The Preamp 2012 - Deel 2: Moving Coil - Moving Magnet (MC/MM) print
Mocht U het nog niet weten, vinylplaten komen weer helemaal terug. Er zijn zelfs jonge musici die hun nieuwe materiaal niet alleen op CD uitbrengen, maar ook op vinyl, liefst in 180-grams uitvoering. Bovendien zijn er tegenwoordig draaitafels van topklasse verkrijgbaar voor astronomische prijzen. Natuurlijk heeft dat alleen maar zin als je beschikt over een uitstekende voorversterker die optimaal is aangepast op je MC- of MM-element. Deze schakeling biedt daarvoor diverse mogelijkheden!
Als we kijken naar het blokschema van The Preamp 2012 in deel 1, dan komen deze maand de blokken 'MC preamp', 'Belastingsynthesizer', 'MM preamp', 'Bandbreedtebegrenzing' en 'Omschakelbare versterkingsniveaus' aan de orde.
De schakelaar van het blok met omschakelbare versterking is in feite een groep jumpers op de print. Alle in deze aflevering besproken blokken zitten samen op een print, de tweede van de in totaal zeven printen waaruit onze topklasse audio-voorversterker zal bestaan. Aan de hand van het schema in figuur 1 gaan we bekijken hoe dit allemaal werkt.
Moving-coil(MC)-trap
Deze trap is opgebouwd rond de transistors T1...T4 en de opamps IC1A en IC2A. Ze heeft een zeer laag ruisniveau bij de lage impedanties van moving-coil-elementen. Deze pre-pre-amp levert een vaste versterking van +30 dB. Het schakelen van de versterking vanwege het grote verschil in gevoeligheid tussen verschillende MC-elementen gebeurt verderop in de trap met omschakelbare versterking. Er zijn bij deze architectuur geen compromissen nodig wat betreft ruisgedrag en oversturingsreserve, daarom hoeft de versterking van de MCtrap niet instelbaar te zijn. Dat vereenvoudigt het ontwerp behoorlijk.
De totale versterking van de trap is eigenlijk +45 dB, om een redelijke grote terugkoppelingsweerstand (R8 + R9) mogelijk te maken. Van deze versterking wordt maar een deel gebruikt; het signaal wordt afgenomen via C7. De extra versterking van 15 dB veroorzaakt geen problemen voor de oversturingsreserve, want de navolgende MM-trap zal altijd veel eerder clippen dan de MC-trap. De DC-instelling voor de ingangstransistoren (2SA1085) wordt verzorgd door R3 en R4. De DC-instelling voor opamp IC1A wordt afzonderlijk bepaald door integrator IC2A, die zorgt voor een offset-spanning van precies 0 V aan de uitgang.
Dit ontwerp van de MC-trap geeft een verbetering van 1 dB in ruisafstand (bij een bronweerstand van 3,3 Ω of 10 Ω) in vergelijking met eerdere versies van deze schakeling. Dat wordt bereikt door in de parallelschakeling van vier PNP-transistoren het type 2SA1085 toe te passen in plaats van de incourante 2SB737. Wie de 2SB737 weet te bemachtigen, kan die ook gebruiken.
Er is ruimte op de print gereserveerd voor de componenten R1 en C1. Die kunnen worden gebruikt voor impedantie-aanpassing voor het MC-element. Dit heeft meestal maar een marginaal effect op de responsie van het MCelement, omdat de impedantie van deze elementen heel laag is. Wie wil experimenteren, kan dat doen met waarden van 10 Ω...1 kΩ voor R1 en 0...10 nF voor C1.
Voor deze meting levert de AP-2 een amplitudegecorrigeerd signaal volgens de RIAA-preemfase-curve. Op deze wijze kan de afwijking van de ideale RIAA-curve gemakkelijk worden gemeten en weergegeven. De curve die vroeger afvalt in het laag is gemeten met het relais voor de IEC-correctie ingeschakeld. De fout bij 20 kHz bedraagt minder dan 0,06 dB, gemeten via het linker kanaal vanaf de MCingang. Metingen aan het rechter kanaal van de MM-ingang gaven vrijwel identieke resultaten, de curves komen heel sterk overeen. We kunnen concluderen dat de investering in een groot aantal vrij kostbare polystyreen-condensatoren in dit gedeelte van The Preamp 2012 zeker de moeite waard is. |
Moving Magnet (MM) trap
Deze trap met de noodzakelijke frequentiecorrectie is vrij conventioneel opgebouwd, behalve dat er gebruik is gemaakt van meerdere polystyreen-condensatoren om exact de juiste waarde te verkrijgen (polyester condensatoren hebben een slechtere tolerantie en veroorzaken niet-lineaire vervorming) en om de RIAA-nauwkeurigheid te verbeteren (omdat toevallige fouten in de condensatorwaarden elkaar meestal opheffen). Met hetzelfde doel worden meerdere RIAA-weerstanden R22-R23 en R24-R25 gebruikt. De waarde van C12 is groot, omdat de IEC-modificatie niet is geimplementeerd in deze trap.
Het HF-gedeelte van de RIAA-correctie komt voor rekening van R26, R27 en C22. Ook hier zijn twee weerstanden parallel geschakeld voor het verbeteren van de nauwkeurigheid en C22 is een polystyreen-condensator.
Er is een NE5534A gebruikt voor IC3 omdat die minder ruis produceert dan een halve NE5532 en veel minder dan een LM4562 met zijn grote stroomruis. Door de grote zelfinductie van een MM-element is een lage stroomruis in deze sectie heel belangrijk. De afsluitimpedantie, met name de capaciteit, heeft bij MM-elementen een veel groter effect dan bij MC-exemplaren. Er is ruimte voor de componenten R13 en C8 op de print gereserveerd om de ingangsimpedantie aan te kunnen passen. Geschikte waarden voor C8 zijn 0...330 pF. Toevoegen van een extra belastingsweerstand is zelden nodig. Als dat in deze schakeling wordt gedaan, vermindert het bovendien de ruisreductie van de belasting-synthesizer. De laagste aanbevolen waarde voor R13 is 220 kΩ.
Meetresultaten MM/MC-kaart Testomstandigheden: Voedingsspanning +/-17,6 V, B = 80 kHz; gemeten aan de uitgang van de hoofdprint (110650-1), volume ingesteld op 1 V uit. Testapparatuur: Audio Precision System Two Cascade Plus 2722 Dual Domain | ||
| MD: 5 mV in, 1 kHz, JP1/2 = 15 dB (bron 750 Ω) | THD+N S/N S/N S/N (ingang kortgesloten) | 0,008 % 82 dB 86 dBA 88 dBA |
| MC: 0.2 mV in, 1 kHz, JP1/2 =15 dB (bron 1 Ω) | THD+N S/N S/N | 0,016 % 76 dB 79.5 dBA |
| MC-trap versterking | 29,8 dB | |
| Kantelpunt (–3 dB) | 19,8 Hz (L) 20 Hz (R) 23,3 Hz (L, IEC-correctie aan) 24,8 Hz (R, IEC-correctie aan) | |
| Afwijking van rechte lijn | –0,06 dB (100 Hz tot 20 kHz) | |
| Versterkingsinstellingen op JP1/JP2 (dB) | L | R |
| 0 | 0 | 0 |
| 5 | 5,22 | 5,23 |
| 10 | 10,95 | 10,97 |
| 15 | 14,71 | 14,72 |
| 20 | 19,52 | 19,51 |
De belasting-synthesizer
Rond IC4 is een gesimuleerde belastingsschakeling opgebouwd. Deze maakt een elektronische versie van de vereiste afsluitweerstand van 47 kΩ uit weerstand R16 van 1 MΩ. De thermische ruis van de weerstand wordt niet gesimuleerd en daardoor wordt ruis vanwege de toenemende impedantie van het MM-element opgeheven. De schakeling zorgt er voor dat R16 47 kΩ lijkt, door zijn onderste aansluiting aan te sturen in tegenfase met het signaal op de bovenste aansluiting. Buffer IC4b zorgt voor een hoge impedantie op de MM-ingang; IC4A is geschakeld als inverterende versterker. Er is gebruik gemaakt van parallel geschakelde weerstanden R19-R20 en R17-R18 om de nauwkeurigheid van de versterking en daarmee de nauwkeurigheid van de gesimuleerde impedantie te verbeteren.
Figuur 1. Schema van de MC/MM-voorversterker van The Preamp 2012.
Alles is ontworpen voor minimale ruisbijdrage en voor perfecte aanpasbaarheid aan alle denkbare typen MC- en MM-elementen.
Zie het tekstkader over de meetresultaten om te beoordelen of we daarin geslaagd zijn.
Subsonische filter
Dit is een tweetraps derde-orde Butterworth- hoogdoorlaatfilter met een –3-dBpunt op 20 Hz. Ook hier zijn weerstanden parallel geschakeld (R28-R29 en R30-R31) voor een betere nauwkeurigheid. In eerdere voorversterkerontwerpen heb ik een enkeltraps versie gebruikt, maar deze tweetraps configuratie is beter wat betreft het minimaliseren van de vervorming. In deze trap is een LM4562 (IC7A) toegepast, omdat deze een zeer lage vervorming heeft.
Onderdelenlijst Weerstanden: (1% tolerantie, metaalfilm, 0,25 W) Condensatoren: C1,C8,C28,C35 = optioneel, zie tekst Halfgeleiders: T1...T8 = 2SA1085, Hitachi (bijv. RS Components nr. 197-9834) Diversen: K1,K2 = 4-pens rechte pinheader, steek 2,54 mm [image 2] |
Schakelbare IEC-correctie
De IEC-correctie bestaat uit een extra afname van de versterking bij lage frequenties, deze is later toegevoegd aan de RIAAspecificatie. Velen zien dat als ongewenst, deze correctie wordt dan ook vaak weggelaten. Ze kan hier apart worden ingeschakeld door een extra weerstand R34 parallel te schakelen met de weerstanden R32-R33 van het subsonische filter. Dit is een benadering, maar dat bespaart een extra opamp en de afwijking is minder dan +/- 0,1 dB tot aan 29 Hz. Beneden die frequentie begint het subsonische filter te domineren en is de nauwkeurigheid onbelangrijk.
Figuur 3. Volledig opgebouwde en geteste MC-/MM-print zoals die door het Elektorlab is opgebouwd.
De omschakelbare versterkingtrap
Met deze trap rond IC7B kunnen we voor elk verkrijgbaar MC- of MM-element de juiste versterkingsfactor instellen voor een optimale ruisafstand en oversturingsreserve. De versterking is instelbaar in stappen van 5 dB door met een jumper op jumperblok JP1 de gewenste aftakking te kiezen van de spanningsdeler voor de negatieve terugkoppeling (R36...R45). Elke stap van de deler is opgebouwd met twee parallel geschakelde weerstanden om exact de juiste waarde te krijgen en de nauwkeurigheid te verbeteren. R35 zorgt dat er altijd DC-terugkoppeling is, ook tijdens het omschakelen.
Het stuursignaal voor de log-indicator- LED-trap wordt afgetakt via R47 en is beschikbaar op connector K4. Volgende maand bespreken we deze indicatorschakeling en bijbehorende print.
Opbouw
Ook voor deze schakeling is in het Elektorlab een dubbelzijdige doorgemetalliseerde print ontworpen, het bestelnummer is 110650-2. De componentenopstelling is te zien in figuur 2. Net als bij de print van vorige maand is de opbouw een routineklus: Er zijn alleen normale componenten met aansluitdraden gebruikt. We bevelen weer aan om gebruik te maken van een printmontagehouder, liefst een type waarbij de ingeklemde print met een beweging kan worden omgekeerd.
Als alle componenten van de onderdelenlijst geidentificeerd zijn, kunnen de aansluitdraden van de componenten worden omgebogen en door de juiste gaten van de print worden gestoken. Daarna worden de onderdelen stevig op hun plaats gehouden met een dikke laag schuimrubber die tegen de print wordt vastgeklemd. De print wordt dan omgekeerd en alle draden kunnen dan worden gesoldeerd zonder dat de onderdelen van de print vallen. Ook bij deze montagemethode is het verstandig om eerst de lage en daarna pas de hogere onderdelen te monteren.
Het eindresultaat is dan een zorgvuldig opgebouwde print die meteen goed moet werken. Zie ter vergelijking ons prototype in figuur 3.