Rakennusohje Revenge-hybridikaskodi-putkietuvahvistin

Motto: Hyvä päätevahvistin tarvitsee hyvän etuvahvistimen.

Piintynyt harrastaja haluaa erillisen päätevahvistimen ja etuvahvistimen. Tällöin tulee enemmän joustoa koota mieleisensä kokonaissysteemi, noita kahta sekä RIAA-osiota kun voi sitten vaihtaa ja sovittaa mielensä mukaan. Useimmat ovat myös sitä mieltä, että hyvä etuvahvistin parantaa kokonaissoundia.

Olen itse harrastanut pitkään niin kaupallisten kuin itse suunnittelemieni laitteiden kanssa juurikin erillisillä vahvistimilla ja nyt tarvittiin etuvahvistin uudella konseptilla täydentämään viimeaikaista repertuaariani. Tässä siis tulee viimeaikaisen Revenge putkivahvistintrilogiani kolmas komponentti, linjatasoinen etuvahvistin, jonka julkaisemiseen viittasin jo edellisen artikkelini yhteydessä.

Revenge MM -RIAA-korjaintani saa nyt täydellisenä rakennussarjana Uraltonesta, samoin Revenge PL504 SE -päätevahvistinta. Tämä etuvahvistin on suunniteltu sekä näiden väliin että yleiskäyttöiseksi. Testaus, kuuntelu yksin ja kollegojen kanssa sekä useiden mallikappaleiden teko toistettavuuden varmistamiseksi on vienyt minulta kiireettä pari vuotta haluamani lopputuloksen saamiseksi ja verifioimiseksi julkaisukelpoiseksi. Kaikki alkoi ahaa-elämyksestä Revenge MM -RIAA:n lähtiessä soimaan.

Haluan tässä suunnata arvostusta Mikko Kankaanpäälle ja koko Uraltonen porukalle: on tehty härmässä yhdessä jonkinlainen kulttuuriteko putkivahvistimien rakennusssarjarintamalla. Tähän ei ole kukaan pystynyt sitten kun legendaarinen Elekrofoto Oy hävisi kartalta. Kiitokset myös Samu Sauramalle; ei näitä putkirakennusjuttuja enää juuri kukaan halua kotimaan mediassa julkaista, times they are changing (ref. Bob Dylan).

Mikä ihmeen trilogia? No RIAA ja PL504.

Trilogia on usein jonkin luovan julkistetun kehityskaaren päätepiste. Tämä oma poikkitaiteellinen trilogiani on minulle sellaisen usean vuoden kaaren tarjonnut. Samaan kaareen ajoittuen takana on liki 40 vuoden työsarka tietoliikenteen ammattilaisena putkiaikakaudelta alkaen. Toivonkin, että artikkeleistani aina välittyy harrastajille pitkän linjan hiljaista tietoa. Olen julkaissut yli kaksikymmentä rakennusohjetta 1980-luvulta alkaen HIFI-lehdessä, AudioXpress-lehdessä, Hifimaailma-lehdessä ja AudioVideo.fi:ssä. Tuurilla yhtään kardinaalimokaakaan ei ole kohdalle osunut. Tämä ei ole omakehua vaan elettyä ja dokumentoitua faktaa.

Vasemmalla Revenge MM -RIAA-korjain, keskellä tämän artikkelin esivahvistin ja oikealla Revenge PL504 -päätevahvistin

Kun tässä on hyvä tilaisuus, sivuan vielä trilogiani edellisiä rakennusohjeitani muutamin eväin ja kommentein.

RIAA korjaimestani ei ole oikeastaan enää uutta sanottavaa nyt kun se on saatavilla hiottuna Uraltonen rakennussarjana. Tässä kakkosversiossa on ehdotuksestani käyttöjännite nostettu 200 volttiin ja etuaste RC-suodatettu siitä alas 150 volttiin. Tämän tarkoitus on parantaa lähtöasteen pelivaraa ja etupään hurinaetäisyyttä.

Vähälle huomiolle on jäänyt mahdollisuus muuttaa laite suoraan MC-rasialle vaihtamalla keulan fetti tyyppiin 2SK170 (IDSS 4-4,5 mA). Vahvistusta tulee lisää n. 14 dB. Gate-vastus, 47 ohmia on tällöin välttämätön. Oma kotiversioni on tällainen ja pelittää hyvin peruskunnostetun LINN Troikan perässä.

Tuo Toshiban legendaarinen J-fetti on kyllä kuollut lähes sukupuuttoon ja alkaa olla vaikeasti saatavissa. Jenkkiläinen Linear Systems valmistaa sitä kuitenkin uustuotantona LSK 170 -tyypillä. Diileriä Suomessa ei ole tiedossani. Taas täytyy kuitenkin ostaa kymmenkunta jotta saa parin, tämä on ollut J-fettien syndrooma alusta alkaen, tosin hinnat eivät ole huimanneet kun tavaraa vielä on ollut saatavilla.

Revenge MM -levysoitinesivahvistin

Valinnan pelivaraa voi laajentaa fettipariin virtahaarukassa 3-6 mA muuttamalla ykkösversiossa anodivastusta ja RIAAn pitkittäisvastusta sopivassa suhteessa (summa aina 70 kohm) niin että anodilla säilyy n. 60 V. Kakkosversiossa tämä saadaan aikaan muuttamalla ensimmäisen putken RC-anodisuodatuksen pitkittäisvastusta.

Uraltonen rakennussarjaa PL504-vahvistimestani arvosteltiin kalliiksi ja “väärillä” putkilla toteutetuksi ennen kuin kukaan oli edes oikeasti kokeillut. Vastaava kaupallinen vehje maksaa 3 000 euroa. Eikä ole ollenkaan niin että tein koneen putkilla ja osilla joita minulla sattui olemaan; tällainen ei ole ollut koskaan lähtökohtani. Räätälöity verkkotoroidikin on varsin kohtuuhintainen.

"Suosittelen pysymään
esittämässäni rakenteessa."

Tähän liittyy tarina. Vieraillessani Tapio Köykän pajassa noviisina 1970-luvulla hän antoi minulle avokätisesti (kuten aina harrastajille) kytkentäkaavionsa PL504-putkilla tehdystä 50-wattisesta OP3-tyyppisestä päätevahvistimesta, jota ei ilmeisesti kuitenkaan sarjatuotantona sen jälkeen enää isommin tehty, ei ainakaan ole vastaani osunut. Pointti tässä on, että Köykkä kertoi vihdoin löytäneensä erinomaisen, luotettavan ja edullisen audiopääteputken TV-puolelta, juuri tämän PL-version.

Olen tehnyt tällä sitten kokeiluja vuosien varrella ja nyt valitsin sen nyt triodilineaarisuuden ja pienen sisävastuksen takia tähän katodiseuraajapäätteeseen. Tämä konsepti toimii tietysti monellakin putkella mutta ei sitten ole enää sama Revenge. Esimerkiksi, jos haluaa eroon anodihatusta, voi valita oktaalikantaisen jenkkiläisen poikkeutusputken 6FW5 (vastaa suunnilleen EL504) tai 25AV5 (vastaa suunnilleen PL36 ja sopii tälle verkkomuuntajalle hehkun 6,8 ohmin alennusvastuksella). Huomautan että en ole näitä testannut. Suosittelen myös pysymään esittämässäni rakenteessa. Kelluvat erillishehkut, 10 ohmin anodivastukset, splitattu anodisyöttö sekä grid-stopperit eivät ole oikkuja tai suunnitteluharhaa!

Parhaillaan tämä laite pyyhkii hyllystäni paikkansa takaisin pari kuukautta testaamaltani legendaariselta Haflerin DH-200 mosfetti-päätteeltä (Erno Borbely -design 1970-luvun lopulta) joka kyllä soi melko hienosti tässä esitettävän etuvahvistimen kanssa mutta pitkän päälle on selkeästi ”s-allergisoiva”. Mainittakoon, että paljon rakennettu “Sahlsten” on yksinkertaistettu kopio tästä. Molemmissa on kaistaa yli 100 kHz ja erinomaiset säröarvot. Mitä tulee itse PL504-rakennusohjeeseen, tein ehkä siinä virheen, että laitoin artikkelin loppuun parhaat saamani mittaustulokset. Randomina otetuilla ohjainputkilla pääte antaa melko tyypillisesti luokkaa 0,3% olevan särön 1kHz / 1 Watilla, joka sinänsä on jo erinomainen SE-koneelle.

Revenge PL504 -päätevahvistin

Halusin etupäähän maksimivahvistuksen ja kohtuullisen sisäimpedanssin kombinaation Hammondin kuristimelle ja täten myöskään EF184 ei ole tässä mitenkään sattuma. Myös rullasin kymmenkunta Telefunken-logotettua PL504- putkea: sillä ei ole isompaa merkitystä säröön saman ohjaimen kanssa. Kyse on siitä kuinka hyvin minimisäröä rullaamalla hakiessa EF184-yksilö sattuu natsaamaan kun toimintapiste on asetettu. Jos mittaus- eikä putkien rullausmahdollisuutta ei ole, ei syytä huoleen: hyvissä lukemissa ollaan joka tapauksessa eikä näillä säröeroilla ole vaikutusta soundiin. Tämä (siis predestinoimaton särö tietyssä haarukassa) on ylipäänsä vastakytkemättömien vehkeitten yksi syndrooma ja se on hyväksyttävä. Tuo fetin valinta RIAA:ssa ja tässä esitettävässä etuvahvistimessa kuuluvat samaan kategoriaan.

Säröä on mahdollisuus tässä koneessa vielä pienentää muuttamalla pääteputken hilavastus (270 kohm) arvoon n. 100 kohm. Kokeilin omassani tätä “distortion cancellation”- konseptia shunttaamalla olemassaolevan hilavastuksen 1 Mohm potentiometrillä ja sitten säätäen sen arvon säröminimiin. 90 kohmin kokonaisvastus liki puolitti särön alueella 150 Hz - 8 kHz tehoalueella 1 -5 W. Laitoin sitten tämän shunttivastuksen (120 kohm) piuhojen päähän kytkimen taakse ja vertailin lennossa soundia. Tämä on helppo testi, kiinnostuneet voivat kokeilla. Tämä kokeilu on tehty Philipsin EF184 putkella. Tätä ikivanhaa trikkiä on kovasti hehkutettu palstoilla. Ottamatta kantaa muutokseen soundiissa, suosittelisin asiasta kiinostuneita myös lukemaan viitteen 5.

Asiaan, se linjatasoinen esivahvistin

Yllä kuvatuille ja julkaistuille laitteilleni tarvittiin soundillisesti vastaava etuvahvistin ketjuun ja tässä se tulee.

"Käyttämäni hybridikaskodi-tuloaste,
sen laaja kaista sekä tunteettomuus
ottoresistanssille kohinan ja kaistan
kannalta houkuttelivat jatkamaan
kokeilua linjatasoisilla signaaleilla."

Yli kymmenen vuotta sitten esiteltiin silloisessa HIFI-lehdessä suunnittelemani putkiperustaisen (ECC82/12BH7) linjaetuvahvistimen rakennusohje. Mainittua laitetta ja sen inspiroimia jatkokehitelmiä on tietojeni mukaan kasattu ajan myötä melkoisesti, esitelty hifitapahtumissa ja oltu pääsääntöisesti tyytyväisiä lopputuloksiin. Uuustuotannosta JJ ECC99 on osoittautunut hyväksi kandidaatiksi konstruktioon. Tämä on edelleen yksi parhaista linjavahvistintopologioista ja sopii hyvin PL504-koneenkin eteen.

RIAA-kytkennässä käyttämäni hybridikaskodi-tuloaste, sen laaja kaista sekä tunteettomuus ottoresistanssille kohinan ja kaistan kannalta houkuttelivat jatkamaan kokeilua linjatasoisilla signaaleilla. Siitäkin huolimatta, että oli tiedossa, että fetin särölukemat ilman vastakytkentöjä jäävät SE-kytkennässä kohtuullisen suuriksi ja tasoriippuviksi linjatasolle mentäessä, pentodin suuruusluokkaan, jota se muutenkin muistuttaa.

Särö voidaan kyllä saada pienemmäksi tekemällä balansoitu rakenne, mutta kytkentä monimutkaistuu melkoisesti ja tarvitaan pino sovitettuja fettejä. Pitää myös huomauttaa että särön pienenemisen lisäksi sen luonne, toisin sanoen spektri, myös samalla muuttuu. Edelleen, arvostettu eläköitynyt E. Borbely on tällä sektorilla jo kirjoittanut pelin sileäksi Glass Audio, AudioXpress, Audio Amateur ja Audio Electronics -lehtien numeroissa 1990-luvulta lähtien.Virtojen trimmaus potentiometreillä ei ole kovin tyylikäs keino näissä ja kaikki Borbelynkin tekeleet perustuivat fettien sovitukseen.

Paras tuore simuloitu nykyanalyysi J-fetin säröstä on mielestäni viitteessä 1. Toinen hyvä ja yksinkertainen esitys on viitteessä 2. Päätin aluksi pitäytyä nöyrästi SE- tyyppisessä quick and dirty -kokeilussa: onko hommalla mitään edellytyksiä? Tästä tulikin sitten slow and clean. Kenties tuo balansoitukin viritys pitää joskus vielä kokeilla... Langallisten fettien ja komplementtien saanti vain on mennyt kovin huonoksi. Mainittakoon tässä vielä uudestaan, että vastineet Toshiban legendaarisille 2SK170, 2SJ79 ja 2SK389 feteille ovat uustuotannossa koodeilla LSK170, LSJ79 ja LSK 389, valmistaja on jenkkiläinen Linear Systems.

J-fetti ei siis ole sinällään kovin lineaarinen otus, sen siirtokäyrä (Ug/Id) on käytännön mallinnukseen parabolinen, pentodin sukulainen ja pärjää kyllä suunnilleen sille. RIAA-korjaimessani fetti toimii minimaalisella inputilla lähes ideaalitilanteessa vakiojännitteellä ja maksimiväännöllä ilman ulkoista source-resistanssia ja näin myös minimisäröspektrillä.

Eteenpäin umpimetsässä

Jatkoin sitten harjoitusta mittaamalla parikymmentä suurivirtaista yksilöä, tyyppejä 2N3919 ,BF245B, BF245C ja 2N5458, yrittäen hahmottaa ominaiskäyrän yläosasta siivua, joka tarjoaisi jonkinlaista lineaarisuutta ja silti vähän signaalipelivaraa gatella. Mittaustapani oli hyvin yksinkertainen mutta osoittautui päteväksi: gatelle tuotiin säädettävä negatiivinen tasajännite 9V neppariparistosta 10K potentiometrin kautta, jossa liu’ulla tarkka jännitemittari. Drain–source -vakiojännitteen (15V) otin erillisestä tarkkuusvirtalähteestä, drainilla sitten sarjassa digitaalinen virtamittari. Hilapariston napaisuutta kääntämällä pääsin jatkamaan myös ohjauksen positiiviselle puolelle, ks. mittausgraafi.

Tällä haluan osoittaa kuinka yksinkertaisesti ja havainnollisesti viitseliäs ja oikeasti opetteluhaluinen voi joskus edetä. Kiinnostuneille tämä selittää yksinkertaisesti ja havainnollisesti J-fetin luonteen (mm. parabolisuus) ja sen, miten niitä voi mitata ja valikoida.

J-Fetin toimintaa kuvaava käyrä.

Osoittautui että käyttökelpoinen linjatasoisen signaalin lineaarinen alue hifimielessä on melko kapea ja jotenkin käyttökelpoinen alueella, jossa toimintapisteen ID on 70-80% IDSS:stä, esim. 7 - 10 mA kun fetin IDSS on luokkaa 10 - 12 mA. Tällöin Ug/Id- käyrän yläosassa mittarieni tarkkuuden ja lukematarkkuuden puitteissa lineaarinen virtapoikkeama säilyy kutakuinkin samansuuruisena vain n. 0,3 V:n DC- jännitemuutokseen asti gatella vastaten alle puolen milliampeerin virtapoikkeamaa molempiin suuntiin.

Puoleen volttiin mentäessä on virroissa jo selvää eroa, mikä on siis toisen harmoonisen särökomponentin aiheuttaja: särö voidaan prosentuaalisesti laskea suoraan näistä perustuloksista. Lopputulosta tutkin prototyypissä sitten mittauksin. Periaatteessa on niin että tässäkin kannattaisi särön kannalta toimia lähes maksimi lepovirralla, ihan IDSS:n läheisyydessä, mutta käytännössä linjatasolla tarvitaan jotain hilajännitepelivaraa kuitenkin, siksi on lisättävä source-vastus.

Särö (siis lähinnä toinen harmoninen) on suorassa suhteessa signaalin aiheuttaman virtapoikkeaman ja DC-toimintapistevirran suhteeseen kerrottuna maksimiarvolla 12,5 %, kun sourcella ei ole resistanssia ja toimitaan vakiojännitteellä (Viite 3). Lisättäessä source-vastus tilanne hieman muuttuu: toinen harmoninen pienenee mutta spektri leviää gate-source modulaatiomekanismin johdosta (Viite 3).

Johtopäätöksiä fettien elämästä

Nyrkkisääntönä voisin näin omasta kokemuksesta tämän jälkeen sanoa, että tällaisessa SE-lineaarikäytössä vakiojännitesyötöllä (kuten tässä kaskodissa likimain on) suuren IDSS-arvon fetti pitää biasoida suureen ID-arvoon joka on n. 70% tai enemmän IDSS-arvosta. Käyttökelpoinen signaalitaso gatella jää maksimissaan tällöin n. 500 mV:n rms-arvoon eikä tässä pakollinen pienehkö source-vastus lisää pelivaraa merkittävästi.

"Gate-signaalin positiivisesta osiosta
J-fetin sielunelämässä ei monessakaan
oppikirjassa mainita mitään."

Huippusignaali saa yliohjauksella mennä hilaohjauksen positiivisellekin puolelle parisataa millivolttia, käyrä muuttuu siellä vähitellen eksponentiaaliseksi (ks. uudestaan graafi 1). Lineaarisuus on siellä vähän matkaa hyvä mutta sitten toinen särömekanismi, gate–source-diodiliitos myötäsuuntaan alkaa näkyä kun lähestytään 0,6 V kynnysjännitettä. Kuitenkin, 1 uA:n gate-virta (mittarini pienin digitti) näyttäytyi mitatessa vasta noin puolen voltin positiivisella (DC) gate-ohjauksella. Jälleen yksinkertaista, havainnollista ja teoriaa selittävää. Mainittakoon, että tästä gate-signaalin positiivisesta osiosta J-fetin sielunelämässä ei monessakaan oppikirjassa mainita mitään.

Tuumasta toimeen

Näillä vaatimattomilla eväillä lähdin sitten eteenpäin kokeilemaan yksinkertaista linjatasoista etuvahvistinta omaan käyttööni vailla kovin isoja odotuksia. Yllä olevan perusteella oli selvää että voimakkuudensäätöpotentiometri tai askelvaimennin on laitettava fetin eteen, jolloin saadaan periaatteessa ääretön yliohjausvara inputtiin. Kohinoista ei tässä tarvitse olla ollenkaan huolissaan ja kaskodikytkentä minimoi tulokapasitanssin merkityksen antaen hyvän taajuuskaistan. Tietysti on taas vähän kerettiläistä vaimentaa hyvää signaalia inputissa mutta näinhän pitää etuvahvistimissa tehdä melkein poikkeuksetta ja tässä se ei kerrankin haittaa kun virtakohinaa ei ole ja kapasitanssi on pikofaradiluokassa.

Kaskodiputkeksi protoon valitsin tarkoituksella perinnetietoa uhmaten vanhan työjuhdan ECC82 (12AU7, E82CC, M8136, CV4003), joka ei aina ole hifi- foorumeilla parhaita kehuja saanut. Virransyöttölaite kokeiluun oli valmiina: aikaisemmin julkaistun Revenge MM -RIAA:n erillinen syöttöboksi joka antaa 150V / 30 mA; tämä oli itse asiassa myös helpon jatkokokeilun yksi alkusysäys.

Tammilankun palalle rakennettu ensimmäinen prototyyppi.

Periaatteessa kytkentä on samanlainen kuin RIAA:n ensimmäinen aste. Nyt valitaan fettipari jonka IDSS on 10 - 13 mA. Suurivirtaisemmatkin yksilöt voisi valita, mutta itselläni ei sillä hetkellä sellaisia ollut. BF245C tai 2N 5459 ovat potentiaalisia kandidaatteja suuremmille virroille. Tällöin täytyy kylläkin vaihtaa putkea (esim. E88CC) tai nostaa syöttöjännite pariinsataan volttiin putken toimintapisteen takia, sen hilalla tarvitaan mielellään yli voltti negatiivista katodiin nähden. Periaate ei muutu miksikään, mutta särön ehkä saisi vähän pienemmäksi, tämä on kuitenkin marginaalista.

Valitaan siis 2N3819, BF245B tai 2N5458 jonka IDSS on 10-13 mA. Toimintapiste asetetaan sille vastaavasti ohittamattomalla 100 - 80 ohmin sarjavastuksella jolloin virta putoaa n. 30 % IDSS- arvostaan. Sourcella on tällöin n. 0,6 - 0,8 V jännite. 2N3819- tyyppisen fetin vääntö (Gm) putoaa tällöin maksimiarvosta (IDSS- arvo, n. 5mA/V tässä) arvoon n. 3 mA / V (noudattaa kerrointa joka on neliöjuuri toimintapistevirran ja IDSS:n suhteesta), Viite 3.

Asteen vahvistus määrätään anodivastuksella ja se on suunnilleen fetin toimintapisteen Gm x Ra. Fetti-triodi-kombinaatio käyttäytyy tässä kuten pentodi. Myöskin maattohilavahvistimeksi voi putkiosion tulkita, siis katodilta virtaohjattuna. Lähtöimpedanssi eli koko laitteen ulostuloimpedanssi on liki sama kuin anodivastus, minkä takia tämä vastus kannattaa pitää pienenä. Jos voltin luokkaa oleva lähtöjännite riittää, on 4,7 kohmia hyvä anodivastuksen arvo. Toisessa mallikappaleessani on 6,8 kohmia ja käyttökelpoista lähtöjännitettä siinä tulee kolmisen volttia puolen prosentin säröllä.

"Lisäksi bonusta: särö ei ole
ollenkaan taajuusriippuvainen
audiokaistalla ja kokonaiskaistaa
on suoraan anodilta yli 150 kHz."

Pienempi vastus tuottaa samaan (kapasitiiviseen) kuormaan suuremman kaistan, suurempi vastus pienemmän särön samoilla lähtötasoilla. Kymmenen voltin lähtöamplitudilla särö on 1,5 prosentin luokkaa. Se seuraa kauniin teoreettisesti lähtöamplitudia ja on normaalilla kuuntelutasollani alle 0,1 %. Source-vastuksen pakollinen käyttö tässä (ns. degeneraatio) tuo mukaan paikallista vastakytkentää parantaen toista harmoonista, mutta tuo ohittamattomana mukaan gaten ja sourcen välisen modulaatiomekanismin joka lisää ja voimistaa säröspektrin korkeampien harmoonisten osuutta. Ne ovat kuitenkin kaikki tyypilisesti yli 20 dB toisen harmoonisen alla (Viite 3). Tätä en verifioinut käytännössä. Sen verran totesin, että source-vastuksen shunttaus elektrolyytillä huononsi särötuloksen liki kaksinkertaiseksi. Vastaava vahvistusmuutos oli 3,5 dB, vahvistus ja särö eivät kyllä tässä suoraan korreloineet (särön pieneneminen oli suurempi kuin vahvistusmuutos)

Lisäksi bonusta: särö ei ole ollenkaan taajuusriippuvainen audiokaistalla ja kokonaiskaistaa (-3dB) on 47 kohm / 100 pF kuormaan (vastaa suunnilleen puolen metrin suojatun kaapelin kapasitanssia) suoraan anodilta yli 150 kHz kun anodivastus ja siis lähtöimpedanssi on 4,7 kohm!

Anodilla on suuri tasajännite ja signaali erotetaan normaaliin tapaan kondensaattorilla, joka on soundin kannalta jälleen kriittinen komponentti tässä ja jättää kokeilijoille vapaat kädet käyttää omia suosikkejaan. Itse käytin Wiman ja Bennicin polypropyleeneja.

Ideointivaiheessa pidin todennäköisenä, että lähtöön joutuu laittamaan viivereleen. Kuitenkaan isompia ongelmia ei ilmennyt käynnistys- tai katkaisuvaiheessa häiritsevän paukahduksen suhteen putkipäätteideni kanssa, käynnistys- ja sammutusjärjestys sai olla mikä tahansa. Kehotan kuitenkin testaamaan tämän omassa kombinaatiossa ensin varovasti, etenkin jos käyttää DC-läpäisevää puolijohdepäätettä. Ensin etuvahvistin päälle minuutiksi ja sitten vasta pääte, sammutettaessa pääte pois ensin. Päätin siis toistaiseksi luopua viivepiirin toteutuksesta (rele ja pari transistoria tai taimeripiiri, yksi toteutusidea löytyy artikkelinani kirjasta ”Tee Itse Elektroniikkaa”).

Hybridikaskodivahvistinaste
Epäilevän piti testata nämäkin

Testasin alkuvaiheessa vertailun vuoksi monokytkennässä kuuntelutestissä myös pentodilla toteutetun sukulaisversion. Putkena käytin Ericssonin SQ-tietoliikenneputkea 403B (5591, vastaava kaupallinen on 6AK5/EF95). Vahvistus oli samansuuruinen molemmissa versioissa ja virransyöttö rinnakkain samasta 150 V:n shunttilähteestä. Putkella oli ohittamaton katodivastus kuten fetilläkin. Särölukemat olivat lähes identtiset 2 V:n lähtöjännitteeseen saakka. Myöskin kaistaa oli molemmissa reippaasti, liki parisataa kilohertsiä. Rinnakkainen vertailu tapahtui syöttäen molempia tekeleitä Bilteman vaihtokytkentäboksin takaa. Vahvistus oli säädetty yhtä suureksi sinisignaalilla mittaamalla.

Pitkien sessioiden jälkeen oma kantani oli selvä: hybridikaskodissa on enemmän mikroerottelua. Pääsen sanomaan subjektiivisesti kun testasin ’lennossa’. Tässä ei ole siis mitään puoltoa, olisin saattanut putkiversionkin stereovalmiiksi ja päätynyt kenties siihen, kun se lisäksi oli yksinkertaisempi, mutta perustetta ei löytynyt. Pentodien sielunelämästä kiinnostuneille suosittelen tilaamaan netistä hyvän dokumentin (Viite 4).

Sitten oli vielä pakko testata puhdas putkikaskodiversio E88CC:llä kun oli tähän sopiva alusta valmiina. Ilman katodiseuraajaa, 75 V kummankin putken yli, virta 4 mA ja säröarvot jäivät yllättäen huonommiksi kuin fettiversiolla joten muutin tämänkin version 16 mA:n fetille (BF245C). Suuremmalla syöttöjännitteellä ja -virralla täysputkiversion tilanne kenties paranisi mutta en käynyt optimoimaan tätä pidemmälle, fettiversion soundi jämähti päälle.

Versiossa, jossa 6,8 kohmin anodivastuksen yli tulee n. 50 - 60 V tasajännitettä, kokeilin lopuksi suoraankytkettyä ECC82- katodiseuraajaa, emitterillä LND150 virtageneraattori (n. 2 mA). Soundillisesti tästä ei ole hyötyä eikä haittaa. Särölukemissa näkyi kyllä pieni, mutta merkityksetön parantuminen. Haettu hyöty on, että lähtöimpedanssi pienenee ja tällöin -3 dB:n kaista 47 k / 50 pF:n kuormaan (volume täysin auki) lähentelee voltin lähtöamplitudilla megahertsiä! Laite ei silti tunnu olevan mitenkään herkkä esim. radiotaajuuksille. Bonuksena on, että lähtökondensaattori nyt varautuu maapuolelta potentiaaliinsa. Muista silti aluksi edellä suositeltu käynnistysjärjestys varmuuden vuoksi!

Katodiseuraaja
Jatkokokeilua

Protoilun jälkeen omaan käyttöön rakentamani mallilaite toimii 2N3819-feteillä 8 mA:n anodivirroilla LME:n 2C51 (396A) -SQ- putkella ECC82- katodiseuraajan kanssa ja antoi jostain syystä marginaalisesti paremmat särölukemat kuin proto ECC82:lla.

Tämänkin virtalähde on yksinkertainen. Sama kuin RIAA-korjaimessa, mutta 150C (OB2) -kaasuputken tilalla on 160V-zenerishuntti. CRC-suodatettu anodijännite viedään 30mA:n vakiovirtageneraattorista 4 x 39V / 5W -zeneriketjuun, jonka rinnalla on 150 uF ja 0,1 uF. Tässä paikassa muuten tuon pienemmän ja pakollisen kondensaattorin shunttivaikutus kohinaan näkyy oskilloskoopissa selvästi ja elekrolyyttikin on syytä olla uusi ja paras mahdollinen. Hurina-/kohinajännite vahvistimen lähdössä on sitten luokkaa 10 uV. Tässä versiossa on yksinkertainen 6,3 V:n vaihtovirtahehkutus joka on vedetty laidoista maihin 2 x 47 ohmin vastuksilla.

Virtalähteen kytkentäkaavio.

Hehkun voi maadoittaa suoraan myös toisesta laidasta, joka pitää olla se, mikä menee ECC82:n yhteisnastalle 9, näin tein viimeksi rakentamassani laitteessa, jossa muuntajana on Uraltonen audio-toroidi. Virtalähteen vakiovirtageneraattorinkin oheiskomponentteineen voi korvata 1,5 kohm / 6W vastuksella, näin tein tässä versiossa ja lopputulos on yhtä hyvä. Kaavion vastusarvot edellyttävät että käytetään mainittua toroidiverkkomuuntajaa.

Yksinkertainen on kaunista, sanotaan. Joskus yksinkertainen voi myös toimia hyvin ja yllättää, kuten tämä laite. Olen tehnyt pitkän testijakson niin että voin kytkimellä vaihtaa päätteelle (F2a-katodiseuraaja SE, sittemmin vastaava PL504-versio) etuvahvistinta lennossa samoilla signaalitasoilla; lähteet syöttävät rinnan molempia.

Kovan luokan referenssinä on toiminut tunnustetusti laadukas kaupallinen jenkkietupää ja se oli oikeasti hätää kärsimässä niin, että kuuntelussa pitkällä jänteellä palattiin aina lopulta omatekoiseen. Vertailun on tehnyt luonani myös muutama harrastajakollega ja samoin havainnoin. Nämä kuuntelutestit on aikoinaan tehty kaikki ilman katodiseuraajalähtöä, laitetta ja eri versioita on testattu yli vuosi. Katodiseuraajan lisäsin myöhemmässä vaiheessa eikä ääni ainakaan huonontunut. Liki nelinkertaistunut kaista taisi piirun verran muuttaa soundimaisemaa, vaikea itse kovin objektiivisesti sanoa ja marginaalista kuitenkin. No, ainakin 100kHz:n kanttiaalto muuttui virheettömäksi! Ja bonuksena tuli tuo yllämainittu pehmeämpi käynnistyminen.

10-wattisen F2a SE -pentodipäätteeni (ks. Hifimaailma 9/2010) ottoherkkyys tämän etuvahvistimen perässä on n. 0,6 V, hurina ja kohina eivät häiritse hanat auki. Toisessa 15W-päätteessä (Yarland 845), jonka herkkyys on n. 150 mV, tulee sitten täysillä aivan lievä perushurina läpi. Ero päätteiden herkkyyksissä vastaa kymmenkuntaa desibeliä S/N:ssä. Rakentajan kannattaa hurinan takia valita pitkähkö kotelo jossa saa verkkotoroidin ainakin 10 cm:n päähän liittimistä, putkista ja feteistä.

Virtalähdettä voivat osaajat myös parantaa reguloiduksi shuntti- tai sarjatyyppiseksi aktiivisäätöiseksi; tällainen kaskodi kun ottaa mahdollisen rippelin/kohinan virransyötöstä anodilta lähes suoraan signaaliin. Soundin kannalta tästä ei kyllä mielestäni ole hyötyä. Sopivia regukytkentöjä on netissä, esim. Borbelyn etuvahvistinjutuista löytyy hyvä ja yksinkertainen fetti-sarjaregulaattori. Tässä esitetty ratkaisu kuitenkin riitti itselleni mainiosti.

Itse asiassa olen nyt monien vuosien kokeilujen jälkeen sitä mieltä että yksinkertainen zenerishuntti hyvin esisuodatettuna ja sitten hyvällä elkolla ja polypropyleenillä (ehdottomasti!) ohitettuna on paras mahdollinen anodilähde soundin kannalta näissä RIAA- ja etuvahvistimissani. Vinkiksi tässä vielä, että hurinan vaivatessa kannattaa aina ensimmäiseksi kokeilla verkkojohdon napaisuuden kääntäminen; joskus tässä kuuluu ero, toisinaan sitten taas ei.

Jälleen kelivaroitus jännitteistä: toinen käsi taskuun kun mitataan!

Mitä uskaltaisin sanoa vielä kokeilijan eväiksi?

Yritän olla, kuten ennenkin, jäävi arvioimaan lopputulostani, mutta uskallan taas sen verran sanoa että on se yksinkertaisuudessaan ja soundiltaan kyllä kokeilemisen arvoinen. Annoinkin projektille musiikki-intohimoni siivittämänä työnimen ’Opera Fidelity’ heti kun sain proton soimaan. Laite syöttää kotihyllyssäni F2a-katodiseuraajapäätettä mainiolla synergialla ja 0,3 %:n kokonaisssäröllä normaalilla alle watin kuunteluvolyymilla 15- tuumaisiin Tannoy Monitor Gold elementteihin 170 litran umpikoteloissa. Tämä vahvistinkombinaatio on esitelty Hifimaailma-lehden helmikuun 2015 numerossa. Uudempi PL504-versio päätteenä kuulostaa yhtä hyvältä ja Uralin kaupallisessa rakennussarjassa on kaikki optimoitu.

Uraltonen RIAA rakennussarjan (V.2) toroidimuuntaja ja sen reguloitu virtalähdekortti sopinevat tähän myös todennäköisesti hyvin (en ole testannut), samoin Uralin kolmen noval-putken turretti langoitusalustaksi - yhden osion voi sahata pois. Tosin laitteen voi kasata helpoiten putkenkantoihin, juotosriman pätkät avuksi kantojen kiinnityspultteihin. 10 - 13 mA:n fettejä saadaan toivon mukaan myös Uralin hyllyyn mitattuina pareina.

Lopuksi pari vinkkiä oman tien kulkijoille. E88CC soundaa tässä myös erinomaisesti kaskoditotemin yläputkena. Olen kokeillut myös 6SN7:n ja 6FQ8/6SJ7:n ja nekin toimivat mainiosti. 2C51 (396A) ja sen venäläinen vastine 6H3Pi ovat myös hyviä tähän. Katodiseuraajana ECC82 on hyvä suuren Ufk:n ansiosta, hehkua ei tarvitse nostaa positiiviseen potentiaaliin. Fetin virran lisääminen ei oleellisesti parantanut särölukemia, testasin tämän 16 mA:n fetillä (BF245C). Fettipari, joiden IDSS on haarukassa 11 - 13 mA ja likimain sama (0,5 mA:n ero on OK) on tässä hyvä. Fetiksi käy 2N3819, BF245B ja 2N5458.

Tämän harrastajakollegan tekemän laitteen virtalähdeprintti on Mikko Kutvosen käsialaa.

Ja ei kun mielimusiikkia! Perään vaikka kuinka hyvä pääte, soundi ei petä tästä(kään) lenkistä. Itse laitoin pyörimään, juhlavuoden kunniaksi, Sibeliuksen sävelrunon Bardi.

Mauri Pännäri
p. 0400-816604

Mittausarvot:
Kaista -3 dB , 1 V out, 47 kohm / 50 pf kuorma : 2 Hz - +150 kHz, yli 700 kHz katodiseuraajan kanssa
Vahvistus: n. 10 - 20x , fetistä ja anodivastuksista riippuen
Harmoninen särö (100 Hz - 20 kHz, neljästä rakennetusta yksilöstä mitatut huonoimmat arvot: 0,3 V out: alle 0,1 %, 1 V out: alle 0,25 %, 3 V out: alle 0,8 % (parhaan laitteen arvot olivat n. puolet noista). Särö on audiokaistalla taajuusriippumaton!
Hurina/kohina lähdössä: alle 15 uV (mittauskaista 5 Hz - 1 MHz, vastaa lineaarisesti S/N yli 90 dB ref. 0,5 V lähtöjännitteeseen, yli 95 dB A-painotuksella)
Kanttiaalto virheetön 100 kHz:llä (katodiseuraajaversio)

Mittauslaitteet:
Low distortion generator Grundig TG 100
Analoginen oskilloskooppi 40 MHz, Hameg HM400
Särömittari Hewlett-Packard 334A
Audioanalysaattori Hewlett-Packard 8903B
Omatekoinen sinigeneraattori 10 Hz - 110 kHz (särö 0,06 %)
Omatekoinen millivolttimittari, kaista 5 Hz - 1 MHz
Omat ja vieraat korvat

Viitteet:
Viite 1: pmacura.cz/diyaudio/jfetdist.htm
Viite 2: www.kennethkuhn.com/students/ee351/jfet_distortion.pdf
Viite 3: Peter J. Baxandall : Audio power amplifier design – 5, Wireless World, December 1976.
Viite 4: Hodge, A.H. ; Pullen, K.A. : ”The use of conductance curves for pentode circuit design”, 1949.
Viite 5: ken-gilbert.com/images/pdf/harmonic.pdf

Putki- ja osakauppiaasi:

Kuvat: 
Samu Saurama ja Mauri Pännäri
Tagit: 

Kommentit

Kiitos hyvästä rakennusohjeesta! CCCP/USSR putkia toivoisin rakennusohjeissa käytettävän, koska ne ovat huokeita hankkia. Huokean hintansa vuoksi voi hankkia myös varaosaputkia.

Ei kestä, kaikki kunnia kirjoittajalle. Putkivalintaan vaikuttaa kaikkein eniten se, mikä toimii hyvin työn alla olevassa konstruktiossa. Pieni säästö putken hinnassa ei ole järkevää, jos kokonaisuus maksaa kuitenkin satoja euroja ja kymmeniä tunteja rakentajan työtä ja halpisputki voisi aiheuttaa ongelmia. Puhumattakaan suunnittelijan työstä.

CCCP/USSR putket ovat vain hinnaltaan huokeita. Ne on tehty aikoinaan NL:n armeijalle. Toleranssit ovat länsieuroopplaisten tasolla tai ylikin. Putket, jotka eivät NL:n armeijan tiukkoja toleransseja täyttäneet; myytiin "neuvostokansalle" putkiradioihin ja paketoitiin värikkäisiin "pahvilootiin". GU50 on ehkä paras esimerkki. Se on EL34:n tai F2a:n veroinen laatupentodi. Ne ovat huokeita ~ 10 euroa kappale.