Transistor voorversterker met goede eigenschappen.


blackdog

Golden Member

Hi 575,

Dat ziet er leuk uit, er wordt geen serie weerstand gebruikt zoals in de ouder schakleingen die volgens de zelfde techniek werken.
Ik heb de zeer lage ruis ZTX851 hier op voorraad en de schakeling is vrij simpel, dus vrij snel getest in een proef setup.

Als het meezet met mijn werk, zal ik het morgen of donderdag eens testen.

Dank voor de link!

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
miedema

Golden Member

Op 15 september 2020 22:30:59 schreef blackdog:
...en de metal case is de 2N4393 is een geselecteerde fet met een ids van ongeveer 7mA.
Ik dacht dat ik een BF245 kon gebruiken maar de series die ik hier heb, zat niets bij die zonder instelweerstand zo rond de 6 a 7-mA stroom gaf.
Vele zaten er boven, zal weer eens wat mee bestellen in de volgende ronde.
Wat wel opviel was dat van een BF254 serie, de stroom stabieler was bij variërende Drain Source spanning.
De 2N4393 is echter veel beter dan een 3K3 weerstand!

Ja, dat is het nadeel van een jFET gebruiken als stroombron: de spreiding is groot. Elke keer moet je het meest geschikte FETje uitzoeken, en het instelweerstandje aanpassen. Dus minder geschikt voor serie productie :-)

Toch is die jFET m'n favoriete stroombron. Lekker simpel, en prima eigenschappen. En die prima eigenschappen behoudt hij ook bij hoge frequenties. Dat in tegenstelling tot z'n IC broertjes, die prachtige specs hebben, maar die specs worden snel minder zodra het ingebouwde opampje bij hogere frequenties buiten adem raakt (beperkte GBW)....

Ook voor audio is dat een voordeel. (Als je luistert of ook bij hoge frequenties meet, en niet alleen THD meet bij 1kHz :-))

Groet, Gertjan.

Ik kon het niet laten om even te LTspice-en.

blackdog

Golden Member

Hi 575, :-)

Dnk je voor de simulatie en de link naar Audio Engenering!
Ik zal kijken of ik er ijn het weekeinde tijd voor heb om het een en ander door te nemen.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ik heb de de-noisator in LTspice gedaan,
Met een BC109C ( als die er nog is ? ) is het beste resultaat.
Helaas is de noise simulatie zo fantastisch dat ik het niet geloof.
Misschien dat 575 er naar kan kijken.

Guus@Sint-Michielsgestel

Waters, Heb je de hele thread op diyaudio wel gelezen? Daar staan ook metingen tussen. Beschrijving & .asc files van ELVEE: post 537 page 54, en post 748 page 75.
foutje in je schema: V2 en V3 hebben allebei "AC 1"

Bedankt 575,

Ja ik heb dezelfde zeer lage noise cijfers.
Ik kon dat bijna niet geloven, vandaar mijn vraag.

Ik kan met en zonder AC1 werken.

Ik heb een pulse aan de ingang toegevoegd, om een 100 Hz voeding te simuleren.
De reductie van de 100Hz "rimpel" is meer dan 40 dB in de FFT.

Guus@Sint-Michielsgestel
blackdog

Golden Member

Hi,

Even geen foto's maar alleen wat info/uitleg.

Ik heb aan de hand van van het LT Spice model dat 575 liet zien nog wat extra testen gedaan.
Voor een deel betreft dat verschillende transistoren op de eerste en de tweede positie.
Op de eerste positie werkte een halve MAT02 beter als de Hitachi die in het schema staat, maar op de tweede posite werkt b.v. een BC547c het beste.
Ik vermoed dat dit te maken heeft met de Ccb capaciteit samen met het grotere AC signaal dat op die positie aanwezig is.

Veel metingen heb ik "Open Loop" gedaan, en dan bedoel ik eigenlijk geen RIAA netwerk maar een 20Meg weerstand als tegenkoppeling.
In de lage frequenties zeg tot zo'n 70Hz haal ik iets meer dan 90dB gain! Ik vind dit ongelovelijk voor een twee transistor trapje.

Waar ik verder veel mee heb gespeeld is de onkoppel condensator en de bootstrap condensator, deze twee condensatoren bepalen hoe vlak de frequentie in het laag word.
Het Spice model heb ik bij het testen wel aangepast, het Element model heb ik omzijld net als het extra deel a nde uitgang.
Verder is ook de condensator tussen de basis en de emittor van de eerste transistor is ook weg en naar de basis naar massa geplaatst op twee posities, 47 en 100pF.

Bij 2V uitgangsspanning welke ver boven de normale uitgansspanning is, gemiddeld is een MD lement 2,5mV en dan kom je met de gain van dit trapje uit op 325mV in deze schakeling.
De THD bij dit uitgangs niveau is rond de 0,006%. de dominante harmonische is de 2e, mooi voor al jullie buizengeluid liefhebbers.

Zonder het DC niveau te hebben geoptimaliseerd haal ik net onder het clip niveau op ruim 8V RMS bij 1kHz en de THD is dan 0,02%.

Verder heb ik met verschillende testsignalen het pulsgedrag bekeken van dit trapje, de eerste stap was dus de basis emittor condensator verwijderen die een flinke overshoot gaf
gaf bij signalen met een redelijk stijle flank.
Daarna de al in het schema aangegeven condensator over het gehele RIAA netwerk, een kleine condensator is hier nodig voor de stabiliteit.
De blokweergave ziet er nu vrij goed uit en ook ander pulssignalen zoals de Cardinal Puls en Sinus burst zijn van goede kwaliteit.

Uiteindelijk heb ik een aantal condensatoren die ik had geoptimaliseert met LT Spice weer veranderd in waarden.
De testen met testsignalen brachtn aan het licht dat bij een te laag gekozen kantelpunt voor C6 en C7 in mijn schema er voortdurend kleine DC Shifts zijn.
Dat is ook al ongewenst doordat platen krom zijn en ook het gat uit het midden zit wat grote amplitudes geeft in de lage tonen.
Dus de waarden zijn nu wat hoger als in het schema, met niet factor 20. :)

Waar ik nog wel metingen aan moet doen is de ingangs impedantie aan de basis van Q1, de bais berekening is ongeveer deze, de hFE van de eerste transistor vermedigvuldigt met de emittor weerstand.
Zeg 400x 0,5k zou 200K moeten zijn, maar er is ook nog een RIAA feedback netwerk dat hier meespeeld, dat is het volgende wat ik ga meten.
De belasting mag best wat hoger zijn in de hogere frequenties maar een paar K zie wat te veel worden i.p.v 47K.

Vergeet niet dat de hele weergave in het hoog van een MD element nogal berust op drijfzand, inductie van het element, arm + aansluitkabel capaciteit en dan ook nog de capaciteit van de ingangs van
de versterker.
En RIAA versterker trapje blijven tunen tot je op 0,1dB recht bent bij 50kHz is totale onzin, je element kan al bij 17kHz 2dB opslingering hebben!
Dit houd natuurlijk niet in dat je maar wat mag gaan knoeien, dit trapje dat ik hier laat zien is op het ogenblijk van 50Hz tot ruim 20kHz binnen ongeveer +-0,3dB vlak.

Bij ene andere schakeling opbouw kan je dit nog veel beter maken, zeg met opamps omdat deze een zeer grtoe bandbreedte en hoge loopgain hebben, is 0,1dB van 10Hz tot 50kHz mogelijk.
Heeft dat zin voor het luisteren naar een plaat? ik denk het niet, als je dat kan toepassen bij een uitgebreid RIAA versterker ontwerp, ga lekker je gang.
Niet vergeten dat een paar mm je hoofd verplaatsen bij 10kHz vaak al meer volume verschillen geeft bij het luisteren naar luidsprekers.

Ik heb nu voldoende getest met mijn testsetup e nmet het LT Spice model van 575 zodat ik een proef printje kan gaan maken zodat ik ook kan testen met verschillende transitoren.
Het in en uitsolderen van transistoren in mijn testopstelling is niet echt ideal.

Volgende keer weer wat plaatjes van mijn metingen.

Groet,
Bram

PS
Geen tijd gehad voor metingen aan de ruisonderdrukkers van de LM317 typen.

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Bram,
Uit je verhaal begreep ik dat je op je werkbank de impedantie wou meten.
Je kan echter in LTspice ook de (ingangs) impedantie bepalen.
Plaats een stroombron met 'AC1' aan de ingang, en label die met 'Zin'.
Doe een AC sweep, en plot dan V(Zin).
Select in de plot V(Zin) met rechter muisknop, en verander de expressie in V(Zin)/1A. (de wet van Ohm, we hadden de stroom op 1A gezet met AC1)
Voila: de ingangsimpedantie van de schakeling als functie van de frequentie.

blackdog

Golden Member

Hi 575,

Uhm, ik ben maar heel weinig thuis in LT Spice...

Wat jij zo even neer typed kom ik niet uit!

Die stroombron heb je al getekend en aangesloten met brugje x3

Bij de stroombron staat AC Amplitude = 1, ik neem aan dat je dat bedoeld.
Kort omschreven, ik heb geen idee hoe ik het voor elkaar krijg.

Dit heb jij dus al gedaan: Doe een AC sweep, en plot dan V(Zin).

Dan zeg je dit: Doe een AC sweep, en plot dan V(Zin). geen idee hoe <= geeft aan hoe weinig ik van LT Spice weet. :-)

De volgende stappen hebben dan geen zin als ik deze bovenstaande stappen niet kan uitvoeren.

Analoog op de werkbank had ik het al klaar gehad. *grin*
Maar natuurlijk niet als ik nog wat componenten aanpassingen had gedaan, dan wint LT SPice het met de gebruikte tijd.

Dus als je mij nog wat verder wil helpen graag!

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Als je de 2 files asc en plt samen in een aparte directory zet en runt, dan moet de Zin plot direct komen.

Plot Zin:
klik op run, en dubbelklik op het schema op node Zin.
Er wordt nu de spanning als functie v/d frequentie op Zin getoond.

Door te delen door 1A(mpere) reken je dat om naar weerstand.
In het plotwindow bovenin de variabele Zin aanwijzen en dan de rechtermuisknop. Je kan dan "/1A" toevoegen

blackdog

Golden Member

Hi 575, :-)

De twee bestanden in de zelfde map zetten was de truc!
Ik kan nu ook mooi het effect zien van de bootstrap condensator en de ontkoppel condensator overde emittor weerstanden van de tweede trap.
Waar ik blij mee ben is dat bij een eerste transistor met voldoende hFE de ingangs impedantie hoog genoeg is over vrijwel het hele audio bereik.
Anders had ik een serie weerstand direct aan de emittor moeten aanbrengen, dit verhoogt de Rbb en daardoor een slechtere S/N verhouding.

Bij 10kHz is de Ri gedaald tot 42K, weinig belangrijk daar ieder element daar al flink slingert door zijn inductie met de totale capaciteiten die het element verder ziet.

Nog even een opmerking over mijn "Reverse RIAA" kastje, deze heeft voor een groot deel van het audio gebied een uitgangs impedantie van 560Ω
En deze uitgangs impedantie wordt bij 20kHz als het filter met 50Ω wordt aangestuurd bij 20kHz ongeveer 490Ω

Als je dus frequentie sweeps doet, zal je ook met deze eigenschappen rekening moeten houden.
In de High End forums hebben ze het regelmatig over een filter die Neuman gebruikte in hun "Master Beitelaars" :) rond de 50kHz.
Volgens mij heeft het weinig zin daar nu echt rekening mee te houden, maar mijn Reverse RIAA is op 50kHz 370Ω uitgangs impedantie geworden.

Het wordt een stevig "Error Budget" dat zal moeten worden opgemaakt, voor je er enigzins zeker van kan zijn,
dat b.v. van element tot uitgang van je versterker recht is het binnen zeg +-1dB is!

Zoals altijd vind ik dat je als ontwikkelaar niet de kantjes er van af moet lopen, maar het is goed de reele wereld in de gaten te houden.
Pas als je ouder wordt heb je meestal voldoende budget om goede apparatuur te kopen, alleen heb je dan weer als nadeel dat de eigenschappen van die wokkels
aan de zijkant van je hoofd met de dag slechter worden en dat is bij de moderne mens steeds een groter probleem,
dit omdat de mens zich niet kan beheersen wat het volume niveau betreft, want, hoe harder hou mooier!

Mooi, 575 hartelijk dank voor je input, heeft mij echt extra inzicht gegeven betreffende een aantal eigenschappen van deze schakeling.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Bram,

Mooi dat het gelukt is.

De y-as na een AC-sweep is standaard in decibel. Ik was vergeten er bij te vertellen dat je die eerst op lineair moet zetten. (rechter muisklik op de vertikale as).

Als je een plotfile wil opslaan zoals in mijn voorbeeld:
Eerst je plotwindow naar wens vullen met traces (eventueel met een [Taakbalk->Plot Settings->Add Plot Plane]).
Selecteer het plotwindow.
en dan [Taakbalk->Plot Settings->Save Plot Settings]

Let op:
Dit heeft alleen nut als je Nodes laat zien die je eerst zelf een eigen naam hebt gegeven. De nodes die vandaag N003 of N023 heten kunnen na het wijzigen van het schema ineens heel andere nummers krijgen!

Ite

blackdog

Golden Member

Hi Ite,

Hoe vaak ik wel niet de mist in ga doordat het verkeerde window is geselecterd...
Ben daar vast niet de enige in denk ik. ;)

Ik heb wat plaatjes geschoten van LT Spice met aangepaste componenten en in de plot staat de ingangs impedatie, welke ik mooi zat vind, rond de 35K bij 20kHz.
En de positieve hobbel rond de 2Hz is niet van belang, dat gaat echt geen extra output signaal geven dat van betekenis is.
Dit plaatje is klikbaar voor een grotere versie.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Spice-RIAA-Input-Impedance-01-Klein.png

.
Nog een leuke, schema's editen, als je steeds aan het wisselen bent tussen Splan en de schema editor van LT Spice, heeeeeel conforabel, not!
Maar laat ik niet gaan klagen, beide programma's doen goed hun best.

https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/BD-HPWalker-RIAA-04.png

Dan is hier het bijgewerkte schema in Splan, Q2 en Q4 zijn vrij zeker de afgebeelde modellen, Q2 de BC550c van On Semi en Q4 de BC337-40 ook van On Semi of Philips/NXP als die nog te krijgen is.
Ik probeer voor de lezers ze goed mogelijke verkrijgbare transistor typen aan te geven, wat bij deze twee typen opvalt, zijn de de hoge hFE waarden van deze transistoren en de voldoende hoge Vce.
Wat Q1 betreft, daar heb ik een lijstje te testen transistoren van klaar.
Dat laat ik zien, als het testprintje klaar is, samen met mijn gekozen type.

JFet en "Tape Uitgang"
Vandaag ook nog verschillende JFets getest om het dure model dat nu nog wel vermeld staat, voor een goedkoper model te vervangen, daar zal dan wel een kleine selectie op gedaan moeten worden en een instelweerstand bij komen.
Ook met een instelweerstand zal dus de JFet geselecterd moeten worden om goed toepasbaar te kunnen zijn, de spreiding is gewoon zeer groot in alle JFets die ik getest heb.
Ik denk dat ik vanmiddag rond de 100 JFets heb getest van verschillende typen en merken. :)
Door de voedingspanning van 30V wordt de keuze ook een stuk kleiner, ook zijn veel JFets maar 250mW en dat zorgde er ook voor dat de selectie kleiner werd.
Wel een voordel is, dat de meeste JFets die ik heb getest goedkoop zijn, waardoor 10 of 25 stuks aanschaffen geen probleem zou moeten zijn om twee goede te kunnen selecteren.
De stroom die ik heb aangegeven en dit samen met het spannings niveau aan de emittor van de BD337-40 zorgt er voor dat het vermogen in de JFet kleiner dan 150mW blijft.
Dus ik verwacht met de dissipatie geen problemen.

Het gaat er om dat er tussen de 7mA en 8mA door de emittor van de BC337-40 loopt, dan is er voldoende stroom aanwezig om de maximale belasting die ik in dit laatste schema heb gesteld op 3K31,
goed aan te kunnen sturen tot vlak bij het clippen van het versterker trapje.
Stuurd dit trapje alleen de volume potmeter aan, dan is de belasting rond de 10K van de ALPS volume potmeter.
Maar ik heb er dus rekening mee gehouden dat er ook nog zoiets als een tape apparaat of een ander stuk apparatuur moet worden aangesloten.

Nu is het tijd om te gaan rennen, dit oude kadaver een beetje in vorm te brengen, want daar helpt geen Spice aan. :+

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
blackdog

Golden Member

Hi,

Vandaag en gisteren bezich geweest met het uitzoeken van transistoren zodat deze RIAA schakeling na te bouwen wordt zonder de speciale componenten die ik vaak toepas, dit omdat ik die componenten vaak hier in mijn voorraad heb.

De meeste transistoren van het RIAA trapje zijn nu van het BCxxx type.
Hou je dan wel aan de typen die ik opgeef, dus als ik zeg een "BC337-40" dan bedoel ik niet een BC337 of een BC337-25 of een BC108b!!!
Zou het werken met de door mijn niet gespecificeerde transistoren, ik denk het wel, maar je haald niet de goede specificaties, simpel.

De typen zijn met zorg uitgezocht en zijn bij de grote electronica boeren voor heel weinig geld te koop.
De vervangingen voor de eerste transistor heb ik nog niet getest, ben vandaag bezich geweest met de tweede trap, en de emittor volger die er achter komt
en dit samen met de stroombron aan de emittor.

Q1 wordt dus later deze week bekend gemaakt welke daar voor te gebruiken is maar de andere transisatoren zijn nu dus wel bekend.

Q2 en Q3 het liefst van ON Semi de BC550c, Q4 en Q5 ook het liefts van On Semi de BC337-40

Eerst even het schema en dat nog wat opmerkingen.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/BD-HPWalker-RIAA-05.png

.
Waarom voor Q4 en Q5 nu een BC337-40 nemen als een BC550c die stromen net zo goed aan kan en zelfs ook nog een hogere hFE heeft.
De BC337-40 werkt gewoon beter bij de stromen die hier lopen welke een kleine 10mA zijn, de hFE/Ic is wat vlakker.
En bij grote uitgangsspanning is de "Drop Out" lager.

Dan komen we nu aan bij de aangepaste stroombron, welke ook een BC337-40 heeft.
Hierbij was het heel duidelijk dat dit type beter werkte op de positie waar hij nu in de stroombron zit.

Dit zijn de configuraties die ik heb bekeken en een aantal getest, het gaat om de "stroombron" in de emittorvolger.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Pro-RIAA-Stroombron-01.png

.
Dit plaatje is opgedeeld in vijf secties, en de linker is de geen stroombron maar een gewone emittor weerstand, simpel en goedkoop.
Een emittor volger met alleen een weerstand heeft een vrij hoge vervormings factor als er ver uitgstuurd moet worden, zoals bij deze RIAA versterker.

Uitgebreide uitleg is via deze link te vinden bij sound-au.com, scroll naar beneden tot item no4.
https://sound-au.com/articles/followers.html

Versie-B en C
In de paar laatste versies van het schema stond een JFet als stroombron getekend, deze heeft er tot hedenmiddag ook echt in de schakeling gezeten.
Het probleem met de JFet is dat welke je ook kiest je moet blijven selecteren, nabouwers vinden dit meestal geen prettig werk. :)
En Nederlanders hebben vaak ook moeite om b.v. 25x een BC550c te kopen als ze er maar 6 echt nodig hebben, zelfs als die BC550c maar 0,2€ kost...

Goed ik ben gaan kijken wat een goede oplossing is voor een stroombron, want een goede JFet die goedkoop "was" is vrij slecht verkrijgbaar geworden,
dus de stroombron met een JFet heb ik losgelaten, samen omdat deze JFet dan alsnog een instel weerstand nodig had.

Versie-D
Dan komen we aan bij versie-D welke ook heel simpel is, één TO92 behuizing IC en één weerstand en klaar!
De spanning die ik voor het RIAA versterkertje heb is 30V en gelukkig kan de LM334 dit makkelijk aan, daar dit IC tot Max 40V kan hebben.
Voor de ongeveer 9-mA zit je toch al tegen de limit van het IC aan, de verhouding tussen de instelstroom en de totale stroom wordt dan kleiner dan 10x.
Nog een nadeel van dit IC is de nogal sterke temperatuur gevoeligheid, ja ik weet dat je deze met een extra diode en een extra weerstand kan compenseren,
Ware het niet, dan je dan wel een extra diode drempel als dropout spanning hebt.
Je ziet de LM334 bij 9-mA insteltroom en 15V over het IC bijna van tafel af driften! :+

Versie-E
En dan ben ik aangekomen bij versie-E, veel toegepast in opamp's en goede eindversterkers, en deze versie kan nog beter worden gemaakt, maar dat is in mijn schakeling niet nodig.
Deze schakeling met een BC550c en een BC337-40 is al zeer goed, en ja, gebruik de transistoren zoals hier aangegeven.
Door gebruik te maken van de BC337-40 als stroomvoerende transistor is de dropout spanning rond de 690mV, dat is de spanning waarbij de 9mA die ik ongeveer het gekozen als stroom begint de dalen.
Vanaf 750mV tot 40V op de collector van de BC337-40 is er vrijwel geen verandering in de collector stroom, ik was echt verbaasd hoe goed deze simpele schakeling was.
Dat is dus de rede dat ik uiteindelijk deze stroombron toepas, ook al zijn het nu nog meer onderdelen nodig, maar het lever wel wat op, kijk maar naar de foto's hier onder.

De voorversterker is bij aale metingen belast met 3K3, normaal is dit alleen de 10K van de volume potmeter.
Bij 10K wordt voorla bij de grote signalen aan de uitgang de vervorming nog lager!

De onderstaande plaatjes zijn klikbaar voor een grote versie, in het oranje kader staat het uitgangs signaal van de RIAA voorversterker bij de ze metingen, bij deze foto is dit 3V RMS.
Het normale niveau aan de uitgang is rond de 340mV, want ik had gesteld dat er een MD element gebruikt zou worden die nominaal 2,5mV afgeeft en bij een gain van ongeveer 135x kom je dan rond de 340mV uit.
Dit plaatje is dan bijna 20dB boven het normale niveau en de THD is daarbij ruim 0,004%,
en ik kan jullie vertellen dat dit extreem goed is voor een twee traps versterker met zoveel gain en 3K3 belasting.
Het stippellijntje in de FFT geeft aan welke bandbreedte er gebruikt wordt om de THD te meten.
Verder is goed te zien dat de 2e Harmonische dominant is en de derde Harmonische nog ongeveer 20dB lager, de hogere harmonische kunnen ook de geluidskaart zijn omdat ik tegen de meetgrens aanzit.
Oja, de Audio Precision Meetset wordt gebruikt als generator, die is in dit frequentie gebied rond de 0,0002% of minder aan THD, goed de nullen tellen.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/23-9-2020-BC550-BC550-Stroombron-24mV-input-01-klein.png

.
Nu heb ik het niveau verlaagt naar 10mV aan de ingang (4x het nominale niveau) en dat geeft 1,26V RMS aan de uitgang.
Nu is er alleen nog maar een tweede Harmonische te zien en deze THD blijft op iets minder dan 0,002% steken.
Ik had het nog niet aangegeven, maat kijk naar de ruisvloer, die is mooi gekanteld, bij zo'n 20Hz +20dB ruis en bij 20khz -20dB ruis t.o.v. 1kHz, dat komt dit door de RIAA correctie.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/23-9-2020-BC550-BC550-Stroombron-10mV-input-01-klein.png

.
Dit is dan een 1kHz signaal bij het nominale niveau van 2,5mV RMS aan de ingang.
Er is nog net wat te zien van de tweede harminische bij 2khz en dat zit onder de 0,001%.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/23-9-2020-BC550-BC550-Stroombron-2.5mV-input-01-klein.png

.
Nu gaan we omhoog in frequentie, meting bij 10kHz en ongeveer 3V RMS aan de uitgang.
Bij dit niveau is er nu wel duidelijk vervorming zichtbaar, hoe dat kan ondaks dat er minder versterking is bij 10kHz?
Dat komt doordat de openloop gain op 10kHz veel lager is dan op 1kHz, maar doordat de trapjes in klasse-A staan, vooral de emittor volger met stroombron
blijft de vervorming bij dit niveau nog steeds laag.
Ik heb er geen plaatje van, maar bij 1V RMS aan de uitgang wat ongeveer 3x de nominale waarde is, was de 2e Harmonische rond de 0,002% en de derde net zichtbaar 25dB lager.
Lijkt mij niet, dat zelfs de beste gouden oortjes dit kunnen horen.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/23-9-2020-BC550-BC550-Stroombron-10kHz-3V-output-01-klein.png

.
Dit is 100Hz bij het nominale ingangs niveau van 2,5mV RMS, waarom nu de hogere vervorming er is hier toch meer openloop gain?
Dat komt doordat er ook bijna 20dB meer gain nodig is voor de RIAA correctie.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/23-9-2020-BC550-BC550-Stroombron-100Hz-314mV-output-100Hz-01-klein.png

.
En als laatste een groot signaal op 55Hz, deze meting is bij 3V aan de uitgang, nu komen we pas in de buurt van de vervorming die vaak wordt opgegeven
voor twee traps RIAA versterkers met transitoren zoals het schema van mij dat ik hier in dit topic laat zien.
De vervorming is bij 8x het nominale signaal grotendeels 2e Harmonische, de derde Harmonische zit op -100dB, dus waar praten we eigenlijk over. :)
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/23-9-2020-BC550-BC550-Stroombron-55Hz-3V-output-01-klein.png

.
De laatste stap die ik zal doen is dus de transistor Q1 uitzoeken voor een meer gangbaar model, dit vooral voor de eventueele nabouwers.
De puls responce had ik al gemeten met het vorige versie van het schema, maar ik zal dat in iedere geval nog een keer over doen als ik de ingangs transistoren heb uitgezocht.
Dan volgt ook de de meting aan het ruisgedrag van deze RIA versterker, zover ik het al gemeten heb, zal de ruis onder de basis ruis van de LP zelf liggen.
Ook de DC niveaus in het schema zal ik dan beter weergeven, dit hangt nog een beetje af van de Q1 eigenschappen.

Ik zou zeggen SHOOT @ IT!

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
miedema

Golden Member

Ha Blackdog,

Wat leuk dat je aan verschillende stroombronnen onder een emittervolger gemeten hebt!
Heb je ook meetresultaten van die verschillende configuraties?
Ik ben benieuwd naar verschillen in lineariteit en maximale uitsturing, en hoe goed ze zich houden bij hoge frequenties. (bij die hoge frequenties zullen jouw "ring of two" en de jFET het beter doen dan de LM334...)

Dat een stroombron onder een emittervolger lineairder is dan een weerstand wisten we al sinds dat in 1945 gepubliceerd is in Valley & Wallman :

https://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/Valley-&-Wallman-600pix.png
klik op afbeelding voor een grotere versie

Maar verder onderzoek naar verschillende soorten stroombronnen onder een emittervolger heb ik weinig gezien... Hulde!

Uit eigen ervaring weet ik dat verder opschroeven van de impedantie van de stroombron d.m.v. een cascode o.i.d. niet echt zinvol meer is (voor audio....). Maar je wilt wel zo'n groot mogelijke uitsturing behouden, dus zo weinig mogelijk spanningsval over de stroombron. En de stroombron moet zo breedbandig mogelijk zijn. (Net zo breedbandig als de emittervolger :-))

groet, Gertjan.

blackdog

Golden Member

Hi Gertjan,

Mijn doel was dus ook een zo groot mogelijke dynamiek te maken met dit RIAA trapje.
De +30V voeding helpt dan al lekker mee, maar de schakeling opbouw boet dat ook aan kunnen.
Zoals het nu is zit ik aan 9V RMS met kleiner dan 0,1% vervorming en bij rond de 8V RMS een paar horderdste procenten.
Het maximale niveau is direct afhankelijk van de collector weerstand R10 en R11, R10 welke in het laatste schema 23K7 is,
zal in het uiteindelijke ontwerp nog een beetje worden anagepast op maximale uitsturing, dit samen met het beste ruisgdrag van Q1.
Dat hoort allemaal bij de testen die ik met de verschillende typen transistoren voor Q1 ga doen.

Die 8 a 9V is zeer ruim, daar het nominale niveau aan de uitgang ruim 300mV is.
Heb je en element dat 5mV nominaal afgeeft, dan hoef je nog steeds niet aan dit trapje te veranderen.
Kom je daar ruim boven met je MD element, dan zou ik de emittor weerstand van Q1 in verhouding hoger maken.
De extra ruis dat dit zou geven valt weer weg t.o.v. het extra signaal dat dan uit je element komt.

Wat betreft de metingen aan de stroombron, die waren eenvoudige DC metingen, maar daar viel wel direct op hoe hoog Ohmig de collector impedantie
was bij de dual transistor oplossing.
Zeg maar vanaf 1V totale spanning (de basis weerstand voeding van R2 in onderstaande schema kwam uit een 9V batterij) tot ruim 40V.
Veranderde er weinig op een 4,5 digit meter, ook de drift was nihil bij het inschakelen, alle warmte wordt in Q2 gedissipeerd
en als je Q1(meet transistor) niet tegen Q2 plaatst blijft deze transistor gewoon op omgevings temperatuur, omdat hij met lage stromen werkt.
Die drift natuurlijk wel een beetje, maar deze schema opbouw is veel beter dan de andere wat dit betreft.

Een beetje drift is voor het gebruik in een emittorvolger niet zo van belang,
maar de drift van de LM334 bij 9mA vond ik ongecompenseerd toch wel aan de hoge kant.

Uitgebreide dynamische testen heb ik niet gedaan, maar ik heb wel even een schema getekend hoe deze schakeling te testen is.
Zie schema hieronder.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Dual-Tor-Stroombron-Test-Setup-01.png

Je injecteerd je error signaal op de collector van je stroombron, hoe beter je stroombron is (De collector van Q2) des te lager is de error spanning over R3 van 82Ω.
Zorg wel voor een goede meetopset C2 en C3 zijn echt noodzakelijk en zullen een lage ESR nodig hebben met de hele schakling opgebouwd als RF trapje.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
miedema

Golden Member

Ha blackdog,

Je meet dus eigenlijk de dynamische impedantie van de stroombron. (je schakeling is een spanningsdeler van die impedantie met R3)

Die dynamische impedantie is wat mij betreft al gauw hoog genoeg. Immers zelfs 180kΩ (vrij matig voor een stroombron) is al 100x beter dan je emitterweerstand van 1k8...

Hier een paar grafieken van de dynamische impedantie die ik van simpele jFET stroombronnetjes (jouw schakeling B) gemeten heb:

https://www.miedema.dyndns.org/co/2016/BF245A-vs-MMBF5484-stroombron-impedantie-karakteristieken.png
klik op grafiek voor de originele PDF

(Als die grafiek je bekend voorkomt, dan klopt dat, hij staat al ergens op je harde schijf :-))

Je ziet meteen het nadeel van de jFET stroombron: de dynamische impedantie is afhankelijk van de spanning die er overheen staat. (maar ook die ong. 80kΩ bij 4V is natuurlijk al een enorme verbetering van de 1k8 van een emitterweerstand. En met een andere FET had ik al aan een kleine 2V genoeg.

Met een instelweerstand voor de stroom (jouw schema C) verbetert dat. Immers er is lokale tegenkoppeling. Maar de benodigde minimale spanningsval over de stoombron wordt daarmee ook weer hoger...

Je ziet ook meteen een positief punt van de jFET stroombron: de flinke bandbreedte :-)
(en dat de kleinere SMD MMBF.... dat dus net wat beter doet als de grotere TO92 BF..., SMD heeft kortere verbindingen, dus minder zelfinductie, en kleinere paracitaire capaciteiten)

.

Op 24 september 2020 17:20:15 schreef blackdog:
Mijn doel was dus ook een zo groot mogelijke dynamiek te maken met dit RIAA trapje.
De +30V voeding helpt dan al lekker mee, maar de schakeling opbouw boet dat ook aan kunnen.
Zoals het nu is zit ik aan 9V RMS met kleiner dan 0,1% vervorming en bij rond de 8V RMS een paar horderdste procenten.
...
Die 8 a 9V is zeer ruim, daar het nominale niveau aan de uitgang ruim 300mV is.
Heb je en element dat 5mV nominaal afgeeft, dan hoef je nog steeds niet aan dit trapje te veranderen.

Normaal gesproken helemaal met je eens. Maar..... dit is een phono preamp. En in platen zitten onvermijdelijk tikken en spetters. Zo'n tik kan zomaar 20dB....40dB harder zijn dan het signaal! :o

Die tikken zijn extreem korte pulsen. Kan de preamp die netjes verwerken, dan hoor je er niet te veel van. Maar veel preamps lopen vast, raken soms zelfs even uit hun DC instelling, en komen dan weer terug. De puls wordt daardoor flink verlengt, en daardoor een stuk storender.

Dus hoe meer headroom hoe beter, en eigenlijk gaat het dus onvermijdelijk over overload recovery eigenschappen.
(Dat is dus een punt waar een buizenversterker met z'n hoge Ub, en ook passieve RIAA beter scoren....)

Wat betreft de stroombron is het hier dus interessant wat hij doet als hij even onder z'n minimale spanning duikt,en zich daarna weer moet instellen. Ook een punt waar ik verwacht dat een geïntegreerde oplossing ala LM334 het minder doet... (En ik wel benieuwd ben naar verschillen tussen de jFET en de "ring of two" transistor oplossing)

groet,
Gertjan.

blackdog

Golden Member

Hi Gertjan, :-)

Het geval van tikjes zijn mij bekend, ik heb het een en ander al eens aangekaart in een ander topic dat over RIAA versterkers ging.
Ik dacht dat een Technics en een Sansui RIAA versterker aan de top stonden wat de gebruikte voedingspanning betreft, 70 V of meer was dat uit mijn hoofd.

Alles mooi en wel, je draait met je versterker op een redelijk vermogen piekjes in de 10-Watt van je totale 100-Watt die je versterker vervormings arm b.v. kan leveren.
Dan kan je mooi 30dB oversturing hebben op je RIAA versterker, maar dat ga je echt niet redden met je eindtrap!
Het clippen zit dan in je eindversterker...

De stijlheid van de tikjes moet ook weer niet overdreven worden, vooral door de zelfinductie van het element en de totale capaciteit wat een low pass filter opleverd.
Mijn Element, een moving coil en dat is de Ortofon MC30 was in ieder geval een van de eerste die zeer breedbandig was, 50kHz geen probleem met dit element.
Denk niet dat deze frequentie tegenwoordig nog op een plaat gesneden wordt, de mastering technicus doet zijn best om alles wat tegen de 20kHz aanzit zo veel mogelijk
de kop in te drukken als het wat niveau heeft.
Want anders gaat hun snijkop in rook op door die 2x 600-Watt die de snijkop meestal aanstuurd.
Maak je ook maar niet te druk om de fase boven de zeg 10kHz, die mastering technicus heeft een groot scala aan filters tot zijn beschikking om de signaal niveaus boven de 10kHz te "behandelen"
Dan dan maken de HiFi Fools zich druk om het aangenomen extra kantelpunt dat Neumann in hun versterkers hebben aangebracht ter bescherming van de snijkop...
Een Mastering technicus die ik op Youtube zag was ondermeer trots op zijn "Eliptische Filters"... daar gaat je fase gedrag/Group Delay.

Mooie uitleg over filter typen:
https://www.ele.uri.edu/courses/ele314/handouts/YS06_Classicfilters.pd…

De voorversterker waar ik nu aan bezig ben heb ik al met meerdere soorten pulsen getest, daarom is een condensator verwijderd die het pulsgedrag nogal negaties beinvloede.
Die zat tussen de basis en emittor van Q1, die veroorzaakte bij snelle signalen een flinke overshoot.
Deze condensator zou helpen bij het onderdrukken van HF instraling, je dat doet hij, maar ook nog meer en dat wat hij nog meer doet is wat mij betreft ongewenst.
De tweede aanpassing is een kleine condensator ovver het RIAA netwerk(27pF), deze helpt ook het pulsgedrag te verbeteren.
De 27pF op deze positie is es een leidraad, de waarde hangt ook van de opbouw af en de gebruikte eerste transistor.

Ik heb snelle blokpulsen gebruikt, Cardinal puls, Sinus burst, komt er allemaal netjes doorheen via mijn reverse RIAA filter, dit zonder noemenswaardige abberaties.

Hoe goed de dual transistor is t.o.v. een BF245 in het VHF gebied of hoger lijkt mij vrij duidelijk, de BC337-40 heeft een 7 a 8 maal grotere capaciteit aan zijn uitgang.
Je kan het een ander optimaliseren door transistoren te nemen die kleinere interne capaciteiten heeft zoals de BF199 HF transistoren.
Er zal dan wel hier en daar een stop weerstand moeten worden toegevoegd om het geheel stabiel te houden.

Zoals altijd zal je als ontwerper moeten afwegen welke schakling opbouw voor je ontwerp het beste werkt.
Mijn dual transistor stroombron verwacht ik dat het tot een paar honder kHz gewoon recht is.
Verder is het verschil met een simpele emittorweerstand enorm groot.

Ik heb vorige week nog wel met de gedachten gespeeld om de tweede versterkertrap te voorzien van een JFet stroombron en dan een als emittor volger een Sziklay paartje te nemen
om de collector impedantie zo min mogelijk te belasten.
Maar ik was bang dat uiteindelijk de openloopgain zo hoog zou worden dat ik dan flink moest gaan compenseren om het geheel weer stabiel te krijgen.
Ik heb met de opset die ik nu heb gebrouwen al zeer goede resultaten, lelemnt en luidsprekers vervormen met normale niveau's veel meer dan dit versterkertje.
Ook is de vervorming vriendelijk van aard, de tweede Harmonische is altijd dominant.

Er nog meer performance uit proberen te trekken levert nog meer schakeling onderdelen op en dan denk ik, voor wat...
Ik heb nu al bijna alles uit de twee transistor trapjes geperst wat mogelijk is en ik wil dat het b.v. ook nog nabouwbaar is.

Ik ben geen "Non Plus Ultra" RIAA versterker aan het bouwen, gewoon een goede die bij mijn lijnversterketjes past. ;)

Oja, vergeet het bijna, het boek van" Linden T.Harris" Current Sources & Voltage References bevat veel info over stroombronnen, is hier of daar wel ergens te vinden.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
miedema

Golden Member

Ha Bram,

Op 24 september 2020 20:40:30 schreef blackdog:
Hi Gertjan, :-)

Het geval van tikjes zijn mij bekend, ....
Alles mooi en wel, je draait met je versterker op een redelijk vermogen piekjes in de 10-Watt van je totale 100-Watt die je versterker vervormings arm b.v. kan leveren.
Dan kan je mooi 30dB oversturing hebben op je RIAA versterker, maar dat ga je echt niet redden met je eindtrap!
Het clippen zit dan in je eindversterker...

Zo er over nadenkend zou daar uit volgen dat het clipgedrag van de phonoversterker het belangrijkst is. Immers, met hele hoge headroom zou je het clip probleem inderdaad alleen maar doorschuiven naar een volgende versterker in de keten. En daar heb je geen invloed op...
Sterker, omdat bij het ontwerp daarvan "Phono"waarschijnlijk niet direct bovenaan het aandachtslijstje stond, zal er zeer waarschijnlijk minder aandacht voor het clipgedrag geweest zijn.

Dusss.... de Phonoversterker als tik-limiter :-)

In dat kader is het gedrag van de stroombron onder de emittervolger toch wel interessant.... Een weerstand heeft altijd de zelfde impedantie, een actieve schakeling moet zich opnieuw instellen nadat hij van voeding verstoken is geweest. Dus dat is iets om te onderzoeken!
Van die LM334 staan er dan ook gewoon grafiekjes in de datasheet:

https://www.miedema.dyndns.org/co/2020/LM334--Nat-Semi-2005-600pix.png
klik op grafiek voor een grotere versie

Nogmaals, voor de duidelijkheid, ik ben helemaal met je eens dat een stroombron onder een emittervolger véél beter is dan een weerstand. De verbetering in lineariteit is veel belangrijker dan waar we het nu over hebben.
Maar als je er dan een stroombron onder zet, dan is het wel leuk om dat oversturingsgedrag te onderzoeken....
En ook ik verwacht dat de "ring of two" of een jFet het beter zullen doen dan een IC met opamp er in. Maar dat is toch ook leuk om zelf te meten? :-)

.

De steilheid van de tikjes moet ook weer niet overdreven worden, ...
Denk niet dat deze frequentie tegenwoordig nog op een plaat gesneden wordt, de mastering technicus doet zijn best om alles wat tegen de 20kHz aanzit zo veel mogelijk
de kop in te drukken als het wat niveau heeft.
Want anders gaat hun snijkop in rook op door die 2x 600-Watt die de snijkop meestal aanstuurd.
Maak je ook maar niet te druk om de fase boven de zeg 10kHz, die mastering technicus heeft een groot scala aan filters tot zijn beschikking om de signaal niveaus boven de 10kHz te "behandelen"
Dan dan maken de HiFi Fools zich druk om het aangenomen extra kantelpunt dat Neumann in hun versterkers hebben aangebracht ter bescherming van de snijkop...
Een Mastering technicus die ik op Youtube zag was ondermeer trots op zijn "Eliptische Filters"... daar gaat je fase gedrag/Group Delay.

Eigenlijk lijkt me dit niet zo van toepassing.... Immers, de tikjes en spetters worden pas later, (thuis, na de fabricage van de plaat) toegevoegd. Dat arme element is net lekker z'n groef aan het volgen, en daar komt opeens met hoge snelheid een stofje of krasje aan: TIK!

.

Ik heb snelle blokpulsen gebruikt, Cardinal puls, Sinus burst, komt er allemaal netjes doorheen via mijn reverse RIAA filter, dit zonder noemenswaardige abberaties.

Kijk eens naar een heel kort, stijl pulsje. Zonder anti-RIAA, want daar gaat die tik ook niet doorheen. Bekijk het verschil als de preamp nog niet clipt, en wél flink in de oversturing gedrukt wordt.

Ook weer ten overvloede: ik vind dat je een mooie RIAA preamp ontworpen hebt, met meer aandacht voor details dan de meesten.
Maar het blijft leuk om uithoeken van z'n gedrag te onderzoeken. Vaak is het leerzaam... :-)

.

Het "Current Sources & Voltage References" boek staat hier ook op de plank:

https://www.miedema.dyndns.org/co/2018/IMG_5337__Current_Sources_&_Voltage_References-600pix.jpg

Op de foto nog nieuw (uit 2018), inmiddels wat meer beduimeld. Inderdaad een aanrader!

groet, Gertjan.

blackdog

Golden Member

Hi Gertjan,

De RIAA versterker in mijn voorbeeld is niet de limiter dat is de eindversterker!
Ik heb in mijn voorbeeld een gemidelde genomen van een 100-Watt versterker die in de piekjes 10-watt levert.
De eindversterker clipt dan met een grote tik, en niet de RIAA versterker.

De metingen met het RIAA filter aan de ingang zijn in princiepe lastiger voor de voorversterker omdat er meer als 20 dB lift is in de hoge frequenties t.o.v. het midden gebied.
Dus de steile flanken uit mijn generator worden nog lastiger voor het versterker trapje.

Maar er staan nog wat pulsgedrag metingen op het lijstje als de testen voor Q1 zijn gedaan, dus dan neem ik dat ook mee.

Ik vind dat er niet overdreven aandacht voor het "tik gedrag" moet zijn, daar de begrensing vrij snel bij de achter liggende versterker trapjes terrecht komt, waar geen 25 a 30dB aan dynamische ruimte is zoals bij dit RIAA trapje.

Als iemand een MD element heeft dat nominaal 10mV geeft, dan zou ik wel de emittor weerstand van Q1 aanpassen(hoger in waarde) voor in verhouding minder versterking, maar dat had ik al aangegeven in een vorige post.

Alles is in verhouding/relatief, platen met veel tikken zijn zijn toch al niet om aan te horen, jammer alleen dat ze nu niet meer zo maar te vervangen zijn.
Ik heb verschillende LP's meerdere keren opnieuw gekocht en ook regelmatig een copie gemaakt op mijn Braun TG1020 bandrecorder zodat ik naar een redelijk tikvrije versie kon luisteren op een goede Maxell Tape.
Zonder heel geconcentreerd luisteren kon ik voor/naband geen verschillen horen op de Braun TG1020, alleen een beetje extra ruis als er op een hoog niveau werd afgespeeld.
Ik had 10 van deze Braun TG1000 series machienes maandelijks in onderhoud, dus langzamehand wist ik wel hoe deze goed afgeregelt moesten worden :)
Maar je blijft poetsen met band machienes, voor een goed resultaat!

Oja nog even terug komend op een filmpje van een Mastering technicus....
Daar lieten ze dus een bandrecorder zien met de Master tape er op, een draaiende bandgeleiders had een dikke klodder troep er op zitten!
Goed bijgehouden!

Terug even naar het puls gedrag, daar heb ik ondertussen flink aan gemeten, de versterker kan goed met snelle pulsen na de ingang omgaan.
Met wel later nog wat opmekingen.

Hier een meting van een pulstest, frequentie is 10kHz en de Duty Cycle is 5%, flanken zijn 50nSec.
Het is een asymetrische positieve puls van 552mV uit de generator direct op de ingang van het versterker trapje.
Daar zit een 100Ω weerstand in serie en 47pF naar massa aan voor de basis van de transistor ingaat.

Trace kleuren en positie van het onderstaande plaatje.
Lila is de generator uitgang
Blauw is de directe uitgang, dat is dan de - van de elco C8 in het laatste schema.
Geel is het RIAA filter dat is aangesloten op de uitgang van de RIAA trap en dat levert dan weer een "normale" puls op.
Lila is dus het signaal dat het element zou afgeven als het niest van riaa weet, zeg de groef tussen twee nummers. :)
En er zit een klodder op één groefwand.
bij het nominale niveau is de piek waarde van 2,5mV RMS, 3,75mV Piek, het generator signaal is hier 550mV Piek, wat bijna 150x sterker is.
In hoeverre het signaal binne de dynamiek van het versterker trapje valt, hangt natuurlijk af van hoe groot de klodder is. :+
Een heel scherp kloddertje tegen de groefwand heeft een korte tijd en dus een hoge frequentie de versterking van dit trapje wordt natuurlijk boven de 1kHz steeds minder tot zo'n -20dB rond de 20kHz.
Een dikke klodder midden in de groef die de naald optild, tja moet je daar je RIAA versterker op ontwikkelen.
Platen zijn niet bedoeld om met vette vingens aan te raken en ook je kind hoort er niet overheen te rijden met zijn of haar driewieler!
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/RIAA-Pulsgedrag-Gen-Direct-Input-01.png

.

Ook nog een aantal metingen gedaan met de Analoge Philips scoop, dit is één plaatje van die metingen, nix mis mee zo te zien, analoog is het ook goed.
Deze misschien vreemd uitziende puls voor jullie, komt doordat dit geen "rechte" versterker is, maar in de feedback loop zit het RIAA netwerk.
De Gele trace op de Hameg scoop laat zien als je weer een RIAA netwerk aan de uitgang hangt, natuurlijk is dat dan een "reverse" uitvoering van dit netwerk.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/RIAA-Pulsgedrag-Gen-Direct-Input-02.png

.
Het bovenstaande plaatje's laat dus zien dat de versterker goed kan omgaan tot het getoonde niveau met snelle pulsen.
Maar het zat me toch niet lekker, die snelle pulsen die ik vanochtend toevoerde kan helemaal niet op deze manier uit een Element komen.
50nSec flanken, aan me hoela!
Ik heb nogmaal wat onderzoek gedaan aan eigenschappen van MD elementen hun inducties en DC weerstand.
Al mijn oude elementjes heb ik eens verkocht, die kan ik dus niet meer aan mijn functie generator hangen voor metingen.

Ik kan zoals 575 aangaf ook LT Spice de handel simuleren, maar ik blijf een ouwe lul en ik heb gezocht op "inducties" in mijn componenten voorraad.
Bij de spoelen kwam ik weinig geschikts tegen, maar bij de relais voor 24V en hoger was het BINGO!
DC waarden zaten ongeveer goed, net zoals de inductie van het spoeltje, ik heb er twee uitgezocht, een met een vrij lage inductie en een met een hoge inductie.
En dat heb ik op deze manier aan de functie generator geknoopt, Oja, ik heb al een tijdje nog een functie generator, een Siglent SDG1032x een goedkope versie van de SDG1042x die ik voor deze metingen gebruikt heb.
De SDG1032x kan ook deze metingen zeer goed uitvoeren ook al is de vervorming van deze generator in de audio bandbreedte, net goed genoeg voor buizen techniek.
Ik zeg dit omdat metingen aan audio veel meer bevat dan vervormings metingen op sinus signalen.

De generator is afgesloten met 50Ω coax afsluiter, daardoor is de impedantie in het frequentie gebied dat hier van belang is 25Ω
Dat is laag genoeg voor weinig beinvloeding van de twee meetopstellingen zoals hieronder aangegeven.

https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Element-Meet-Setup-01.png

.
Hier kunnen jullie zien, hoe ik de twee relais als in het schema hierboven heb aan gesloten.
De capaciteitswaarde in het schema komt overeen met de echte waarde, ik heb de condensatoren gemeten en de probe capaciteit meegerekend.
Hou er wel rekening mee, dat dit een benadering is van de reele situatie zie het maar als een soort "Spice" 8)7
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Element-Meet-Setup-02.png

.
Nu een reeks plaatjes waar steeds drie traces te zien zijn.
De lila trace is signaal uit de generator, zeg maar het 25Ω impedantie punt.
De gele trace is het relais mat de lage zelfinductie van 220mH.
En de blauwe trace is het relais met de hoge zelfinductie, welke 740mH is.
Gemiddeld kan je zeggen dat het voor MD elementen tussen 450 en 700mH is.

Er is al zichtbaar dat de blauwe trace iets kleiner is dan de andere twee bij de 1kHz frequentie.
De 47K weerstand zorgt dus al voor wat verzwakking, als je zoekt naar frequentie karakteristieken van MD elementen, vind je ook vele grafieken van wat de 47K of anders samen met de totale capaciteit die het element ziet doet, dan heeft het najagen van 0,1dB bij 20kHz geen enkele zin...

Maar goed, dit is een Sinus met 1Vtt als signaal sterkte, natuurlijk middeling toegepast,
ik ben geen ruis aan het meten of aan het zoeken naar snelle stoorsignalen die maar af en toe op treden, Gij zult middelen als dit kan en nodig is! :+
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Element-1kHz-Sinus.png

.
Dit is bij 10kHz, de gele trace is hier +0.4dB en de blauwe trace is hier op -1dB aangekomen.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Element-10kHz-Sinus.png

.
Deze waarden zijn bij 20kHz, de gele trace is +0.42dB en de blauwe trace is -3dB.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Element-20kHz-Sinus.png

.
Dit is bij 100kHz, dit kon ik niet betrouwbaar meten met een DVM of andere AC meter, en ik had geen zin mijn FET probe op te zoeken.
Een DVM of AC milivoltmeter met zijn aansluitkabel wordt dan dominant wat betreft de afsluit impedantie bij frequenties boven de 20khz.
Dus de signaal niveaus zal je moeten gaan schatten, maar het om gaat, is dat de signaal grote sterk is afgenomen bij 10kHz.

.
Volgende stap, hoe ziet het een en ander er uit bij blokvormige signalen.
Deze serie beginen we ook weer bij 1kHz.
Er is duidelijk zichtbaar dat het "Element/Relais" met de lage zelfinductie hier in het voordeel is,
er is een kleine opslingering bij de gele trace te zien dat had ik al aangegeven bij de Sinus meting, die van 20kHz en +0,42dB.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Element-1kHz-Blok.png

.
Nu bij 10kHz blokignaal, er blijft weinig over van de flanken, de gele trace is hier duidelijk beter doordat dit object een lagere inductie heeft.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Element-10kHz-Blok.png

.
En deze is bij 50kHz, bij deze meting heb ik de flanksteilheid die uit de generator komt van de standaard 8nSec terug gebracht naar 50nSec voor beide flanken.
Dit taste de gele en blauwe trace niet aan, alleen het beetje overshoot op de lila trace is hiermee verdwenen omdat de meetopstelling niet optimaal is in dat frequentie gebied, denk aan boven de 10MHZ.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Element-50kHz-Blok.png

Aan de flanken van de gele en de blauwe trace is te zien bij de blok signalen en de Sinus trace bij 100kHz dat er nooit grote amplitude snelle signalen uit het element kunnen komen.
Het element met de totale afsluit impedantie is een 2e orde Low pass filter tussen de 10Khz en zeg 30kHz.
Dus ook al zijn er flinke tikken omdat de cantilever een knal voor zijn kop krijgt, de echt hoge signalen komen niet echt in je RIAA versterker aan door dit 2e orde filter.

.
De laatste foto voro vandaag (deze post heeft de hele dag open gestaan, constant aan gewerkt)
Er komt natuurlijk wel wat doorheen, dit is een beetje een extreme test, puls is weer 1V piek en het signaal is 50kHz met 1% Duty Cycle en 40nsec flanken.
Let op de schaal van de gele ende blauwe trace, deze zijn nu 5x gevoeliger ingesteld.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Puls-50kHz-0.5p-Duty-Cycle.png

.
Wat laten deze test nu zien, dat hele snelle signalen uit een moderne functie generator niet echt zinning zijn en dit komt door de element inductie en de afsluit capaciteiten voor het element.
Elementen die tegen de 700mH als inductie aanzitten kunnen bij een redelijk goed ontworpen RIAA versterker hem niet van slag brengen.
De lagere inductie elementen leveren duidelijk meer energie zoals de blauwe trace laat zien, maar kleine tikjes laten je RIAA versterker niet clippen
en op een redelijk niveau afspelend laat meestal de eindversterker eerder clippen dan dat de RIAA versterker dat doet.
Is de tik extreem dan is er verder weinig aan te doen, die haalt toch al je aandacht weg bij het af te spelen muziek stuk.

Morgen zal ik de RIAA versterker is aansluiten met de de relais tussen de generator en de RIAA versterker voor nog wat extra metingen.

Nu wel even genoeg geweest, dit is een compacte versie van uren van metingen/aanpassingen en het is nu tijd om te rusten.

SHOOT en gegroet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
miedema

Golden Member

Ha Bram,

Je bent goed bezig geweest! Dank zij jouw noeste arbeid heb ik nieuw inzicht gekregen :-)

Even recapituleren:
Uitgangspunt was de gedachte dat een preamp een korte puls (tik) niet moet verlengen omdat die tik daardoor storender wordt. Ik dacht aan het terugvinden van de DC instellingen na flink clippen.

Hieronder nogmaals jouw cruciale meetplaatje:
(Ik heb er bijschriften bijgezet, om zeker te zijn dat er geen misverstanden zijn)

https://www.miedema.dyndns.org/co/2020/RIAA-Pulsgedrag-Gen-Direct-Input-01GJM-600pix.png
klik op plaatje voor grotere versie

Het paarse signaal staat op de ingang van de preamp. (zoals de korte puls veroorzaakt door een krasje o.i.d)

Het blauwe signaal is de uitgang van de pramp. Dit is dus waar je naar zou luisteren.

De eyeopener: Inderdaad wordt de puls flink verlengt, maar dat komt door de integrerende werking van het RIAA filter!

De gele trace, na het anti-RIAA filter bevestigt dat: na anti-RIAA is de originele puls weer hersteld. Wel kun je,(als je goed kijkt en met wat fantasie), zien dat de DC instellingen van de preamp na de puls inderdaad wat verlopen zijn, en weer terug kruipen naar nominaal. (in de rode circeltjes). Maar dat is marginaal, en in geen enkele verhouding tot de puls-stretch door het RIAA filter.

Aangezien de RIAA een essentiële functie van een phono preamp is, is aan die puls-stretch dus verder weinig aan te doen. En clip/instellingsproblemen die vele malen kleinere probleempjes opleveren hoeven we ons dus geen zorgen meer over te maken :-)

.

Je kunt trouwens meteen mooi op bovenstaand plaatje zien waarom zo'n gestretchte puls zoveel storender is. De luidheid van geluid komt overeen met de gemiddelde waarde van het signaal. En kijk eens naar het oppervlak onder de ingangspuls, en onder de blauwe trace....

.

Overigens wat betreft dat clippen van de eindversterker, had ik je wel goed begrepen. Mijn "out of the box" gedachte daarop was: Misschien moet je een phonopreamp helemaal geen hoge headroom geven, maar juist laten clippen, zodat hij (door de ontwerper gecontroleerd) begrensd, en de rest van de keten niet hoeft te clippen. Kennelijk onduidelijk opgeschreven... :o. En mogelijk is dat nu dus alweer een achterhaalde gedachte :-).

.

Mooie serie metingen van je om de invloed van de zelfinductie van het element te laten zien!
Toch zag ik, als ik met een DAW een plaatopname eddite, flinke, korte pieken bij een tikje.
Het antwoord zou kunnen zijn dat die pulsen laagfrequenter zijn als je geneigd bent te denken. Je kijkt immers op een trage (audio) tijdbasis. Vanaf 20Hz... Dan ziet een puls er al snel steil uit.

Maar in het kader van bovenstaand is dit eigenlijk ook alleen van academisch belang geworden.... :-).

groet! Gertjan.

blackdog

Golden Member

Hi Gertjan,

Hahaha, je heb in ieder geval gezien waarvan ik zij dat ik daar nog op terug zou komen!

Bij de korte vooral asymetrische pieken treed er DC shift aan de uitgang op, dat is niet te voorkomen bij gebruik van een enkele voedingspanning.
Daar heb ik gisteren aardig wat tijd aan besteed, en dan bedoel ik de RC tijden die in dit versterker trapje aanwezig zijn.

Wat is zinning voor de kantelpunten..., mijn houding nu is dat ik beter voldoende snel weer het gewenste DC niveau kan nastreven dan 0,5dB vlakheid bij 20Hz.
Er staan nog wat aanpassingen van het schema klaar, hopelijk lukt dit vandaag of anders morgen.

Ik vraag mij af of je b.v. een klikonderdrukker zou kunnen maken voor dat het signaal de RIAA versterker in gaat, een soort sample & hold...
Natuurliijk bestaat dat digitaal al en het analoog oplossen wordt een hele klus, vooral dus omdat het lastig word te dedecteren op snelle flanken die niet echt uit de meeste MD elementen komen.
Je zou dan een detectie op flank en piekniveau moeten doen, dit zowel positief als negatief.
Dit gaat ver voorbij mijn klasse-A RIAA versterker trapje welke ik hier laat zien, maar leuk om er over na te denken.

Gertjan, dank voor je input!

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Hi Blackdog,
D. Self heeft het RIAA ontwerp van Walker ook al eens uitgewerkt en gepubliceerd in een preamp van 1976. In deze preamp zitten verschillende emitter-stroombronnen, maar niet in jet RIAA deel.
Hij kwam tot 71dB S/N, dat heb je dus beter voor elkaar.

blackdog

Golden Member

Hi markce, :)

Die voorversterker uit 1976 van Wireless World staat hier nog in de kast.
Dat was volgens mij de eerste zeer goede voorversterker die ik gebouwd heb.

Het eerste deel van de D. Self RIAA versterker die alleen de hoge kantelpunten doet.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/D-Self-RIAA-Input-Amp-75uSec.png

De RIAA opbouw van dit ontwerp is een beetje anders dan wat ik laat zien.
De ingang is anders, de serie weerstand is lager, bij mij is deze nu 221Ω en direct daar achter 47pF naar massa.
Voor die 221Ω weerstand en coppel condensator zit een 100pF condensator, dit lever de gemiddelde ingangs capaciteit die meestal nodig is voor een zo vlak mogelijk frequentie gebied in de hoge tonen.

Nog een belangrijk verandering is het weglaten van de BE condensator, die gaf flinke abberaties bij snelle ingans signalen,
vandaar dat ik het op een ander manier heb opgelost met de Ferrite Bead en de 221Ω en de 47pF condensator.

Wat de ruis betreft, deze is bij mij wat beter dan in het ontwerp van D. Self, dat komt door de lagere collector spanning die ik toepas.
D. Self heeft geen 12K weerstand over de 22uF staan over van de spanningsdeler van de collector voor de eerste trap.

De extra dynamiek t.o.v. mijn versie behaald hij door de eerste trap minder te laten versterken en dit afgebeelde trapje alleen het hoog kantelpunt te laten doen.
Dat hoog kantelpunt wordt gedaan door de 7K5 en de 10nF die in de tegenkoppeling zijn aangebracht.
Door de lage versterking van dit trapje, kan je in de hogere frequenties niet meer voldoende "dempen",
je kan namelijk met deze opset niet beneden de 1x versterking komen.
Dit probleem heeft hij op de volgende manier aangepakt, aan de uitgang zit een 560Ω weerstand met 6n8 naar massa.
Deze combinatie zorgt er voor dat dat in de hoge frequenties weer netjes de RIAA karakteristiek wordt gevolgt.

De tweede versterker trap in dit ontwerp van D. Self welke hier niet is afgebeeld, verzorgt het andere deel van de RIAA correctie.
Dat wordt omgeschakeld voor RIAA, en twee gevoeligheden voor de lijn ingang.

De Dynamiek van de D. Self versie is ruim 10dB hoger dan de manier hoe ik het doe, maar mijn opset bevat een complete RIAAA versterker
die een redelijke output moet geven voor een 2,5mV element.
Ik heb al aangegeven dat als je een element zou hebben met een hoge output, ik heb al elementen gezien die 10mV leveren, dat je dan de emittor weerstand van de eerste transistor wat hoger in waarde zal moeten worden genomen.

D. Self heeft het over 6,5V RMS bij 24V voeding, ik haal net voor het clippen 9V RMS aan de uitgang bij 30V voeding.
Mijn hogere voedingspanning samen met de goede stroombron in de emittor volger leveren mij toch een hele goede dynamiek op van rond de 28dB bij 1kHz.

En ik vind de opset van D. Self beter dan wat ik nu toepas, en dan heb ik het over het totale ontwerp van deze voorversterker.
Ik kan deze voorversterker van D. Self jullie van harte aanbevelen!

De lijn versterker trapjes heb ik op dit forum ook al laten zien maar dan uitgevoerd met MAT02, MAT04 dubbel transistoren.
Ze zijn zeer breedbandig en ik kan bij normale niveaus de THD niet meten :-)

Oja, de Noise Gate electronica heb ik nooit toegepast, net als de meters in het D.Self ontwerp.

Meetfouten
Bij het meten van de dynamiek van de RIAA versterker maakte ik een paar keer de zelfde fout of trok in ieder geval verkeerde conclusies tijdens mijn metingen.
Bijna altijd treden deze fouten op door de Slew Rate van de geteste schakeling.
Zelf in de nieuwe generator die k hier nu heb gebruikt voor deze testen treed zoiets soortelijks op, dit is de Siglent SDG1032x welke de kleinere broer is van de SDG2042X die ik ook heb.

Er zijn twee belangrijke redenen dat ik nu ook een SDG1032X functie generator heb, deze komt "zwevend" aangesloten, of in ieder geval zal hij de mogelijkheid krijgen.
Hij zal worden gevoed via een eigen scheidings transformator, dit omdat ik regelmatig last heb van commonmode storingen.
Tweede rede van deze generator is omdat hij erg mooi flanken heeft die de helft van de flank stijlheid zijn van zijn groete broer,
deze zijn rond de 4nSec en dan ook nog heel schoon (dit wel met en aantekening)
Een review zal ik hier op het forum nog laten zien.

Goed, terug naar de metingen die de verkeerde indruk gaven, daar zijn de hierboven vermelde eigenschappen van de generator belangrijk bij.
Slew Rate, dat is de snelheid die b.v. een versterker trapje maximaal aan kan zonder dat er extra vervorming optreed.
Deze Slew Rate is vaak niet Symetrisch, zoals ook bij mijn RIAA trapje, bij een goed opgebouwde opamp is deze vaak wel binnen 10% symetrisch.
Maar neem niet aan dat dit bij iedere opamp zo is, bij de hele snelle modellen zie je toch vaak Asymetrie.

Wat gebeurde er nu bij mijn metingen met blokgolven uit mijn generator?
Je begint meestal bij het nominale niveau en midden in het frequentie gebied dus zeg het niveau van rond de de 0,5V aan de uitgang en een 1kHz sinus signaal.
Dan schakel je over naar het blok signaal, je moderne generator lever bij een blok signaal het zelfde Piek Piek spanning als bij de Sinus golfvorm.
Je controleerd de blokweergave of deze mooi strak is, de generaotr stuurd op dat moment wel het Reverse RIAA filter aan zodat je ook een blok aan de uitgang van je versterker trapje ziet.

Dan ga je de RIAA testsetup het latsig maken, neem b.v. 20kHz en je draait het uitgangs signaal steeds verder op, je zult op de scoop zien dat de signaal op een bepaald moment
er anders gaat uitzien, maar je hebt het maximale Piek-piek niveau nog niet bereikt, Que!

Dat betekend vaak dat je schakeling wat je hem aanbied het niet meer bij kan benen, Slew Rate beperking dus!

Dit is een plaatje waarbij de verwerking van het toegevoerde signaal nog correct is.
De blauwe trace is het signaal vervormd door het Reverse RIAA filter dat aan de ingang van het versterker trapje staat.
De generator heb ik hier ingesteld op zowel de opgaande als ook de neegaande flank op 5uSec ieder.
De gele trace is de uitgang van de versterker als je naar de horizontale delen van de gele trace kijkt, zie je dat er bij deze flankstijlheid als een lichte "tilt" waarneembar is.
Het signaal aan de uitgang is rond de 8V Piek Piek.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Puls-10kHz-0.5p-Duty-Cycle-Flank-5-5uSek.png

.
De opgaande flank blijft voor alle foto's die volgen 5uSec.
Nu is de neergaande flank 2uSec, dit ligt net boven het niveau dat het versterkertrapje voor deze flank gaat Slewen.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Puls-10kHz-0.5p-Duty-Cycle-Flank-5-2uSek.png

.
De tilt aan de onderzijde van de gele trace is nu goed zichtbaar bij een 1uSec negatieve flank.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Puls-10kHz-0.5p-Duty-Cycle-Flank-5-1uSek.png

.
Deze meting is bij een flankstijlheid van 0,5uSec, de tild aan de onderzijde van de gele trace wordt steeds groter en er is nu ook zichtbaar dat de bovenzijde van de gele trace gaat zakken.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Puls-10kHz-0.5p-Duty-Cycle-Flank-5-0.5uSek.png

.
Dit is nu bijna de snelste flank die de generator in de "pulsmode stand" kan genereren, in de blok stand zijn de flanken rond de 4nSec.
De niet veranderde opgaande flank is nog steeds 5uSec en de neergaande flank is nu 20nSec, er is wat DC shift opgetreden en voor de flank naar beneden gaat, treed er eerst overshoot op!
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Puls-10kHz-0.5p-Duty-Cycle-Flank-5-0.02uSek.png

.
En dit is een ingezoomd stukje om de flanken beter te kunnnen beoordelen.
Let ook eens op het blauwe ingangs signaal, in alle getoonde foto's in deze post is het "schoon" uit, er is geen abberatie te zien, alle vreemde effecten, vervormingen worden door het versterker trapje gemaakt.
https://www.bramcam.nl/Audio/Pro-RIAA/Puls-10kHz-0.5p-Duty-Cycle-Flank-5-0.02uSek-Zoom.png

.
Betekend dit nu dat dit een gare RIAA voorversterker is, nee helemaal niet!
Ik laat jullie hier een meetfout zien die twee ker door mij gemaakt is, dit doordat ik vergeten was op mijn flank stijlheden te letten. :+

Wat is nu de meetfout, dat is dat ik de versterker een signaal aanbied waarmee hij bij grotere signaal sterkten niet goed mee om kan gaan.
In mijn vorige metingen heb ik jullie al laten zien dat uit een MD element geen signalen kunnen komen met deze flank steilheden.
Dit door de inductie van het element en zijn hoge DC Ri samen met de totale capapciteit die het element ziet, wat een mooi 2e orde low pass filter maakt.
Deze RIAA voorversterker krijgt dus nooit dit soort signalen aangeboden.

Zou ik de normale blok uitgang van de generator gebruiken, dan bied ik dus bij de SDG1032x 4nSec flanken aan, neeem ik de Rigol DG4162 generator dan is dat ongeveer 7nSec en de Siglent SDG2042x
daarbij is het ongeveer 8nSec net als de Hameg HMF2525 generator die ik ook heb.
Het is geen generator probleem, het is het probleem dat je je testobject geen signalen toevoerd waar het niet mee om kan gaan, doe je dat wel, dan trek je verkeerde conclusies.
En je kan zaken gaan aanpassen die een heel andere oorzaak hebben als waar je in eerste instantie aan denkt.

Shoot @ it!

Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"