Donnerstag, 1. Mai 2008

Darius RIAA 2001

In diesem Blog möchte ich den RIAA Entzerrer Vorverstärker, den ich im Jahr 2001 gebaut habe, vorstellen. Vom Design her ist er passend zu den RL12T15 Endstufen gebaut.

Wie man im Bild links sieht, ist dieser RIAA Pre vollkommen halbleiter- und elkofrei aufgebaut. Die Röhren werden alle mit Wechselstrom geheizt, die Betriebsgleichspannung wird mit der Gleichrichterröhre EZ80 erzeugt und mit einer Siebkette aus MK Kondensatoren, Widerständen und einer Drossel geglättet. Für die Eingangsstufe kommt eine Röhre zum Einsatz, die eine besondere Abschirmung zwischen Steuergitter und Heizung besitzt und deren Heizfaden bifilar ist. Es ist die Rimlock Röhre EF40, die in Triodenschaltung das Signal vom MM- System rausch- und brummarm vorverstärkt.
Parallel zu den Eingängen befindet sich ein Kipptaster zum Stummschalten und jeweils vor den Eingangsröhren Cinchbuchsen, auf die eine Abschlusskapazität nach Belieben aufgesteckt werden kann. In der zweiten Verstärkerstufe mit der ECC81 wird die RIAA Entzerrung vorgenommen. Ich lege auf ein Trioden Schaltungsdesign wert, in dem es keine Stromgegenkopplung gibt und der Einfluss der Steilheit [s] schaltungstechnisch vermieden wird. Wie man das erreicht möchte ich im folgenden etwas genauer erklären. Hier nun die Schaltung der RIAA 2001:


Zur Vermeidung einer Stromgegenkopplung der Katodenbasisverstärkerstufen liegen die Katoden der Spannungsverstärker unmittelbar an Masse. (Pos.9;m und 17;n) Die negative Gittervorspannung von einem Volt wird durch den Spannungsabfall an dem 180Ω Widerstand (Pos.17;f) in der negativen Stromversorgungsleitung erzeugt. Die erste Stufe mit der EF40 (Pos.10;m) ist ein linearer Spannungsverstärker. Durch die Verbindung von g2 und Anode arbeitet die EF40 als Triode. Wie sich das elektrisch auswirkt, zeigt das folgende Kleinsignalersatzschaltbild für diese Stufe:


Der Anodenwiderstand (Pos.13;m) ist so gewählt, dass sich ein grösstmögliches Verhältnis zwischen Arbeitswiderstand und Innenwiderstand [ri] der Triode ergibt. So wirkt sich ri am wenigsten auf die Verstärkungsziffer aus. Das ist deshalb wichtig, weil der Innenwiderstand der Triode von der Steilheit abhängt, ri= µ/s und in einem guten Trioden- Schaltungsdesign der Einfluss der Steilheit gering gehalten werden soll. Der Ausgangswiderstand der ersten Stufe ist gemessene 20KΩ bei 1KHz und der Betrag der Spannungsverstärkung 25 -fach, das sind 28dB. Die gemessene Eingangskapazität [Cin] beträgt 60pF. Sie ergibt sich aus der Miller Kapazität [CM] und der Spannungsverstärkung [vu] der Stufe, Cin= CM x(lvul+1). Durch den hochohmigen Entkopplungswiderstand (Pos.15;o) hat die folgende Stufe wenig Einfluss auf die Spannungsverstärkung der Eingangsstufe, die Eingangskapazität bleibt so weitestgehend frequenzunabhängig. Die zweite Verstärkerstufe mit der ECC81 zeigt das folgende kleinsignalmässige Ersatzschaltbild:


Die Katodenbasisstufe besitzt einen Katodenfolger der sie bootstrapt. Das macht das Ersatzschaltbild aufwändiger. Da aber die Randbedingungen, Blatt 2 links unten eingehalten werden, lässt es sich wieder auf das zwei Operationsverstärker Triodenmodell zurückführen. Der Bertag der Spannungsverstärkung [lvul] dieser Stufe hängt vom Verhältnis rg zu re ab also von der Triodeneigenschaft µ. lvul= 40, das sind 32dB.
Für eine aktive RIAA-Entzerrung benötigt man allerdings einen Spannungsverstärker der unendlich fache Spannungsverstärkung liefert. Dieser ideale Operationsverstärker wird dann mit einer frequenzabhängigen Gegenkopplung so eingestellt, dass sich die RIAA Entzerrung ergibt.


Nun arbeitet dieser RIAA Tonabnehmerverstärker mit nur zwei Triodenstufen und es scheint zunächst unmöglich diese Forderung zu erfüllen. Tatsächlich ist dies aber gerade durch den Einsatz von Trioden mit hoher Genauigkeit möglich.
Nach Barkhausen kann der Durchgriff D= 1/µ rechnerisch als Spannungsgegenkopplung gesehen werden. Diese Spannungsgegenkopplung habe ich im Zwei Operationsverstärker Triodenmodell durch die Widerstände rg und re dargestellt. Die Triode kann so als Äquivalent für eine Anordnung aus zwei idealen Operationsverstärkern betrachtet werden. Es ist möglich dieses Zwei-OP-Triodenmodell und damit die Triode mit Kondensatoren und Widerständen so zu ergänzen, dass sich die RIAA Übertragungsfunktion ergibt. Die folgende Zeichnung zeigt wie das in der RIAA 2001 gemacht wird:


Die mit einem Stern * gekennzeichneten Bauteile sind für die aktive RIAA Entzerrung verantwortlich. Die Eingangsstufe wird nicht in die RIAA Entzerrung einbezogen, weil eine "Über Alles" Gegenkopplung die Eingangskapazität frequenzabhängig machen würde. Für die tiefsten Frequenzen ist nach RIAA eine Verstärkung von 60dB erforderlich. Die Eingangsstufe liefert davon 28dB, die zweite Stufe muss noch 32dB Verstärkung liefern. Die Leerlaufverstärkung der zweiten Stufe ist idealerweise unendlich, man muss deshalb diesen Wert mit einer galvanischen Gegenkopplung entsprechend festlegen. Diese Festlegung erfolgt in einem Trioden- Schaltungsdesign ausschliesslich über das Widerstandsverhältnis von rg/re also µ. Deshalb muss man die Trioden für den "Fono Pre" entsprechend auswählen. Die Idealbesetzung für die zweite Stufe ist hier deshalb die ECC81 die als µ- Folger die geforderten 32dB Verstärkung liefert. Lediglich die weitere Abschwächung entsprechend den RIAA Vorgaben erfolgt durch die Schaltungselemente im lokalen Gegenkopplungszweig der zweiten Stufe mit der ECC81.
10.Mai 2008
Weitere Blogs findet Ihr im Profil.



Creative Commons License


This work is licensed under a
Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 2.0 Germany License.

Unterstützen Sie die Entwicklung weiterer Projekte mit einer Spende via paypal:
Making a donation with paypal:





Kommentare:

Anonym hat gesagt…

Hallo
Warum liegt das Bremsgitter, der als Triode geschalteten EF, auf -1V Gleichspannung? (Hatte übrigens gestern versucht im RuH Forum zu fragen, wurde aber gelöscht!) Gruß vom Bär

oldeurope hat gesagt…

Hallo Bär,
so rauscht die Röhre am wenigsten. RuH-Forum, ach deshalb geht da nichts mehr. Ich habe mich schon gewundert. Inzwischen ist der Thread sogar gesperrt. Vielleicht schreibe ich etwas im blog dazu, danke.
Gruß Darius