Syksyllä julkaistiin täällä feteillä toteuttamani RIAA-levysoitinetuvahvistin. Tarkoitus oli jo silloin tehdä myöhempi jatko-osa, jossa kuvataan RIAA:n perään sopiva diskreeteillä transistoreilla tehty laadukas linjavahvistinosio. Pitkällä jänteellä koeteltu kytkentäklassikko esitellään tässä.
Tämä kahden transistorin kompoundi tuli vastaani jo 1970- luvun alussa Wireless World -lehden artikkelissa /1/. Testasin sen silloin hetimiten ja sovelsin myöhemmin etupääksi transistoreilla toteuttamaani Köykän OP-systeemiin, jossa keskikanavan päätteenä oli legendaarinen Linsley Hoodin 10-wattinen A-luokan kytkentä. Suosittu ja kovaa valuuttaa vielä tänäkin päivänä. Matkan varrella olen toteuttanut tällä etuvahvistinkytkennällä pari stereoversiota ja aina on äänen pettämätön laatu yllättänyt uudestaan systeemiketjussa. Korostan uudestaan, että itselläni ei ole tässä minkäänlaista keksinnöllistä omaa, hyvä kytkentä on hyödynnetty suoraan ja toivon että juttu innostaisi vielä diskreeteistä puolijohteista kiinnostuneita harrastajia. Langallisia transistoreja saa vielä hyvin ja niitä ei tarvitse tässä valikoida kuten mainitussa fetti-RIAA:ssa.
Langallisia transistoreja saa vielä hyvin ja niitä ei tarvitse tässä valikoida kuten mainitussa fetti-RIAA:ssa.
Taustaa
Vanhat kokeiluni heräsivät eloon sen jälkeen kun olin suunnitellut mikropiiripohjaisen Revenge Pre -rakennussarjan kytkennän. Siinä on invertoiva linja-aste, johon voi laittaa parhaaksi todentamansa operaatiovahvistinkaksikon. Omassani soi nyt vanhempi Burson V5, joka on omalle korvalleni mieluisampi kuin uudemmat V6-versiot Classic ja Vivid. TLE2072 ja klassikko OPA2134 ovat myös suosikkejani tässä; piirikantoihin on helppo vaihtaa versioita kun haluaa joskus kokeilla muuta.
Särötulokset (gain 3x, 1 kHz, 3 V out) ovat kaikilla em. piireillä alle 0,00 %; tältä pohjalta on itseni kovin vaikea ymmärtää kuultavia eroja putkipäätteeni takaa, jossa on 0,5 % säröä yhdellä watilla.
Toteutuksesta
Tämä vanha hyvä transistorikytkentä palautui siis mieleeni ja päätin toteuttaa sen vielä kertaalleen. Vero-juovalevy oli tässäkin taas helppo ja nopea tie yhden laitteen toteutukseen.
Kytkentä on kahdella transistorilla toteutettu invertoiva shunt feedback -tyyppinen viritys, peräisin brittien P.J.Walker/P.Baxandall-transistorikauden alkupuolen kulta-ajoilta (?). Mitään omaani en tähän siis voi siis oikeasti liittää.
Mielenkiintoista on tässä nyt se, että kytkentä vastaa topologisesti täysin tuota edellä mainittua invertoivaa linja-astetta operaatiovahvistimella, vahvistuksenkin valitsin samaksi. Se määräytyy tässäkin 33 kohm tulovastuksen ja pitkittäisen 100 kohm vastakytkentävastuksen suhteesta. Näiden yhdyspiste, kaaviossa piste A, on ns. virtuaalimaa, jossa teoreettinen signaalijännitetaso on nolla kun virrat eri suunnista tasaavat toisensa. No, kyllähän tässä skoopilla mitattuna jännitettä vähän näkyy, maailma kun ei ole ideaalinen elektroniikassakaan.
maailma kun ei ole ideaalinen elektroniikassakaan
Tätä kytkentää on käytetty transistoriajan miksereissä sekoitusvahvistimena; tällöin pisteeseen A siis summataan useita signaaleja vastuksilla yhtäaikaa.
Tuloasteessa on suurella virtavahvistuksella (> 200 ) speksattu tai mitattu tavallinen, mielellään myös pienikohinainen transistori, itse käytin tyyppiä 2N2222, teollisuuden vanha luottokomponentti. Samaa transistorityyppiä käytin myös perässä olevassa emitteriseuraajassa, tässä kohtaa ei virtavahvistuksella ole suurempaa merkitystä.
Tämän virityksen ”juju” on pieni-impedanssisesta lähdöstä keulatransistorin kollektorikuorman välipisteeseen kondensaattorilla tehty ns. bootstrap-kytkentä joka ”keventää” transistorin kuormaa ja näin antaa etuasteelle maksimaalisen jännitevahvistuksen emitterin ollessa kytkettynä vaihtovirtamielessä kondensaattorilla signaalimaahan. Tämä sitten takaisinkytkettynä tuottaa erinomaisen särökäyttäytymisen minimalismikytkennässä, jossa kaikki jännitevahvistus tulee yhdestä transistorista.
Lähtöasteessa kokeilin vielä emitterivastuksen tilalle transistorilla tehtyä vakiovirtageneraattoria mutta se ei tuonut juurikaan mainittavaa lisäarvoa.
Tätä klasikkokytkentää on analysoinut suuresti arvostamani D. Self kirjassaan /2/, ja hänen kirjaansa myöhempiä mittaustuloksia samasta aiheesta löytyy myös netistä. Näitä kahden transistorin virityksiä on olemassa kyllä useita erilaisia, yksi hyvä esimerkki löytyy Saloran strereoiden äänenvärin säätosiosta. Toinen esimerkki on J.L. Linsley Hoodin ”LIniac”, joka on eräänlainen evoluutioversio tässä esitetystä, nettihaulla löytyy tarkempaa tietoa.
Mallikappaleen rakenne
Mallikappale on rakennettu paremman puutteessa omatekoiseen koteloon, takana on kahdella vipukytkimellä tehty kolmen tulon RCA-otto. Edessä on vain voimakkuudensäätö ja jälkeenpäin lisäämäni RIAA-lähtö. Laitteessa on siis myös sama RIAA-moduli, joka esiteltiin hiljakkoin täällä AudioVideossa. Linjaosio on toteutettu omalle Vero-juovakortille. Takaseinän kahdella miniatyyrivipukytkimellä valitaan joko RIAA tai 2 linjatuloa. Virransyötössä on 2,1 mm plugirunko ja 3-napainen DIN-liitin rinnakkain.
24 V virransyöttö on tässä, kuten oli RIAA:ssakin, toteutettu kahdella 12 V akulla sarjassa. Pelkkä linja-osio vie alle 10 mA, RIAA:n kanssa kulutus on alle 50 mA. Testasin myös Uraltonen 24 V -DC-töpseliverkkolaitetta (Elektro Harmonix, muuntajapohjainen lineaarilaite pedaaleille); linja-aste toimii sillä hyvin mutta RIAA hurisee ja vaatisi regulaattorin.
Sisältäpäin
Sisäkuvassa näkyy lähellä liitinkentää oleva RIAA-kortti.
Etupuolella on sitten tämän artikkelin kuvaama linjavahvistinkortti. Mainittakoon, että se sisältää myös emitteriseuraaja-asteet, joita tässä ei käytetä. Tarkoitus kun oli laittaa tähän myös värinsäädöt, jolloin Baxandall-kytkennän syöttöön olisi tarvittu pieni-impedanssinen syöttöaste. Etulevyn RCA-liittimistä saa pelkän RIAA-signaalin ulos, laite toimii tällöin RIAA-boksina.
Muuten ei rakentamisesta ole erityistä sanottavaa ja linja-aste on ongelmaton saada toimimaan. Olen tarkoituksella sijoittanut 22 kohmin voimakkuudensäätöpotentiometrin keulaan, kun S/N lähdössä on yli 100 dB vahvistuksella 3x. Tähän sijoitettuna logaritminen voimakkuudensäädön käyttäytyminen pienehköstä kytkennän ottoimpedanssista (33 kohm) johtuen hieman ontuu, mutta tämä ei haittaa käytännössä. Jos vahvistus nostetaan yli viiden (tulon sisäänottovastus kooltaan < 15 kohm ), alkaa lähdön S/N selvästi huonontua, keulatransistorin kohina voi alkaa kuulua herkemmissä päätteissä.
On mahdollista sijoittaa voimakkuudensäätö myös lähtöpuolelle, logaritminen 2 x 10 kohm on tällöin sopiva. Jotkut rakentamani versiot ovat osoittaneet värähtelytaipumusta mittauksissa kun taajuus nostetaan 100 kHz yli, Tähän ”normaaliin” ilmiöön on lääkkeenä 33 pF keraaminen kondensaattori pitkittäisen 100 kohm vastakytkentävastuksen rinnalle, se taittaa vasteen yli 50 kHz jälkeen. Tämä mittaus ei edusta tilannetta käytännön signaaleilla, mutta kyllä tuon kapasitanssin voi halutessaan varmuuden vuoksikin lisätä. Mitattava kaista tällöin luonnollisesti rajautuu alemmas.
Optiot:
Kytkentään on helppo lisätä värinsäädöt, kytkentä tähänkin löytyy viitteestä /1/. Omaan laitteeseeni, joka on päivittäisessä käytössä, lisään jatkossa kuvan mukaisen voimakkuuden kaukosäädön. Paketti joka sisältää moottoroidun 50 kohm -ALPS-potentiometrin ja kaukosäädön, maksaa netissä alle viisikymppiä ja toimii kuin juna, olen käyttänyt samanlaista jo kolmessa muussa rakentamassani laitteessa. Se vie lepotilassa n. 40 mA virtaa, verkkovirtalähteen käyttö voi tällöin tulla tarpeelliseksi. Akkusyötön ominaisuuksia on kyllä vaikeahko sitten saada aikaan, ainakin RIAA tässä vaatii hyvän reguloinnin.
Jälkiepisodi
Pari viikkoa sitten aloin tarkastaa ja kunnostaa Quad 33 -etuvahvistinta. Yllätyksekseni linja-asteen kytkentäkaavio osoittautui olevan tismalleen yllä esitetyn kaltainen; keulassa oli emitteriseuraaja, sitten Baxandall-värinsäätöosio ja perässä tässä esittämäni kytkentä. Syöttöjännite oli poikkeuksellisen alhainen, zenerstabiloitu 12 V. Tämä kytkentä hyötyy kyllä särömielessä suuremmasta, 20 – 30 V syöttöjännitteestä, Quadista lähtee vain vajaa pari volttia (RMS) ulos ennen leikkausrajaa.
Jotkut pitävät tätä, legendaarisen Quad 303 päätevahvistimen yhteyteen suunniteltua etupäätä soundiltaan parhaana mitä Quad on puolijohdemaailmassa tehnyt. Totesin, että eräs ympyrä tässä sulkeutui juttuni myötä hienolla tavalla.
Tämän tarinan myötä Mauri Pännäri ja AudioVideo.fi toivottavat kaikille lukijoille Hyvää Joulua ja Hyvää Uutta Vuotta.
—
Mittaustuloksia (mittaukset on tehty kuormittamattomaan lähtöön, kokeiltu 10 kohmin kuorma ei näy antotasossa eikä 1 kHz särömittauksessa):
Maksimiulostulo leikkausrajalla: 7,5 V RMS
Vahvistus (voimakkuus täysin auki) : n. 3x
Kaistaleveys: (3 V out, -3 dB): 10Hz – 140 kHz
THD (analysaattorissa 40 Hz ylipäästö ja 40 kHz alipäästö käytössä): 80 Hz: 0,005 %, 1 kHz: 0,02 %, 10 kHz: 0,16 %
S/N (lin. mittaus, 3 V out, 40 Hz HP, 40 kHz LP kuten edellä): > 100 dB
Mittauslaitteet olivat samat kuin fetti-RIAA:n mittauksissa eikä niitä toisteta tässä.
Viitteet:
/1/: H.P. Walker: Stereo Mixer, Wireless World, June 1971
/2/: D.Self: Small Signal Audio Design, 23. January 2010 (kirja, löytyy esim. Amazonilta)
Kuvat: Mauri Pännäri ja Samu Saurama
Kommentointi suljettu.