Germanowy przedwzmacniacz gramofonowy, czyli...

[Einherjer]

jak użyć 10 tranzystorów tam, gdzie wystarczyłyby trzy. Jakiś czas temu czytałem artykuł opisujący przedwzmacniacz gramofonowy VinylTrack autorstwa Boba Cordella. Jest to dość nietypowy układ, bo korekcję zrealizowano w nim w dwóch członach. Pierwszy, z dyskretnymi tranzystorami i bez sprzężenia zwrotnego, realizuje stałą czasową 75 us i wzmocnienie 20 dB w układzie "zagiętej" kaskody (folded cascode). Drugi człon wykorzystuje już wzmacniacz operacyjny i sprzężenie zwrotne dobrane tak, aby uzyskać pozostałe stałe czasowe i brakujące wzmocnienie. Postanowiłem spróbować zbudować coś działającego na podobnej zasadzie przy użyciu... radzieckich tranzystorów germanowych, których akurat sobie trochę kupiłem. Wyszło mi coś takiego jak na poniższym obrazku.

T1 (niskoszumowy P28) pracuje jako przetwornik napięcie prąd, wspomagany przez T2, tworzący z nim parę Sziklaiego. T3 realizuje kaskodę, utrzymując stałe napięcie na rezystorze w obwodzie swojego emitera. A skoro napięcie na rezystorze jest stałe to prąd przez niego płynący też musi. Prawa Kirchoffa są nieubłagane i w tym wypadku zmiana prądu płynącego przez T1/T2 musi wywołać przeciwną zmianę prądu płynącego przez T3. Wzmocnienie jest w dobrym przybliżeniu równe stosunkowi impedancji w obwodzie kolektora T3 (750 Om || 100 nF) do impedancji w obwodzie emitera T1 (75 Om). W ten sposób mamy wzmocnienie 10x i stałą czasową 75 us. Druga część układu to już dość konwencjonalny układ wzmacniacza, oprócz może dwóch drobiazgów. T5 tworzy kaskodę dla T4, bo P28 ma Ucemax = 5 V. Dodatkowo mamy jeszcze osobne stałoprądowe sprzeżenie zwrotne. Zbudowałem układ na płytce stykowej i o dziwo... to działa.

Dokładność korekcji jest całkiem niezła, biorąc po uwagę, że żadne elementy nie były dobierane, rezystory są 1% a kondensatory 100 nF 5%. Uważam to za zaletę tego układu, że potrzebny jest tylko jeden nominał foliowych kondensatorów i rezystory tylko z szeregu E24. Jedynie na dolnym końcu pasma widać wyraźny spadek i to mimo niedorzecznie dużej (2200uF) pojemności w obwodzie emitera T4. Pewnie da się to inteligentniej skorygować, ale raczej nie będę tego robił. Bardziej mnie kusi, żeby przerobić drugi wzmacniacz na (względnie) niskoszumowy "dyskretny wzmaniacz operacyjny", którego można by użyć też do innych celów jak regulacja barwy dźwięku.
Zniekształcenia wypadły całkiem przyzwoicie. Nie sposób sensownie zmierzyć odstępu sygnał-szum w układzie zmontowanym na płytce stykowej i stojącym obok komputera i jeszcze kilku podobnych sprzętów, ale chyba nie ma tragedii.

Ten "las" powyżej 2 kHz to nie wzbudzenie tylko zakłócenia.

[Marek7HBV]

Dół jest dobry i nie ma co faktycznie kombinować-tylko mechanizm i deformacje płyty lepiej by było słychać.

[Romekd]

Bardzo ciekawa koncepcja przedwzmacniacza gramofonowego Byłoby super, gdybyś mógł zaekranować układ, obciążyć jego wejście impedancją zbliżoną do impedancji wkładki gramofonowej i zmierzyć wyjściowy poziom szumu w paśmie akustycznym. Bardzo jestem ciekaw jak wypadły szumy w układzie z tranzystorami germanowymi typu P28 dla tego typu źródła sygnału.

Pozdrawiam
Romek

[Einherjer]

Układ jest zmontowany na jednej z czterech płytek stykowych przyklejonych do wspólnej metalowej podstawy. Gdyby samą podstawę uziemić, a na górę dać metalową przykrywkę to mogłoby się udać. Sam jestem ciekawy jaki byłby poziom szumów.

[Romekd]

Ale masz tę metalową podstawę połączoną z masą zbudowanego układu przedwzmacniacza?

[Einherjer]

Ale masz tę metalową podstawę połączoną z masą zbudowanego układu przedwzmacniacza?

No właśnie nie miałem. Mam te płytki od niedawna i jakoś nie przyszło mi to dotąd do głowy Połączyłem podstawę z masą i nakryłem płytkę metalową miską, również podłączoną do masy. 50 Hz i harmonicznych nie udało mi się całkiem wyeliminować, ale było lepiej. Na poniższym obrazku na żółto "podłoga", czyli szum samego układu pomiarowego a na zielono szum na wyjściu przedwzmacniacza. Wygląda jak ch-ka RIAA co nie powinno być zaskoczeniem. Wejście zwarte do masy przez rezystor 2 kOm. Przy 5 mV RMS 1kHz sygnał na wyjściu wynosi około 0.5 V RMS, czyli -6 dB. Dałoby to odstęp sygnał-szum około 80 dB. Całkiem przyzwoicie jak dla mnie.

[Romekd]

Czołem.
Tak podejrzewałem Ja pierwszą rzeczą, którą zrobiłem po zakupie każdej z płytek z polami do montażu elementów, to wywierciłem otwór fi 3 mm, oczyściłem wokół blachę z lakieru i przykręciłem do niej "oczko", do którego dolutowałem przewód podłączony do czarnego gniazda bananowego masy. Bez tego elementy "łapały" mnóstwo śmieci z zewnętrznych pól elektrycznych i elektromagnetycznych. Jeżeli chcę jeszcze bardziej uszczelnić badany układ przed śmieciami zakłócającymi, wkładam ją do szczelniej metalowej obudowy.

Wynik przez Ciebie uzyskany wydaje się całkiem przyzwoity, choć rezystor o oporności 2 kΩ słabo "oddaje" impedancję wkładki gramofonowej. Wydaje mi się, że kiedyś na Forum zamieszczałem tabelkę z indukcyjnością i impedancją wkładki MF-100 dla kilku częstotliwości akustycznych, ale nie potrafię teraz odnaleźć tamtego wpisu Pamiętam jedynie, że impedancja wkładki szybko rosła z częstotliwością...

Pozdrawiam
Romek

[Einherjer]

Czołem.
Tak podejrzewałem Ja pierwszą rzeczą, którą zrobiłem po zakupie każdej z płytek z polami do montażu elementów, to wywierciłem otwór fi 3 mm, oczyściłem wokół blachę z lakieru i przykręciłem do niej "oczko", do którego dolutowałem przewód podłączony do czarnego gniazda bananowego masy. Bez tego elementy "łapały" mnóstwo śmieci z zewnętrznych pól elektrycznych i elektromagnetycznych. Jeżeli chcę jeszcze bardziej uszczelnić badany układ przed śmieciami zakłócającymi, wkładam ją do szczelniej metalowej obudowy.

Tak też zrobiłem z płytką stykową, nie miałem za to czasu szukać odpowiedniej obudowy, mam je gdzieś na strychu.

Wynik przez Ciebie uzyskany wydaje się całkiem przyzwoity, choć rezystor o oporności 2 kΩ słabo "oddaje" impedancję wkładki gramofonowej. Wydaje mi się, że kiedyś na Forum zamieszczałem tabelkę z indukcyjnością i impedancją wkładki MF-100 dla kilku częstotliwości akustycznych, ale nie potrafię teraz odnaleźć tamtego wpisu Pamiętam jedynie, że impedancja wkładki szybko rosła z częstotliwością...

Oczywiście, tam jest całkiem spora indukcyjność. Przykładowo instrukcja do wkładki AT81CP podaje: 410 Om dla prądu stałego, 2.8 kOm dla 1 kHz i 400 mH indukcyjności mierzonej też dla 1 kHz. Masz gdzieś po ręką 400 mH? Ja nie bardzo, niestety. Może przy następnych zakupach części kupię 4 dławiki po 100 mH*. Faktycznie tak duża indukcyjność spowoduje zwiększony poziom szumów o wysokich częstotliwościach spowodowanych przepływem prądu szumów bazy tranzystora przez rosnącą z częstotliwością impedancję wkładki. Tylko ile razy widziałeś tak mierzony poziom szumów przedwzmacniacza a ile razy mierzony ze zwartym wejściem? Albo w ogóle nie podane w jaki sposób został zmierzony...
Wspomniane zjawisko to zresztą argument za użyciem tranzystora J-FET albo lampy, przynajmniej w pierwszym stopniu ze względu na bardzo małe szumy prądowe obu. Nawet mi przyszła do głowy wersja tego układu z lampą elektronową. Przy 30V zasilania powinno się dać ją pożenić z sowieckimi petami a prąd siatki pierwszej powinien być już wystarczająco niski.

*No dobra, znalazłem starą wkładkę MM z mocowaniem T4P Pioneera. W wolnej chwili zmierzę przebieg jej impedancji i szumy układu z wkładką podpiętą do wejścia.

[Romekd]

Tak podejrzewałem Ja pierwszą rzeczą, którą zrobiłem po zakupie każdej z płytek z polami do montażu elementów, to wywierciłem otwór fi 3 mm, oczyściłem wokół blachę z lakieru i przykręciłem do niej "oczko", do którego dolutowałem przewód podłączony do czarnego gniazda bananowego masy. Bez tego elementy "łapały" mnóstwo śmieci z zewnętrznych pól elektrycznych i elektromagnetycznych. Jeżeli chcę jeszcze bardziej uszczelnić badany układ przed śmieciami zakłócającymi, wkładam ją do szczelniej metalowej obudowy.

Tak też zrobiłem z płytką stykową, nie miałem za to czasu szukać odpowiedniej obudowy, mam je gdzieś na strychu.

Podłączenie metalowej podstawy do masy budowanego układu przeważnie daje już tak duży spadek poziomu zakłóceń, że dodatkowe ekranowanie od góry w 99% przypadków staje się zbędne. Do tej pory może kilka razy stosowałem dodatkowe ekrany i dotyczyło to bardzo czułych i wrażliwych na zakłócenia układów. Wcześniej poziomy zakłóceń miałem dużo wyższe, ale, jak już kiedyś wspominałem, pod gumą antyelektrostatyczną zamontowałem duży arkusz stalowej blachy, który uziemiłem. Podobny mam jeszcze pod blatem stołu, przy czym ten nie jest podłączony z uziemieniem i pełni rolę dodatkowego ekranu przed zmiennymi polami magnetycznymi. Podczas trwania pomiarów staram się powyłączać z gniazdek zbędne w tym momencie przewody lutownic i innych urządzeń, lub choćby je tylko jak najdalej odsunąć od testowanego układu. Dotyczy to również potencjalnych źródeł zakłóceń, które także odsuwam lub jeśli to możliwe wyłączam.

Wynik przez Ciebie uzyskany wydaje się całkiem przyzwoity, choć rezystor o oporności 2 kΩ słabo "oddaje" impedancję wkładki gramofonowej. Wydaje mi się, że kiedyś na Forum zamieszczałem tabelkę z indukcyjnością i impedancją wkładki MF-100 dla kilku częstotliwości akustycznych, ale nie potrafię teraz odnaleźć tamtego wpisu Pamiętam jedynie, że impedancja wkładki szybko rosła z częstotliwością...

Oczywiście, tam jest całkiem spora indukcyjność. Przykładowo instrukcja do wkładki AT81CP podaje: 410 Om dla prądu stałego, 2.8 kOm dla 1 kHz i 400 mH indukcyjności mierzonej też dla 1 kHz. Masz gdzieś po ręką 400 mH? Ja nie bardzo, niestety. Może przy następnych zakupach części kupię 4 dławiki po 100 mH*. Faktycznie tak duża indukcyjność spowoduje zwiększony poziom szumów o wysokich częstotliwościach spowodowanych przepływem prądu szumów bazy tranzystora przez rosnącą z częstotliwością impedancję wkładki. Tylko ile razy widziałeś tak mierzony poziom szumów przedwzmacniacza a ile razy mierzony ze zwartym wejściem? Albo w ogóle nie podane w jaki sposób został zmierzony...
Wspomniane zjawisko to zresztą argument za użyciem tranzystora J-FET albo lampy, przynajmniej w pierwszym stopniu ze względu na bardzo małe szumy prądowe obu. Nawet mi przyszła do głowy wersja tego układu z lampą elektronową. Przy 30V zasilania powinno się dać ją pożenić z sowieckimi petami a prąd siatki pierwszej powinien być już wystarczająco niski.

*No dobra, znalazłem starą wkładkę MM z mocowaniem T4P Pioneera. W wolnej chwili zmierzę przebieg jej impedancji i szumy układu z wkładką podpiętą do wejścia.

400 mH, to jednak dość sporo. Największa indukcyjność małych dławików, jakimi obecnie dysponuje wynosi 47 mH. Z tego co mi się kojarzy, w modułach radiotelefonów serii FM 3001 Radmora były w filtrach modulatora stosowane dławiki o indukcyjności 150 mH, a mam kilka tych modułów, sprawdzę. A może łatwiej będzie mi pożyczyć od któregoś ze znajomych sprawną wkładkę MF102 i zmierzyć jej parametry. Spróbuję.

Pozdrawiam
Romek

[Einherjer]

Zmierzyłem impedancję posiadanej przeze mnie wkładki MM z mocowaniem T4P, najprawdopodobniej jest to Pioneer PC-300T. Jak widać w zakresie wysokich tonów jest ona wielokrotnie większa niż dla niższych częstotliwości z powodu indukcyjności, wynoszącej około 320 mH.

Następnie podłączyłem ją do wejścia przedwzmacniacza równolegle z kondensatorem 100 pF i zmierzyłem ponownie poziom szumów (zielona linia). Ważona wartość skuteczna szumów wyniosła około -83 dBV, czyli była o 4 dB większa niż z rezystorem 2 kOm na wejściu. Dla porównania również szumy z wejściem zwartym do masy. Tutaj wartość skuteczna wynosiła około -92 dBV.

[Tomek Janiszewski]

Wyniki chyba mogą satysfakcjonować? Czy to wierne odwzorowanie schematu Cordella, czy też rozbudowałeś go na wszelki wypadek? Może warto by sprawdzić czy zastąpienie wyjściowych zespołów Sziklayego pojedynczymi wtórnikami komplementarnymi pogorszy parametry w zauważalnym stopniu? Podobnie i kaskoda w stopniu wejściowym wzmacniacza operacyjnego nie wydaje się bezwzględnie konieczna, mimo niskiego dopuszczalnego UCE dla П28. Można było przecież zwymiarować spadek napięcia na dwójniku korekcyjnym tak aby napięcie na emiterze П28 było niższe od +5V. Albo wstawić w emiter T6 dodatkowy dwójnik rezystor zbocznikowany elektrolitem, który również zredukuje nadmiarowe napięcie, a przy okazji umożliwi zwiększenie rezystora w bazie T6 bez zmiany prądu T4, dzięki czemu mniej sygnału ucieknie do masy przez ten rezystor. Przewidujesz tego rodzaju eksperymenty?

[Einherjer]

TJ
Jeśli mówisz o pierwszej części wzmacniacza, to na wszelki wypadek bardzo mocno ją uprościłem. Artykuł opisujący przedwzmacniacz VinylTrack jest płatny, nie wiem czy wrzucenie tu schematu mieści się w ramach prawa do cytatu czy już nie. Za to w publicznie dostępnej nocie aplikacyjnej LSK489 jest bardzo podobny.

Jak widzisz pozostała właściwie tylko sama zasada działania. Z parą Sziklaiego w stopniu końcowym faktycznie trochę przedobrzyłem. Po wyciągnięciu dodatkowych tranzystorów trzecia harmoniczna wzrosła o 1 dB. Nie próbowałem usuwać kaskody i nie wiem czy będę to robił, mam trochę inną koncepcję na ten "wzmacniacz operacyjny", ale mniej tranzystorów nie będzie Nie widzę sensu się ograniczać z ich liczbą, tyle ich naprodukowali (podobno aż do końca Sajuza). Co innego ACtki i ADtki. Poeksperymentowałem też ze zmianą prądu spoczynkowego T1, ale jeszcze mniejsze wartości powodują ledwie zauważalny spadek szumów (wkładka na wejściu) a większe ich wzrost. Chyba całkiem nieźle trafiłem. Ogólnie wyniki faktycznie są satysfakcjonujące. Zniekształcenia są całkiem niskie, zwłaszcza, że mierzyłem je przy około 10 mV RMS na wejściu, a zwykle za nominalny poziom dla wkładek MM uznaje się 5 mV (1 kHz). Zresztą dominuje druga harmoniczna, więc w symetrycznym układzie mogłyby być dużo niższe. Szumy powinny być wystarczająco małe w porównaniu z szumami płyty. Może ten układ doczeka się PCB i odsłuchów Teraz chodzi mi po głowie lampowo-germanowy pierwszy stopień, czas chyba znaleźć 6Ż9P albo 6S28b

[Vic384]

Cześć
Jeżeli chodzi o" lampe do germanu", to sugerował bym następujące : 12U7; 6ES8 (ECC189); 6GM8 (ECC86) i parę innych, nie wspominając o "pojedyńczych", jak np EC900. Przy zasilaniu 12V, w zależności od aplikacji, dają praktyczne wzmocnienie napięciowe od 6 do 12 razy.
Pozdrowienia

[Tomek Janiszewski]

Przytoczony schemat to właściwie wzmacniacz operacyjny z jednym różnicowym stopniem napięciowym (kaskodę należy uważać za jeden stopień) i komplementarnym wtórnikiem wyjściowym w klasie A. Pisząc o podobieństwie miałeś chyba na myśli łamaną konfigurację owej kaskody (u Ciebie znajdującej się zresztą poza strukturą "wzmacniacza operacyjnego"), ponieważ innych podobieństw do Twojego układu dopatrzyć się nie potrafię.
Mogłbyś zdradzić gdzie zaopatrzyłeś się w germanowe pety NPN, do tego jeszcze w najlepsze spośród nich jeżeli chodzi o betę oraz fT MП38A? Germany PNP można było całkiem niedawno kupić u Sławka, do dziś walają się resztki MП14 (szarosine NOS-y) oraz MП14A (srebrzyste pokryte lakierem bezbrwnym oraz czarne, poskręcane w wiązki po 10 szt.). Ale krzemowe tranzystory wykonywane technologią stopową(!) MП101A (NPN) oraz MП106A (PNP) jakie również się jeszcze u niego walają trudno polecać do zastosowań audio i w ogóle do jakichkolewiek zastosowań, może tylko do przerzutnikowych. Ich fT jest kilkakrotnie mniejsza niż w petach również stopowych, ale germanowych, a jak się trafi beta powyżej 20 to już wielki sukces, zwykle wynosi ona kilkanaście a nierzadko poniżej 10. Cierpię na ostry niedobór petów z grupy MП35-38 (wojskowe oznaczenie MП8-MП11). Niedawno udało się wyrwać na gorąco z płytki nabytej na wolumenie dwie sztuki "wysokonapięciowych" (UCEmax 30V) MП10Б (cywilne oznaczenie - MП37Б ale więcej ich tam nie było. Przy tym czarna farba z kapelusza została na laminacie do którego były przyklejone żywicą. Musiałem wykąpać je w acetonie aby reszta farby również zeszła pozostawiając srebrzysty mat, niestety napisów na nim nie było jak mi się to kiedyś zdarzyło z szarosinym MП37 który okazał się być srebrzystym MП10

[Einherjer]

Chyba nie do końca zrozumiałeś co napisałem w pierwszym poście. Z oryginalnego schematu zaczerpnąłem samą ideę. To co widać na powyższym schemacie w oryginalnym układzie (z dwójnikiem RC = 75 us zamiast R14) odpowiada T1-T3 w moim. Mój "wzmacniacz operacyjny" T4-T10 to bieda wersja OPA2134 z oryginału
A w pety zaopatrzyłem się na ebay-u. Za około stówę możesz mieć 20 sztuk MP38A. Tylko musisz cierpliwie poczekać aż przyjdzie paczka z Omska czy innego Krasnojarska