Anfang November fiel der erste Schnee im Schwarzwald, ist es Zeit geworden den Verstärker zu vermessen

Verstärker hatte beim Einschalten eine Temperatur von 10 Grad Celsius. Ein Klirrfaktor bei 1,6 Volt peak peak an 4 Ohm des rechten Kanals gemessen. Anscheinend hat sich der für niedrigen Klirrfaktor notwendige Ruhestrom noch nicht eingeregelt. Leistung 0,08 W rms.

der linke Kanal bei gleichen Bedingungen 1 kHz, 4 Ohm und 1,6 Volt Spitze Spitze am Ausgang, bereits besser, hat auch ein paar Minuten Erwärmung hinter sich. Horizontal Auflösung 1 kHz/DIV. Die oberste Linie entsprechen 1,6 Vpp jede weitere 10 dB weniger. Leistung 0,08 W rms.

Messung direkt am Ausgang der Endstufe, nahe dem Regulierungspunkt auf den die Regelung arbeitet. Verwendet wurde dieser Lastwiderstand. Spannungen mit hohen Pegeln mittels 10:1 Tastkopf, die kleineren direkt 1:1.

Amplitude Rechts erhöht auf 10 Volt pp, 4 Ohm, 1 kHz, Endstufe erwärmt sich dabei auf 40°C (Raumtemperatur 15°C). Leistung 3,1 Watt rms, Stromamplitude 1,25 A

Amplitude Links erhöht auf 10 Volt pp, 4 Ohm, 1kHz, Endstufe ist mittlerweile bei 36°C angelangt.  Leistung 3,1 Watt rms, Stromamplitude 1,25 A

messen läßt sich die Kühlkörpertemperatur mit einem berührungslosen Thermometer. Es hat eine eingebaute rote Laserdiode zum Zielen. An dunklen Oberflächen funktioniert es gut.

Spektrum gemessen am rechten Pre Out Ausgang, der 10 Vpp Messung. Der Klirrfaktor hat sich zeitlich immer noch verändert. K3 ist hier bei  -79 dBV, das sind etwa 0.011% Verzerrungen für die dritte Harmonische.

Spektrum direkt gemessen am linken Pre Out Ausgang der Vorverstärkerstufe. Gehört zur 10 Vpp Messung. Der Vorverstärker erzeugt hier keine Harmonische innerhalb des dynamischen Bereich des Analyzers von ca. 90 dB.

Spektrum zeigt rechten Ausgang bei nur 1 Volt peak peak. Harmonischer Klirrfaktor ist ca.  0,005%. Die zweite Harmonische ist noch zu erkennen. Leistung 0,031 Watt rms, Stromamplitude 0,125 A

Spektrum linker Kanal bei 1 Vpp, außerhalb der Auflösung des Spektrumanalyzers. -36 kennzeichnet die Position des Lautstärkereglers. Durch die geringe Verlustleistung hat sich die Endstufe abgekühlt auf 23°C. Leistung 0,031 Watt rms, Stromamplitude 0,125 A

Spektrum linker Kanal bei 100 mVpp. Die Harmonischen sind kein Problem, bei der kleinen Spannung erscheinen zunehmend Einstreuungen usw. unterhalb 1 kHz. Der lang andauernde Analyzer Sweep wurde mittig abgebrochen. Leistung 0,00031 Watt rms, Stromamplitude 0,0125 A

Spektrum rechter Kanal bei 100 mVpp. Keine Harmonischen mehr eindeutig erkennbar, rechts und links von der Grundwelle ein paar Störungen und Rauschen. Leistung 0,00031 Watt rms, Stromamplitude 0,0125 A

eine Klirrfaktor Messung erfordert eine saubere Signalquelle. Das Bild zeigt das Spektrum der Signalquelle bei einem Pegel von 100 mVrms. Genau diese Quelle mit dem eingestellten Pegel diente als Quelle für die bisherigen Messungen. Der Vorverstärker Eingang AUX ist für einen Pegel von ca. 150 mVrms ausgelegt, das Signal entspricht somit etwa einer 2/3 Aussteuerung des Eingangsverstärkers. Zur Veringerung der Ausgangsspannung wurde der Lautstärkeregler heruntergedreht, das entspricht dem Verhalten des Nutzers. Man hätte theoretisch auch den Lautstärkeregler auf Vollausschlag stellen können und die Ausgangsspannung über den Pegel der angelegten Einggangsspannung reduzieren können, das Ergebnis wäre sehr wahrscheinlich sogar noch besser geworden, die Vorgehensweise würde aber nicht der Anwendung in der Realität entsprechen. Die Signalquelle zeigt zwei kleine Peaks, K2 und K3, die Harmonischen der Quelle knapp über 90 dB, also etwa 0,004% harmonischer Klirrfaktor. Zu sehen sind auch ein paar Störungen verursacht durch die Netzfrequenz und deren Harmonischen, sie liegen in der ersten linken Division.

Spektrum der 10 kHz Signalquelle zur  Klirrfaktormessung

Spektrum des linken Kanal an 4 Ohm bei 1 Volt rms. Leistung  0,25 Watt rms, Stromamplitude 0,35 A - 0,03% Harmonische K3

Spektrum bei 3.16 Volt rms. Leistung 2,5 Watt rms. Stromamplitude 1,11 A - 0,15% Harmonische K3

Spektrum bei 10 Volt rms. Leistung 25 Watt rms. Stromamplitude 3,53 A - 0,1% Harmonische K3

Spektrum bei 60 Vpp = 21,2 Volt rms. Leistung 112 Watt rms. Stromamplitude 7,5 A - 0,05% Harmonische K3

Bei der harten Anforderung der Frequenz von 10 kHz wird der Klirrfaktor sichtbarer als bei 1 kHz. Ein Tribut an die kleiner werdende Open Loop Verstärkung. Ab einem bestimmten Leistungslevel verschlechtern sich die harmonischen Anteile nicht mehr, es kann viel Leistung gezogen werden. Die harmonischen Verzerrungen erreichen hier bei 2,5 Watt rms nicht die besseren Ergebnisse wie bei 112 Watt rms, wer hätte das gedacht.

getestet wurde mit einem 100 mV 1 kHz Rechtecksignal, der untere Strahl ist in der steigenden Flanke gedehnt auf 500 ns/DIV.

zeigt ein Rechtsignal von etwa 10 MHz, die Anstiegsgeschwindigkeit des Generators ist kleiner 20 Nanosekunden, das sollte als Quelle schnell genug sein.  Gemessen mit dem 7A19.

Rechteck Antwort des Verstärkers auf ein 1 kHz Signal. Amplitude 15 Volt an 4 Ohm.  So gut wie kein Überschwingen. Messung mit 7A26. Leistung 56,2 Watt  Stromamplitude 3,75 A.

steigende Flanke der 1 kHz Rechteck Antwort gedehnt. Vorhandenes Überschwingen, hier versucht der Verstärker dem Eingangssignal zu folgen, dazu benötigt er eine endliche Zeit, um dem Orginalsignal wieder mit hoher Genauigkeit folgen zu können.

die steigende 1 kHz Rechteckflanke stark gedehnt bis auf 200ns/Teilstrich. Der Strahl ist durch das Oszilloskop bereits um den Faktor 250 zeitlich gedehnt.

die Rechteckfrequenz erhöht auf 10 kHz. Gut sichtbar, die Flanken runden sich, daraus ableitbar die Bandbreite des Verstärkers ist hoch aber endlich. Ein gleichmäßiges Einschwingverhalten an der positiven und der negativen Flanke.

Aus den Bildern ergibt sich eine Anstiegszeit 10% auf 90% in der Größenordnung 1µs an 4 Ohm. Nimmt man den Bereich des Nulldurchgangs als Basis für die maximale Slew Rate, so ergeben sich im gedehnten Bild etwa 10 Volt/300ns. Normiert auf eine Mikrosekunde sind das 34 Volt/µs an 4 Ohm. Man darf allerdings davon ausgehen, daß der Verstärker an 8 Ohm und bei voller Amplitude schnellere Werte zeigen würde.

ansteigende Flanke eines 80Vpp 10 kHz Rechtecksignal ohne Last am linken Kanal. Im steilsten Stück der Flanke sind es abgelesen etwa 130 Volt/µs.

fallende Flanke des 10 kHz Rechtecks ohne angeschlossenen Lastwiderstand am linken Kanal. Im steilsten Stück beträgt die errechnete Steilheit ca. minus 120 Volt/µs.

positive Flanke des 80Vpp 10 kHz Rechtecksignal ohne Last am rechten Kanal. Im steilsten Stück der ansteigenden Flanke ca. 125 Volt/µs.

fallende Flanke des 10 kHz Rechtecks ohne angeschlossenen Lastwiderstand am rechten Kanal. Im steilsten Stück der fallenden Flanke ca. minus 115 Volt/µs.

Im Leerlauf verglichen zum 4 Ohm Betrieb ist die Slew Rate größer. Die positive Slew Rate ist in beiden Kanälen minimal größer als die negative. Die beiden Kanäle im Vergleich zueinander sind gleich schnell. Die verfälschende Verzögerung der Anstiegsgeschwindigkeit durch das Messquipment ist bei diesen Größenordnung der Slewrate noch als gering anzusehen. Der 200 MHz Vertikalverstärker in Verbindung mit dem Tastkopf hat etwa eine Anstiegszeit von ca. 5 ns für diesen betrachteten steilenTeilabschnitt in dem die Slew Rate berechnet wurde. Dazu kommen noch ca. 10 ns für den Generator in diesem Bereich, in Summe allerhöchstens 15 ns. So läßt sich z.B. die gemessenen 130 Volt/µs betrachtet vielleicht zu 140 Volt/µs aufrunden. Selbst das ist noch nicht ganz korrekt gerechnet, die Rechnung verläuft nicht additiv, sondern ich erinnere mich an eine Gleichung dem geometrischen Mittel folgendend - ist aber in diesem Fall Haarspalterei, das Meßequipment ist bei diesen abgelenkten Zeiten um Größenordnungen schneller als der Prüfling.

Die steigende als auch die fallende Flanke ist fast identisch.

die vom DMM abgelesenen Messwerte, untereinander zusammengesetzt damit die Tabelle nicht zu lang wird. Messwerte für Frequenzen von 20 Hz bis 50 kHz. Aufgezeichnet die Eingangsspannung am AUX Input rechter Kanal, Ausgangsspannung ohne Last und die Ausgangsspannung an einer 4 Ohm Last. Die Ausgangslast bewirkt einen veränderten Stromfluß in den Transistoren, dadurch ändern sich dynamisch die Open Loop und der Frequenzgang des Verstärkers, diese Änderung hat eine veränderte Ausgangsspannung zur Folge. Die Eingangsspannung wurde konstant gestellt, und stetig mitaufgezeichnet, da der Generator nicht über alle Frequenzen die Amplitude 100% konstant halten kann wie es theoretisch für diese Messung notwendig wäre.

zeigt die Linearität des eingestellten Verstärkungsfaktors. Es wurde durch die Position des Lautstärke Reglers beliebig auf etwa einen Verstärkungsfaktor von 100 eingestellt. Die blaue Kurve zeigt den Leerlauf, rot unter Belastung, bei der sich die Ausgangsspannung verringert. Der Spannungsverlust läßt sich mit einem dynamischen Innenwiderstand begründen oder auch Ausgangswiderstand genannt. Durch Normierung auf den angeschlossene Lastwiderstand erhält man den Dämpfungsfaktor.

der Verstärkungsfaktor wurde umgerechnet in Dezibel. Eine Verstärkung von 40 dB entspricht einer 100fachen Verstärkung. Sichtbar wie bei steigender Belastung die Ausgangsspannung sinkt, bei einem idealen Verstärker würde sich die Ausgangsspannung nicht ändern, bei geänderter Lastimpedanz. Als Maßstab kann der Amplitudengang z.B. bei einer Nennlast von 8 Ohm oder Leerlauf definiert werden, jede Änderung innerhalb des erlaubten Lastwiderstandbereichs auf z.B. 6 oder 4 Ohm sollte keine Auswirkung auf die Ausgangsspannung haben, alles andere davon ist eine Abweichung von Ideal.

zur verbesserten Darstellung der Linearität des Amplitudengangs wurde er normiert. Dabei wurden willkürlich die Messwerte bei 1 kHz als Referenz genommen. Die Messwerte bei 1 kHz wurden zu 0 dB gesetzt, bei allen anderen Frequenzen ist so die Abweichung auf den 1 kHz Messwert bezogen. Im Leerlauf ist die Linearität ausgezeichnet und kaum zu verbessern. Bei 4 Ohm sind minimale Abweichungen feststellbar, 8 Ohm würde irgendwo dazwischen liegen. In Bezug auf die Linearität ist der Amplitudengang linear bis ca. 7 kHz, und ausreichend linear bis zum Ende des hörbaren Audiobereichs. Hohe Linearität.

aus den Messwerten läßt sich ein dynamischer Innenwiderstand errechnen. Er steigt an mit steigender Frequenz, maßgeblich weil die Open Loop Verstärkung mit der Frequenz und Belastung fällt.

aus dem dynamischen Innenwiderstand läßt sich der Dämpfungsfaktor berechnen, das ist die Normierung auf die angeschlossene Lastimpedanz.

 Quelltext zur Erstellung der Graphen, bereits mit der LabView Demoversion geht das einfach und sehr schnell.

Bandbreite beider Kanäle ohne Last und an 4 Ohm. Bei sehr niedrigen Ausgangsspannungen ist die Bandbreite sehr hoch und fällt auf ein Minimum von 160 kHz bei etwa 2 Volt. Gemessen wurde bei 30, 100, 500mV, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10 und 15 Vrms.

das gleiche Diagramm in linearer Darstellung um die Messwerte bei hohen Ausgangsspannungen besser darzustellen. Die Bandbreite ist in Bereichen mittlerer und hoher Ausgangsleistung auf konstant hohem Level, auch ein Erhöhen der Ausgangsleistung reduzierte die Bandbreite nicht. Im Leerlauf ist die Bandbreite höher als unter Belastung.

die X-Achse wurde in eine Ausgangsleistung umgerechnet. Der gemessene Bereich umfasst den Bereich von ca. 1 Milliwatt bis zu ca. 60 Watt. Störend ist das Minimum im Bereich um 1 Watt, ein oft genutzter Bereich - aber selbst "nur" 160 MHz Bandbreite sind für einen Hifi Verstärker schnelle Meßwerte.

Amplitudengang am linken Preout. Moving Magnet 47 kohm.

Phasengang am linken Preout. Moving Magnet 47 kohm

der Preout Amplitudengang wurde auf die Frequenz 1 kHz normiert, die Verstärkung bei dieser Frequenz wird somit zu 0 dB. Rot ist die gemessene Kennlinie, blau die theoretische Idealkennlinie. Die Abweichung ist minimal.

die Punkte zeigen die Differenz der Messung vom Ideal, eine nur unwesentliche Abweichung. Zusätzlich wurde eine Regressionsgerade durch die Abweichung gelegt, was mehr den realen Werten entspricht. Die Abweichung ist in weiten Frequenzbereichen unterhalb 0,1 dB.

Man beachte bei dieser Messung etwas sehr wichtiges: als Meßgerät wurde ein Gain Phase Analyzer verwendet, der eine Auflösung von 0,1 dB hat - alleine schon die Abweichung liegt im Auflösungsbereich des Meßinstruments. Die Verwendung der Precison AC DMM wäre für den Amplitudengang bedeutend sinnvoller und genauer gewesen, die Messung des Phasengang wäre damit aber nicht möglich.

Zusätzlich zur eigentlich interessierenden Phono Entzerrer Kennline liegt in Serie die erste ca. 20 dB Verstärkerstufe für alle Signale. Das Ergebnis zeigt daher die Summe der Fehler aus: Phono Entzerrer Kennlinie + 1. Verstärkerstufe + Frequenzgangfehler Meßgerät. In Summe eine lange Kette und trotzdem ein schönes Ergebnis. Es deutet nicht nur auf die hohe Genauigkeit des Meßinstruments hin, die Messung zeigt auch, daß der Frequenzgang des Phono Entzerrer getreu den Sollwerten entspricht. Ein wunschgerechter Phono Entzerrer Frequenzgang. Eine darauf folgende kurze Vergleichsmessung des rechten Kanals mit den linken Kanal zeigte die Abweichung betrug  max. 0,2 dB von Channel R Preout zu Channel L am Preout. Beide MM Kanäle bis zum Preout gemessen sind damit als "gleich laut" zu bezeichnen bei allen Audiofrequenzen.

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