A Sanken SI-1050G hibrid végfok-modul egy kompakt, hermetikusan lezárt áramkör, amelyet a 70–80-as évek japán audioipara széles körben alkalmazott – Onkyo, Sharp, Sanyo, Sony kompakt rendszerekben, illetve néhány professzionális készülékben is.

Belső felépítése elegáns, ugyanakkor több olyan kompromisszumot tartalmaz, amely a kor félvezető-technológiájából és a modulgyártás korlátaiból adódott.

A modul fő egységei:

• differenciál bemeneti fokozat

• VAS (feszültségerősítő fokozat)

• stabilizáló és kompenzációs hálózatok

• kvázi-komplementer kimeneti fokozat (a fejezet fő témája)

• túláramvédelem

• bias-hőkompenzáció

A következő oldalakon kizárólag ezek működését elemezzük, különösen a kimeneti fokozat struktúráját.

3.1 A Sanken SI-1050G kimeneti fokozatának valódi felépítése

A gyári belső rajz (lásd Ábra B) alapján az SI-1050G modul nem valódi komplementer felépítésű, ugyanakkor nem is klasszikus Baxandall-féle kvázi-komplementer.

A kimeneti fokozat aszimmetrikus, de a PNP tranzisztor nem kimeneti eszközt szimulál, hanem meghajtási és fázisfordítási szerepet tölt be, ami a gyakorlatban lényegesen jobb linearitást eredményez, mint az egyszerű PNP-pótlások.

A továbbiakban a „kvázi-komplementer” kifejezés ebben az értelemben szerepel.

Felső ág → két NPN emitterkövető egymás után (Tr5 → Tr7)

A felső félperiódust egy „stackelt” NPN–NPN emissziós pár vezeti.

• Tr5 = előmeghajtó

• Tr7 = felső végtranzisztor

Az R14 + D3 hálózat biztosítja az árambeállítást és a hőkompenzációt.
Ez nem komplementer, hanem egy erősen lineáris, nagy erősítésre képes NPN emitterkövető lánc.

Alsó ág → PNP driver + NPN kimeneti tranzisztor (Tr6 → Tr8)

Az alsó félperiódus meghajtása valójában:

• Tr6 = PNP driver (bemeneti fázisfordító)

• Tr8 = NPN alsó végtranzisztor

Az R13, R15 és D4 biztosítják a bias-t, a stabilizációt és a korrekt munkapontot.

Ezért a modul valójában kvázi-komplementer / aszimmetrikus, ahol a negatív ág meghajtása így épül fel:

PNP driver (fázisfordítás) → NPN kimeneti tranzisztor

(klasszikus, költség- és termikusan kedvező megoldás a 70-es évekből)

A modulban nincs szimulált PNP kimeneti eszköz; a PNP tranzisztor szerepe a meghajtás és a fázisfordítás.

3.1.1 Ábra A – Egyszerűsített SI-1050G kimeneti fokozat

• Felső ág: Tr5 → Tr7 (NPN + NPN emitterkövető)

• Alsó ág: Tr6 → Tr8 (PNP driver + NPN végtranzisztor)

• D3 / D4: bias-kompenzáció + áramkorlátozás

• R14 / R12 / R13 / R15: meghajtóáram és stabilitás

3.1.2 Ábra B – Gyári Sanken SI-1050G belső kapcsolási rajz (részlet)

Ez a gyári layout számozását követi:

• Tr5 / Tr7 = felső NPN ág

• Tr6 / Tr8 = alsó PNP + NPN ág

• D3 / D4 = hőkompenzáció

• R12 / R13 / R14 / R15 = meghajtó és bias hálózat

• OUT = két félperiódus közös csomópontja

Ez az ábra bizonyítja, hogy a modul nem komplementer, hanem kvázi-komplementer, azonban a gyakorlatban sokkal jobb linearitást biztosít, mint az egyszerű Baxandall-féle szimulált PNP.

3.2 A feszültségerősítő fokozat (VAS) szerepe az SI-1050G-ben

A VAS (Voltage Amplification Stage) az SI-1050G egyik legfontosabb egysége:

• a teljes erősítés 80–90%-át végzi,

• a lineáris működés meghatározója,

• és a slew-rate döntő korlátja.

Az SI-1050G VAS felépítése:

• egyetlen nagy erősítésű tranzisztor (Tr4),

• áramtükörrel terhelt differenciál előfok (Tr1–Tr2),

• RC-kompenzáció (C2 + R9),

• fix polarizálású áramgenerátor (R11 + D2),

• a kimeneti fokozat meghajtása Tr5 / Tr6 irányába.

A VAS karaktere:

• nagyfokú feszültségerősítés (60–80×),

• közepes nyitófeszültség-tartalék,

• korlátozott áramleadás nagyjelű szakaszokban,

• kis áramú diff-pár miatt jelentős Miller-hatások.

3.3 Az SI-1050G kompenzációs hálózata és stabilitása

A belső RC-kompenzációt az alábbi elemek végzik:

• C2 – domináns pólus (Miller-kompenzáció),

• R9 – lead-kompenzációs ellenállás,

• R7 / R11 kör – áramgenerátor és VAS terhelés,

• R12 / R13 – meghajtófokozat linearizálása,

• a kimeneti RC hálózat (külső 47 nF + 10 Ω) – Zobel.

A modul alapkoncepciója:

• kis mennyiségű globális visszacsatolás,

• nagyfokú belső stabilitás,

• „japán iskolás” lineáris hang.

Stabilitási jellemzők

Az SI-1050G rendkívül stabil, még nehéz terhelések mellett is.
Ennek oka:

• a gyárilag fixált Miller-kondenzátor,

• a viszonylag lassú, de jól kontrollált VAS,

• a kvázi-komplementer kimeneti fokozat egyszerű fázismenete,

• az alacsonyabb hurokerősítés (mint pl. a modern AB erősítőkben).

Ezzel együtt a modul nem gyors, és 100 kHz felett mérhetően csökken a nyitóerősítés.
Ez a régi hibrid végfokok általános tulajdonsága.

3.4 Slew-rate és nagyjelű viselkedés

A slew-rate (SR) a VAS fokozat áramterhelésének függvénye, és első közelítésben a VAS-áram és a Miller-kompenzáló kondenzátor hányadosával arányos.

Az SI-1050G esetében ez a következő tipikus értékekből adódik:

• a VAS maximális árama kb. 3–4 mA,

• a Miller-kompenzáló kondenzátor értéke 47–100 pF (gyártási verziótól függően).

Ezekkel számolva a slew-rate nagyságrendje ≈ 3–6 V/µs,
szemben a modern, nagysebességű végfokokra jellemző ≈ 30–60 V/µs tartománnyal.

Ez a modul korának megfelelő érték, azonban mai szemmel nézve alacsonynak számít.

Következmények:

• 20 kHz-en nagy jelnél enyhe „slew-induced distortion” léphet fel,

• a kimeneti jelalak nagyjelnél nem tökéletesen szimmetrikus,

• csúcsfeszültség közelében a felfutó/lefutó élek lassulnak,

• a kvázi-komplementer kimeneti szimmetria miatt a pozitív és negatív félhullám nem teljesen egyforma.

Mit jelent ez hangban?

• lágy magas tartomány,

• enyhe melegségérzet,

• nagyon „analóg”, klasszikus japán hangkarakter.

3.5 Rail-clipping és feszültségtartalék

A modul ±30…±40 V tápfesz környezetében működik a legtöbb erősítőben.

A belső topológia miatt a rail-clipping karakterisztika:

• pozitív oldalon lágyabb (NPN–NPN emitterkövető),

• negatív oldalon keményebb (PNP driver → NPN végtranzisztor).

Miért?

Mert:

• a felső NPN lánc nagyobb kompozit-erősítést biztosít,

• az alsó PNP driver közelebb kerül szaturációhoz,

• a fázisfordító miatt az alsó ág tranzisztorai hamarabb elérik a határfeszültséget.

Rail-tartalék

Az SI-1050G-t úgy tervezték, hogy:

• kb. 2–3 V-tal a táp alatt kezd el torzítani,

• átlagos visszacsatolással 20–40 W tartományban stabil marad,

• a torzítás nem „csattan”, hanem fokozatosan nő.

Ez a viselkedés műszaki értelemben:

• nem high-headroom konstrukció,

• de nagyon szerethető és klasszikus karaktert ad.