Ruhestromeinstellung Hitachi HMA8500 MK2

Aus meiner Sicht hast Du die Originalanleitung korrekt wiedergegeben. Trotzdem ein paar Anmerkungen, die das Verfahren (und ggf. sinnvolle Änderungen) plausibel machen.

Unbdingt die Aspekte berücksichtigen, die unter "Wartungspunkte" genannt sind. Ggf. macht es Sinn, die Eingangsbuchsen auf GND zu legen. Bei Vollverstärkern stellt man ja Volume auf 0, was hier nicht geht.

Der 1k-Widerstand, mit dem das schwarze Messkabel verbunden werden soll, dient nur dem Schutz (siehe Wartungspunkte). Da durch ihn nur ein äußerst geringer Strom fließt, ändert er die gemessene Spannung so gut wie gar nicht. Dasselbe bzgl. der gemessenen Werte gilt auch für die beiden Fuse-Widerstände R605 und R606 (jeweils 10 Ohm). Sie ermöglichen es, beide Widerstände quasi parallel zu messen. Man misst also tatsächlich den Spannungsabfall, der sich an den beiden Lastwiderständen 0,22 Ohm zusammen ergibt.

Der Ruhestrom ist auch von der Temperatur der Transistoren und somit des Kühlkörpers abhängig. Deshalb stellt man zunächst den Ruhestrom etwas höher ein. Dadurch wird während den min. 8 Minuten eine "Vorerwärmung" bewirkt. Bei geschlossenem Gehäuse steigt der Ruhestrom nochmals etwas. Deshalb kann man ihn auch ggf. etwas niedriger einstellen, als angegeben (zB. jeweils 25 mV)
Ich mache das von der Temperatur am Kühlkörper nach hinreichend langer Zeit abhängig.

Zu den Poti-Einstellungen:
Auch wenn es nicht speziell erwähnt wird, sollte man immer nur sehr vorsichtig bzw. in kleinen Schritten und jeweils abwechselnd an beiden Trimm-Potis drehen.

Zusätzlich:
Es gibt hier zwei Trimm-Potis für den Ruhestrom, damit man beide Halbwellen symmetrisch einstellen kann. Die beschriebene Messprozedur erfasst aber nur die positive Halbwelle. Ich würde deshalb empfehlen, abschließend den DC-Offset zu messen. Bei einer korrekten Einstellung (= beide Trimmpotis liefern identische Ruheströme) muss am Lautsprecher-Terminal nach dem Schalten der Relais eine Gleichspannung von nahezu 0 mV DC messbar sein. Deutlich höhere Spannungen deuten auf eine nicht symmetrische Justage beider Trimmpotis hin.

Vielen Dank für die Antwort.

Unbdingt die Aspekte berücksichtigen, die unter "Wartungspunkte" genannt sind. Ggf. macht es Sinn, die Eingangsbuchsen auf GND zu legen. Bei Vollverstärkern stellt man ja Volume auf 0, was hier nicht geht.

Die Wartungspunkte habe ich beachtet. Lediglich der Punkt mit dem Abstand zur Platine unter "Installationsmethode von Teilen habe ich bei den Sicherungswiderständen ignoriert. Da ich die durch normale Metallfilmwiderstände ersetzt habe, habe ich sie der Einfachheit halber direkt auf die Leiterplatte gelötet und nicht mehr den Abstand zur Oberfläche eingehalten. Das müsste aber keine Rolle mehr spielen, da es ja keine Sicherungswiderstände mehr sind und sie thermisch nicht mehr entkoppelt sein müssen...

Eingangsbuchsen kurzschliessen ist eine gute Idee. Hat zwar keine direkte Änderung im Ruhestrom bewirkt, aber schadet ja nicht.

Der Ruhestrom ist auch von der Temperatur der Transistoren und somit des Kühlkörpers abhängig. Deshalb stellt man zunächst den Ruhestrom etwas höher ein. Dadurch wird während den min. 8 Minuten eine "Vorerwärmung" bewirkt. Bei geschlossenem Gehäuse steigt der Ruhestrom nochmals etwas. Deshalb kann man ihn auch ggf. etwas niedriger einstellen, als angegeben (zB. jeweils 25 mV) Ich mache das von der Temperatur am Kühlkörper nach hinreichend langer Zeit abhängig.

Ich habe mir auch gedacht, dass 8 Minuten etwas knapp sind und ich hab die Endstufe darum mindestens 30Minuten laufen lassen, bis die Kühlkörper gut warm waren. Was ist eine "normale" Temperatur im Leerlauf? Die Endstufe gehört ja eher zu den heisseren Sorten und ich habe nach 30Minuten etwa 45°c am Kühlkörper. Ist das zu viel?

Zu den Poti-Einstellungen: Auch wenn es nicht speziell erwähnt wird, sollte man immer nur sehr vorsichtig bzw. in kleinen Schritten und jeweils abwechselnd an beiden Trimm-Potis drehen.

Die sind wirklich extrem empfindlich einzustellen. Wenn ich die Endstufe das nächste Mal voneinander habe, werde ich fix Spindeltrimmer einbauen...

Bei einer korrekten Einstellung (= beide Trimmpotis liefern identische Ruheströme) muss am Lautsprecher-Terminal nach dem Schalten der Relais eine Gleichspannung von nahezu 0 mV DC messbar sein. Deutlich höhere Spannungen deuten auf eine nicht symmetrische Justage beider Trimmpotis hin.

Was heisst hier "nahezu" 0 mV DC?
Ich hab jetzt Rechts 4.0mV und Links 5.4mV. Ich denke das sollte gut sein.

Der DC-Offset ist okay.

Die vom SM vorgegegebene Einstellung für den Ruhestrom bewirkt bei einem Spannungsabfall von 33 mV an 0,11 Ohm (2x x 0,22 parallel) ca. 300 mA Ruhestrom pro Kanal. Bei ca. 115 V Railspannungsdifferenz sind dies ca. 35W pro Kanal, was die Temperatur erklärt.
Bei einer herkömmlichen Transistor-AB-Endstufe würde man deutlich niedriger (bei 10-20% des genannten Werts) liegen.

Ich würde es ggf. einmal mit ca. 22mV als Wert für die Justage versuchen. Ich würde vermuten, dass man die leichte erhöhte Verzerrung nicht wahrnimmt.

Ich würde es ggf. einmal mit ca. 22mV als Wert für die Justage versuchen. Ich würde vermuten, dass man die leichte erhöhte Verzerrung nicht wahrnimmt.

Was ist denn an den 33mV aus den Service Manual nicht gut?
Klar das Ding wird ziemlich warm, aber schliesslich wurde die Endstufe ja mal dafür ausgelegt.
Was für Vorteile hat ein tieferer Ruhestrom, abgesehen von etwas weniger Stromverbrauch im Standgas?

Natürlich kann man es so lassen. In früheren Zeiten haben aber "Messwert-Fetischisten" versucht, Laborwerte wie die Verzerrungen so optimal wie möglich zu gestalten. In vielen Fällen hört man das aber nicht. Dann ist es Ansichtssache, ob man bei den Originalwerten bleibt oder sein Gerät etwas langlebiger betreibt. Beispielsweise bewirkt bei Elkos das Absenken deren Umgebungstemperatur um 10°C ca. eine Verdoppelung der Lebensdauer.

Genau, Hitze ich ein Killer und verkürzt das Leben jeder Elektronik.

Hitachi hat immer einen relativ hohen Ruhestrom für seine MOSFET Transistoren empfohlen: 100mA = 0,1A.
Entsprechend hoch ist auch die Verlustleistung an den Transistoren. Im Physik-Unterricht haben wir gelernt, wie man die Leistung bereichnet:

Leistung = Spannung x Strom;

        P  =  U x I;

Ensprechend wäre damit die Ruhe-Verlustleistung im Gerät (!)

Leistung = Railspannung x Ruhestrom x Anzahl-MOSFETs

        P  =  58V x 0,1A x 8  =  46,4W;

Zusammen mit den anderen Schaltungsstufen, die auch noch ein paar Watt erzuegen, sind es über 50W im Gerät !


Die von Hitachi empfohlenen hohen Ruheströme sind aber nicht unbedingt erforderlich.
Schon die Hälft davon erzeugt meiner Erfahrung nach einen genauso guten Klang.

- Johannes

Also lohnt es sich demfall schon, den Ruhestrom etwas tiefer einzustellen?

Ich kenne mich leider nicht so aus und hab meine Erfahrung eher im Röhrenbereich. Die Hitachi ist meine erste Transistorendstufe, wo ich mich tiefer mit der Materie befasse. Und in der Röhrentechnik hat man bei AB Endstufen nicht wirklich viel spielraum beim Arbeitspunkt. Da ist man sofort im nicht-linearen Bereich der Röhre...

Darum bin ich sehr überrascht, dass man bei der Hitachi einfach 30% tieferer Ruhestrom einstellen kann, ohne das es zu hörbaren Verzerrungen kommt...

Ich würde es ggf. einmal mit ca. 22mV als Wert für die Justage versuchen. Ich würde vermuten, dass man die leichte erhöhte Verzerrung nicht wahrnimmt.

So tief kann ich gar nicht einstellen. Selbst wenn alle Potis runtergedreht sind, habe ich noch 24mV Ruhestrom. Wenn ich da tiefe Werte, wie zum Beispiel etwa 28mV einstellen will, springt der Ruhestrom teils +/- 0.5mV herum und das DC-Offset geht in alle Richtungen.. Bin ich da nicht in einem extrem instabilen Bereich der Schaltung?

Erst ab etwa 30mV ist das Ganze halbwegs seriös einstellbar... Sollte ich mal diesen Wert anpeilen?

Ob 30 oder 33mV macht den Kohl auch nicht fett.
Das lass' alles wie es ist. Röhrenverstärker sind tatsächlich eine andere Welt - vor allem bzgl. der Symmetrie.

Hast Du die Trimmpotis auch ersetzt? Die Instabilität bei Werten unter 30mV würde ich nicht der Schaltung als solcher, sondern anderen Gründen zuordnen.

30mV sind immerhin etwa 10% weniger...

Nein, die Potis sind noch die Originalen. Hab sie nur etwas gereinigt.

Ich habe schon viel gelesen, dass bei den HMA Endstufen diese Potis etwas zu grob sind und die gerne gegen Spindeltrimmer ersetzt werden. Aber ich hab grad etwas Motivationsschwierigkeiten, die Kiste extra dafür nochmals auseinander zu bauen. Ohne Ausbauen der Platine in der Front, hat man kaum Platz um die Dingers zu tauschen.

Du kannst ja auf eine Antwort von Johannes warten. Ich vermute, dass er sich mit der Schaltung des Hitachi intensiv auseinandergesetzt hat.
Die Schaltung mit zwei Ruhestrom-Potis ist schon nicht ganz so häufig anzutreffen.

Die Überarbeitung der letzten Hitach HMA-8500 MkII ist bei mir leider auch schon länger her, daher versuche ich mal eine Herleitung, wie die Ruhestromeinstellung zu verstehen ist.

Hier noch mal der Gesamt-Schaltplan der HMA-8500 MkII mit farblich markierten Schaltungsstufen:



Glaubt mir: Das ist nicht trivial im Vergleich zu den üblichen Ruhestromschaltungen
Allein die Unterscheidung, was genau zu welcher Stufe gehört, war schon mal kniffelig.


Die Ruhestromeinstellung wird an den Verbindungen zwischen Stufe 3 (rot) und Stufe 4 (violett) ausbalanciert. Diese beiden Stufen beeinflussen sich gegenseitg mittels mehrerer Transistoren und bilden eine interne Gegenkopplung zur Einstellung des Ruhestroms. Leider sehe ich nicht, wo ein Masse-Bezugspunkt in der Einstellung referenziert wird, was nötig wäre, um eine pegelabhängige Einstellung zu realisieren. Also könnte es auch nur eine rein thermische Stabilisierung sein, welche raffiniert symmetriert wurde.



Die gute Nachricht: Die beiden Potentiometer R757L/R und R758L/B sind ungefähr gleich einzustellen, um jeweils gleich viel Ruhestriom auf der positiven wie auf der negattiven Seite zu erzeugen. Oder wird ein Gesamtspannung-Ruhestrom gebildet? Das könnte über eine Summierung beider Teile in Stufe 3 ebenfalls herauskommen. Bin nicht sicher, es bleibt komplex.

Eine weitere Frage ist, ob die Pinbelegung der beiden Ruhestrom-Potis pro Kanal paarweise die Drehrichtung im Gleichtakt oder im Gegentakt hat. Mmmmhhhh, das heht irgendwie nicht klar hervor aus der verbalen Erklärung im Service Manual.

- Johannes

Hallo Johannes, Danke für Deine Überlegungen.
Füt mich ist die Frage, ob es irgendeinen Widerstandswert für die Potis bzw. die Kombination aus Festwiderstand und Trimmpoti gibt, der das abrupte ggf. instabile Verhalten erklären kann. Oder auch, was passiert, wenn einer der Ruhestrom-Transistoren hochohmig wird.

Apropos Widerstandswert:

Du hast hoffentlich an die Fuse Resistors (Sincherungswiderstände) in dieser Schaltung gedacht. Hier beim HMA-8500 II haben sie ja ein recht auffälliges Symbol im Schaltplan, so dass man sie erkennen kann.

Da sind ausgerechnet im Ruhestrom-Schaltkreis welche verbaut, die super sensibel für die Ruhestromeinstellung sind:
Wenn R759L/R und R760L/R zwischen den Treibertramsistoren in Stufe 4 (violett) nicht mehr ihren Wert haben sollten (remember: Mieses Alterungsverhalten von Fuse Resistors), dann hast Du keine verlässliche Einstellung mehr. Also würde ich diese Widerstände erneuern. Bei meinen Hitachi-Geräten habe ich diese ohne Prüfung IMMER ALLE gegen normale Widerstände getauscht, wie schon anderswo beschrieben.

Danach hast Du vielleicht gar keine Probleme mehr und kannst den Ruhestrom auch niedriger einstellen.

- Johannes

Danke Johannes, für die sehr ausführliche Antwort.

Ich sehe, du hast dich schon sehr intensiv mit diesen Endstufen befasst. Hitachi hat sich hier wirklich nichts geschenkt und gefühlt jede Standardschaltung die es gibt ignoriert. Das Resultat kann sich sehen lassen und die Endstufen sind wirklich stark in allen Belangen, aber wehe man will verstehen was darin vor sich geht... Das sehr knapp beschriebene Serivce Manual ist da leider auch nicht förderlich.

Ich kann da leider nicht wirklich mitreden. Ich verstehe noch zu wenig von diesen Schaltungen und war bis jetzt eher bei der Röhrentechnik zuhause. Das möchte ich aber ändern und mich allgemein mehr mit Elektronik befassen. Vorallem Analogtechnik... Ich habe zwar vor 10 Jahren mal Elektrotechnik studiert, aber dabei wurden die "alten Themen" wie Analogtechnik, Regelungstechnik, Schema lesen und interpretieren nur noch minimal behandelt. Kann man eigentlich irgendwo noch das alte Elektronikerhandwerk lernen, oder geht das nurnoch über Fachbücher? Nichtmal auf Youtube gibt es gute Lernvideos die das Thema richtig erklären. Bei den Videos von Mend it Mark, EEVblog und co. lernt man ja schon was, aber halt so wirklich über Grundlagen und Schema interpretieren gibt es einfach nichts...

Haha sorry das war jetzt etwas off Topic...

Du hast hoffentlich an die Fuse Resistors (Sincherungswiderstände) in dieser Schaltung gedacht. Hier beim HMA-8500 II haben sie ja ein recht auffälliges Symbol im Schaltplan, so dass man sie erkennen kann.

Diese Übeltäter habe ich allesamt beseitigt und gegen normale Metallfilmwiderstände getauscht. Auch die meisten Elektrolytkondensatoren sind neu. Ich denke Bauteiltechnisch sollte ich keine offensichtlichen Problemfälle mehr haben.

Ich habe jetzt nochmals das Messgerät angeschlossen, die Endstufe gut aufwärmen lassen und mir bei jedem Schritt richtig viel Zeit genommen.
Das unterste Limit ist 23.3mV, tiefer geht es definitiv nicht. Den tiefsten Wert habe ich mit beiden Potis in Mittelstellung sind. Wenn ich die Potis ganz nach links drehe steigt der Wert wieder auf etwa 24mV an.

Ich versuchte jetzt mal 28mV anzustreben:
Also mit R757 auf 25mV dann mit R758 auf 27mV und nochmal mit R757 auf 28mV.
Und jedes Mal ein paar Minuten gewartet bis sich die Spannung nicht mehr verändert hatte.

Das hatte eigentlich ziemlich gut funktioniert. Die Spannung wandert zum Teil zwar immernoch zwischen 28.0 und 28.3mV herum, aber ich glaube ich bin mit meinem Fluke einfach viel zu präzise und der durchschnittliche Radio/TV Elektroniker in den 80er hatte kaum ein Zeigerinstrument, dass eine Auflösung von 0.1mV hatte.

Allerdings bin ich jetzt etwas skeptisch, ob der tiefere Ruhestrom wirklich sinnvoll ist. Klar es spart etwas Strom, aber die Temperatur beeinflusst das nahezu nicht.
Ich hab die Endstufe jetzt ein paar Stunden ohne Signal laufen lassen. Linker Kanal auf 28mV und rechts mit der Herstellerangabe von 33mV und die Kühlkörper hatten gerade mal 2.3°c Unterschied. (links 51.1°c und rechts 53.4°c) Klar, links wird der Kühlkörper zusätzlich noch von den Trafos angestrahlt, aber die sind gerade mal handwarm. Ich frage mich wirklich, ob der tiefere Ruhestrom etwas an der Lebensdauer ändert...

Die Bias Schaltung des HMA8500 hat eine ganz andere Zielsetzung als üblich.

Im Wesentlichen wird nur die Linearität im Übergangsbereich beider Phasen deutlich verbessert, weil hier bei höheren Ausgangsströmen der Strom in der unbelasteten Phase nicht mehr vollständig auf Null fallen kann. Wie auch bei bipolaren Endstufen würde das sonst erhöhte Übernahmeverzerrungen verursachen.

Der Abgleichvorgang setzt im ersten Schritt voraus, dass eine stabile Temperatur vorliegt, denn alle beteiligten Halbleiter, einschließlich der MOSFETs, haben eine messbare Temperaturcharakteristik.

Danach wird in Schritt zwei mit einem der Trimmer ein halbwegs vernünftiger Ruhestrom eingestellt. Dieser fließt aber nicht nur, wie hier schon gemutmaßt wurde, in einer der Phasen, sondern immer durch beide! Er kann auch sonst nirgendwo hin, jedenfalls keineswegs in der Großenordnung (ein etwaiger Offset am Ausgang wird bei intakter Schaltung vollständig von der Servo-Schaltung ausgeglichen, unabhängig vom Ruhestrom).
Was diese zweite Einstellung aber eigentllich bestimmt, ist die Charakteristik der "Anti-Verzerrungsschaltung" der (ersten) Phase.
Genauer gesagt wird ein Strom eingestellt, ab dem die Schaltung beginnen soll die potentiellen Verzerrungen der (ersten) Phase auszugleichen.
Dieser Strom hängt im wesentlichen von den Eigenschaften (Kennlinie) der MOSFETs ab.

Im dritten Schritt wird diese Einstellung auf die andere Phase übertragen, denn die Übertragungseigenschaften beider Phasen sollen gleich sein. Da diese N-Ch und P-Ch MOSFETS ähnliche Übertragungsfunktionen haben ist auch der Punkt, an dem eine Stromerhöhung auftritt, maßgebend für die Charakteristik der "Anti-Verzerrungsschaltung".

Wenn man die letzte Einstellung nicht macht, wird nur die Nichtlinearität einer Phase ausgeregelt.

Es gibt weiter verfeinerte Schaltungen, die insgesamt temperaturstabiler und robuster in der Einstellung sind. Das hat man sich hier erspart, denn eine weitere Eigenschaft dieser MOSFETs macht sich hier vorteilhaft bemerkbar:
Der Drainstrom dieser MOSFETs hat oberhalb einer bestimmten Stromstärke einen negativen Tk, was den Ruhestrom nach oben quasi begrenzt, zumindest aber stabilisiert.
Und dieser Strom liegt, wer hätte es gedacht, bei ziemlich genau 100mA je MOSFET.
Die Physik dahinter ist etwas komplexer, denn es spielen thermische Veränderungen der Bandlücke und der spezifischen Bahnleitwiderstände gleichzeitig mit. Weil sich die Technologie weiter entwickelt hat, diese MOSFETS sind noch aus einer der ersten Generationen, kann man mit modernen MOSFETs solche Vereinfachungen nicht mehr ohne weiteres machen ohne Stabilitätsprobleme hervorzurufen.

Wow krass, vielen Dank für die extrem detaillierte Erklärung.

Leider verstehe ich nichtmal die Hälfte von dem. Aber ich sehe, da wird weit mehr als nur ein Ruhestrom eigestellt, was mein Verdacht nur noch weiter verstärkt, die Werte und das genaue Vorgehen von Hitachi möglichst einzuhalten.