Vervormingsarme versterker voor de kleine beurs

deel 1

Hetvoornaamsteuitgangspuntbijliethiertebehandelenontwerpwasdelagekost

prijs. Tevenswashetdebedoelingomeenzodanigevormaanhetgeheeltegeven, datditookdoorzeerweiniggeoefendeknutselaarstoteengoedeindeistebrengen.

Bijkomendeeisen waren:

1. eenvoudigebedrading:

2. klankregelingmetgescheiden kantelpunten;

3. hogedempingsfactor:

4. elektronischepiekstroombeveiliging:

5. overspanningsbeveiliging;

6. onbelastbruikbaar.

7. kortsluitvast(elektronisch!):

8. hogeingangsimpedantie;

9. grotedynamiek;

10. goedeblokgolfweergave.ook bijhogefrequenties;

11. lagevervorming;

12. grotegelijkspanningsstabiliteit;

13. grotebandbreedte;

14. goedgedefinieerdelineairestand vande versterker.

Voorca.f100aanelektronicazijnin hethiertebehandelenontwerpbovenstaande eisen vervuld.

Compleetgebouwd, dus inclusiefnetsnoer, steker, chassisdelen,print, MD-voor-versterker, transformator, potmeters. knoppen en zelfseen gekochtemetalen kast blijfthetgeheelnogonderdef150.geenkleinigheidalsmenbedenkt, datveelvan bovenstaandespecificatiesnietworden bereiktdoorvaak veelduurdereontwerpen enfabrieksapparaten.

RIAA correctie gesneden platen heb

ben een grocfmodulatie waarbij de uitwijking van de groef ruwweg be

palend is voor de geluidsterkte, onaf

hankelijk van de frequentie ofwel in formuleform:

U=CX(1)

waarbijUhetgewensteuitgangsignaal, XdegroefuitwijkingenCeenconstan

te.

Kristal en keramische elementen be

rusten op het verschijnsel van piëzo-elektriciteit,datin hetkortophetvol

gendeneerkomt:indien meneenvlak

kecondensatormaaktmetals diëlektri-cum een piëzo-elektrisch kristal, dan zalopdezecondensator,bijbuigingvan ditkristaleenladingQontstaan,waar

vandegroottebij kleinebuigingeven

redig is metde buiging. Aangeziende capaciteitCconstantisontstaat,indien het kristal wordt gebogen door een hieraan verbonden groeftasterde con-densatorspanningV volgens(1)

V =Q= ax

C C

Als R de ingangsweerstand van de versterkerisen fdefrequentievanhet signaaldankunnenwijtweebelangrijke gevallen onderscheiden:

—=bx (2)

> 1Müopdezewijzemeestalnietgoed haalbaar is, wordt een ingang voor kristal- en keramische elementen ver

kregen door deze elementen v weerstand praktisch kort te slui Opzetvande schakeling

Teneindeeenindruktegevenopwelke wijze is bezuinigd gaan wc uit van het in fig. 1 gegeven blokschema van een normale HiFi-verstcrker. Op het hier geschetsteblokschemazijnvelevereen

voudigingen mogclijk. Deze vereen

voudigingen zijn onder te verdelen in eengroepwaarbijdeeindversterkeraf

zonderlijk van hetgehele voorverster-kcrdcclistebeschouweneneengroep waarbijditniethetgevalis. Hoewelde tweede oplossing, bij eenzelfde kost

prijs, meermogelijkheden biedt, komt de eerste groeptoch het meestevoor.

In volgorde zien wij dan,dat eerst de corrcctieversterker en de voorverster-ker worden samengenomen. Voor het gebruikvanniettecorrigereningangen wordt het corrcctienetwerk vervangen door een lineair netwerk. Aangezien een voldoend hoge ingangsimpedantie

aandeingangvoormagnet elementen. Het principe betrekkelijkeenvoudig. D<

Mysterieusplaatjevaneen versterker metgoede ei

genschappen.

aux. tape B gestab.

voeding tape

(diodeuitgang) MD

kristal vol.

bal.

hoog

laag Fig. I. Blokschema van

eennormaleversterker.

RADIOELECTRONICA1974No.23 777

linear

<::>68k

In het geval, gegeven door (3)zal de ingangspanning van de versteker niet worden beïnvloed door de ingangs-weerstandendusgelijkzijnaandeon

belastewaardewelkein(2)wordtgege

ven en volgens (?/' gelijkvormigisaan hetgewensteuitgangssignaal,zodatdit slechts lineair behoeft te worden ver

sterkt.

Bijdemeestevoorkomendeelementen dient,omaan(3)tevoldoen,R>lMfl te zijn, terwijl V dan in de orde van grootte van 500 mV ligt. De meeste transistorversterkershalende hiervoor vereiste gevoeligheid om ca. 200 jzV kft-1, dan wel de vereiste ingangsim-pedantienietbij voldoendedynamiek, zodat men naar een andere oplossing uitzag. Indien men hetelementafsluit meteenlageweerstandzodanigdataan (4) wordt voldaan, dan verkrijgt men een zgn. gedifferentieerd signaal, dat wil zeggenin plaatsvan (2)verschijnt nu een signaal, dat, behoudens een schaalfactor, gelijk is aan de eerste ageleidenaardetijdvan(2).Informu

levorm:

frequentie-en toonregelingafhankelij

kebelasting, gevormddoorde meestal toegepaste Baxandall klankregeling @ vaakeenverplaatsingvansterkteen/of balansregelaar noodzakelijk maakt.

Vervolgenszien wijals laatstevereen

voudigingendebesparingenopcompo

nenten binnen zowel de regelverster-ker, waardoor meestal moet worden overgegaan op een eenvoudiger type balansregeling, als in de combinatie

correctieversterker/voorversterker(emit-tervolger.Inlaatsteinstantiekrijgenwij danhetuitersteenvoudigeenvaaktoch

nogaardigvoldoende ontwerpwaarbij Fig.3. Klankregelnetwerk. x de

corrcctie/voorversterker/cmittcr-volgeruittwee transistorenper kanaal Inde rechtestandvandeklankregeling ontstaat,welkedaneensignaalvanca. is wissclspanningvcrsterking gedimen-1 volt moeten afleveren. Het regelge- sioneerd op 30. De waarde van R2 is deelte bestaat dan uit één transistor zodanig gekozen, dat bij frequenties welke behalve de compensatie van de waarbij C3 incombinatiemetdelaagst verzwakkingvansterkteenbalansrege- mogelijkc belastingsimpcdantic,begint lingtevensdeversterkingmoetleveren. af tevalleneneenwisselspanningover benodigd voor de klankregeling. On- C2 kan ontstaan zodat de versterker danks de zeergrotebezuinigingen kan niet wordtoverstuurd,

desinusresponsenvervormingoverhet Dewisselspanningtegenkoppelingisna geheleaudiogebiednogredelijkblijven C3 aangebracht,waardoorde frequen-(zoals bij de bekende Sinclair stereo tiekarakteristiek onafhankelijk wordt sixty),hetstellen van eisenwatbetreft vanC3terwijltevensdeeventueeldoor deklankregeling,de uitgangsimpedan- C3ontstanevervormingwordt geélimi-tie, de overstuurbaarheid,deblokgolf- neerd.TheoretischheeftC3welinvloed respons en de onafhankelijkheid van op het haalbare vermogenbij lage fre-balans, volume en klankregeling kan

echter maar beter achterwege blijven.

Bovendienblijfthiernaasthetprobleem van de vervormingsarme eindverster-ker bestaan. Om deze redenen isdan ook besloten om de bezuinigingen op eengeheelanderewijzedoortevoeren.

Uitgangspunt is een goedkope eind-versterker metzeerhoge versterkings-factor en differentiële ingang (fig. 2).

De hier geschetste schakeling komt reeds zeer dicht bij het uitcindelijkc ontwerp. Omdegedachtentebepalen:

De ..open"versterkingvandeverster

kerbedraagtca. 50000.

0

_niêt^inear

0“

^dpo.iv

Nu betekent de factor dv^ volgens de mechanicanietsandersdandesnelheid van de groeftaster. Een magnetisch elementisooksnelheidsgevoelig.zodat inprincipedefrequentiecorrectiewelke voorhet MD-elementwordt toegepast tevens moet worden toegepast bij het Iaagohmig afgesloten kristal/kerami

scheelement.Doordejuistekeuzevan R kande uitgangspanningnogzodanig wordenbeïnvloeddatdezeinovereen

stemming is met dievan het MD-ele-ment. Behalvedezeveelvoorkomende vereenvoudiging,welke ookinfig. 1is weergegeven,zien wijvaakdatde cor-rectieversterkerwordtsamengetrokken met de voorversterker terwijl alle in

gangen verschuivennaardeingangvan de correctievcrsterker welke dan een omschakelbaar

krijgt. De verder toegepaste vereen

voudigingen bestaan dan meestal uit vereenvoudigingeninhetregelgedeelte (infig. 1tussenBenC).waarbijachter

eenvolgens de emittervolger wordt weggelaten,hetgeeninverbandmetde

\+vB

quenties,hierechterisdoorde dimen-sionering van R2 en C2 ook deze in

vloed afwezig. Cl is zodaniggekozen, datde waardeervan niet van belangis inverband metde bandbreedtevande versterker.

Ophet eerstegezichtzou hetmogelijk lijkenom R1 optenemenaandemin

zijde van C2 zodat de klankregeling eveneens aandemin-zijdc vanC2zou kunnenwordenaangesloten,waardoor Cl zoukunnenvervallen. Inprincipeis deze redenering juist. In de praktijk echterstuitmenophetbezwaar,dat ook R2 gaat meespelen in de wissel-stroomtegenkoppeling, waardoor de over-alltegcnkoppeling,vooralingeval de klankregelingop vol hoogoferger nog. vol laagstaat, zelfs bij zeerhoge waarden van R2 (R2 > 5000 Rl) nog ongunstig wordt beïnvloed. Vanwege het bovenstaande zouC2danergklein moeten wordenwaardoor, zelfsindien deingangenvandeversterkervoldoen

de hoogohmig zouden zijn, zowel de ruis als de kans op instabiliteit zou toenemen. Met de in de praktijk ge

bruikte componenten zou heteenvol

strektonhaalbare zaak worden.

Uitfig.2isverderduidelijk,datwilmen over maximale uitsturing kunnen be

schikken, despanningaandepositieve zijdevan C3gelijkzalmoetenzijnaan de halve voedingspanning zodat de spanningopde +ingangvandeverster

kereveneensgelijkzalmoetenzijnaan

72 vB.

tegcnkoppelnetwerk Eindversterker

Hetiseenvoudigin tezien, datde ge-lijkspanningverstcrkcr inde geschetste schakelingvanafde+ingangtotaande positievezijdevanC3éénbedraagt.De wisselspanningsversterkingis afhanke

lijkvan Rl en het klankregelnetwerk.

-fr

J® ©

Fig.2.Eindversterkermetde klankregeling in het terug-koppelcircuit.

RADIOELECTRONICA 1974No.23 778

Dcspaiiningsdelorvan2.2Mü/2.2Mii wordt vervangen door een weerstand van I Mü naaraarde ende weerstand van 2.2 kü (kathodeweerstand eerste huis!) wordt eveneens aan aarde ge

legd. Een bijkomendvoordeelvaneen huizenversterker is dan tevens kort-sluitvastheid en de ruisarme ingang.

Versterkersvolgens deschakeling van fig. 4 kunnen bij zeer lage prijs zeer gunstigespecificaties bereiken, aange

zien nogmaaréénversterkerelementis vereist,datechtereenhoge ingangsim-pedantieen eenvoldoendeopen span-ningversterking>300(1bijbuizenen >

15000 bij transisloren moet bezitten terwijl in verbandmet destabiliteit de fascdraaiïng binnen het audiogebied niet al tegroot magzijn.

Ondanksde zeergunstigeeigenschap

penvandeschakelingvanfig.4zijner nog een drietal bezwaren tegen in te brengen.

a. De met halfgeleiders moeilijk te realiseren + ingang welke hoog-ohmig moet zijnen tevenseenlaag ruisniveaumoetbezitten,datvrijwel onafhankelijk dient te zijn van het aangeboden impedantieniveau.

b. Ingeval meneenMP-aansluitingwil maken, is een correctieversterker meteenhooguitgangsignaal(ca.500 mV) vereist die ofwel kwalitatief niet goed kan zijn (twee transisto-ren) of duurder wordt (meerdere transistoren).

c. De klankregcling heeft geen bij de gehoorgevoeligheid aangepaste fre-quentierespons.

Indien men de schakeling opzet met FET- of buizeningang. geen MD-in-gangnodigheeftentevredenismeteen goede baxandall klankregcling, dan is echterdeschakelingvanfig.4demeest gunstige oplossing, welke voor een complete stercovcrstcrker zeker niet bovendef 100aanmaterialenzaluitko

men bij specificaties, die men in fa-brieksapparaten vaaknognietaanlreft bijeen prijsniveauvan f500ofhoger.

Opgrondvandedriegenoemdebezwa

renisechtertocheenietsandereopzei

Ik IM

Erzalnuverderwordeningegaanopde klankregcling. Zoalsinfig. 2istezien, bevindtzichdeklankregclinggeheel in de tegenkoppeling. De klankregcling bezit één ingang (a) waar het signaal zeer laagohmig wordt aangeboden (voordeelvande schakeling!),eenaar

de aansluiting (b) en een uitgang (c) waar het impedantieniveau beduidend hogermagliggendanaandeingang.De werkingis uiteraard ..omgekeerd",als het klankregelnetwerkbijv. weinigho

ge frequentiesdoorlaat dan zal eraan de uitgangvande versterkereen extra aanhoge frequentiesontstaan enz.

Het effect van de veel toegepaste baxandall-klankrcgelingisindezecon

figuratie tebereikendooreenklankrc

geling volgens fig. 3 toe te passen.Cl en C2 moetendan 250/iFzijn.C3(bij minimale belastingweerstand van4Ü) 2500fiF. R1 wordt 2,2küenR2wordt 10kÜ. Heteffectvandeklankregcling wordt ruwweg, zowel hoogalslaag, + en -20dBmetkantelpunt I kHz. Inde ,.lineaire" stand bedraagt de wisscl-spanningversterkingvandeversterker, zoals reedseerderopgemerkt 30. Van dc typische bezwarenvandebaxandall klankregcling.

a. beïnvloeding van de ingangsimpe-dantie van deversteken

b. gelijke kantelpunten voor hoge en lage klankenregelaar;

c. slechtgedefinieerde rechtestand;

d. steilheidvan6dB/octaaf

Is het eerste vervallen naar hetderde punt zal, in verband met de vereiste negatieflogaritmische potentiometers, zekergeenverbeteringinhouden.Wat het vierde punt aangaat zijn beide klankregelingen identiek.

Dcgelijkekantelpuntenvandehogeen lage klankregelaar (bij 1 kHz.) hangen samenmetdesteilheidvan6dB/octaaf.

Kiest men namelijk de kantelpunten daarwaarzij volgensde oor-gevoelig-heidkromme zouden moeten liggen, danzouheteffectvandeklankregeling als te gering worden ervaren. Vooral

{K

echter wanneer men een ..lineaire"

schakelaar aanbrengt, zoalsgestippeld aangegeven in fig. 3. danzal deslecht gedefinieerde rechtestand alsbezwaar vervallen waardoordeze klankrcgeling superieurisaandegebruikelijkebaxan

dall, daar zij geen extra versterker vereist en in principe de gehele rcgcl-versterker kan doen vervallen zonder dathierdoorkwaliteitsverlieswordtge

leden. Ingeval men tevens een recht

streekseaansluitingopkristal-ofkera

mische piekup zou wensen dan zou men, uitgaande van de schakelingvan fig. 2. waarineen klankregcling isge

monteerd volgens fig. 3, alleen nog maar een gelijkspanninginstelling be

hoevenen een sterkte-en balansrege

ling, terwijl bovendien nogeen diodc-uitgang zou moeten worden aange

bracht. Ditkanopde infig.4aangege

venwijze.

Volgens de DIN-normalisatie is het aangegeven kanaal het linker kanaal, terwijldeaangeslotenplugde recorder-ingang voorstelt. De ingangsgevoelig-heidbedraagtbijeenuitgangsvermogen van6watt(sinus)300mVaan 1.4MD, ingevaldeklankregelingmetdeschake

laar (ofmet de klankregelaars)lineair isgemaakt. Dediode-uitgangiswelaf

hankelijk van destand vansterkte-en balansregclaar.dochnietvandeklank

regeling. Bij voldoende versterking van A is er namelijk geen spannings

verschil van betekenis tussen de + en de -ingang. Ingeval een buizen-ver-stcrkerelement wordt toegepast, dan wordt de schakelingnog eenvoudiger;

dekoppelcondensatorvan2500nFver

valt,evenalsdeweerstandvan10kfien de 250/jlFwaaraandeze isverbonden.

+v8

RADIOELECTRON1CA1974No.23 779

vandeschakelinggcko/cn.Voorde + inschakelstroomstootdoorde luidspre-ingangvandeversterkerinfig.2iseen kerwordtvermeden. Doordatde span-tweetrapsversterker opgenomen waar- ningover Cl bij het inschakelen lang-van hetprincipeisweergegeven in fig. zaamtoeneemt,zalookdespanningop 5.Dewerkingvandezeschakelingisals deplus-ingangendusdespanningover volgt:

SteldaldespanningopdebasisvanTSI

gelijk is aan Uj + U, waarin Uj de zalzijn. Bijkomendevoordelen vande junctiespanningvandebasis-emittero- schakelingvolgensfig. 5 zijnde moge-vergangvanTS1voorstelt.Ditzalvoor lijkheid om de diode-uitgang aan te elke positieve waarde U, een stroom sluitenaandeplus-ingang,waardoorde door de basis-cmitterjuncitc van TS1 diode-uitgangonafhankelijkwordtvan tengevolge hebben ter grootte van I,. belasting,klankregelingenz.enduseen Hierdoor zal, alsaj destroomverstcr- wat betere nauwkeurigheid krijgt dan king van TS1 voorstelt, er een col- dediode-uitgangzoalsinfig.4 aangege-lectorstroominTS1 gaanvloeiengelijk veneneenbeperkingvandedissipatie aan aj • I,. Deze stroom zal nu een indevoedingbijoverbelastinghetgeen stroomveroorzakenin R2gelijkaana2 later zal worden besproken. Wel zou

• aj • I,, waarina2 de stroomverster- men zich kunnen afvragen, waarom kingvanTS2voorstelt.Destroomdoor niet, inplaatsvaneenschakelingals in R1 isnugelijk aan:

I2 = Ij +aj •I, +aj • a2• I

hoogverzwakkendedeel.Opdezewijze kan met de potmeter van 250 kfï een verzwakkingvoorlagefrequentieswor

den ingesteld variërend van nul tot 20 dBen metdepotmetervan 100kflhet

zelfde doen bij hoge frequenties. De combinatie van de weerstand van 47 kilendewaardevanR1 (fig.2)van1.5 kil levert de versterking in lineaire toestandvan30 x opvoorde tegenge-koppelde versterker. De verzwakkin

gen van de klankrcgelnctwerken (in niet lineaire stand) resulterendoordat zijindetcgcnkoppclingvoorkomen in eenextraversterkingvoordedesbetref

fende frequenties.

Deschakeling vanfig. 6iszodanigge

dimensioneerd dat de frequentiedoor-laat in hetgebied vanca.300Hz tot3 kHznietafhankelijkisvandestandder potmeters.Vanafdezefrequentiesisbij maximaalhoogenlaaghetverloopstei

lerdan6dB/octaafmaarbedraagtvan

wegedeongelijkckantelpuntenvoorde beideafzonderlijkeledenvandebeide tweede orde netwerken geen constant aantaldecibelsperoctaaf.Opdezewij

zepast dit klankrcgelnetwcrk beterbij de oorgevoeligheids-frequentiekarak-tcristick welke ook een vlak verloop vertoont tussen ca. 300 Hz. en 3 kHz.

Omhetplastischuittedrukken:dehier aangegeven klankregelinghaaltdiefre

quentiesopbijdehogeenlage klankre-gelaardieookmeeralshoogresp. laag worden ervaren. Dit voordeel spreekt des te meer indien als belasting de (goedkope)

worden toegepast zoals de 9710M, AD8065M4, AD8080M4 enz. Deze luidsprekers hebben namelijk een fre-quentiekarakteristiek die menzichbe

naderd kan voorstellen als twee vrij vlakke gebieden dieonderling nietop hetzelfdeniveau liggen.

Ergens in het middentonengebied (meestalbijca. 2 kHz)stijgtdegevoe

ligheidvandit type luidsprekerstame

lijksprongsgewijsmetca. 10dB.Hetis duidelijk, dat vooral een combinatie meteenbaxandall klankregelingditbij dehogetonenregelaareenontoelaatba

re,,bult”inhetmiddentonengebiedop zalleveren.Tevenswordthetsnelleaf

vallenvandezeluidsprekersinhetlage gebied (ca. 100Hz)bijgebruikvande klankregeling volgens fig. 6 beter ge

compenseerd.

Misschienishetnuttighiernogevenop te merken, dat de genoemde dubbel-conusluidsprekersin hetalgmeengeen sterke gevoeligheiddaling bijhoge fre

quentieshebben, zelfsnietbij 20kHz.

Welwordthetrichteffectzekervergele

kenbijdometweeters,zeersterk,het

geen in bepaalde gevallen voordelen kan hebben (discotheken) maar soms ookzijnbezwarenwatbetreftde uitge-(Vervolgblz. 784) deuitgangselco(fig.2)langzaamtoene

men, waardoor de stroomstoot gering

fig.5,gewooneengrotere versterkings-. factorvoorhetoperationele versterker-' deel is toegepast zodat, bij een vol-Het is duidelijk, dat de termaj a2 1, doendhoogohmigeingang,(ca.100kH veelgroterisdande beideandere ter- bij een lineaireversterkingvan300 x) men,zodatwijdezeanderetermenmo- inprincipe deschakelingvolgensfig.2 genverwaarlozen.DespanningoverR1 zoukunnen wordenaangehouden, ter-wordt nu gelijk aan a2 I,R,. Bij vol- wijltochde hoogohmigekristalpiekup doende grote waarden van aj a2, zal ingangzoukunnenwordengerealiseerd dezespanninggelijkzijnaanUj. (Inde terwijl tevens een kwalitatief goede praktijkligta,a2indeordevan50000 tweetraps RlAA-correctieversterker zodataandezevoorwaardewordtvol- zoukunnenwordengebruikt.Dereden daan.)DoordatdestroomdoorR2ge- waaromdit nietis gedaanligtvoorna

lijk is aandiedoorR1 wordtde span- melijk in de daardoor, bij het huidige ningop de + ingangvande Op-Amp prijsniveauvandecomponenten,sterk gelijkaan:

toenemende prijsvanhetoperationele versterkerdeelhetgeenbijde behande-(7) lingervanduidelijkzalworden.

Alslaatstebezwaartegendeschakeling Het impedantieniveauaandecollector in fig. 4 werdde nietbijde gehoorgc-vanTS2 isafhankelijkvana, a2 maar

inelkgevallagerdanR2.Helimpedan

tieniveau opde basisvanTS1 isonge

veer gelijk aan aj a: R1 en is dus fig. 6. Delettersbij deschakeling cor-tamelijkhoog.Doordejuistedimensio- responderenmetdieinfig. 2enfig.3.

In document electronïca Vervormingsarme versterker Gitaarvervormers Meetinstrumenten voor logica schakelingen Lopende golfbuizen Viervoudige tijdcircuits (pagina 39-43)