1 Innledning

Bruk av elektronrør anses av mange for å være utdatert teknologi. Når det snakkes om elektronrør tenker de fleste på gamle radioer, for eksempel Tandberg, som i dag er samleobjekter, eller på meget spesielt interesserte radioamatører. Det har seg slik at bruk av rør er i stor grad aktuelt i disse dager. Interessen for rørforsterkere har økt de siste årene, man finner knapt et utsalgssted for lyd og bilde som ikke selger rørbaserte forsterkere. Om populariteten faktisk skyldes den ”varme rørlyden” eller det at rørforsterkere blir ansett og markedsført som ”in”, er ikke sikkert. Med priser som kan konkurrere med andre forsterkerteknologier, som BJT og FET, har det helt klart igjen oppstått et marked for rør. Hi-fi-importørene øker stadig utvalget sitt, og flere firmaer, også norske, selger sine egne byggesett.
I tråd med denne nye trenden, tar denne rapporten for seg bygging av en rørforsterker basert på et design som er vist i sin helhet i vedlegg 1 og 2. Designet er hovedsakelig det samme som van der Veen sin veldokumenterte 2xEL34 30 watt forsterker [1]. Van der Veen baserer sin forsterker på en ringkjernetransformator fra Plitron, kalt VDV6040PP. RuStAs forsterkeren er basert på en Hammond H-1645 E-kjernetransformator.

Hovedmålet med oppgaven er å bygge en klasse A push-pull-rørforsterker, basert på kretsskjema i vedlegg 1 og 2, som kan vise til tekniske spesifikasjoner som er akseptable med hensyn til andre rørforsterkere. For å kunne måle dette er noen kriterier for ytelse satt opp.

- 15-30 watt per kanal.

30 watt er maksimal effekt for utgangstransformatorene og forsterkeren bør ha en
utgangseffekt opp mot denne begrensningen.

- Signal-til-støyforhold (SNR) mer enn 50dB.
Støysignalene bør være 50dB svakere enn hovedsignalet over hele frekvensområdet.

- Total harmonisk forvrengning (THD) mindre enn 10 %
Forsterkeren bør ikke ha mer enn 10% THD i hele båndbredden.

- Båndbredde (BW) tilnærmet lik restriksjonene i utgangstransformatoren
De øvrige komponentene i forsterkeren bør ikke sette begrensninger for båndbredde.

2 Teori

I denne delen forklares begrep som blir brukt til å bestemme ytelsen til forsterkeren. Begrepene og formlene blir brukt senere i rapporten.

2.1 Forsterkning

Forsterkning,, er forholdet mellom utgangseffekt og inngangseffekt og er vanligvis målt og oppgitt i desibel (dB). Formlene under viser hvordan forsterkning måles med hensyn på spenning og effekt.

Formel (2.1-1) og (2.1-2) viser forsterkning i et generelt system [2].

(2.1-1)

(2.1-2)

2.2 Utgangsimpedans og dempningsfaktor

En definisjon på dempningsfaktor er forholdet mellom utgangsimpedansen til forsterkeren og impedansen til lasta ved en gitt frekvens.

Formel (2.2-1) viser sammenheng mellom dempningsfaktor og impedanser.

(2.2-1)

Ved å bruke Thevenins teorem på en forsterkers utgangstrinn, figur 2.2-1, vil man kunne danne seg et bilde av hvordan utgangsimpedansen påvirker forsterkeren og høyttaleren.

Figur 2.2‑1 viser Thevenins prinsipp mht utgangs- og last-impedans

Sett fra forsterkerens side lever høyttaleren sitt eget liv. Forsterkeren sender høyttaleren et signal og den lager sin egen vri på det. Den fortsetter å vibrere etter at signalet har stoppet, dette kalles ”ringing”. Med andre ord, høyttaleren legger sine egne lydbølger til det opprinnelige signalet. Dette er uønsket og heldigvis finnes det flere måter å redusere dette problemet på. Dempning er forsterkerens evne til å kontrollere høyttalerens egen bevegelse. Dette er oppgitt som dempningsfaktor. Dess høyere dempningsfaktor dess strammere virker lyden fra høyttalerne.

Når høyttalerelementet vibrerer, fungerer det som en mikrofon. Det lager et signal som kalles EMF (Electro Motive Force). Dette signalet går fra høyttaleren til forsterkeren, dempes av forsterkerens utgangsimpedans og går tilbake til høyttaleren der det demper bevegelsen i elementet. Dess mindre utgangsimpedans forsterkeren har, dess mindre blir EMF-signalet dempet, dess mer blir høyttalerelementet dempet. [3] [4]

2.3 Frekvensrespons

Frekvensrespons er systemets respons på et signal med varierende frekvens (med konstant amplitude) tilført inngangen, målt på utgangen. Frekvensresponskurver blir som oftest brukt for å indikere nøyaktigheten til forsterkeren over et gitt frekvensspekter. Vanlige krav stilt til forsterkere som skal reprodusere lyd, er at de kan gjengi hele det hørbare frekvensområdet. Dette er definert, som vist på figur 2.3-1, fra 20 Hz til 20kHz ±3 dB. Det er også vanlig å oppgi båndbredden med andre grenser enn ±3 dB, for eksempel ±1 dB og ±6 dB. [4]

Figur 2.3‑1 viser båndbredde

2.4 Fast Fourier Transform (FFT)

Fast Fourier Transform (FFT), er en algoritme[1] som beregner DFT (Discrete Fourier Transform). DFT er viktig i frekvensanalyse, fordi den transformerer signalet fra tidsplanet til det diskrete frekvensplanet. Dette vil si at et lydsignal dekomponeres til sinus- og cosinus-komponenter, og gjør det mulig å se hvor sterkt bidrag hver komponent har. Ved bruk av en audioanalysator vil FFT gjøre det mulig å se de n forskjellige harmoniske, samt se andre utslag i frekvensspekteret. Det vil da bli mulig å se mønster i frekvensspekteret. Et eksempel på dette er vist i figur 2.4-1 der de overharmoniske frekvensene, ut i fra grunnfrekvensen på 140 Hz, kommer tydelig frem. [3]

Figur 2.4‑1 viser grunnfrekvens, 2.harmoniske og 3.harmoniske.

2.5 Total Harmonisk Forvrengning (THD)

Et signal har harmonisk forvrengning når det er harmoniske frekvenskomponenter (ikke bare den grunnleggende frekvensen) tilstede i signalet, vist i figur 2.4-1. Hvis den grunnleggende frekvensen har en amplitude, , og den n’te frekvenskomponenten har en amplitude, , kan den harmoniske forvrengningen defineres som i formel (2.5-1). [2]

Formel (2.5-1) viser harmonisk forvrengning av n overharmoniske frekvenser oppgitt i prosent

(2.5-1)

Når et utgangssignal har flere individuelle harmoniske komponenter, kan den totale harmoniske forvrengningen uttrykkes som i formel (2.5-2).

Formel (2.5-2) viser total harmonisk forvrengning

(2.5-2)

Total harmonisk forvrengning pluss støy (THD+N) er forholdet mellom RMS verdien av fundamentalsignalet og gjennomsnittet av rot-sum-kvadratet av de harmoniske, pluss alle støykomponentene i det målte frekvensområdet. [5]

Formel (2.5-3) viser THD+N oppgitt i dB.

(2.5-3)

2.6 Tilbakekobling

En generell forsterker med tilbakekobling er vist i figur 2.6-1. Inngangssignalet,, blir ført inn i kretsen, hvor det blir lagt til tilbakekoblingssignalet, . Forskjellen mellom disse signalene, , er spenningen inn på forsterkeren. En del av utgangsignalet, , er koblet til kretsen (), som gir en redusert del av utgangssignalet tilbake til inngangen. Dette er tilbakekobling. Hvis tilbakekoblingssignalet er av motsatt polaritet til inngangssignalet (180° faseforskjøvet), er det negativ tilbakekobling. Negativ tilbakekobling resulterer i redusert spenningsforsterkning, men kan også ha mange positive sider:

- Høyere inngangsimpedans

- Mer stabil spenningsforsterkning

- Økt frekvensrespons

- Lavere utgangsimpedans

- Redusert støy

- Bedre linearitet

Figur 2.6‑1 viser prinsippet for tilbakekobling i en generell forsterker.

Det er fire grunnleggende måter å føre inn tilbakekoblingssignalet.

1) Spenning-serie

2) Spenning-parallell

3) Strøm-serie

4) Strøm-parallell

Egenskapene for de forskjellige tilbakekoblingene er gjengitt i tabell 2.6-1 og 2.6-2.

Tabell 2.6‑1 viser forsterkning med og uten tilbakekobling [2]

		Spenning- serie	Spenning- parallell	Strøm- serie	Strøm- parallell
Forsterkning uten tilbakekobling	A
Tilbakekobling	β
Forsterkning med tilbakekobling	A_f

Tabell 2.6‑2 viser inngang- og utgangs-impedansen i en forsterker med tilbakekobling [2]

Spenning-serie

Strøm-serie

Spenning-parallell

Strøm-serie

Inngangsimpedans

med

tilbakekobling

Z_if

øking

redusering

Utgangsimpedans

med

tilbakekobling

Z_0f

redusering

øking

redusering

Øking

2.7 Signal-til-støyforhold

Signal-til-støyforhold er et uttrykk for effektforholdet mellom et signal (den relevante informasjonen) og bakgrunnstøyen, vist i formel (2.7-1) og (2.7-2).

Formel (2.7-1) viser signal-til-støyforhold.

(2.7-1)

Formel (2.7-2) viser signal-til støyforhold i dB.

(2.7-2)

P er gjennomsnittlig effekt og A er amplituden målt i RMS. Både signal og støy må måles på samme punkt i systemet, og innenfor den samme definerte båndbredden. [4]

Støy i komponenter og rør

Det vil alltid forekomme støy i elektronikkomponenter. Det er forskjellig typer støy, både fra aktive og passive komponenter.

- White noise skyldes at termiske bevegelser slår løs elektroner i komponenten. Alle passive komponenter vil danne white noise.

- Pink noise er støy fra overganger mellom en krystallstruktur og en annen struktur. I rør vil elektronemisjonen være ujevn fordi atomene i katoden er i bevegelse.

- Shot noise oppstår i aktive komponenter. Denne type støy skyldes den såkalte Schottky effekten. Antallet elektroner som avgis fra katoden endres på grunn av elektriske felt.

- Partition noise er en av grunnene til at pentoder støyer mer en trioder. Elektronene kan enten ta veien til anoden eller fanggitteret. Fanggitteret i pentoden vil fange opp 10-20 % av elektronstrømmen, noe som medfører en varierende anodestrøm.

- Støy i rør kan også skyldes lekkasjestrøm mellom glødetråd og katode, og mellom katode og gitter.

- Indirekte AC-gløding kan også være en kilde til støy. Dette på grunn av det oppstår et magnetfelt rundt glødetråden.

Støy i transformator

Støy i transformator vil hovedsakelig komme fra selve kjernen, dvs. fra kjernematerialet. Når et magnetisk materiale utsettes for et sterkt magnetisk felt, vil materialet endre form. Dette kalles magnetostriction. Sammentrekning og utvidning av kjernematerialet skjer 2 ganger per periode. En transformatorkjerne er satt sammen av lag med jern, og hvert lag vil bevege seg uavhengig av hverandre slik at det oppstår vibrasjon. Dette resulterer i støy. I tillegg til støy fra kjernen, vil det også være støy fra vibrasjoner i viklingene. Viklingene vil bevege seg på grunn av strøm og magnetfelt. [4]

2.8 Crosstalk

Støy fra en annen kanal, som kommer av induktans eller kapasitans mellom komponenter og ledninger, kan ødelegge kanalseparasjonen betydelig. Støyen som kalles crosstalk, oppgis i dB som formel (2.8-1) viser. Dette forekommer kun i en forsterker med to eller flere kanaler. [6]

Formel (2.8-1) viser uttrykket for crosstalk.

(2.8-1)

U₁ er signal i kanal 1, og U₂ er lekkasjestøy i kanal 2 (med inngangen kortsluttet).

2.9 Power Supply Rejection Ratio (PSRR)

En forsterker kan konstrueres slik at den er meget kritisk på den benyttede strømforsyningen, eller den kan konstrueres slik at den undertrykker uønskede støyprodukter på forsyningsledningene. Den engelske forkortelsen PSRR (Power Supply Rejection Ratio)
angir hvor god en forsterker er til å hindre støyen på forsyningsledningene i å nå utgangen.

Når man kjører ett rent sinussignal inn, vil man gjerne ha dette ut igjen like rent som man kjørte det inn. Som regel er det litt støy som slipper i gjennom fra strømforsyningen, og man vil da få et lignende resultat som vist i figur 2.9-1.

Figur 2.9‑1 sinuskurve med støy [7].

Når man legger inngangen til jord kan man måle hvor mye støy det er på utgangen, og når man vet støymengden etter strømforsyningen kan man regne ut hva dette utgjør. [7]

Formel (2.9-1) viser utregning for PSRR.

(2.9-1)

3 Praksis

I målingene som følger ble det brukt Tektronix TDS210 oscilloskop, Fluke 89 IV multimeter og Rhode&Schwarz UPL audioanalysator. Spenninger målt med audioanalysatoren er spenningsdelt 1/6, dette grunnet inngangsensitiviteten.

3.1 Måling av forsterkning

For å finne ut hvor mye reserve forsterkeren har, måles forsterkningen ved høy lastmotstand. Spenningen måles over 1kΩ last for å få en tilnærming til open loop gain. En ekte open loop gain måling på en rørforsterker ville gitt utgangsrørene en lite gunstig lastlinje, og i verste fall ødelagt rørene.

Tabell 3.1‑1

Påtrykt inngangsspenning:
Målt spenning på utgang:

Beregner tilnærmet ut i fra målingene fra tabell 3.1-1, med formlene (2.1-1) og (2.1-2), vist i tabell 3.1-2.

Tabell 3.1‑2

Forsterkning med 1kΩ last:
Forsterkning i dB:

3.2 Måling av utgangsimpedans

Utgangsimpedansen til forsterkeren ble målt ved å sette en spenning på utgangen og en motstand i serie som vist i figur 3.2-1.

Figur 3.2‑1 viser oppsett for måling av utgangsimpedans

Spenningen over seriemotstanden på 600Ω ble målt og utgangsimpedansen ble beregnet. Målingene ble gjentatt med forskjellige frekvenser og resultatene er gjengitt i tabell 3.2-1.

Tabell 3.2‑1 viser frekvens mot utgangsimpedans.

	20	100	200	1k	2k	10k	20k
	13	12	12	11	12	12	11

Beregner effektenoverføringen til en 8Ω last, med Zo lik gjennomsnittet på 12Ω.

Formel (3.2-1)

Avgitt effekt til last:

(3.2-1)

Her er det 10,6 watt utnyttelse av to utgangsrør som kan levere opp mot 25 watt hver.

3.3 Innføring av tilbakekobling

For å øke effektoverføringen til last, innføres spenning-serie tilbakekobling. Spenning-serie tilbakekobling senker utgangsimpedansen, og øker dermed effekten omgjort i lasta. Tilbakekoblingen føres fra utgangssignalet tilbake til inngangen. Med denne koblingen er tilbakekoblingssignalet 180º faseforskjøvet i forhold til inngangssignalet og negativ tilbakekobling er oppnådd. Prinsippet for forsterkeren med negativ tilbakekobling er vist i figur 3.3-1.

Figur 3.3‑1 viser tilbakekobling i forsterkerkretsen.

Som tabell 3.3-1 og 3.3-2 viser, gir motstandsverdiene og i en tilbakekoblingskrets, vist i sin helhet i vedlegg 3, en effektøkning på hele 48 %. Dette grunnet reduksjon av utgangsimpedans.

Tabell 3.3‑1 viser effekten av tilbakekobling

Tilbakekoblingsspenningen :
Tilbakekoblingskonstanten :
Utgangsimpedans med tilbakekobling:
Effekt med tilbakekobling:
Forsterkning med tilbakekobling:

Som tabell 3.3-2 viser, stemmer beregningene godt med målingene.

Tabell 3.3‑2 viser målt effekt mot beregnet effekt

Motstander		Beregnet	Målt	Beregnet	Målt
	A
Uten tilbakekobling:	23	9,2	8,7	10,6	9,5
Med tilbakekobling:	12,3	12,8	13,0	20,4	21,0

3.4 Måling av frekvensrespons

Den målte frekvensresponsen, vist ved figur 3.4-1, viser frekvensområdet fra 20 Hz til 20 kHz. Dette var så langt audioanalysatoren tillot. Videre målinger ble gjort med oscilloskop og er gjengitt i tabell 3.4-1.

Figur 3.4‑1: Frekvensrespons ved 20W. Rosa kurve: kanal 1, blå kurve: kanal 2.

Tabell 3.4‑1 viser dBV målinger fra 20kHz til 40kHz

kHz	20	22	24	26	28	30	32	34	36	38	40
dBV	6,0	5,8	5,4	5,0	4,7	4,4	4,0	3,7	3,0	2,1	1,4

Forsterkeren har en -3dB knekk litt over 20 Hz, og en rundt 34 kHz. Tabell 3.4-2 viser sammenhengen mellom frekvensresponsen til forsterkeren og til utgangstransformatorene (oppgitt fra produsent i ±1dB).

Tabell 3.4‑2 viser -1dB båndbredden til forsterkeren og utgangstransformatorene.

Forsterkerens -1dB båndbredde:	40Hz - 23kHz
Utgangstransformatorens -1dB:	30Hz - 30kHz [4]

Høypassfiltere som er listet opp i tabell 3.4-3 har ikke har innvirkning på båndbredden.

Tabell 3.4‑3 viser benyttede HP-filtere i forsterkerkretsen

C1 og R1
C3 og R7

3.5 Måling av THD og FFT ved 1 watt

Måling av total harmonisk forvrengning pluss støy, ved 1 watt omsatt i last vist i figur 3.5-1, med maksimal forvrengning ved 50 Hz på rundt 1,3 %. Denne verdien inneholder støy fra strømforsyningen og glødespenning pluss all annen støy i forsterkeren. Det er også en spiss rundt 100 Hz på omtrent 1 % som stammer fra likerettingen i strømforsyningen. Fra 100 Hz til 20 kHz holder den seg under 1 %.

Figur 3.5‑1: THD+N ved 1W. Rosa kurve: kanal 1, blå kurve: kanal 2.

Harmonisk forvrengning på 1,3 % tilsvarer et nivå på -37,7 dB, mens 2 kHz THD+N ligger på
-45dB. Ved å sammenligne THD-nivået på 2 kHz og FFT-analysen for 2 kHz, vises det at de er omtrent like. FFT på figur 3.5-2 for 2 kHz og tabell 3.5-1 viser at den 2.harmoniske ligger på rundt -40dB.

Figur 3.5‑2: FFT 1W, Rosa kurve: kanal 1, blå kurve: kanal 2.

I et elektronrør vil den 2.harmoniske forvrengningen være større enn den 3.harmoniske. Dette kan ses i tabell 3.5-1: 2.harmoniske er størst, 3.harmoniske kan virke noe stor i forhold til 2., men det er normalt på grunn av at en push-pull-krets kansellerer likeharmoniske[2].

Tabell 3.5‑1: sentrale verdier i frekvensspekteret.

Frekvens	dBV	dB
50Hz	-75	-68
100Hz	-70	-63
Grunnfrekvens (1kHz)	-7	0
2.harmoniske	-47	-40
3.harmoniske	-60	-53
4.harmoniske	-65	-58
5.harmoniske	-76	-69

3.6 Måling av THD og FFT ved 2 watt

Måling av total harmonisk forvrengning pluss støy er vist i figur 3.6-1. Ved 2 watt omsatt i last er maksimal forvrengning ved 100 Hz rundt 3,3 % i kanal 2. Fra 300 Hz til 20 kHz holder den seg under 2 %.

Figur 3.6‑1: THD+N 2W. Rosa kurve: kanal 1, blå kurve: kanal 2.

Harmonisk forvrengning på 3,3 % tilsvarer et nivå på -29,6dB, mens 2 kHz forvrengningen ligger på -34,9dB. Ved å sammenligne THD nivået på figur 3.6-1 ved 2 kHz og FFT analysen på figur 3.6-2 ved 2 kHz, ser man en viss sammenheng. FFT på figur 3.6-2 for 2 kHz og tabell 3.6-1 viser at den 2.harmoniske ligger på rundt -35dB.

Figur 3.6‑2: FFT 2W. Rosa kurve: kanal 1, blå kurve: kanal 2.

De harmoniske forvrengningene, nevnt i tabell 3.6-1, viser push-pull-effekten bedre enn ved 1 watt. 2.harmoniske er fortsatt størst, men 3.harmoniske nærmer seg.

Tabell 3.6‑1: sentrale verdier i frekvensspekteret.

Frekvens	dBV	dB
50Hz	-78	-73
100Hz	-70	-65
Grunnfrekvens (1kHz)	-5	0
2.harmoniske	-40	-35
3.harmoniske	-50	-45
4.harmoniske	-55	-50
5.harmoniske	-65	-60

3.7 Måling av signal-til-støyforhold og crosstalk

Støysignalet ved kortsluttet inngang på begge kanaler måles til 1,1mV. Dette gir, som vist i tabell 3.7-1, at ved full effekt (20 watt omsatt i last) ligger støysignalet 78,8 dB under hovedsignalet. Ved 1 watt (omsatt i last) ligger støysignalet fortsatt godt under hovedsignalet.

Tabell 3.7‑1 viser signal-til-støyforhold.

Signal-til-støyforhold 20W:
Signal-til-støyforhold 1W:

Crosstalk ble målt med signal på den ene kanalen, og kortsluttet inngang på den andre. Trekkes felles støy fra, så kan crosstalk-faktoren beregnes.

Tabell 3.7‑2 viser crosstalk i forsterkeren.

Crosstalk ved 20W:	Målt støy: 1,3mV
Crosstalk ved 1W:	Målt støy: 1,2mV

Ut i fra tabell 3.7-2, vil signalet i kanal 1 smitte over til kanal 2. Dette signalet vil ha en styrke på omtrent -90dB. Signalet vil opptre som støy.

3.8 Måling av PSRR

Med begge kanaler kortsluttet måler man AC-støy på utgangen til 1,1mV[3], og AC-rippel ut av strømforsyning måles til 1023mV. Powersupply rejection ratio beregnes ved hjelp av formel (2.9-1) som gir verdien vist i tabell 3.8-1.

Tabell 3.8‑1 viser PSRR.

Power Supply Rejection Ratio:

Dette stemmer godt overens med tabell 3.6-1 og figur 3.6-2, som viser at 100 Hz-nivået ligger på omtrent -63dB.

3.9 Beregning dempningsfaktor

Dempningsfaktoren til forsterkeren, vist i tabell 3.9-1, beregnes ved bruk av formel (2.2-1). Verdien for utgangsimpedans er tatt fra tabell 3.3-1 der den beregnes til 6,4 med tilbakekobling. Utgangsimpedansen er en last på 8.

Tabell 3.9‑1viser dempningsfaktor

Dempningsfaktor

3.10 Diskusjon av målinger

Denne forsterkeren har noen forbedringsmuligheter. Den sliter med litt støy fra strømforsyning. Denne kan ses tydelig på figur 3.5-1 der den framtrer som den største forvrengningen, på 1,3 %, ved en effekt på 1 watt. 100 Hz fra likeretting er størst ved 2 watt på figur 3.5-2, der den når 3,3 %. Brum er noe som kan høres i høyttaleren, og det er irriterende. Brummen har blitt forbedret noe etter at det ble innført et felles jordpotensial for begge 6,3 volt viklingene på trafoen, vist i sin helhet i vedlegg 4.

Et annet punkt er forvrengningsforskjellen mellom kanalene ved 2 watt, som kan ses veldig tydelig på figur 3.6-1. Fra omtrent 4 kHz og oppover forvrenger den ene kanalen vesentlig mer enn den andre og ender opp i overkant av 1,8 % mot den andre kanalen på 1,4 %. Det kan skyldes variasjon i konstruksjon, rør eller utgangstransformator.

Dataene for frekvensresponsen, vist i tabell 3.4-1 og 3.4-2, tilsier at det ikke bare er utgangstransformatorene som setter begrensningen i dette tilfellet. Her kan det være noen høypassfilter fra strøkapasitanser i forsterkerkretsen som gjør seg gjeldene.

4 Kostnader

Kostnadene som vist i tabell 3.9-1 er beregnet ut i fra utgifter tilhørende forsterkeren. Disse er omtrentlige verdier og det tas forbehold om prisendring. Det er ikke medregnet produksjonskostnader som arbeidstimer, slitasje på utstyr og innkjøp av nytt utstyr. Kostnader med hensyn på kabinett er heller ikke medregnet da det er individuelt hvor mye hver person vil legge i dette.

Tabell 4-1 viser omtrentlige kostnader inkl. mva.

Produsent / Forhandler	Del	Spesifikasjon	Pris	Stk	Totalt

Svetlana/Motron	Rør	4 x EL34	225	4	900
Golden Dragon/Motron	Rør	ECC82	150	2	300
Motron	Sokler	Oktal	30	2	60
	Sokler	Noval	30	4	120

Hammond/Motron	Utgangstrafo	1645	630	2	1260
Noratel	Nettrafo		860	1	860

Elfa	Kondensatorer		500	1	500
	Kontakter + div		300	1	300
	Motstander		50	1	50

Farnell	Kondensatorer		200	1	200
	Div +forbruksmatriell		500	1	500

Clas Ohlson	Krympestrømper		150	1	150

Diverse	Porto				500

	Kabinett		*		*

	Produksjon		*		*

Totalt					5700

5 Sammenlikning med andre rørforsterkere

Det ble foretatt en sammenlikning på pris og ytelse mellom denne forsterkeren, døpt RuStAs, og Menno van der Veen sin tilsvarende. Tabell 5-1 og 5-2 viser en sammenlikning på pris og ytelse. I prissammenlikningen er det ikke beregnet generelle komponenter da de vil være tilnærmet like.

Tabell 5-1 viser en enkel sammenlikning mht pris.

RuStAs

Van der Veen

Hva

Type

Pris

Hva

Type

Pris

Rør og sokler

2xECC82+ 4xEL34

1380

Rør og sokler

2xECC82+ 4xEL34

1380

Utgangstrafo

Hammond

2xH1645 [9]

1260

Utgangstrafo

Plitron:

2xPAT-4002-00 [10]

3500

Nettrafo

Noratel

860

Nettrafo

Plitron: 454707 [10]

Øverst i skjemaet

800

Nederst i skjemaet

Totalt

3500

Totalt

(eks frakt, mva, toll)

5680

Prisforskjellen på de to forsterkerne er 2180 kr. Spørsmålet er om det kan forsvares i ytelse.

Tabell 5-2 viser en enkel sammenlikning mht ytelse.

	van der Veen [1]	RuStAs
Effekt ultralineær	2x 29W (5ohm)	2x 20W (8ohm)
Dempningsfaktor	1,5	1,25
Signal-til-støyforhold	-	81dB
Inngangssensitivitet	1,6Vrms	1,2Vrms
Inngangsimpedans	10k ohm	100k ohm
Frekvensrespons (-3dB)	8Hz-80kHz	20Hz-34kHz
THD(1W / 1kHz)	0,06 %	0,6%

RuStAs har noe mindre båndbredde, men reprodusere likevel alle hørbare frekvenser. Den total harmoniske forvrengningen er noe større enn van der Veen sin, men er mer enn akseptabel med hensyn til målsetningen.

Se vedlegg 5 for flere forsterkere sammenliknet med RuStAs.

6 Ideer til forbedring

Her presenteres noen forslag og ideer til forbedring som det ikke har blitt tid eller anledning til å forske på.

6.1 Differensiert inngangstrinn

Et differensiert inngangstrinn har to innganger, vist i figur 4.1-1, i motsetning til det enkle inngangstrinnet som er brukt i RuStAs forsterkeren, vist i vedlegg 3.
I differensiert inngangstrinn er den ene inngangen 180° fasevendt i forhold til det andre, det gjør at nåværende fasesplitter også kan erstattes med denne typen trinn. Koblingen har den fordelen at den kun forsterker forskjellige signaler, det vil si at brum fra strømforsyningen vil bli kansellert og redusert betraktelig.

Figur 6.1‑1 viser et differensiert inngangstrinn.

6.2 LC-filter i strømforsyning

Ved å bruke ett LC-filter i strømforsyningen, kan en redusere rippel mer enn ved et RC-filter. Det løser dessverre ikke støy fra AC strømmen på glødetråden.

6.3 Regulert strømforsyning

En annen mulighet for å redusere brum er regulert strømforsyning og glødespenning.
Man vil da få mindre rippel, men dette krever flere komponenter og er derfor dyrere.
Ved regulert glødespenning har man også fjernet 50Hz indusert fra glødetråden som er et problem ved AC-gløding.

6.4 Økt tilbakekobling

Ved å innføre større grad av tilbakekobling, vil man kunne redusere mer støy og brum fra strømforsyningen. For å få mer tilbakekobling, er det nødvendig med større forsterkning, og det betyr en endring av forsterkerkrets og innkjøp av nye komponenter. En god løsning på dette vil nok være en kobling med en pentode som inngangstrinn og en differensiert fasesplitter.

7 Konklusjon

Det opprinnelige designet for forsterkeren, vedlegg 1 og 2, gav utgangspunktet for byggingen. Dette designet fungerte, men viste seg etter hvert ved målinger at ikke var innenfor oppsatte kriterier. Ytelsen på 10,6 watt per kanal var ikke innefor kriteriet for en ytelse på 15-30 watt. Årsaken til problemet var for høy utgangsimpedans. Denne ble redusert med negativ tilbakekobling. Resultatet ble økning av effekten til 20 watt per kanal.

Videre ble det klart at brum var et vesentlig problem. Hovedgrunnen til brum kommer av støy fra strømforsyningen. Ved å opprette et felles jordplan for glødespenning, ble brummen redusert nok til at signal-til-støyforholdet innfridde kriteriet på mer enn 50dB. Målet ble nådd med 81dB.

THD ble målt til 1,8 % ved 1 kHz/ 2 watt og 0,6 % ved 1 kHz/ 1 watt. Dette er godt innenfor kriteriet på mindre enn 10 % THD.

Båndbredden til forsterkeren er målt til 40 Hz - 23 kHz (-1dB). Dette er noe redusert i forhold til utgangstransformatoren som har en båndbredde på 30 Hz - 30 kHz (-1dB). Denne begrensningen kan skyldes strøkapasitanser i forsterkerkretsen.

Det endelige produktet låter pent, men et slikt produkt vil alltid ha rom for forbedringer. Dersom forsterkeren sammenlignes med lignende konstruksjoner, kan den kan slå de fleste på pris, men har noe å hente på ytelse.

[1] I matematikk og informatikk er en algoritme en presis beskrivelse av en serie operasjoner som skal utføres for å løse en type problemer. [4]

[2] 2.harmoniske, 4.harmoniske, 6.harmoniske osv. [8]

[3] Merk at det ikke er tatt hensyn til frekvens i målt støy.

kHz	20	22	24	26	28	30	32	34	36	38	40
dBV	6,0	5,8	5,4	5,0	4,7	4,4	4,0	3,7	3,0	2,1	1,4

kHz	20	22	24	26	28	30	32	34	36	38	40
dBV	6,0	5,8	5,4	5,0	4,7	4,4	4,0	3,7	3,0	2,1	1,4

kHz	20	22	24	26	28	30	32	34	36	38	40
dBV	6,0	5,8	5,4	5,0	4,7	4,4	4,0	3,7	3,0	2,1	1,4