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Im Labor ist alles anders

Eine Endstufe am Laborstecker

Die CA-20 Boxen sind recht schwer (die CA-30 sind übrigens noch viel schwerer) und allermeist ist auch nur ein End-Verstärker nicht in Ordnung. Darum ist es sinnvoll, den jeweiligen ausgebauten Verstärker an 4 professionelle Labornetzgeräte anzuhängen. Dort "sieht" man den Strom fließen. Und eine Strombegrenzung verhindert Schlimmes.

Doch es handelt sich hier bei allen "Zweigen" um an die Chassis rückgekoppelte Verstärker, deren Sensor-Funktion im Normalbetrieb Einfluß hat. Unser Elektronikspezialist hat sich aufgrund der Schaltung einige erste Gedanken gemacht.
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Diese erste (Denk-) Variante (war) und ist leider nicht richtig.

Eine Rückkopplung vom Chassis bzw. der Membrane soll dem End-Verstärker eigentlich melden, wenn das angelieferte Eingangssignal zum jeweiligen Endverstärker nicht mit dem am Lautsprecher ausgegeben Schallsignal identisch ist. Diese Konzeption ist einleuchtend und folgerichtig und das wäre dann das Ziel der Entwicklung des Ingenieurs.
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Damit sollte also die Sensorelektronik ein Korrektur-Signal oder auch Differenz-Signal am Eingang der Endstufe hinzumischen, welches aus den Unterschieden zwischen dem Original am Ausgang der Frequenzweiche und dem vom Sensor erkannten - also "gehörten" - Ergebnis am Sensor besteht. Im Schaltplan fehlt aber solch eine Leitung /Querverbindung, die diese Differenz ermittelt, denn zaubern kann die Elektronik auch nicht.
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Trivial - der Idealfall : Kommt von der Sensorelektronik kein Diferenz-Signal, hieße das doch, daß das Eingangssignal - vom Vorverstärker kommend - exakt genauso am Lautsprecher ankommt, - also der Idealfall.
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Das wiederum bedeutet, daß der Techniker im Labor den Sensor zur Reparatur erstmal nicht benötigt. Läuft der Ca-20 Endverstärker auf dem Labortisch zwar sauber, muß aber in unserem Fall hier dennoch der Sensor (später) noch angepaßt werden.

Da aber in den Canton Sensor-Verstärkerstufen- "Bereich 5" insgesamt 3 hochwertige und feinfühlige Spindel-Potentiometer zu erkennen sind, eines davon ein Pegelsteller, scheint das Anpassen oder Einpegeln überhaupt nicht trivial zu sein. Sonst hätte man diesen Aufwand mit den sehr genauen Spindel-Potentiometern nicht eingebaut
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Nach genauerem Durchleuchten könnte es so sein:

Das komplette lineare vollumfängliche (Musik-) Eingangssignal vom Vorverstärker kommt an den Klemmen <E> (= Eingang) an. Dann wird dieses Eingangssignal mit einem Bandpaß Filter jeweils für den HT, MT, MTT und TT oben und unten begrenzt.

Am Punkt <S> (dem Summenpunkt) kommt offensichtlich das vom Sensor an der Membrane abgenommene (und invertierte) negative Signal des Sensorverstärkers dazu und verringert den Eingangs-Pegel der Endstufe in einem einzustellenden Verhältnis um einen ganz bestimmten Pegel.

Das ergäbe dann folgende Logik:
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  • 1.) Ist das Signal am Sensor exakt gleich dem Signal am Punkt <E> (dem Eingang), wird das Summensignal auf den optimalen Normal-Pegel abgeschwächt.

  • 2.) Ist das Signal am Sensor kleiner als das Signal am Punkt <E> (zum Beispiel mit dem Finger auf der Membrane), wird das Summensignal weniger abgeschwächt - die Endstufen bekommen einen höheren Pegel angeliefert und geben mehr Leistung auf das Chassis.

  • 3.) Ist das Signal am Sensor größer als das Signal am Punkt <E> (z.B. Überschwinger beim Bass), wird das Summensignal deutlich mehr abgeschwächt (als normal) - und die Endstufen bekommt einen niedrigeren Pegel angeliefert.

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So weit die (mögliche !!!) Theorie aus dieser Schaltung. In dem Canton CA 10/20/30 Service Manual müsste es genauer und hoffentlich verständlich drinnen stehen. Aber wir haben es (noch) nicht.

Nach bisheriger Erkenntnis ist es also kein komplexer Regelkreis, wie anfänglich vermutet (siehe auch die aktiven Philips Boxen), sondern eine ziemlich einfache Sache.

Weiterhin funktioniert die Logik nur bei "Unterschwingern". Ist die Membrane bereits über das Eingangssignal hinaus "ausgelenkt", kann keine Kraft der Welt sie zurück holen.
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Unsere Messungen

Wird am Eingang <E> ein reines Sinus-Signal von sagen wir 100% angeliefert, bei uns vom Sinus-Tongenerator kommend ziemlich exakt -20dB, liegen am Punkt <S> nur noch weniger als 50% an. Am Hochtonverstärker (HT) der CA 20 haben wir 15 kHz mit -20dB eingespeist, damit wir auf jeden Fall im Durchlassbereich des Bandpasses liegen und dennoch die Filter nicht übersteuern. Und am Summenpunkt <S> kommt bei unsem HT-Probanden ein sauberes Signal an.

Weiter zur Theorie:
Sowohl im Signal-Weg wie auch im Sensor-Weg sind die jeweils letzten Operationsverstärker am Ausgang extrem niederohmig, also lastunabhängig. Im Signal-Weg zum Summenpunkt liegt ein 1kOhm Widerstand in Reihe und im Sensor-Weg zum Summenpunkt liegt ein 100kOhm Spindel- Trimmpotentiometer in Reihe. Das bedeutet, daß der Einfluß des am Summenpunkt zugemischten Sensor-Signales sehr weit variiert werden kann, von nahezu 1:1 bis 100:1. Das macht uns skeptisch, denn es sind noch zwei weitere Spindeltrimmer im Sensorverstärkerzweig.
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Die Kernfrage:
Wieviel "Sensorsignal" wird am Summenpunkt zugemischt ?

Und jetzt sind wir bei der kniffligen Frage, die nur die damaligen Experten von CANTON (Klaus Dotter und Kollegen) beantworten könn(t)en.

Nach welchen Meßvorschriften stelle ich den Sensor-Pegel ein ? Ist der Pegel prozentual für alle 4 Frequenbereiche gleich oder ist der Pegel frequenzspezifisch unterschiedlich. Wir haben darüber keine Unterlagen bekommen können, jedenfalls bislang noch nicht. Vielleicht war das ja das damalige Firmengeheimnis. Auf jeden Fall ist es überhaupt nicht trivial.

Grund: Bei der CA20 gibt es an der Rückseite 4 Pegelsteller, die zuerst mal die (Eingangs-) Pegel der vier Frequenzbereiche (vor den Frequenzweichen) untereinander bestimmen. Auf der Endstufenplatine gibt es dann aber wieder den Pegelsteller P3, der den Sensorpegel bestimmt und damit nochmals den Pegel bzw. die Ausgangsleistung für das einzelne Chassis beeinflußt. Damit ist das auf den Raum bezogene Auspegeln der gesamten Lautsprecherbox eine sensible langwierige Arbeit.

Beim Hessischen Rundfunk zum Beispiel wurden (und werden) die (HECO-) Studio-Monitore von der Tonmeßtechnik in speziellen Räumen eingemessen und dann werden alle 3 Potentiometer richtig versiegelt. Von da an durfte keiner mehr dran drehen (Androhung der Todesstrafe).
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Es kommt aber noch schlimmer :

Die untersuchte Hochtonendstufe läuft spannungsmäßig nicht mehr symmetrisch. Mit den 4 Labor-Netzgeräten können wir überall den Strom messen, wenn entweder keine Last oder eine normale Last dran hängt. Bei der +30Volt Quelle sehen wir 0,000 Ampere und bei der -30 Volt Quelle sehen wir 0,067 A. Das bedeutet, die Symmetrie stimmt nicht mehr, auch wenn der am Ausgang <A> ankommende Sinus scheinbar sauber aussieht. Wir haben einen recht hohen Offset von fast 6V Gleichspannung am Ausgang <A>, unabhängig von dem merkwürdigen Prasseln der Endstufen an sich - und das war ja der eigentliche bemängelte Fehler.

6 Volt Gleichspannung an 8 Ohm killen eigentlich jeden direkt angeschlossenen Hochtöner - und zwar sofort. Wir benutzen zum Glück eine alte HECO P4302 Test-Box ohne Basschassis.

Fehlersuche mit "Reverse Engineering"

Also die Filter-Amps und Op-Amps sind ausgetauscht (die wurden zu warm) und die sind jetzt elektrisch ok. Bis zum Summenpunkt <S> ist das Sinus-Signal bis zur maximalen Amplitude sauber. Alleine die Endstufe macht Zicken.

Zwei Spindeltrimmer sind im Fokus unserer Fehlersuche,

  • das Poti Nr. 6 mit 100 Ohm (Ruhestrom) und
  • das Poti Nr. 5 mit 100 kOhm (Signal-Symmentrie)


Dazu kommen noch die im Schaltplan ergänzten Modifikationen bezüglich der Temepratur-Stabilisierung der gesamten Endstufe. Das beduetet, die Endstufe(n) hat (haben) sich mit zunehmender Erwärmung statisch verstellt -  ein Teufelskreis.

Die beiden wichtigen Potis sind ganz links im Bild unter den beiden Keramik-Hybrid-Steckmoduln zu sehen. Wir wissen jetzt auch, welches Poti welche Funktion hat.

Die beiden Treiber-Stufen Hybridmodule sind laut Plan je ein "+Modul" und ein "-Modul", also nicht gegeneinander austauschbar (oder doch?). Die Steckkontakte stecken jedoch so fest in dem Sockel, daß die Gefahr des Abreißens der Beinchen besteht. Darum und wegen der jeweiligen Strom- und Symmetrie-Einstellung werden wir auch keine Module von den anderen Endstufen abziehen. Es gibt dafür keinen Ersatz mehr. Ja wir wissen nicht mal die damalige Quelle.

Lautsprecher "einmessen" ? - Ist das wirklich Unsinn ?

Der Ruhestrom der +30V Quelle
Der Ruhestrom der -30V Quelle

Als mir ein Anrufer - also ein CA 20 Eigner - erzählte, der CANTON-Mann wäre alle 2 bis 3 Jahre gekommen, um die Boxen einzumesen, wollte ich ihm schon eine Entziehungskur vorschlagen, denn das klang besonders abenteuerlich (besser gesagt : "abwegig") und soetwas kannte ich bislang noch nicht.

Nicht nur die drei Philips OM 961 Hybrid Module (je 70 Watt) in den älteren Canton Ergo Aktiv Endstufen haben eine ausgefuchste Temperatur- kompensation, die von Theorie und Praxis mustergültig ist.

Auch so gut wie alle anderen bekannten Hybrid-Endstufen aus Japan haben das, und zwar seit Jahren schon, auch weit vor 1985. Auch die großen Grundig Verstärker von 1981 haben diese funktionierende Kompensation von Ruhestrom und Symmentrie. Und in den Grundig TIs steht es lückenlos beschrieben, wie es geht.

Gerade mit der Canton Ergo Aktiv habe ich mir das mit den Philips OM961 genauestens durchgelesen, denn in der Ergo Aktiv wurden diese Endstufen so gut wie nie volle Pulle gefahren. Doch der Philips OM961 Chip wurde in großen Mengen in Wersi Orgeln verbaut und dort im Orgel-Tief-Bass wurde immer volle Pulle gefahren.

Jetzt nach der samstäglichen 8 Stunden Session mit den Canton CA20 Endstufen bin ich da vorsichtiger. Diese (diskreten) Endstufen "laufen thermisch weg" sagt der Halbleiter-Spezialist, vielleicht durch Alterung.

Und wenn die Ruheströme der beiden Versorgungs-Quellen so unterschiedlich sind, ist etwas Grundlegendes faul. Es läßt sich (ohne weitere Unterlagen) auch nicht besser einstellen.
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Fazit nach mehreren Wochen -
wenig Hoffnung ohne Unterlagen

Rein theoretisch könnte man die verbliebenen 9 Endstufen alle ausbauen und durchmessen. Dann könnte man die durchschnittliche mittlere Ruhestromaufnahme als Anhaltspunkt für die Justage grob errechnen und könnte zumindest dieses Problem lösen. Da bei dem CA20-HT (Hochton-) Probanden die Symmetrierung des Ausganges mit dem Poti aber nicht funktioniert, muß erst mal das Problem untersucht werden.

Größtes Problem bleiben die beiden Keramik Module, die die fünf Treibertransistoren für die Darlington Endtransistoren enthalten.
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Pure Neugierde treibt an :

Um zu ergründen, wie die einzelnen Endstufen jetzt wirklich eingestellt sind, habe ich doch noch den MT-Verstärker und den MTT-Verstärker ausgebaut und einzeln in der Laborschaltung gemessen.

Der HT zieht fast keinen Ruhestrom (weniger als ein halbes Watt), das ist sehr verdächtig, zumal die untere Halbwelle bei höheren Pegeln verkrüppelt ist. Der MT Verstärker zieht fast 11 Watt Ruheleistung (und wird sofort recht warm) und der MTT-Verstärker zieht nur etwa 4 Watt Ruheleistung - laut unserer Anzeigen. Und alle Werte sind für die beiden Versorgungs- spannungen (jeweils +30 und -30 Volt) sehr unterschiedlich. Das sind Toleranzüberschreitungen, die wirklich nicht normal sind. Jetzt baue ich auch noch die beiden Bassverstärker aus, um zu messen.

Eigentlich müssten alle 5 Verstärker ohne Eingangssignal weder einen Offset haben noch unterschiedliche Ruheströme - so die Theorie.
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