Just for the Record-900, RIAA

[tctla]

Hej Alle,
Det er blevet tid for endnu et vinter-projekt. Hvad jeg har lært af den forgangne vinter er, at den ikke varer nær så længe, som den gjorde, da jeg var lille. Derfor er jeg nu startet i god tid, og det kommer også til at VARE en lang god tid. Der skal eksperimenteres, hjemskaffes special-komponenter (indbygnings-kabinetter, lysnettrafo, special-stik for sammenkobling af RIAA-forstærker i et kabinet og strømforsyning i andet kabinet, fremstilles printplader etc)
Hvem ønsker sig ikke en RIAA-forsats til rørforstærkeren? Well, Mig! Jeg har hidtil lyttet med stor glæde til hjemmebyggede rørforstærkere tilkoblet en CD-afspiller som lydkilde. Wow, det lyder!
Efterhånden synes luften at forpestes en smule af de mennesker, der kommer og går her. "Du sku' lige høre min rørforstærkers RIAA. Helt vild", "Har forstærkeren xxxx en ordentlig RIAA?", "Bruger du også en rør-RIAA på din egen rørforstærker?" osv. osv... Nu HAR jeg egentlig en rigtig god grammofon, Pioneer PL600X. Ja, ja ikke en "nørd" grammofon, men vi er nogle, der må nøjes Der til en hulens masse grammofonplader, der alt for sjældent bliver afspillet. Noget ulmer....
Indtil det bryder i brand Og der er jeg så nået til nu; det brænder. Noget må gøres for, at få en afklaring. Når man ser vedhæftede diagram, vil sikkert een og anden få hikke, for der er jo SAND (Silicium) i maskinen Nu er jeg så enfoldig, sikkert baseret i min tekniske basisviden, at jeg prøver at komme i mål for enhver pris. Andres fordomme, må de døje med, jeg har heldigvis mine egne. Transistorer anvendes, hvor de er nyttige, og ikke er signalbærende. Herregud, de små stakler her virker bare som AC-modstande (impedanser) for at lokke maksimum forstærkning og linearitet ud af forstærkerrørerne. Det går vel nok?
Videre med diagrammet. PC900 er valgt som forstærkerrør, bare fordi jeg kan. Jeg HAR med andre ord nogle NOS på lager. Ligeså katodefølger-røret PCC88. Der er også den grund, at jeg vil prøve at gøre forstærkeren service-venlig. Dvs., den skal kunne adskilles og evt. defekte komponenter udskiftes uden, man skal kæmpe med at skille den ad. Traditionelle rørsokler til top-montering og med tilhørende afskærmnings-skjolde synes nødvendige. Så er man allerede fastlåst til, at soklen sidder ...FAST på chassiset. Printpladen befinder sig nedenunder og kan nemt være designet til, at soklens ben føres gennem huller i pladen og fastloddes. Alle 5 sokler, hvilket beløber sig til 36 ben i alt. Alle 36 ben skal så friloddes, hvis forstærker-printet skal demonteres. Naaeeeh, lyder ikke servicevenligt
Her kommer undermåleren PC900 lige tilpas. Røret er lige knap 3,5cm højt (ekskl. ben) og jeg tænker, at hvis man sænker printet tilstrækkelig langt ned under toppladen, at kun et par cm. af røret stikker op over kanten, så har man løst afskærmningsproblemet. Styregitret er "below deck" og ikke så udsat for brumfelter. Teori, og om lidt også viden, der kan gå hvilken vej, det skal være. Ved denne løsning kan rørsoklen bare være en simpel printmontage-sokkel uden monteringsring, og den skal aldrig afloddes.
En lille detalje på diagrammet, som måske vil overraske. Som det ses, er overføringskondensatoren mellem RIAA og katodefølgeren kun på 10nF. Det skyldes, at indgangsimpedansen på katodefølgertrinet er over 11MOhm, og der behøves derfor ikke større. Impedansen beregnes: Zin = gittermodstanden (560KOhm)/(1-forstærkningen i katodefølgeren) = 560K/(1-0.95) = 11200K = 11,2MOhm. Man behøver ikke tage højde for "Miller"-kapacitet, da anoden er forankret i forsyningsspændingen og denne belastningskapacitet derfor er helt minimal, mindre end 10pF.

Kommentarer, forslag til forbedringer osv. modtages gerne tillige med de høvl, man godt ved venter

Mvh,

/Torben

[AnalogBo]

Spændende projekt og rigtig gode argumenter.
Jeg vil stay tuned.
Bo

[spuncut]

Hej Torben
Sød lille triode-ting det PC900.
Et par spørgsmål angående den aktive belastning af indgangsrøret.
Cascodegeneratoren holder en konstant strøm gennem røret på 14mA og fordi det således kun er spændingen over røret der ændrer sig øges lineariteten væsentligt. Men belastningsimpedansen er det parameter der sætter forstærkningen og den er langt fra konstant. Spørgsmålene lyder således: Sætter man evt. den høje linearitet i indgangstrinnet til, ved at belaste med en varierende impedans? Eller er ra så lav at impedansvariationens indflydelse bliver forsvindende lav? Kunne man med fordel indskyde en katodefølger til at drive filtrene?
Super projekt, det bliver spændende at følge.
MVH Henning

[tctla]

Tak for den gode modtagelse.

PC900 har her en Rp på omkring 5,5KOhm, så det bør ikke give det store problem.
En katodefølger til at drive det passive RIAA filter, har jeg aldrig set i praksis.
Der er ikke det helt store overskud af forstærkning, så jeg har ikke lyst at smide selv det lille tab i en katodefølger overbord. Der kan eksperimenteres og heldigvis har jeg en kammerat, der spytter færdige printplader ud, før man nærmest får ulejliget ham. Så, ikke helt udelukket.

Jeg beklager, at jeg ikke har et bedre tegneprogram til diagrammer. Det ser noget klodset ud, de tegninger jeg producerer, men man får da en ide om galskaben.
Her er en opdatering, hvor bl.a katodefølgerens udgang er flyttet direkte til røret.
Som det ses, monteres der et signalrelæ for omskiftning mellem 5-pol DIN og RCA Phonostik indgange. Jeg er godt og grundig TRÆT af de p.s-adaptere, der er tilgængelige, når grammofonen ikke lige har det stik på kablet, som passer til forstærkeren.

Mvh,

/Torben

[Tonni]

Yderst spændende projekt! Som jeg gerne læser med på...

En lille en dog. Jeg ved godt det går. Men er lidt nervøs, for du strækker gløden lidt.
10% over på PCC88, og ca 4% under på PC900. Er det fordi du har trafoen?
Måske en ide, at brænde lidt varme af, i en lille stodmand, ift 88eren?
2.2 Orm kan vel møves ind? Den kaster jo kun 210mW af sig.
Og så en snupper, over den Zener? De har det med at støje forfærdetligt...

[tctla]

Hej Tonni,

Jeg er ikke helt med.
PCC88 er specificeret til 7,6V/300mA og får dermed 0,1V for meget.
PC900 er specificeret til 3,9V/300mA. Ved 2 i serie derfor 7,8V/300mA, så de får dermed 0,05V for lidt pr. stk.
Når man tænker på hvor store udsving der kan være på lysnettet, hvor de oprindelig var direkte tilkoblede i s/h-TV, så er det her pebbernødder for rørene.
Desuden mener jeg, at man som en tommelfingerregel kan regne med, at rørenes specifikationer, inkl. levetid, holder indenfor +/-10% glødespænding.

Min trafo har 2 stk. 6,3V/800ma viklinger, og der er et par brutale krumspring for at nå 7,7VDC/0,9A med meget lav ripple. Det ses, når strømforsynings diagrammet er færdigtegnet og tilføjet her.

Jeg har tidligere benyttet præcis denne konstantstrøms generator konstruktion i rørforstærkere, og der har ikke været støjproblemer pga. zenerdioden. Men, du har ret, de støjer. Når forstærkeren er i prototype, skal jeg huske at tjekke med et oscilloscop.

Mvh,

/Torben

[JGreen]

Torben. Tonni har lidt rat for det kommer an på hvilken PCC88 man får fat i. Nogen skriver 7,6V men de fleste siger 7V

[tctla]

Det viser sig, at der ikke er bred enighed om hvordan, et PCC88 skal fodres. Philips foreslår sågar både 7V og 7,6V på gløden, afhængig af, hvornår databladet er dateret. Ældre produktion fra Philips hælder til 7V, nyere til 7,6V. Det må jeg studere nærmere for at se, hvilken løsning der falder for.
Tak til jer begge.

[spuncut]

Hej Torben
Jeg syndes da dine diagrammer er fine, hvad er det for et program du anvender?
Selv bruger jeg KiCAD og det kunne måske være en ide for dig i at bruge det program, altså hvis du ikke allerede er kompatibel med det program som din print-makker anvender.
Og så lige et spørgsmål mere: Hvordan kan det være at der ikke er cascode på 2. trins strømgenerator?

MVH Henning

[tctla]

Programmet jeg anvender til at tegne diagrammer, er gammelt. Så gammelt som Win-XP.
Passer fint til mig, jeg kan relatere til det, gammel
Det hedder DesignWorks Lite 4, og ER rent faktisk installeret på en gl. Win-XP computer.
Hvad jeg godt kan lide ved det er, at jeg selv ret nemt kan designe mine egne komponenter.
F.eks. har jeg her på vedhæftede diagram designet V-Boost-modulet.
Mange andre gange, har det været nyttigt, netop at kunne designe egne komponenter.
Især i rør-forstærker sammenhænge, hvor programmet stort set ingen komponenter har oprindelig.

Manglende cascode på det 2. forstærkertrin skyldes, at jeg ikke tror, det vil gøre nogen nævneværdig forskel.
Her har man allerede forstærket det svage pick-up signal op, og har ikke brug for hvert eneste gram af opnåelig forstærkning i røret.
Set fra røret synspunkt er forskellen, at det arbejder med en lavere impedans på anoden.
Konstantstrøms generatorens udgangsimpedans = emittermodstand x 1ste transistors hFE x 2nd transistors hFE

Vedhæftede diagram viser, hvad der nok bliver den endelige løsning for glødestrøms forsyningen.
Nemt har det ikke været, at komme der til. Almindelige spændingsdoblere er forsøgt i varianter med forskellige brokoblings diode typer, inkl. Shottky dioder, som jeg også er endt med her.
Det har været forsøgt at tilpasse trafo og rør ved, at have mere end 1 gløde-kæde, helt op til 3.
Det har vist sig at være noget skrammel, og svært at tilpasse til serie-glød med den forhåndenværende trafo.
Nu har jeg trukket i bremsen, og taget den nemme udgang. 1 glødekæde, så ALLE rørs glød i serie, helt som P-rør er beregnede til.
De 2 x 6,3VAC viklinger i serie, ensrettet og med lade-elektrolyt på 6800uF, opnås 12-13VDC, når belastningen er omkring 600mA. Det er udgangspunktet for fødning af en step-up DC-DC converter, som på diagram billedet.
Uden problemer er det ikke, for boost-converteren starter ikke op med belastning tilsluttet.
Eller, det gør den, men den kan ikke lide den (relativt) langsomt stigende indgangsspænding ved start, hvis belastning er tilsluttet. Derfor er der isat et delay-relæ for udsat tilkobling af belastning ved start.
Endnu ikke afprøvet med fysisk relæ, kun med manuel tilslutning af belastning efter start, og her fungerer det prima. Man må kunne dimensionere R/C forsyningskomponenterne til relæspolen til at opnå den ønskede forsinkelse, ikke det store problem. Ellers er timer-IC'et 555 din ven her, men helst KISS (keep it simple, stupid).
L/C leddet 300uH/47uF på converter udgangen nedsætter RF switch-ripple på udgangen fra ca. 300mVpp til 5mVpp for et tab af 0,1V ved 300mA med den anvendte spole. Det er nærmest perfekt (håber jeg).

Husk, inden du lader kanonen, at strømforsyning og forstærker er i 2 separate kabinetter

Mvh,

/Torben

[AnalogBo]

Når jeg får lyst til at lave lidt elektronik starter jeg med at tegne det i LTspice, så jeg kan simulere før jeg lodder.
Det eneste problem er at det er stærkt vanedannende at sidde og fifle ud på de små decimaler.
Mvh Bo

[tctla]

LTspice kan jeg RIGTIG godt tænke mig at komme igang med.
Præcis ligesom Solidworks, men TIDEN til det... Ja, det bør jo ikke være et problem, når man går og nyder den søde pensionist tilværelse. Det viser sig dog, at ikke alt er 100% som man forestiller sig det, tag nu Trump...
Tilbage til noget, alle kan forstå:
Efter rigtig mange forsøg på at konstruere en stabil glødespændingsforsyning, der rent faktisk passer til rørene, og hvad de er konstrueret til, er jeg endelig endt op med noget, som er 100% stabilt. Alle rørs glød er i serie, som P-rør bør være, og udgangsspændingen er justeret til nøjagtig 0,300Amp. Så må rørene selv fordele spændingen, og jeg har faktisk ikke kontrolleret hvilken spænding, der er over PCC88 gløden. Den må jo være 7 eller 7,6V, det vil vise sig.
Trafoen er et kineser-produkt med indbyggede gummiben i den specificerede udgangsstrøm. Kobber er jo også dyrt, dyrere end gummi i hvert tilfælde. Trafoen er altså ikke alt for stabil, hvilket viser sig, når boost-modulet skal starte op med belastning; det går slet ikke. Modulet bryder ned, den indbyggede switch-FET efterlades ON, hvorved trafoen nærmest kortsluttes. Det er jo ikke holdbart, og hvad så? Nu er trafoen jo købt, og passer ind i det indkøbte kabinet (efter lidt overtalelse kunne højden sænkes et par m.m., heldigvis).
Så fik jeg den ide, at gløden IKKE kobles på modulet ved opstart, men direkte på brokoblingen og ladelytten efter trafoen, altså modulets INDGANG ved opstart. Herved "forvarmes" gløden med ca. halvdelen af den nødvendige spænding, og det får glødens indre modstand til at stige voldsomt. Efter ~3 sekunder, i god tid efter switch-modulet er startet op i god ro og orden uden belastning, kobles glødekæden så på switch-modulets udgang med et relæ til de nødvendige 23VDC for normal drift. Modulet trækker nu en hel del strøm som følge her af, og gummibenene i trafoen sænker indgangsspændingen i et kort dyk. Desværre nok til, at Timing-kredsløbets 1N4148 aflade-diode netop aflader timingkondensatoren (470uF) nok til, at transistoren ikke kan holde relæet trukket. Gløden skifter nu tilbage til opstartstilling, fødet af brokobling og ladelyt, hvilket varmer den yderligere. Efter nye ~3 sekunder, skifter relæet igen gløden til switch-modulets udgang, og denne gang er modulets dræn fra trafoen mere moderat, og indgangsspændingen er stabil nok til, at relæet ikke falder ud igen. Forskellige provokationer med korte netudfald, kan ikke provokere udfald af systemet og blokering af modulet. Ved selv superkorte netudfald, falder relæet fra, modulet starter op uden problemer og efter ~3 sekunder, trækker relæet og alt kører normalt. Man kunne tro, at en større ladeelektrolyt ville forhindre "dobbelt-opstart", men det er ikke tilfældet. 20.000uF er forsøgt uden nogen forskel til følge, så jeg holder mig til den valgte på 6800uF.
Derfor vælges denne konstruktion, som den endelige. Der skal naturligvis eksperimenteres med at erstatte relæet med en P-kanal FET-transistor, når den kommer med posten, men det er nærmest kosmetik. Grundkonstruktionen fungerer.

[tctla]

Jeg blev lidt interesseret i Boost-moduler, deres kunnen og laden. Nu har jeg stiftet bekendtskab med moduler, der ikke opfører sig ideelt (XL6009), men kan blokere og efterlade switch-FET'en i ON-stilling ved for lav indgangsspænding. Her i konstruktionen fremprovokeret af, at glødekædens kold-modstand er omkring 2,6 Ohm.
Lidt mere stabile moduler er opbygget med XL6009's afløser, XL-6019. Med forsinket tilkobling af glødekæden, er dette modul absolut stabilt, så jeg er glad, men... ikke RIGTIG glad.
Forvarmning af gløden, er en glimrende ide. Det er en voldsom overbelastning af glødekæden, hvis man forestiller sig, at man kan fastholde udgangsspændingen af strømforsyningen på 23V ved opstart, uanset belastning. Det er heldigvis ikke muligt med den anvendte trafo, men selv med den viste forvarmning, er det ikke det samme, som da man i gamle dage startede serieforbundne glødekæder op med en Urdox-modstand i serie. Bare en fancy NTC-modstand, der dæmpede indløbsstrømmen, hvorefter den nærmest opførte sig som en kortslutning. Nogle flere "step" i glødens forsyning ved start, er ønskelig.
Jeg bestilte forskellige Boost-moduler ud af interesse og for, at få noget erfaring med disse. Det vil til eksempel være fedt, at kunne lave en negativ gitterforspænding til udgangsrør, baseret på 6-7V DC fra en ensrettet 6,3VAC glødevikling. Sikkert ikke så stort et problem, da modulets belastning vil være ganske lille og konstant. Imellem de modtagne moduler er også en "svagpisser" type MT3608. Det var nærmest tilvalgt pga. ovenstående gitterforspændings-problematik, men, men, men...
Det viser sig, at MT3608 indeholder et "Under Voltage" detekt kredsløb, der bl.a. forhindrer, at den interne Switch-FET blokerer og kortslutter trafoen. Dette er HELT ideelt ift. at starte en glødekæde op, der nærmest opfører sig som en kortslutning (2,6 Ohm). Med glødekæden tilsluttet Boost-modulets udgang ved opstart pumper modulet kortvarigt forvarmnings-energi i glødekæden, men kun omkring 450mA, hvilket gløden bør kunne holde til. Modulet "restarter" pga. den lave indgangsspænding fra en kraftig overbelastet trafo og tilfører igen kortvarigt kæden energi, nu mindre strøm. Der ser ud til at være oprettet en slags balance mellem trafo, modul og glødekæde, hvor balancen skubbes opad i energi for hver restart. I løbet af 4-5 sekunder og lige så mange restart, ender vi med 300mA i glødekæden og et 100% stabilt modul. Ved kortvarig dropout af lysnettet, er der ingen eller måske 1 genstart, og så stabiliseres forsyningen igen til 300mA.
Med anvendelse af MT3608 modulet behøves altså ingen forsinket tilkobling af glødekæden, og tilmed startes gløden op i flere tempi. Ikke en ideel Urdox, men tæt nok på.
Som det ses på billedet, er det NOGET af en undermåler af et IC, der styrer hele processen, og det bliver overhovedet ikke varm i drift
På det vedhæftede diagram ses også et Low Drop-Out IC, der leverer 12V til forstærker-modulet. Det forsyner bare relæer og evt. et par lysdioder. Dioderne er måske ikke nødvendige pga. "snedigt" mekanisk design, det vil vise sig.

Mvh,

/Torben

[tctla]

Endnu er Boost-modul er ankommet, og det fortjener at komme med her, selvom jeg nok holder fast i at anvende "undermåler"-modulet fra sidste post. Her fungerer modulet jo ved at starte op adskillige gange under koldstart, og tilføre gløden mere og mere energi, indtil den ønskede udgangsspænding på 23,1V (=300mA i glødekæden) nås. Det skåner glødekædens opstart ved at gøre den "blød", hvorfor glødetrådene bør kunne holde længere. I gamle sort/hvide billedrørs-TV, hvor disse P-rør oprindelig blev anvendt, var det ikke usædvanligt at se en overbrændt glødetråd som fejl, når TV'et kom ind på værkstedet og var dødt.
Det sidste ankomne modul bør medtages og beskrives fordi, det klart er det bedste af dem alle. Jeg har ledt højt, lavt og længe efter Booster-moduler med konstant-strøms indstilling, men de har ikke været til at finde. Buck-moduler, der konverterer indgangsspændingen NED, har mange gange denne funktion, men den er sjælden på Boost-moduler. Alligevel er det lykkedes at finde et, og det er endelig ankommet.
Modulet hedder noget så eksotisk som XY-SJVA-4. Faktisk kan modulet konvertere både op og ned, så det er universel anvendeligt. Modulets indgang tilsluttes, og udgangen efterlades åben. Herefter justeres udgangsspændingen til 23,1V. Nu kortsluttes udgangen råt og brutalt med et Amperemeter, hvorved der går en strøm, der bestemmes af det potentiometer, der indstiller strømbegrænsningen. Her indstilles selvfølgelig til 300mA. Nu er modulet i stand til at afgive kun 300mA ind i en belastning, selvom belastningen er voldsom. F.eks. de 2,6 Ohm glødekæden måler i kold tilstand. Modulet reducerer udgangsspændingen indtil 300mA opnås. Når belastningen falder (glødekædens modstand vokser, som den bliver varm), så efterjusterer modulet automatisk udgangsspændingen langsomt op, idet de 300mA udgangsstrøm fastholdes. Når udgangsspændingen når 23,1V, og glødekæden fast forbruger 300mA, skifter strømforsyningen fra konstant-strøm til konstant-spænding, og en rød LED, som indikerer konstant-strøm, slukkes.
Dette er den 100% ideelle måde at koldstarte en serieforbundet P- eller U-glødekæde, bedre end en URDOX modstand. Her overbelastes trafoen heller ikke et øjeblik under opstart, alt spiller.
Tænker du altså på at anvende P- eller U-rør i dine konstruktioner, så kan bruge dette modul.
Prisen er rimelig; jeg betalte på Aliexpress £4.08 inkl. porto.

Mvh,

/Torben

Tilføjelse:
Efter en bedre stress-test af modulet, hvor det bl.a. testes for korte netudfald, ses flg.:
Ved netudfald falder modulets indgangsspænding hurtigt, og modulet kobler sig selv fra. Herved forbruges ikke mere energi fra ladekondensatoren (6800uF), og dens spænding falder langsomt. Tilkobles lysnettet igen inden ladekondensatorens spænding er faldet til under ~2V, så kobler modulet ikke sig selv til igen, selvom indgangsspændingen er normal ved ubelastet opstart (ca. 17,5V). Ladekondensatoren skal altså hurtigt aflades ved korte strømudfald, og en 150 Ohm modstand på 1/4Watt i parallel, klarer dette. I normal drift forbruger modstanden ~10mA, hvilket er helt uden betydning.
RF-ripple på modulets udgang før LC-leddet er ca. 250mVpp. Det kan formindskes til ca. 150mVpp ved, at parallelkoble en 2,2uF blokkondensator til udgangen. I begge tilfælde er ripplen efter LC-leddet nærmest umåleligt.
Der er dog en lille smule 100Hz ripple, ikke sinusformet, til stede. Omkring 50mV, hvilket er uden betydning.

[tctla]

Jeg må overgive mig, for nu bliver det ikke mere nuttet.
Det sidst anmeldte Boost-modul med justering for konstant-strøm på udgangen, findes i en version med indbygget LCD-display. Godt nok til en skrækkelig pris (Kr.: 57,63 inkl. forsendelse), men så må der jo spares andre steder
Her ses modulet sat op til at forsyne de 4 x PC900 og 1 x PCC88 med 300mA.
Ved koldstart, opstartes glødekæden med de indstillede 300mA, der forbliver uændret hvor udgangsspændingen langsomt stiger, imens rørenes glødetrådes indre modstand vokser. På et tidspunkt ændres modstanden ikke længere, og udgangsspændingen stabiliseres, stadig med 300mA gennem glødekæden. ALDRIG er en P-rør glødekæde startet så nænsomt op i nogen sammenhæng
Jamen, det skal da uden tvivl i strømforsynings-kabinettet.
Så er det tid til at få lavet en brumfri højspænding på ca. 220VDC til at forsyne forstærkerkredsene. Det bliver nok ikke det store problem. En lille bekymring er det dog, at katodefølgeren PCC88 arbejder med en rimelig høj katodespænding. Derfor udfordres Vkf (Katode-filament) på max. 50V. Glødestrømsforsyningen skal nok hæves lidt op fra stel vha. højspændingsforsyningen, men det bør ikke være et problem.