaltung vor, mit vorne FETs, hinten Rs oder vv), so dass sich die insgesamt 66 Lautstärkeschritte ergeben. Durch mehrstufigen Aufbau könnte die Anzahl der notwendigen FETs und Rs begrenzt werden.
Und das je Kanal und durch den vollsymmetrischen Aufbau nochmal je Polarität, also insgesamt vier mal?

Dabei sind bei konstanter Lautstärke immer nur eine minimale Anzahl von Bauteilen im Signalweg, der Rest wartet sozusagen auf seinen Einsatz.

Habe ich ein zu einfaches Bild vor Augen und schreibe jetzt nur (Elektronik-)Müll oder kann man sich das in etwa so vorstellen?

Und was sind die Konsequenzen dieser Auslegung? Sicher, das Teil klingt fantastisch - aber was ist das Geheimnis dahinter? Mein Händler sagt, "Zeitrichtigkeit" und hohe Stromlieferfähigkeit trotz relativ geringer Leistung seien mit die entscheidenden Faktoren beim Ayre, der DF von gerade mal 30 (bin mir nicht ganz sicher, muss nochmal nachforschen) spiele hier keine grosse Rolle. Genauer erklären kann er es mir aber nicht.

Danke und Gruss
Hosky

Hi Hosky,
du hast kein zu einfaches Bild vor Augen, sondern ein viel zu kompliziertes. Eigentlich sind die logischen Zusammenhänge viel einfacher. Kompliziert wird es erst, wenn man sehr tief in die Details einsteigt oder Esoterik mit hineinmischt.

Ich versuche mal, Esoterik und Elektronik voneinander zu trennen. Ein Blick auf das Schalbild würde sehr wahrscheinlich die klangvollen Beschreibungen als Banalitäten entlarven. Das haben wir aber leider nicht Ich kenne deinen Verstärker nicht, bin aber davon überzeugt, dass es sich um grundsolide Elektronik handelt. Ohne Schlagworte lässt sie sich aber nicht so gut verkaufen.

Ob "vollsymmetrisch" wirklich mit "fully balanced" identisch ist, weiß ich nicht. Eine symmetrische Verstärkerschaltung ist eine Schaltung, in der alle Verstärkerstufen symmetrisch aufgebaut sind. Normalerweise ist es nur die Gegentakt-Endstufe. Die Vorverstärker sind unsymmetrisch, d.h. bei einer Halbwelle zieht ein Transistor aus einem Arbeitswiderstand mehr Strom, in der anderen weniger. Wenn der Transistor linear arbeitet, ist das Ausgangssignal trotzdem unverzerrt. In der Praxis tut er das aber nicht. Ein Sinussignal wird unsymmetrisch verzerrt (beide Halbwellen haben eine unterschiedliche Form). Um linear zu arbeiten, braucht man eine Gegenkopplung.
In einer symmetrischen Verstärkerschaltung besteht jede Stufe aus (mindestens) zwei meist komplementären (npn/pnp) Transistoren. Deshalb gibt es bei jeder Halbwelle eines Sinussignals einen Transistor, der mehr Strom und einen zweiten, der weniger Strom zieht. Nichtlinearitäten führen hier zu einer halbwegs symmetrischen Übertragungskennlinie. Das bedeutet, Ein Sinussignal wird im Zweifelsfall symmetrisch verzerrt (beide Halbwellen sehen ähnlich aus). Das ist von großer Bedeutung. Symmetrische Signale haben nur ungeradzahlige Oberwellen (also 3x, 5x, ... die Grundfrequenz). Diese klingen weniger unangenehm als geradzahlige Oberwellen (2x, 4x, ... die Grundfrequenz).
Jedoch kommt man auch hier nicht um eine Gegenkopplung herum, wenn man eine sehr gute Linearität haben will. Die Gegenkopplung darf dabei schwächer sein als bei unsymmetrischen Schaltungen, weil insgesamt weniger Fehler zu korrigieren sind. Vollsymmetrisch bedeutet, dass alle Stufen symmetrisch aufgebaut sind. In diesem Fall ist Erde/Masse trotzdem immer das Bezugspotential.

Jetzt gibt es noch symmetrische Eingänge und Ausgänge. Ein symmetrischer Eingang hat einen positiven und einen negativen Anschluss. Verstärkt wird das Differenzsignal zwischen beiden. Gibt es also durch lange Zuleitungen vergleichbare Störungen auf beiden Anschlussleitungen, so werden sie weitgehend unterdrückt. Das verwendet man meistens bei Mikrofon- oder Plattenspielereingängen. Das bedeutet aber nicht, dass die gesamte Schaltung symmetrisch aufgebaut sein muss. Auf den Differenzverstärker folgen meistens unsymmetrische Stufen. Im einfachsten Fall gibt es am Eingang nur einen Transformator, der vor einer unsymmetrischen Schaltung sitzt (typische Röhrentechnik und ältere(?) Studiotechnik).
Symmetrische Ausgänge bei Endverstärkern benutzt man, um mit kleiner Betriebsspannung (z.B. im Auto) eine hohe Leistung zu erzielen. Dabei Handelt es sich eigentlich um zwei Endverstärker, die gegenphasig betrieben werden.

Versucht man von einem symmetrischen Eingang die beiden Signale über mehrere Stufen getrennt zu verarbeiten und erst am Schluss zusammenzufügen, hat man wahrscheinlich ein Riesenproblem und einen Fall für die Mülltonne. So etwas habe ich jedenfalls noch nie gesehen.

Gegenkopplung (negative feedback). Jeder Transistor und jede Röhre arbeitet nichtlinear. Man kann zwar Transistoren nach allen möglichen Gesichtspunkten (z.B. Verstärkungsfaktor, Betriebsspannung) selektrieren, die Übertragungskennlinie wird dadurch nicht weniger krumm. Für symmetrische Schaltungen sucht man Transistorpärchen mit möglichst gleichen Verstärkungen aus.
Um präzise elektronische Schaltungen zu erhalten, muss man sie immer so gestalten, dass passive Bauteile (Widerstände, Kondensatoren) die Eigenschaften festlegen. Letztlich werden Transistoren immer so angeordnet, dass fast allein das Ohm'sche Gesetz (das ist strikt linear) die Funktion bestimmt. Die individuellen Eigenschaften eins Transistors dürfen eine Schaltung praktisch nicht beeinflussen. Wenn also ein Transistor ein Signal um den Faktor 100 verstärken könnte, wird er in der Praxis so beschaltet, dass sich eine weit niedrigere Verstärkung ergibt (z.B. 5). Der Weg dorthin ist immer eine Art von Gegenkopplung (Ob man diese wirklich so nennt, ist eine Frage der Philosophie). Die linearisiert eine Schaltung (führt sie also möglichst nahe an das Ohm'sche Gesetz heran), der restliche Faktor 20 wird quasi verwendet, um die Kennlinie gerade zu biegen.
In der HiFi-Technik verpönt ist eine Gegenkopplung über mehrere Stufen. Das hätte man z.B., wenn man eine Gesamtverstärkung (open loop gain) von 1000000 durch die Gegenkopplung auf 100 reduziert. Die Welt ist wieder in Ordnung, wenn wir statt dessen drei Stufen hintereinander schalten, die unabhängig voneinander jeweils auf den Faktor 4,64 reduziert sind (das ergibt zusammen auch 100). So erklärt es sich, dass ein (per Definition) nicht gegengekoppelter Verstärker trotzdem funktioniert. Das Ganze kann man natürlich beliebig variieren und interpretieren bis der Kunde zufrieden ist.

Lautstärkeregler sind meistens passive Potentiometer (Drehwiderstände/veränderliche Spannungsteiler). In der Studiotechnik verwendet man vielstufige Umschalter mit vielen Festwiderständen. Einen Umschalter kann man auch durch einen FET (Feldeffekt-Transistor) ersetzen. Das geht gut, wenn der Innenwiderstand eines eingeschalteten FET immer sehr viel kleiner ist als der geschaltete Widerstand. Der Aufwand für so einen Lautstärkesteller wäre beträchtlich. Zum Glück gibt es das alles fertig als Integrierte Schaltkreise (elektronische Potentiometer). Wenn man es besonders gut machen will, greift man auf mehrere Baugruppen zurück (Widerstandsnetzwerk und Ansteuerelektronik in getrennten Gehäusen). Für den Kunden hört es sich allerdings besser an, wenn man das Funktionsprinzip beschreibt. Ach ja ein Metallfilmwiderstand ist auch nichts besonders edles. Wenn man es nicht gerade einzeln kauft, bekommt man so ein Ding ab 1 Cent.

Baut man Messverstärker, so setzt man zur Verstärkungsanpassung ein Potentiometer in den Gegenkopplungszweig. Damit reduziert man nicht das Eingangssignal sondern verändert den Verstärkungsfaktor. Das macht man in der HiFi-Technik aber selten. Eigentlich nur bei Klangregelern.

Moin auch,

Hier noch einmal ein Zitat zum Thema "Symmetrische Signalverarbeitung":

Um das Problem mit den Brummschleifen in den Griff zu bekommen, ersannen die Studiotechniker die erdfreie Symmetrie als besten Weg zur Abhilfe. Erdfreie Symmetrie bedeutet, daß die Signalführung in zwei Kabel-Leitern erfolgt, die von der Gerätemasse galvanisch vollkommen isoliert bleiben. Durch diese galvanische Trennung von Signal- und Erdmasse können keine Ausgleichsströme zwischen den beiden Massen fließen und Brummen verursachen. Zweitens besitzt diese Technik den Vorteil, daß Einstreuungen elektrischer Felder auf die Verbindungsleitung unwirksam werden, wenn die beiden signalführenden Leitungen genügend dicht beieinander liegen und als Signale um 180 Grad phasengedrehte (inverse) Signale Verwendung finden. Bei dynamischen Mikrofonen oder Tonabnehmern sind beide Forderungen gut erfüllt. Die von solchen echten symmetrischen Quellen abgegebenen Spannungen sind an ihren Anschlüssen gegenphasig und die wirkenden Spulen müssen nicht mit Masse verbunden sein, in der symmetrischen Studiotechnik dürfen sie gar nicht mit Masse verbunden sein. Die Technik der erdfreien Symmetrie war und ist an den Einsatz von Eingangs- und Ausgangsübertragern gebunden. Nur diese Übertrager garantieren die Erdfreiheit durch galvanische Trennung der Geräte voneinander. Gleichfalls findet die Auslöschung eingestreuten Brumms nur hier erdfrei statt. Zwischen den Eingangs- und Ausgangsübertragern ist die Studiotechnik eher konventionell, unsymmetrisch, meist nicht einmal parallelsymmetrisch aufgebaut. Demnach zielt die Symmetrie im Studio überhaupt nicht auf bessere Übertragungseigenschaften ab. Der erstrebte Effekt der erdfreien symmetrischen Verbindung von Geräten dient ausschließlich dem Zweck der Erd- und damit Brummfreiheit.

Den kompletten Artikel, der sich kritisch mit der Symmetrischen Signalverarbeitung in Hifi Geräten auseinandersetzt, findet ihr hier:

http://www.omtec-audio.de/news/ON1W/ON1T/on1t_5.shtml

Hui, danke, da habe ich ja erstmal eine Lehrstunde zu verdauen...

Habe inzwischen in der Stereoplay auch noch ein paar Informationen finden können.

Also das mit der Lautstärkeregelung scheint mir am einfachsten verständlich. Hier ist wohl tatsächlich ein Widerstandsnetzwerk zugange, welches über einen Mikroprozessor gesteuert wird. Der schaltet sich aber nur im Bedienfalle ein.

Der Amp is offensichtlich inklusive Vorstufe vollsymmetrisch aufgebaut, wobei in der Vorstufe die beiden OP-Verstärker gegengekoppelt arbeiten und per Potentiometer auf den gleichen Verstärkungsfaktor eingestellt werden. Also doch ein Fall für die Mülltonne?

Die Endstufe arbeitet anscheinend ohne Über-alles Gegenkopplung, was immer das nun heisst

Ich glaube, bevor ich das einigermassen verstehe, muss ich mich doch erstmal noch mit ein Paar Grundlagen auseinandersetzen

Danke und Gruss,
Hosky

Alora: Hier ist Info:

http://amplifier.cd/

Zum Tutorial oder Was bedeutet Slew rate ... usw.

Ohne Gegenkopplung ist witzig. Viele Einzelstufen gegenzukoppeln ist keine Gegenkopplung??
Oder ist das eine Steuerung und keine Reglung??

Ein Bonbon zum Schluß:
http://amplifier.cd/...erstaerker-umbau.htm