Old School, Kick Bud, Preamp!

blackdog

Golden Member

Hi,

Tijdens het doorbladeren van wat oude tijdschriften raakte ik geëmotioneerd door een schakeling, de tranen sprongen mij in de ogen...
( Het moet niet gekker worden met deze oude aap ;-) )

Het is een ontwerp van James Bongiorno en ik vermoed dat dit de zelfde man is als de gene die heeft gewerkt aan Dynaco, Treshold, SAE, GAS enz versterkers.
Hieronder de link van het voorversterker ontwerp van hem, dat ik als uitgangspunt heb genomen voor wat ik er van gemaakt heb.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-OldSchool-PA/JB-Preamp-1975.pdf

Ik zal het een en ander uitleggen aan de hand van het schema en wijzigingen die ik heb gedaan aan het orginele schema.
Er moesten wijzigingen komen, dit omdat de transistor en Fet die er in het orginele versterker trapje zaten "unobtanium" zijn geworden.
Ik heb flink wat uitgezocht en geëxperimenteerd voor ik een schakeling had, die enigzins werkte met de componenten die ik tot mijn beschikking had.
Het grootste probleem was de E101 Fet, dit is een Fet met een lage Ids en redelijk lage ruis.
Met bijna alle Fets die ik voor handen had, kreeg ik geen werkende schakeling, dit doordat ik het DC instelpunt niet goed kreeg.

Nu eerst even een stukje van het orginele schema dat ik uit het bovenstaande PDF document heb gehaald.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-OldSchool-PA/NA-OldSchool-PA-05.png

Eerste tranentrekker
Waardoor raakte ik nu ontroerd in dit schema, de ontwerper heeft echt zijn uiterste best gedaan alles uit deze tweetraps versterker te halen!
Hier dus de ingangstrap welke het meest uitgebreid is.
We beginnen bij Q2, C8 is niet nodig en zit ook niet in mijn uiteindelijke ontwerp met de door mij gekozen transistoren, negeer dit component dus.
Er is een kleine emittor weerstand van 120Ω die voor twee dingen zorgt, dit is een beetje lokale tegenkoppling van Q2 en het "bootstrappen" van de Drain impedantie van Q1 en levert een hogere versterking op.
Q1 ziet hierdoor een hogere impedantie aan de Drain dan als C7 er niet zou zijn.
C7 lift de bovenzijde van R8(2K) op als de basisspanning van Q2 ook omhoog gaat en visa versa.
Hierdoor ziet de Fet aan de Drain dus een veel hogere impedantie daar dan alleen de 2K of als je de elco weg zou laten 5K in de Drain van R7 en R8.

Tweede tranentrekker
Kijk naar de Source van de Fet Q1 deze gaat via C6 naar de Gate weerstand R6 en "bootstrapt" deze voor lage frequenties.
Dit werkt op de zelfde manier als met de emittor van Q2, bij de Fet volgt de Source de Gate van Q1, hierdoor "verdwijnd" de weerstand R6 voor de lage frequenties.
Hoe goed werkt dit nu, nou tot honderdtal Khz is de ingangsweerstand zo hoog dat deze -0,02dB gezakt is t.o.v. 1Khz.

Derde tranentrekker
Maar het wordt nog mooier, kijk weer naar de Source van Q1, deze gaat ook naar twee ceramische condensatoren van 330pF die op de knooppunten
van de beveiligings 1N4148 zitten.
Ook de ingangs capaciteit wordt hier gebootstrapt!

Hoe goed werkt dit nu vragen sommige van jullie je misschien af?
Hier wat waarde van mijn aangepaste schema dat hier onder staat.
In serie met de ingang van de versterker heb ik een 100K weerstand opgenomen om de capaciteit te kunnen bepalen.
10Khz = 0dB (100K in serie geeft -0,02dB verzwakking t.o.v. de directe aansluiting)
420Khz = -0,1dB
1,3Mhz = -1dB
1,7Mhz = -3dB
Dat resulteerd dus in een ingangs capaciteit van kleiner dan 0,9pF!

Gerjan vroeg zich vorige week af waarom C2 in het orginele schema zit, deze is 20pF.
Deze dient volgens mij om de goede capaciteit te genereren voor gebruik met scoop probes.
Rond de tijd van deze voorversterker (1975) waren de scoops tussen de 25 en 35pF wat ingangs capaciteit betreft (De betaalbare scoops :-))

Plaatje van een voorlopig schema, daar ik de compensatie nog beter moet bepalen voor zowel klein signaal gedrag en groot signaal gedrag.
Ja, het schema is uitgebreider geworden maar heeft hierdoor nog betere eigenschappen gekregen.
In een volgend stukje ga ik dan uitleggen waarom, hoe en waar van mijn aanpassingen.
Als het goed is, is het orginele schema nog steeds te herkennen in mijn versie.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-OldSchool-PA/NA-OldSchool-PA-06.png

De versterking is +20dB wat 10x is en dit wordt later nog uitgebreid met nog een trapje hiervoor,
ongeveer zoals in het orginele schema, alleen niet schakelbaar tussen +20dB en +40dB.

Dan nog wat plaatjes van het bouwen en de testsetup, de test setup is gedaan op een breadboard met de daarbij behorende paracitaire capaciteiten.
Op de voorgrond is het printje te zien van een +20dB versie en door de opbouw capaciteitsarm te doen haal ik een -0,1dB bandbreedte van 7Mhz bij 1V RMS uit.
Het een en ander is natuurlijk afhankelijk van de compensatie die ik gatoepassen.
Wil ik voor sinus een zo vlak mogelijk frequentie gebied, dan gaat dit ten koste van de blok abberaties.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-OldSchool-PA/NA-OldSchool-PA-01.png

Hier is goed te zien, dat ik een aantal gaatjes heb uitgeboord om de capaciteit van de gevoelige nodes te beperken.
Als je goed kijkt, zie je dat de opbouw op het printje vrij goed het schema volgt.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-OldSchool-PA/NA-OldSchool-PA-02.png

De middelste twee dioden zijn boven de print gemonteerd om de capaciteiten daar zo klein mogelijk te houden.
De 100Ω serie weerstand zit op het knooppunt van deze dioden gesoldeerd en gaat naar de ingangs condensator.
De twee Philips grijze cer. condensatoren dienen voor het bootstrappen van de dioden en verlagen de ingangs capaciteit van deze versterker tot de mooie lage waarde die ik hierboven aan gaf.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-OldSchool-PA/NA-OldSchool-PA-03.png

Ik heb mij vandaag helemaal kappot gezocht waarom mijn versterkertrapje op de print gebouwd zo'n slechte frequentie respons had,
Voor DC was alles OK, zien jullie het? je kijkt hier tegen de uitgangs sectie aan.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-OldSchool-PA/NA-OldSchool-PA-04.png

Dat is het voor nu, maar ik hoor graag van jullie wat mijn aanpassingen voor voordelen opleverde t.o.v. het orginele schema.
De nadelen mag ook, want die zijn er natuurlijk ook.

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.

Hi Bram

Weer mooi bezig! Al verdere ideeën voor je high voltage voeding?

Ik denk dat ik een slechte soldering zie aan de onderste weerstand?

Groeten

Kris

blackdog

Golden Member

Hi Kris, :-)

Het is niet een slechte soldering, want hij is aan de onderzijde met zijn broer doorverbonden.
Kijk nog eens beter, ik heb er echt vrij lang overheen gekeken, het zit niet in de solderingen.

Of Topic
Ik ben wel met het HS voedings ontwerp bezig geweest, dit vooral wat betreft de beveiliging van de trafo door een PTC
en de signalering hiervan als deze beveiliging in werking is getrteden.

Wat betreft de regelelctronica heb ik bepaalde beslissingen nog niet genomen.
De Lineaire Powerfets zijn ook binnen.

On Topic
Nu weer goed kijken, het is zo simpel *grin*

Groet,
Bram

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
miedema

Golden Member

Ik denk dat Eross het goed gezien heeft... de uitgangsweerstanden 100k. Gek genoeg zijn ze op de twee bovenste foto's wel 100Ω... Maar op alle plaatjes is de ontkoppel R naar massa 1k? Verkeerde weerstand(en) gecorrigeerd? :-)

edit Of is die 1k gewoon R12? omdat de onderkant niet te zien is blijft het onduidelijk... En eigenlijk niet zo interessant... Het zoekplaatje leidt af van de slimheid van de schakeling waar het wèl om gaat...

edit2 En waar is de uitgangselco plus R15 (100k) dan gebleven? :-)

Belangrijker is, en wat mij het meeste trof in deze schakeling, is het bootstrappen van de toegevoegde capaciteit door de beveiligingsdioden.
Briljant! En nog niet eerder gezien!

Verschillende keren heb ik een dergelijke beveiliging overwogen, maar weggelaten omdat de extra capaciteit de eigenschappen te veel verslechterde. Deze onhoud ik dus :-)

Sjiek om Q2 te belasten met een stroombronnetje. Wel is de Idss (stroom van dit stroombronnetje dus) nogal variabel per FETje.

De bootstrap van van Q1 komt nu van de uitgang van de buffer, 2 trappen verder. Maakt dat de werking bij hoge frequenties niet minder ideaal door de toegenomen fasedraaiing?

groet! Gertjan.

Ik had de "rare" weerstanden ook gezien, maar dan snap ik niet dat het bij DC aardig werkt. De versterking is 10x (ruim in het origineel, bijna in blackdog's aanpassing, als ik me niet vergis), een 1:2000 verzwakking aan de uitgang zou dan toch op moeten vallen.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
blackdog

Golden Member

Hi eross,

Jij bent de eerste die de goede oplossing aandraagd, hulde! ;-)

Alle componenten had ik al meerdere malen gemeten, dit ook zonder de fet en de transistor gemonteerd,
ook de uitgangsweerstand die is opgebouwd uit, als je het goed doet 2x100Ω...
Je prikt met je meetpennen en ziet op je multimeter (stond op autorange) de waarde van 49,9564
maar kijkt niet verder op welk bereik deze cijfer combinatie wordt weergegeven.
BINGO! de beruchte aanname val, zoveel ervaring en toch trap ik er in.

Bij controle van de weerstandbak zag ik dat de 100K weerstanden ook in de 10K ende 100Ω vakjes zaten, zal de whiskey wel geweest zijn...

Dat het DC klopte komt omdat ik meette op de uitgang van de LH0002CN, en het tegenkoppel circuit gewoon in orde was (1K met 111,11Ω naar massa)
Dat je de uitgangs condensator niet ziet is omdat deze tijdens het meten niet nodig was, de scoop stond op AC koppeling.

Dan de compensatie condensator over de 1K weerstand, die is er later gekomen en wel onderop de print, dat is makkelijker aan te passen.
Als ik de compensatie goed heb uitgezocht komt hij waarschijnlijk naast de 1K weerstand en zet de twee 100Ω weerstanden boven elkaar.

Gertjan
Je opmerkingen over de Fet stroombronnen kloppen, maar daar later meer over, laat ik voor nu zeggen dat de BC264A vrij goed rond de zelfde waarde zitten.
Ze zijn goedkoop en het is makkelijk de gewenste waarde te selecteren.

Dit is wat mij betreft niet een nabouw ontwerp, maar meer om te laten zien wat er mogelijk is
en hoe je met een stukje Chinese print een versterker opbouw kan doen die breedbandig is en een lage ingangs capaciteit heeft.

Laters meer, moet nu weer even werken.

Groet,
Bram

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
blackdog

Golden Member

Hi,

Het is hier nu lunch tijd en heb net mijn broodje beenham met walnoot honing saus er op, jummie!
Dus dan nu weer wat opmerkingen over de afwegingen en testen die ik heb gedaan aan de meetversterker.

Er zijn dus vele Fet's in de schakeling geprobeerd met voorlopig twee typen die goed werken.
Dat is de BF410A en de BC264A, voor nu is mijn voorkeur de BC264A, dit i.v.m. de bandbreeedte en de eerste meetingen aan de ruis.
Het beste is als de Fet voor deze schakeling ergens rond de Idss zit van 2mA.
De orginele Fet zat hier waarschijnlijk nog een stukje onder, ik kan over dit gegeven niet veel info vinden en het is ook niet meer noodzakelijk omdat ik nu al goed bruikbare Fets heb.

Ik heb nog niet geprobeerd de lage ruis Fets te gebruikken, zoals de 2SK170 en zijn familie en heb nu nog geen idee of ik daar wel tijd in ga steken.

Door de hogere Idss van de moderne Fets is het dus lastig een goed DC instelpunt te vinden voor de schakeling.
Dit heb ik voor de gekozen Fets opgelost door de diode in de drain van de Fet op te nemen.
Hierdoor krijg ik 700mV extra ruimte om de gatespanning in te stellen.
De diode is voor "hf" ontkoppeld met de 0,1uF, hierdoor ziet de drain altijd breedbandig een lage impedantie.
Dat deze condensator over de diode zin heeft kan je goed zien bij metingen van het pulsgedrag,
er zijn extra abberaties als deze condensator niet geplaats is.

De tweede Fet kan dus een BF410A of een BC264A zijn na selectie, deze dient als stroombron voor de 2N3906.
Door hier een stroombron op te nemen i.p.v. weerstanden, verhoog ik vooral de gain tot zo'n 100Khz,
dit komt ten goede aan de lage vervorming van deze schakeling.
De vervorming tot zo'n 100Khz bij 2V RMS is alleen in de hoogste frequenties iets hoger dan 0,005%
Bij 1V RMS tot zo'n 50Khz is dit rond de 0,0025%, bij kleinere uitgangs signalen wordt de vervormings meting moeilijk.
Dit komt door het stoorveld rond mijn werkbank, als ik ruismetingen wil doe aan deze versterker, is dit zeer moeilijk.
Het niveau zit beneden de 10uV RMS bij 22Khz bandbreedte aan de uitgang, dat is dus ruim beneden de 1uV aan de ingang en dit beinvloed dan dus ook de lage vervormings metingen.

Om nu goed gebruik te maken van de extra gain van de stroombron en om de 1Meter RG58 goed te kunnen aansturen, had ik dus een buffer nodig.
En dan komt natuurlijk mijn geliefde LH0002CN weer uit de bufferbak, kost op e-bay rond de 1-Euri per stuk!
Het zijn orginele die ik in drie bestellingen heb gedaan, en heb tot nog toe geen problemen ondervonden met deze ic's.

De orginele schakeling had geen buffer, alle stroom die aan de uitgang nodig was komt uit de collector van de 2N3906.
Voor het negatieve deel van de uitgansspanning werkt alleen de spanningsdeler die ook de gain insteld.
Dat is R10 en R11 in het orginele schema,
de 3K3 van deze combi heeft heel veel moeite om een 1M coax goed aan te sturen door het stroomtekort van de orginele schakeling.
Hierdoor is de bandbreedte en de vervorming nogal afhankelijk van de belasting van de orginele schakeling.

De schakeling is nu complexer geworden maar ook een stuk potenter :-)
De LH0002CN heeft over een groot deel van zijn bandbreedte een Ri van ongeveer 7Ω,
er is dus veel minder loopgain nodig met deze buffer dan met de orginele schakeling.
Dit helpt om een stuk kabel goed en vervormingsarm aan te sturen.

Nadeel
De opbouw die ik heb gekozen in mijn versie is hongerig, niet geschikt voor 9V of 18V batterij voeding.
De 1K samen met de 111,11Ω weerstand maken ook een deel van de DC Gate instelspanning.
Een tweede rede voor de lage waarde van deze weerstanden is het dynamische gedrag, door de lage weerstandswaarde heb ik minder last van paracitaire capaciteiten.

Later vandaag de rest van mij operkingen en wat testen tussen de verschillende merken transistoren 2N3906 en wat andere PNP typen die ik in de schakeling getest heb.

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
blackdog

Golden Member

Hi,

Vanavond een beetje wezen testen met verschillende merken 2N3906 transitoren.
Waty betreft vervorming komt de Multicomp aangeschaft via Farnell er het beste uit.
De vervormings cijfers hieronder zijn met deze transistor, de Hfe is bijna 300 bij een aantal die ik gemeten heb.
Dat is bijna 50% meer dan de andere serie die waarschijnlijk van Fairchild is.

Allen een hogere Hfe is natuurlijk niet zalig makend, ook het HF gedrag moet goed genoeg zijn,
maar hier moet ik nog meer metingen aan gaan doen doen, een snelle test bracht geen grote verschillen aan het licht.

Als eerste plaatje nu het aangepaste schema, er staan wat stromen in vermeld en er zijn wat componenten aangepast.
C7 die voor de bootstrap van de Gate zorgt is nu 10x kleiner en is een tantaaltje geworden.
P1 die de DC werkpunt insteld is verkleint naar 10K om een mooier regelbereik te krijgen.
Met deze potmeter regel je de DC spanning zonder signaal af op de halve voedingspannning.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-OldSchool-PA/NA-OldSchool-PA-11.png

Dit is de onderzijde van de print, nog niet helemaal schoongemaakt omdat ik er nog aan werk.
Bij deze foto is niet de condensator over de 1K feedback weerstand te zien,
deze heb ik verwijderd voor het doen van bandbreedte metingen met de verschillende merken 2N3906.
Onderop is de +24V lijn, aan de bovenzijde zie je de massa lijn en hier direct onder is de verbinding van de loper van de
potmeter te zien die tot ongeveer de helft van de print loopt, de horizontale verbinding hieronder is het knooppunt van de tegenkoppel weerstanden dat ook gebruikt wordt voor de bootstrap van de Gate en de ingangs capaciteit.
Verder is het een grote gatenkaas voor het verkleinen vande paracitaire capaciteiten zoals al eerder aangegeven.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-OldSchool-PA/NA-OldSchool-PA-12.png

Even niet vergeten dat deze versterker trap ontwikkeld is als B.V voorzet voor een scoop in de lage frequenties, zeg tot max 5MHz.
Wat ik nu laat zien is ruim buiten het "normale" bereik van dit aangepaste trapje.

De vervorming bij 1Khz en 1V uitgangs signaal: 0,0014%, in het orginele ontwerp werd <0,15% aangegeven voor dit signaal niveau.
Bij 20 Khz loopt dit wel een beetje op, maar is nog steeds veel beter dan het orginele ontwerp.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-OldSchool-PA/NA-OldSchool-PA-08-1Khz-Distortion-1V-b.png

Zo ziet het residu er uit van de vervorming.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-OldSchool-PA/NA-OldSchool-PA-07-1Khz-Distortion-1V-a.png

En nu bij 3V RMS aan de uitgang, ongeveer 0,004%, deze trap kan zo meedoen aan "State Of The Art" audio contesten, draaid in klasse A! ;-)
http://www.bramcam.nl/NA/NA-OldSchool-PA/NA-OldSchool-PA-10-1Khz-Distortion-3V-b.png

Nu is zichtbaar dat de vervorming grotendeels 3e harmonische is bij dit signaal niveau.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-OldSchool-PA/NA-OldSchool-PA-09-1Khz-Distortion-3V-a.png

Als het weer en het werk meezit, morgen meer.
Shoot @ it!

Groet,
Bram

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
Kruimel

Golden Member

Zonder alle details van het schema uitgeplozen te hebben valt me op dat het scoopplaatje in je laatste post meer op derde harmonische lijkt dan op tweede (hoewel je dat wel zou verwachten).

Interessant ding die LH0002, ook apart om eens een 10-pins DIP te zien, dat is voor mij nieuw. Als je dit getypt had, had ik gedacht dat je een grapje maakte.

blackdog

Golden Member

Hi Kruimel,

Goed opgelet, je hebt gelijk, ik ben nu goed wezen tellen en ik kom ook tot drie! ;-)
Ik pas de tekst even aan.

Ik heb het al vaker gezegt, die buffer IC's zijn erg handig om de maximale performance uit opamps en hier een discrete versterkertrap te persen.
Let wel op, dat je een buffer IC kiest die voldoende bandbreedte heeft, voor deze schakeling zit hij ruim in zijn jas.

Groet,
blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.

<offtopic>

Het is hier nu lunch tijd en heb net mijn broodje beenham met walnoot honing saus er op, jummie!

zou er een link bestaan tussen uitgebreide elektronica-kennis en zeer luxe eten? Hersendoping? </offtopic>

mel

Golden Member

Broodje beenham vind ik niet echt luxueus.. :+

u=ir betekent niet :U bent ingenieur..
blackdog

Golden Member

Hi Mel,

Ik kan je vertellen dat het broodje waarom het gaat, wel luxy en erg lekker is.
Wat heb ik dit broodje gemist, toen ik 5 weken in zuid Amerika was...
Dan pas weet je hoe goed je het hier kan hebben, zowel wat het leven en wat het voedsel betreft.
Maar het fruit daar was geweldig, jammer dat het fruit dat geimporteerd wordt hier niet zo goed is.

Breinfood! ;-)
Dit is hem: lauw warme beenham (Livar) op een multigraan bagel met wat walnoot honing creamcheece en honingmosterd dressing.
Wil je het nog lekkerder, dan eerst een beetje roomboter op de bagel smeren.

Maar zullen we het nu weer on topic doen en het over ge-boothstrapte lekkere ruis en capaciteits arme versterker trapjes hebben.

Breinfood hoort dan vanaf nu in de koffie hoek thuis :-)

Groet,
Bram

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
rbeckers

Overleden

Ruis arm vind ik veel belangrijker dan die paar pF.
Deze versterker meet aan LF bronnen met een lage uitgangs impedantie? Bootstrapping kom ik nu minder vaak tegen.

Maar het is wel knap ontworpen.
Ik ben benieuwd naar de testen.