A hibrid teljesítményerősítő modulok az 1970-es évek egyik különleges műszaki irányát képviselték. A félvezetőgyártás ekkorra már elég fejlett volt ahhoz, hogy kisjelű tranzisztorokat, ellenállásokat és egyszerű kiegészítő komponenseket vastagréteg technológiával közös hordozóra lehessen építeni — viszont még messze nem állt rendelkezésre integrációs szint, amely alkalmas lett volna teljesítménytranzisztorok integrálására.

A Sanken Electric Co. a korszak egyik úttörője volt, és számos nagy teljesítményű hibrid moduljuk került házimozi erősítőkbe, kompakt PA berendezésekbe és hifi komponensekbe. A legismertebb sorozatuk a SI-1000 család, amelynek része a jelen projekt központi eleme: a Sanken SI-1050G.

2.1 A hibrid modulok megjelenése és szerepe a hangtechnikában

A 70-es évek elején a hifi világ rendkívüli gyorsasággal fejlődött. A tranzisztoros erősítők korszaka már kezdetét vette, de a gyártók számára több probléma is fennállt:

1. A komplett diszkrét erősítők előállítása drága volt.
   A sok alkatrész és kézi szerelés magas munkaerőköltséggel járt.

2. Az újonnan érkező gyártók gyorsan akartak piacra lépni.
   Egy hibrid modul lehetővé tette „erősítő a dobozból” jelleggel a gyors beépítést.

3. Túlélőképesség és megbízhatóság.
   A vastagréteg technológia sokkal ellenállóbb volt a hőciklusokkal és rezgésekkel szemben, mint a diszkrét huzalozású megoldások.

4. Stabil, előre karakterizált viselkedés.
   A gyártó által tervezett belső kompenzáció garantálta a stabilitást.

A Sanken moduljai emiatt váltak különösen népszerűvé, többek között:

Akai
Sansui
Hitachi
Technics
Onkyo

felsőkategóriás, illetve középkategóriás modelljeiben.

A SI-1050G az 50 wattos szintet célozta meg, kifejezetten 8 ohmos hangszórókhoz.

2.2 A Sanken SI-1050G gyári specifikációi

A gyártó adatlapja alapján a modul főbb paraméterei:

A gyári 0,5% THD érték sok modern hifi rajongó számára magasnak tűnhet, de a kvázi-komplementer végfokok az adott korszakban teljesen megszokottak voltak — és meglehetősen egyszerű technikai okok miatt.

2.3 A modul belső felépítése: vastagréteg hibrid technológia

A SI-1050G-t felnyitva — ahogy Tunerman laborfotóin is látszik — az alábbi főbb egységek figyelhetők meg:

1. Kerámia hordozó + vastagréteg ellenállások
   A hordozó alumínium-oxid alapú, jó hővezető képességgel.
   Erre viszik fel sűrű, zöldes-feketés filmrétegként a nyomtatott ellenállásokat és vezetősávokat.

2. Tok nélküli szilícium lapkák (die-ek)
   A kisjelű tranzisztorok egy része teljesen tokozás nélkül, flip-chip módszerrel kerül rögzítésre.

3. Bondhuzalok (arany, 20–25 µm vastag)
   A die-ek bekötését arany bondhuzalokkal végzik, amelyek sérülékenyek, de kiváló elektromos tulajdonságúak.

4. Teljesítménytranzisztorok belül
   A végfok tranzisztorai kis lapkaformában a hordozó bal és jobb felső részén találhatók.

5. Kézzel forrasztott TO-92 tranzisztorok és diszkrét ellenállások
   A korai modellekben feltűnően sok a kézműves jelleg: ferdén álló TO-92 tokok, kézzel helyezett jumperek.

2.4 Két gyártási generáció: eltérő belső architektúrával

Tunerman szétszedett SI-1050G moduljai pontosan mutatják:

Korai verzió (bal oldali kép):
több bondhuzal,
hosszabb vezetékek,
kézzel ragasztott tranzisztorok,
kevésbé rendezett elrendezés.

Későbbi verzió (jobb oldali kép):
rövidebb bondhuzalok,
letisztultabb PCB jellegű mintázat,
átdolgozott vezetősávok,
stabilabb gyártási minőség.

Ez azt mutatja, hogy a modul hosszú éveken át gyártásban volt, és a Sanken folyamatosan finomította.

2.5 Működési topológia: kvázikomplementer végfok

A kvázikomplementer topológia lényege:

Mivel nagy teljesítményű PNP szilícium tranzisztorok még nem álltak rendelkezésre megfelelő paraméterekkel, a Sanken kvázi-komplementer (NPN–NPN) kimenetet alkalmazott — ez akkoriban általános gyakorlat volt.

Előnyei:
egyszerűbb felépítés,
megbízhatóbb működés,
stabil hőkezelés,
pontosan karakterizált átviteli jellemzők.

Hátrányai:
erős aszimmetria a pozitív és negatív félhullám között,
növekvő páratlan harmonikus torzítás,
nagyobb crossover torzítás, különösen alacsony hangerőn,
alacsonyabb nyílthurkú erősítés, ami limitálja a visszacsatolás hatékonyságát.

A Sanken gyári adatai jól tükrözik ezt:
THD: ~0,5% (50 W, 8 Ω)
Áramkorlát: 2,5 A

Bankszerű kompenzációs háló a stabil működésért. A modul tehát stabil, megbízható és könnyen beépíthető volt — de nem kínált kiemelkedő torzítási paramétereket.

2.6 A beépített áramkorlát és kompenzáció szerepe

A SI-1050G-ben miniatűr, integrált megoldások működnek:

• 2,5 A-es áramkorlát
Ez megvédi a véget, de közeli működésnél torzít.

• Belső Miller-kompenzáció
Ez stabil, viszont terhelés alatt csökkenti a loop gain-t → nő a torzítás.

• Belső visszacsatolás
Fix, kívülről nem módosítható; a belső VAS headroomját lehetetlen „kibővíteni” – egészen addig, amíg Tunerman meg nem tette a lehetetlent a V-FET bootstrap koncepcióval.

2.7 Miért kritikus tényező a headroom?

Az SI-1050G legnagyobb gyengesége a következő:

Ahogy a kimenő feszültség közelíti a tápfeszültséget, a belső tranzisztorok telítésbe futnak → a zárthurkú torzítás drasztikusan nő.

Ez az oka, hogy:

kis teljesítményen egész jó az IC (0,05–0,1% THD),
nagy teljesítményen viszont megugrik 0,5% környékére.

A V-FET bootstrap technika pontosan ezt a jelenséget semlegesíti.
Erről részletesen a 6–7. fejezetben lesz szó.

2.8 Miért ideális kiindulási alap a SI-1050G Tunerman projektjéhez?

A SI-1050G kiváló kísérleti platform a V-FET alapú bootstrap fejlesztéshez.

Ennek okai:

● Egyszerű, áttekinthető topológia
Könnyen követhető jelút, kevés fokozat, kis eszközszám.

● Alacsony belső headroom
A modul belső erősítőfokozatai nagyon közel működnek a tápfesz határához — így kiválóan reagálnak egy külső rail-lift rendszerre.

● Nyílthurkú erősítés korlátozott → a külső linearizálás látványos hatású
A V-FET-es „tápfeszültség-utánhúzás” pontosan azt a régiót javítja, ahol a modul a leginkább torzít.

● Stabil referencia → a bootstrap hatása jól mérhető

A modul tervezése annyira stabil, hogy a külső fejlesztés okozta változások tisztán megjelennek a mérésekben (THD, IMD, FFT).

Röviden: ha létezik modul, amely tökéletesen bemutatja, mire képes egy V-FET-es rail-lifting, akkor az a SI-1050G. Ezért különleges Tunerman projektje — és ezért kerül részletes bemutatásra a következő fejezetekben.