Alhoewelhetophetgebiedvangroefiaster-voorversterkersnietontbreektaangoede zelfbouwontwerpenenbepaaldeexemplarenvooreenschappelijkeprijskantenklaar gebouwd indehandelzijn, loondehettochdemoeitenategaanofdezeklassieke ontwerpen nietvoorverbeteringen vatbaar waren, voorali.v.m. storingsgevoelig
heid, ruisenfrequentiecorrcctie. Hetresultaatwerddezeversterker, dieinkwaliteit nietonderdoetvoordebestedieverkrijgbaarzijn.
Ontwerpcriteria
Dc eisen waaraan een goede voor-versterkcrdient te voldoen kunnen als volgtwordensamengevat:
1. nauwkeurige frequentiecorrcctievolgens RIAAofDIN45537
2. geringe vervorming 3. laagruisgetal
4. ongevoeligvoor brom en schakelstorin-gen(bv:inschakelcnvanTL-verlichting) 5. ongevoeligvoor AM-radiostoring 6. gemakkelijkreproduceerbaar 7. groteuitstuurbaarheid.
In dit ontwerp werd zoveel mogclijk metaldezecriteriarekeninggehouden, alhoewel sommige ervan tegenstrijdig zijn (bv. vervormingen ruis). Erdien
dendusvaaktussenoplossingentewor
dengekozenendaaromisdezeverster
ker in bepaalde opzichten zeker niet optimaal tenoemen.Achtereenvolgens zullenwealleeisenvannabijbekijken, en trachten een zo gunstig mogelijkc oplossingte vinden.
Dcoplossingvoorhettweedeprobleem werd reeds eerder in RE besproken (ref.2)enbestaathierindoorhetderde kantelpunt (r3= 75 ps) te realiseren dooreenafzonderlijkRC-netwerkach
terdcversterker. Dezeschakelingbiedt bovendien het voordeel dat het dyna
misch bereik van de tegengekoppelde versterkerslechts20dBbedraagt,zodat met eenopenlusversterkingvanbv. 40 dB ook het bezwaar (1) zo goed als verdwenenis(fig.4).Erkleeftevenwel ookeen nadeel aanditvoorstel,nl.de hoge uitgangimpedantie voor lagefre
quenties. Wij kozen daarom vooreen tussenoplossing, nl. eenversterking in tweetrappen,meteenpassievecorrec
tienadeeerstetrap(fig.5). Hierbijkan het nadeel van de hoge uitgangimpe
dantie worden ondervangendoor voor de tweede trapeen hoge ingangimpe-dantietekiezen.Daardezetweedetrap sterk wordt tegengekoppeld(deeerste trap neemt immersreeds eenstuk van de totale versterking voor zijn reke
ning) is de uiteindelijke uitgangimpe
dantie bijzonderlaagen isvan kantcl-puntsverschuiving geen spoor meer te merken.
rectiekromme (Record Industry Asso-ciation of America), dieook door het IECals internationale standaard werd aanvaard. Bijde luisteraardientuiter
aard dc omgekeerde transformatie te worden uitgevoerd. De overdrachts
functie volgenswelkeditgebeurtstaat asymptotiesafgebeeld infig. 1. De re
den waarom deze correctiewordttoe
gepast istweevoudig:
1. sterkebassengevendesnijbeiteleengro
te uitwijking,waardoordeplaatgroeven tebreedzoudenwordenen
2. bij dc omgekeerde transformatie wordt destorendeplaatruisonderdrukt.
Indcpraktijkblijkthetnietzoeenvou
dig te zijn de krommevan fig. 1 exact te reproduceren. Hetklassiekeschema (fig. 2)datin bijna allegevallenwordt toegepastis nl. metde volgendenade
len behept:
1. geenpreciezeliggingvandekantclpuntcn fl.f2enf3wegenshetnietoneindigzijn vandc versterkingA.
2. een toegevoegde f4voorbij de 20 kHz, dus buiten het hoorbaar gebied, maar waarvande invloed tochdikwijls merk
baarisaandehogekantvanhethoorbaar spectrum(fig. 3)(ref. 1).
Storingsongevoeligheid
Dcvoornaamstestoringendiebijtradi
tionele voorversterkers tot uiting ko
menzijnbrom,afkomstigvandemotor van de platenspelerofeen indebuurt staande transformator en schakelsto-ringendiedoorhetlichtnetwordenuit
gestraald. afkomstigvanbv. hetin-of uitschakelen van verlichting, elektro
motorenvan huishoudelijke apparaten enz. Deze storingen worden geïndu
ceerd hetzij in de wikkelingenvandc groeftaster, hetzijinde bedradingvan deplatenspeler.Tegendeeersteiswei
niganderstedoendanhetelementvan een deugdelijke afscherming te voor
zien, maarde tweede soortwordt ge-lijkfasigopgewekt inbeide dradenvan detoevoerleidingenkanworden uitge-schakelddooreenversterkertoetepas
sendieweinigofniet reageertopdeze gelijkfasigesignalen,maarhet verschil-signaalafkomstigvan het elementwél versterkt. Dit vormtdan eenzgn. dif-fercntiaalversterker,hieruitgevoerdals twee identieke transistortrappen (TS1 enTS2)metgemeenschappelijke emit-terweerstand R5 (fig. 7). Voorde ge-Fig. 4. Verbeterdeversievan een lijkfasige component gedragen deze correctieversterker. zich alsversterkersmeteenzeerhoge Frequentiecorrectie
Bij hetsnijden vangrammofoonplaten worden dc lage tonen verzwakt en de hoge tonen opgehaald. Dit gebeurt volgens dc alom bekende
RIAA-cor-20dB
OdB
Vo
'l
fj*50 f2'S00 >3-2122Hz1
Fig.1.Verschillende kan-telpuntenvoorhetsnijden van grammofoonplaten toegepast.
J Fig. 2. Normale uitvoe-ringvanRIAAcorrectie.
I
Fig.3. Weergavevandeversterkeruilfig.2.
RADIOELECTRONICA 1974No.23
781
E
Dit veel voorkomend verschijnsel bij gevoelige versterkers is te wijten aan het gelijkrichtend (= detecterend) ef
fectindebasis-emitterjunctionvaneen transistor. Vooraltransistorenmet ge
ringe voorpolarisering zijn hiervoor vatbaar. Het verschijnsel kan de oor
zaak zijn van storende bijgeluiden en sterkeruis.
In dit ontwerp zijn openkeleplaatsen zgn. RF-valletjesaangebracht,dieelke eventueleradiofrequentieonmiddellijk de deur(inditgevalde aarde)wijzen.
Ten eerstezijnerCl enC2;dezever
vullen trouwens nog een tweede functie. Deversterkerisnl.hoofdzake
lijk bedoeld om in een platenspeler te worden ingebouwd, zodat de lange aansluitkabel van groeftaster naar voorversterker aanmerkelijk wordt in
gekort. Goede elementen zijn echter berekendvooreenaanzienlijke capaci-tievekabelbelasting. Cl enC2kunnen dusworden beschouwdals substituten voordeze kabelcapaciteit. Eentweede RF-valvormtdereedsvermeldecombi
natieR4-C5-C6.TenslotteisernogC9, dienietsheeftte makenmetde RIAA-correctie,maareenvoudigwegeensup
plementaire kapfrequentievan60 kHz invoert, tervoorkomingvan RF-signa-len inde tweede enderdetrap.
C3
R3
I»JU.T3 V=I.
~I
t.jvC3.R35
Fig. 5. Uiteindelijk gekozen versie voorde correctieversterker.emittertegenkoppeling en dusgeringe versterking. DespanningoverR5volgt steeds het ingangsignaal aan de basis vande transistoren. Voorde differen-tiaalcomponent zijn deze spanningen tegengesteld, zodat over R5 dan geen wisselspanningstaatendeemittersdus virtueel metaardezijnverbonden. De trap gedraagt zichdanalseengewone geaarde-emitter versterker met hoge versterking.
De totale ingangimpedantie van zo’n trap isdesomvande ingangimpedan-tiesvanbeidegeaarde-emittertrappen (de gelijkfasige ingangimpedantie die hiermee nog parallel staat is nl. ver
waarloosbaar hoog wegens de sterke emittertegenkoppeling) en is dus met goedebenaderinggelijkaan2xhievan de ingangtransistoren. Een blik op de transistorkarakteristieken (ref. 3) van hettoegepastetype(BC559B)bijeen collectorstroomvan 100/xAgeefthic= 28kn,dus Rj= 56kft,ditiseenaan
vaardbarewaarde voordemeeste ele
menten.
Deverhoudingvandeversterkingvoor verschilsignalentotdezevoordegelijk
fasige signalen, de zgn. gelijkfasige onderdrukkingsfactor (common mode rejection: CMR) is sterk afhankelijk vandegelijkheidvanbeidehelften.Met name de transistorenTS1 enTS2 die
nen gepaard te worden op gelijke hFE in het werkpunt,d.i. bij Ic £ 100/xA.
Voor deweerstanden nemen we liefst precisie-metaalfilmweerstanden. Op diemanierisgemakkelijkeenCMRvan 40 dB haalbaar. Uiteraard kunnen er nog steeds storingen worden geïndu
ceerdindetweedetrap.Daaromdient de voorversterker van een goede af
scherming te worden voorzien, zowel elektrischalsmagnetisch. Storingenaf
komstigvanhetlichtnetwordenonder
vangen door de ontkoppelnetwerken R15 - C 13 en R14 - C12. Ook net-spanningsschommelingen hebbengeen . invloed door de aanwezigheid van
ze-nerdiodeDl.
mischeruisindeweerstandenkanwor
den beperkt door het toepassen van ruisarme
vooral die weerstanden waarover sig
naal staat (dus R5 hoeft geen metaal-filmweerstandtezijn!)
Een tweede bron van ruiszijn de lek
stromen in de elco’s, hoofdzakelijk wegens het tunnelen van elektronen doorhet diëlektricum. Bijdeingangis hier weinig kans toe, omdat over de ingangselco’s nagenoeg geen gelijk
spanningstaat.Voorallezekerheidkan men hiervoor tantaliumcondensatoren nemen (deze hebben nl. eenzeerlage lekstroom) maaressentieel ishet niet, tenzij men groot belang hecht aan miniaturisering. Ookdelekstroomvan de koppelcondensator C7 speelt een zekere rol, alhoewel deze eigenlijk al totdetweedetrapbehoort.Deveelei
sende ruishaterkanhiervooreventueel een tantaliumelconemen. Blijvennog deruisproducentenbijuitstek:detran
sistoren. In de eerste plaats werden ruisarme typen gekozen, nl. BC 559 (ruisgetalF= 1 dB bijIc=200fiA,B
=200HzenRs=2kd).Transistorruis is vooral afhankelijkvan de collector
stroom en deinwendigeweerstandvan desturendebron. Eentypischewaarde van Zs (inwendige impedantie) voor MD-groeftastersis4,5kflbij 1 kHz(L
= 700mH, R =800ü).Dekrommen vanconstanteruisvoordezetransisto
ren(ref.3)latenvermoeden,datderuis danminimaalis(F<1dB)bijIc^150 fiA. Experimenteelisechtergebleken, dat de ruis nog verder afneemt als Ic daalt.Uiteindelijkwerdeenwaardevan iets minderdan 100/xAaangehouden, enwelom'devolgenderedenen:
1. de idealeingangimpedantiebij Ic= 100 HA
2. de kleinereversterkingbijtekleinecol
lectorstroom
3. de grotere kans op vervormingbij lage collectorstroom.
metaalfilmweerstanden,
Uitstuurbaarheid envervorming Zoalsreeds vermeld, isdevervorming indedifferèntiaaltrapminimaalwegens dekeuzevandecollectorstroomeneen collector-basis tegenkoppeling via R1 en R2. De tweede (enderde) trap, in feite de versterkerdie ingewone ont
werpen het gehele karwei opknapt hoefthierslechts10xteversterken(bij 1 kHz),isbijgevolgzeersterk tegenge-koppeld waardoorde vervormingook hiervaltte verwaarlozen. Tevensisde uitgangimpedantiebijzonderlaag.
Een grote uitstuurbaarheid is bereikt door de collector van TS4dichtbij de halve voedingsspanning te polariseren (^ -7 V) en de collectorstroom vol
doendegroottekiezen(2mA). Opdie manierverkrijgenweeenmaximale uit-gangspanning van ongeveer 3 Vc(f.
Vooreennormaleuitgangspanningvan 500mVbetekentditduseen overstuur-baarheidvan6x(= 15,6dB),eenaan
vaardbarewaardevooreengoedevoor
versterker.
Merkbovendienop,dathethogerege
deeltevanhetruisspectrum(hetmeest storende)nogwordtverzwaktdoorhet RC-netwerk (R4, C5, C6) achter de eerstetrap.Ookdetweedetrapkannog eenruisbijdrageleveren.Daaromwerd ook dezetransistor (TS3)optimaal
in-Reproduceerbaarheid
Alhoewel schrijverzich nietdemoeite getroost heeft van het ontwerp een grondige gevoeligheidsanalyse uit te voeren, kunnen we toch enkelefeiten vaststellen:
Ruis
Daarderuisvandeeerstetrapdoorde rest van de versterker wordt meever
sterkt, dient vooral déze ruis zo laag mogelijktewordengehouden.De
ther-RADIOELECTRONICA1974No.23 782
detweedetrapiszodanigsterktegengc- het feit, dat detransistorzich in deze door de nauwkeurigheid vande ge
koppeld, dat de versterking, de uit- configuratie nagenoeggedraagtalseen bruiktecondensatoren,metals vuistre-gangimpedantie en de frequentiecor- stroombronI,zodatwedeconfiguratie gel:
rectie(beneden1kHz)volledigzijnbe- krijgen vanfig.6. Hieruitblijkt duide-paalddoor R9, R10, Ril enC8.Wor- lijk dat de spanning over deze RC-dendeR’sop5%nauwkeuriggehouden combinatiemet20dBperdecadedaalt enC8op10%,danisdemaximaleafwij- voorbij f3 = 2122Hz. Ditisnatuurlijk kinginversterkingenfrequentiekarak- opvoorwaardedathetRCnetwerkniet teristiek doorgaans minder dan 1 dB. wordt belast, m.a.w.datde ingangim-WordtvoorC8 een5% typegekozen, pedantievande tweedetrapzeergroot danwordtzejfs0,5dB bereikt! is. En hier wringt dan het tweede Veruitde meeste problemen levertde schoentje:dezeingangimpedantieisnl.
eerste trap. Zoals reeds vermeld is de de parallelschakeling van R6 en hFE ingangimpedantie bijna uitsluitend be- (R8 + R9). Enzoalsreedsvermeld,is paald doordc hicvandeingangtransis- deze hFEaan grotespreiding onderhe-toren. Dezeparametervertoontgeluk- vig. Dezebedraagttypisch335 bijIc= kig vrij weinig variatie bij eenzelfde 200 /xA, zodat de totale ingangimpe-transistortypeenbovendienisdeafsluit- dantie gelijkisaan:
impedantievaneengroeftasternieterg kritisch,zolangzemaartussen45kflen Rj 80kQligt.Welvanbelangisdeverster
king,diesterkafhankelijk isvandehFE De parallelschakeling van R4 en R(
parameter en deze vertoont wél veel geeftdan:
variatie. Wiezich de(lonende)moeite getroost de ingangstransistoren te pa
renzaldittrouwenskunnenvaststellen.
Wanneer de versterkerin monowordt Methetooghieropwerdvoorde bijbe-uitgevoerd,zijneenpaardB’s meerof horende C niet7,5 nFgekozen, maar minder versterking niet dramatisch, C5 +C6=6,8nF+0,82nF=7,62nF, maarin stereo.kanditeenernstigeon- zodatde tijdsconstantedanwordt:7,62 balans tussenbeide kanalentotgevolg x 9,75 = 7,43 /is, dit iseen afwijking hebben. Twee oplossingen zijn moge- vannoggeen1%vandeidealewaarde, lijk: ofwel paartmenTS1 enTS2 nog wat ruim binnen de tolerantiegrenzen eens onderling voor beide kanalen op vanC5enC6valt.Eeneenvoudige be-gelijkehFE, ofwel vervangt menineen rekeninglevertook:
vanbeidekanalenR9dooreentrimmer
van 1 kn, zodat de versterkingregel- dr-xlr^
baar wordt. Op die manier kan men dhFE/hFE zelfs een eventuele onbalans in het
stereo-elementongedaanmaken.
Tenslotteblijfternogde
frequentiecor-rectieindehogere regionen,metname ditbetekentdateenvariatievan30%op (bvdoorzebeideteomsluitenmeteen het kantelpuntf3mettijdsconstanter3 hFE vanTS3,slechts een afwijking van gemeenschappelijk aluminiumplaatje)
= 75 ns. Menzalzich afvragenofhet 0,6% op r-, tot gevolg heeft, wat een\ om de symmetrietebehoudenbijwis
welverantwoordisdeR3-C3combina- zeer goed resultaat is. Globaal geno-' selendetemperaturen,
tie uit fig. 5 te vervangen door een menmogenwebijgevolgzeggen,datde Bijhetontwerpvandeprintplaatdient capaciteit over de collectorweerstand nauwkeurigheid van de frequentiecor- menervoortezorgendatdetwee trap-vanTS2. Deverklaringhiervoorligtin rectievrijweluitsluitendwordtbepaald
tolerantie10% = afwijking1 dB tolerantie5%= afwijking0,5dB Constructie
Tenslotte nog enkele constructieve wenken: de voorversterker is ontwor
pen om ineen platenspeler te worden ingebouwd, bij voorkeurin typenmet symmetrischbedradearm. Deverster
kerlevertevenwelnogsteedsuitsteken
de resultaten bij coaxiaal bedrade ar
men*. Omdat de tweede trap asym
metrisch is, dient de versterker uiter
aard goed te worden afgeschermd, liefst in een bakje van gegalvaniseerd plaatstaalmetminstens1mmdikte.De voedingbestaat uiteenminiatuurtrafo van12V,4Si-diodeneneenelco.Deze onderdelen worden buiten het bakje gemonteerd en liefst op een zo groot mogelijkeafstandervan.Bij stereo-uit-voering kan dezelfde voeding voorde twee kanalen dienen, omdat de op
genomen stroom beneden de 10 mA blijft(voorbeidekanalensamen)ende overspraakonbetekenendiswegensde kleine dynamischeweerstand van C13 enDl.
Men plaatse de versterker liefst niet naastdemotorvandeplatenspelerom voor dehand liggende redenen.Zoals gezegddienendeingangtransistorente _ 103.335.(1 + 0,56)
335.(1 + 0,56) + 10* kfl = 343 kn
10.343 kn = 9,75 kn 10 + 343
R4.R6
“ R4.R6+ hFE(R8 + R9)(R4+ R6)
R4 1 worden gepaardenliefstwordenzein thermisch contactmet elkaargebracht - R4+ hFE(R8+ R9)~ 50
1
ff/5.560 7
U*7* noyu / sk
SQ0/J 2SV RICC.7k
CZD I2V-.
ff<.fiÖfc{ CI2
R7 TSC 68k BCSS8A
« r _ l n j£6 'oo.
>o/rM T"M"Jleoop Ol
J
uincub
BZX7SCI3
TS3BCSS9B
X
CS820p
C7in'/' cn
■IIP* u,t
RIC70k R2C70k
ff»
\C.7k 470p R6
iL
R8 ca
T
tantatiumcaodansatorIk ff10
0.06Bp C7k
rsi TS2. mttaalhlmwrerstand
BCSS9B BC559B
R5 CIO
C3 CC RI3 Ik
Fig. 7. Uitgewerktescha
Useo
keling van de correctie-versterker,dievoorstereo dubbel dient te worden uitgevoerd. •
68k
lOO/j
•I.v.m.dcsymmetrischeingangvandctrappenzalerbtj stereobcdrijfvoorkomenmoetenwordendatbeidecoaxiale afschermmantelsmet elkaar incontact komen.Bijdit ontwerpisoverigenseenaansluitstopvolgensDIN-norm onmogelijk.(Red.).
II
Czll/50pCl,|/50p
X
m
RADIOELECTRONICA1974No.23 783
Meetresultaten:
Referenties:
1.J.W.van Dacl.J. A. Kruithof:„RIAA-lisatic" — Elcktuur124november1973
2. H.E.Charlouis:„Versterkersvoordynamische groef-tasters"RE16december1972
3.PHILIPS„Lowfrcquencyanddcflcctiontransistors"
datahandbookjanuari1973
4 D.Joncs.R,Shca:„Transistoraudioamplifiers"John Wiley&Sons-NewYork- 1968
Symmetrischeversterker: LENCOVV7
frequentieweergave:RIAA20...20000Hz+ 1dB Versterking:(f=1kHz)42dB
Signaal-ruisafstand: 60dB Ingangsimpedantie(f= 1kHz)53kft Max.uitgangsspanning:3,2Vcff Gclijkfasigconderdrukking(CMR):40dB Uitgangimpedantie:2S0ft
Minimalebelastingwecrstand:3kft
CEI/DIN45537±0,5dB 39dB± 1dB
=60dB
20Hz...20kHz:47kft 3.5Vcff
10kft
100kft Vervormingsarmeversterker
'(Vervolgvanblz. 780).
J pen op verschillende punten worden ontwerp en hieronder devoornaamste geaard,dievanelkaarwordengeschei- meetresultaten van mijn exemplaar, den door deontkoppelelco C 12. Op metdaarnaastalsvergelijkingdezevan figuur 7 ziet men tenslotte het totale devoorversterkerLencoVV7.
strektheid van het gebied waarin men een goede stereo weergave heeft. Als enigebezwaarvandeschakelinginfig.
6kanwordengenoemd hetfeit.dathet alleen maarmogelijkishogeresp.lage frequenties te verzwakken t.o.v. het middengebied. Voor de tegengekop-pelde versterker resulteert dit (indien de versterking groot genoeg is) in de volgendeeigenschappen.
Hogetonenregelaar: werkzaam vanaf3 kHz; regelbereik: -0...+20d<P;
linksom—> lineair.
Lagetonenregelaar: werkzaam vanaf 300Hz;regelbereik: -0...+20dB;
linksom—> lineair.
Het ismogelijk om klankregelnetwer-ken te ontwerpen die zowel inpasbaar zijnindeschakelingvanfig.2endezelf
dewerkzaamheidhebbenalsde klank-regeling volgens fig. 6, terwijl boven
dien verzwakking van hoge resp. lage tonen tot de mogelijkheden van de tegengekoppelde versterker behoren.
De hieraanverbondenkostenstijgingis echter zodanig, dat zeker binnen het kader van het hier te bespreken ont
werpditnietvantoepassingzalkunnen zijn.Tenopzichtevandeklankregeling volgens fig. 3zijnuiteindelijk devoor
delenvandeklankregelingvolgensfig.
6zodanig,daterbeslotenisomdezete gebruiken. Bijde beoordelingiservan uitgegaan, dat de verminderingsmoge-lijkheid van hoog resp. laag meestal wordtmisbruikttercompensatievande afwezigheid vaneenruisresp. rumbel-filter. Binnenhetkadervande schake-RvanHest