Reparaturbericht 2 x 300 Watt Endstufe
#1
Hallo zusammen,

hier mal ein Bericht über mein letztes Bastelprojekt.

Mein Sohn hat eine uralte 2 x 300W (an 4 Ohm) IMG (Monacor) Stageline STA-4506 IGBT Endstufe geschenkt bekommen.
https://www.ebay-kleinanzeigen.de/s-anze...9-172-1294
Weit und breit keine Unterlagen oder Schaltplan aufzutreiben.

Aber sehr solide aufgebaut, leider natürlich defekt.
Linker Kanal -> alle Leistungstransis und einiges mehr abgeraucht. Rechts nur Kleinkram. Komme ich weiter unten zu.

   
(Das Bild zeigt die Endstufe nach der Reparatur mit einem neuen Modul auf der linken Seite)

Ich dachte, mal eben reparieren sollte kein Thema sein. Es kam anders.
Das Ding hat IGBTs als Leistungstransistoren. Habe ich noch nie gesehen in einer Audio-Endstufe. Normalerweise werden IGBTs nur für Schaltzwecke verwendet.
Für Nichtkenner: Ein IGBT ist eine Kombination aus einem Bipolartransistor und einem Mosfet.
siehe hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Bipolartra...-Elektrode
(Gesehen habe ich IGBTs z.B. schon in KFZ-Steuergeräten als Endstufe für die Zündspulen.)

   

In der Endstufe sind Toshiba IGBTs GT20D101 und GT20D201 verbaut. (20A, 250V)
Werden leider nicht mehr produziert und sind auch nirgendwo erhältlich.
Die haben eine sehr spezielle Kennlinie. Die Gate-Emitter Spannung beträgt bei voller Sättigung nur ca. 4 Volt.
Bereits unter 2 Volt Gate-Emitter Spannung beginnen die IGBTs zu leiten.

siehe rechtes Diagramm
   

siehe auch hier: https://www.alldatasheet.com/datasheet-p...0D101.html

Die sogenannte "Gate-emitter threshold voltage" beträgt bei heute handelsüblichen IGBTs mit entsprechender Spannungsfestigkeit und Stromstärke mal eben locker das Doppelte.
Daher ist Ersatz für die Toshibas zu finden, wie ich Eingangs schon erwähnte, quasi unmöglich. Ich habe stundenlang nach Ersatztypen gegoogelt und irgendwann entnervt aufgegeben.
Also was tun? Zuviel Geld und Aufwand wollte ich nicht versenken.

Bei ebay habe ich mir dann diese Endstufenmodule als Bausatz bestellt. (ich brauchte natürlich nur eins davon für den linken Kanal)
https://www.ebay.de/itm/272923179441
Die kommen aus China und waren ziemlich günstig. Diese Module werden auch in diversen DIY Elektronikforen des öfteren besprochen und sollen klanglich hervorragend sein.
Siehe hier: https://www.diy-hifi-forum.eu/forum/show...-L20-5-Amp

Nach etwa 3 Wochen waren sie da und alles machte einen guten Eindruck.
Alle Bauteile komplett und die Platinen in astreiner Qualität.
Allerdings eine Sache ging gar nicht. Der Distributor meinte 2 Transistoren durch Vergleichstypen ersetzen zu müssen, die aber dafür gar nicht gehen.
2SA 1930 -> 2SB 1369 und 2SC 5171 -> 2SD 2061
Die sind zwar im gleichen Gehäuse und auch pinkompatibel, vertragen aber nur 80 Volt statt 180 Volt Collector-Emitter Spannung!
Das sind die Treiber für die Leistungstransitoren und die müssen die volle Betriebsspannung abkönnen (2 x 65V = 130 V)
Also ein komplettes noGo!. Damit wäre mir das Modul nach kürzester Zeit abgeraucht.
Naja, was solls, die richtigen Bauteile waren bei Reichelt schnell geordert und sind Centartikel.
https://www.reichelt.de/hf-bipolartransi...h=2SA+1930

Das zweite, wohl größere Manko, es war kein Schaltplan vorhanden.
Man soll alle Bauteile einfach auflöten und dann hoffen, daß es funktioniert. Immerhin ist die Platine sehr gut bedruckt und einfach zu bestücken.
Man kann also im Prinzip nicht viel falsch machen.

Da ich sehr viel Erfahrung im Endstufenbau habe, hat auch alles gut geklappt.
Oszi am Ausgang angeschlossen, 1Khz Signal eingespeist und den Output erstmal ohne Last gemessen. Sah alles bestens aus. Bis in den Clipping-Bereich keinerlei Auffälligkeiten.
Aber jetzt kommts. Nachdem ich einen 8 Ohm Lastwiderstand angeschlossen habe, konnte ich deutliche HF Schwingungen bei höheren Ausgangspegeln beobachten.
Komischerweise nur in der positiven Halbwelle nach der Sinus-Spannungsspitze.
Sowas ist gar nicht lustig! Damit zerstört sich entweder die Endstufe sicher bald selber oder die Hochtöner werden schön knusprig gebraten.

Nun ging die Sucherei los. Ohne Schaltplan ganz schön nervig. Also erstmal die zweite, unbestückte Platine genommen und in mühevoller Kleinstarbeit den Schaltplan mit Eagle erstellt.
Die beiden vorgelöteten und verklebten, 6-poligen SMD Bauteile machten es nicht gerade einfacher. Die habe ich nach langer Recherche und Durchmessen als SMD Dual Transistoren identifiziert.

   

Vermutlich BC 807DS und BC 817DS oder ähnliches. (ggf. auch BC847BS, BC857BS) Die Beschriftung wurde absichtlich abgekratzt. Blöde Geheimniskrämerei. daher wohl auch kein Schaltplan dabei.
https://www.reichelt.de/double-npn-trans...53952.html
https://www.reichelt.de/bipolartransisto...19097.html

Hier der von mir erstellte Schaltplan.
   
Hinweis: Der 100nF Kondensator, der neben dem 470µF Elko in dem Rückkopplungszweig hängt, ist von mir hinzugefügt worden. Den habe ich auf die Unterseite gelötet.

In einem englischsprachigen Elektronikforum wird übrigens ebenfalls von der Schwingneigung des Moduls berichtet
("The problem is, that this board in its original, unchanged form, oscillates at ridiculously high frequency")
und derjenige hat dort als Lösung den Ruhestrom signifikant erhöht.
https://www.diyaudio.com/community/threa...965/page-2
Das fand ich jetzt nicht so wirklich prickelnd als Lösung.

Ich will jetzt hier keine Romane schreiben und mache es daher kurz.
Die sogenannte Miller Kapazität, das ist der Basis-Kollektor Kondensator am Transistor T9 (so habe ich ihn in meinem Plan bezeichnet),
ist im Schaltungsdesign zu klein bemessen.
Vorgesehen sind dort 100pF, ich habe jetzt 300pF gewählt und dann war Ruhe. Allerdings sinkt die Slew-Rate des Verstärkers dadurch etwas. Sollte aber wohl unhörbar sein.
Falls jemand also auf die Idee kommt und das Modul ebenfalls bauen will, der Kondenstaor muß ebenfalls mindestens die komplette Betriebspannung aushalten. Also am besten einen 500V Typ nehmen.
https://www.reichelt.de/keramik-kondensa...p9337.html

Die alte Platine des linken Verstärkerkanals habe ich übrigens durchgesägt und die verbleibenden Teile mit der Vorstufe für den symmetrischen Eingang
und das Lautsprecherrelais für die Einschaltverzögerung herausgetrennt und als separate Platinen wieder eingebaut.

   

Bemerkenswert finde ich auch, daß die originalen Endstufenmodule nicht mit Schmelzsicherungen absichert waren.
Die Transistoren waren schön kurzgeschlossen und folglich alle Emitterwiderstände abgeraucht. Außerdem einige weitere Bauteile.
Nicht gerade feuerfest.
Die einzige Sicherung in dem ganzen Kasten ist eine 220V Primärsicherung, die von der Rückseite zugänglich ist.
Das neue Modul habe ich nun mit zwei zusätzlichen 5A Sicherungen abgesichert. Sicher ist sicher.
Interessanterweise waren auf dem rechten, noch originalen Modul, ebenfalls 2 Emitterwiderstände durchgebrannt, obwohl die Transistoren noch intakt waren.
Das spricht für die Robustheit der IGBTs. Die beiden Widerstände habe ich ersetzt und der Kanal läuft nun auch wieder perfekt.

Den Pegel des neuen Moduls mußte ich noch anpassen, damit beide Kanäle gleich laut sind.
Den Lüfter habe ich auch noch erneuert, der hat wegen eines Lagerschadens nur noch extremen Krach fabriziert.
Jetzt läuft alles prima und die recht geringe finanzielle Investition hat sich gelohnt. Den Zeitaufwand darf man natürlich nicht einrechnen.
Das Ding bekommt der Filius jetzt repariert unter den Weihnachtsbaum gelegt.

Der Schaltplan kann gerne von euch verwendet werden, falls jemand auf die Idee kommt die Module für eigene Projekte zu verwenden.
Zu teuer finde ich den Kram jedenfalls nicht.
Bis auf das Designproblem mit dem ungünstig bemessenen Kondensator sind die Teile nicht schlecht.

Wen es interessiert, hier ein Link zu einer ZIP Datei mit allen Datasheets zu den Halbleitern und meinem Schaltplan.
http://www.janbunke.de/ljm205.zip

Der NPN Transistor CC 5551 ist übrigens ein 2N 5551 mit anderer Pinbelegung.
Vermutlich ist der 2N 5551 in Deutschland einfacher zu bekommen. Man muß dann nur auf die geänderte Pinbelegung aufpassen.
https://www.reichelt.de/de/de/bipolartra...p2059.html
Alle anderen Bauteile sind Standard.

Gruß, Jan
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#2
Hallo Jan,
meinen Respekt zur Schaltungsanalyse und zur Fehlerbeseitigung.

Gruß Jan
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#3
Wenn das KEIN Aufwand ist? Ich habe auch noch so eine Endstufe mit allerdings weniger Leistung. Erstaunlich robust - das muss man erst mal klein kriegen!

Tolle Arbeit, Jan!
Liebe Grüße
Thomas
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#4
(20.12.2022, 19:52)Ferrograph schrieb: meinen Respekt zur Schaltungsanalyse und zur Fehlerbeseitigung.

Dem möchte ich zustimmen.


Allerdings frage ich mich:
Wenn ein Kanal jetzt noch Original ist und der andere umgebaut - klingen die denn noch gleich? Und haben auch beide Kanäle bei jeder Lautstärke den gleichen Pegel?

Gruß
Robert
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#5
Ich schrieb in oben meinem Beitrag:

"Den Pegel des neuen Moduls mußte ich noch anpassen, damit beide Kanäle gleich laut sind."

Klangunterschiede? 
Das ist eine PA Endstufe für Partybetrieb, also total wurscht.

Gruß, Jan
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#6
Robert schrieb aber

@Und haben auch beide Kanäle bei jeder Lautstärke den gleichen Pegel?

Damit ist der Verstärkungsfaktor gemeint.
Besonders gerne repariere ich meine Philips, Braun, Akai und TEAC Geräte Big Grin
Keine Hilfe bei fehlender Rückmeldung
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#7
Vielleicht habe ich mich mißverständlich ausgedrückt.

Selbstverständlich habe ich den Gesamt-Verstärkungsfaktor (Gain) des neues Moduls an das alte Modul angepasst.
Alles andere macht doch keinen Sinn.

In der Endstufe sitzt pro Kanal ein TL074 4-fach OP-Amp, der für die Vorverstärkung und den symmetrischen Eingang zuständig ist.
Dort habe ich am letzten OP die Rückkopplungswiderstände angepasst.
Das neue Endstufenmodul brauchte etwas mehr Input als das alte.
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#8
Hallo Jan,

Du musst deinen Sohn ja wirklich sehr lieb haben, dass du dir den ganzen Aufwand antust Wink.
Toll gemacht!

LG
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#9
Zoffmusic heißt der Hersteller, kenn ich, die haben in den 80iger Jahren ziemlich krasse Verstärker gebaut. Ziel war Leistung ohne Ende für den PA Einsatz. Ist das erste Bild der Originalzustand?
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#10
(18.01.2024, 08:42)likeme schrieb: Zoffmusic heißt der Hersteller, kenn ich, die haben in den 80iger Jahren ziemlich krasse Verstärker gebaut. Ziel war Leistung ohne Ende für den PA Einsatz. Ist das erste Bild der Originalzustand?

Die Kondensatoren sind von Zoffmusic, die ganze Endstufe eher nicht.
Und nein, wie man im ersten Bild sieht, befindet sich links bereits das neue Modul.
Das sollte beim aufmerksamen Lesen auch schnell klar werden.

Die reparierte Endstufe hat mein Sohn übrigens bereits mehrfach erfolgreich eingesetzt.

Gruß, Jan
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#11
Moin Jan,

also deine Reparatur ist schon anerkennenswert, bevor ich jedoch diesen Aufwand betrieben hätte, hätte ich es doch mit den Originalen IGBTs versucht, erscheinen schon etwas teuer, bei dem ganzen Aufwand, Schaltungsanalyse z.B., und Kauf der anderen Endstufe dann aber wohl nicht. (In der Schweiz kosten die  über 40 CHF)

   
 
Gruß Peter
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#12
Das wären ca. 60 Euro für IGBTs, die im Zweifel wieder abgeraucht wären.
Nö laß mal, dann lieber so. Ein weiteres Endstufen-Modul ist ja als "Überschuß" dabei abgefallen.
Das kann ich vielleicht mal irgendwann gebrauchen.
Der Aufwand ist für mich ja gleichbedeutend mit Hobby und somit Spaß.

Gruß, Jan
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