MCM-MOD-3: Record buffer voor de MCML05. Deze modificatie voor de Vanderveen MCML05 buizenvoorversterker is helemaal gratis, je moet het helemaal zelf doen, er is geen printje beschikbaar, want de schakeling kan eenvoudig op een standaard gaatjesprint gemonteerd worden.
Waarom
Mijn voorversterker bezit een extra uitgang voor opname via een recorder. Deze uitgang wordt rechtstreeks afgekoppeld via een 1kOhm weerstand (R41) bij het moedercontact van de keuzeschakelaar; zie figuur 1.
figuur 1: schematuur van de recorderuitgang
foto-2: situatie voor de modificatie
De achtergrond van deze eenvoudige schakeling is dat de meeste recorders een hoge ingangsimpedantie hebben (omgeving van 100kOhm) en daardoor de signaalbronnen die op de MCML05 zijn aangesloten nauwelijks zullen belasten.
Ik moet nu toegeven dat ik hier een kleine misrekening heb begaan. Dat van die hoge impedantie klopt wel, maar ik heb geen rekening gehouden met het volgende verschijnsel.
Vroeger waren recorders uitgevoerd met buizen, en of het apparaat nu ingeschakeld stond of niet, de ingang was verbonden met het volledig vrijzwevende hoogohmige stuurrooster van de ingangsbuis. Dus er was nooit sprake van enige belasting van de op de MCML05 aangesloten bronnen.
Tegenwoordig zijn recorders en andere apparatuur uitgevoerd met IC's. Deze belasten de recorderuitgang van de MCML05 niet, zolang de recorders maar ingeschakeld staan. Zodra echter de recorder staat uitgeschakeld, is voor de IC's geen voedingsspanning meer aanwezig. De ingangen van de IC's zijn via beschermingdiodes verbonden met hun positieve en negatieve voedingslijnen. Daar staat bij een uitgeschakeld apparaat 0 Volt op, dus eigenlijk is de ingang van het IC via twee antiparallelle diodes via de voedingscondensatoren aan aarde verbonden. Figuren 2 en 3 laten overduidelijk zien wat er dan gebeurt.
figuur 2: beveiligingsdiodes begrenzen het ingangssignaal.
figuur 3: scoopbeeld van de begrenzing door de beveiligingsdiodes;
freq. = 400 Hz; vertical 0,5 V/div.
Het eindresultaat is dat de op de MCML05 aangesloten bron door deze diodes belast gaat worden, waardoor het geluid gaat vervormen. Dat kan natuurlijk nooit de bedoeling zijn.
Ik liep zelf tegen deze situatie aan omdat ik in mijn studio-opstelling de recorderuitgang had aangesloten op een mengpaneel voor verdere signaalbehandeling. Meestal staat dit mengpaneel uit en daarom moest ik steeds de recorderuitgang los nemen, wat onhandig is. Vandaar dat ik het plan opvatte om een eenvoudige buffer te maken die de recorderuitgang volledig scheidt van de bronnen die via de keuzeschakelaar van de MCML05 geselecteerd zijn. Die schakeling bespreek ik nu.
Altijd zijn er eisen
De eisen die ik aan de nieuwe recorderbuffer stel zijn behoorlijk veel. Er mogen geen condensatoren worden gebruikt, want die dingen "klinken" en dat wil ik niet. De schakeling moet extreem weinig vervormen en ruizen, een groot uitgangssignaal kunnen leveren en een meer dan ruim voldoende frequentiebereik bezitten. Ondertussen moet de ingangsimpedantie hoog zijn, want de buffer mag de bronnen niet belasten. De schakeling moet kortsluitvast zijn aan de uitgang, waarbij hiervan aan de ingang niks van gemerkt mag worden. De voeding van de schakeling mag de "aarde" niet belasten, want die is voor audiostromen vrijgehouden door de speciale printopbouw in de MCML05. De schakeling moet zonder enige wijziging aan de printen van de MCML05 kunnen worden toegevoegd. Hij mag de al aanwezige voeding nauwelijks belasten en hij mag nauwelijks gevoelig zijn voor de uitgangsimpedantie van de signaalbronnen (vooral deze laatste eis is zwaar).
Als mogelijke schakelingen heb ik overwogen: FET-buffer met uitgang op de source of een extra buis die als kathodevolger werkt. Het nadeel van de FET is dat deze teveel vervormt en de kathodevolger klinkt technisch en belast de voeding te zwaar. Dus die "oplossingen" heb ik niet gebruikt.
Ik heb uiteindelijk gekozen voor een opamp schakeling waarmee ik aan alle voorwaarden kon voldoen. Ik koos de OPA2134 als betere opvolger dan de al bekende TL072. Maar als ik Douglas Self mag geloven (en dat doe ik), had ik beter kunnen werken met de NE5534? Zie hoofdstuk 4 van "Small Signal Audio Design", by Douglas Self, ISBN 978-0-240-52177-0. Dit degelijke boek is een aanrader voor verdere studie en ontwikkeling.
De buffer schakeling
De uiteindelijke schakeling van de buffer staat in figuur 4, terwijl figuur 5 laat zien hoe je het op gaatjesprint kunt bouwen. Figuur 6 toont de aansluiting op de ingangsprint en figuur 7 laat zien waar je de Vcc en Vss voedingspanningen kunt aftakken op de voedingsprint. De daarop volgende foto's tonen hoe ik het gebouwd heb.
figuur 4: de bufferschakeling (1 kanaal getekend)
figuur 5: montage op gaatjesprint (stereo-versie)
figuur 6: aansluiting op de MCML05 ingangsprint
(verwijder de twee R41 = 1 kOhm weerstanden en gebruik hun soldeereilandjes om de bufferprint aan te sluiten)
figuur 7: aansluiting van de voeding
foto-3: de modificatie op de plek van 2 x R41
foto-4: bovenaanzicht van de modificatie
Waarom doe ik het zo?
De ingang van de buffer gaat via R1 naar de plus-ingang van de opamp. Deze is zeer hoogohmig, waardoor de signaalbron nagenoeg niet belast wordt. Via R2 wordt de versterkingsfactor van de opamp gelijk gemaakt aan 1 x terwijl er geen sprake is van fase-inversie. R3 aan de uitgang zorgt er voor dat er bij kortsluiting aan de uitgang niet te grote stromen gaan lopen. That's it, of is er ietsje meer aan de hand?
Ja, er is meer aan de hand. Wat opvalt is dat R1 en R2 laagohmig zijn voor weinig weerstandsruis. Tevens zijn R1 en R2 nagenoeg aan elkaar gelijk, zeker als je de uitgangsimpedantie van de meeste moderne signaalbronnen bij R1 optelt. De eis dat R1+Zuit = R2 is een extreem zware eis die er voor zorgt dat de vervorming van de opamp bij hoge frequenties gering blijft. Zowel Burr Brown als Douglas Self en ik (als resultaat van mijn metingen) onderstrepen deze eis voor THD vervormingen die kleiner blijven dan 0,005 % tot aan 20 kHz bij 1Vrms in 10 kOhm belasting. Figuur 8 toont de eigen vervorming van mijn geluidskaart die ik voor geijkte THD metingen via ARTA en STEPS gebruik (www.fesb.hr/~mateljan/arta). Op het punt van "ijking" hoop ik later terug te komen. Mijn eis was dat de vervorming in de recorder buffer zeker onder deze 0,005 % moet blijven en met de gemaakte keuze van R1 en R2 wordt hieraan voldaan.
figuur 8: residu vervorming van geluidskaart.
figuur 9: vervorming in OPA2134 als R1 sterk ongelijk is aan R2
Stel nu dat je de keuzeschakelaar van de MCML05 instelt op de platenspeler, dan heb je te maken met de uitgangsimpedantie van de buizen RIAA voorversterker (in de buurt van 2 kOhm). Dan geldt: R1-eff = 3 kOhm en R2 = 1k5; dus ze zijn ongelijk. Echter, dan wordt nog steeds voldaan aan de voorwaarde dat THD < 0,005 % at 20 kHz. De door mij gekozen waarden voor R1 en R2 zijn optimaal voor het handhaven van geringe THD onder nagenoeg iedere zinvolle uitgangsimpedantie van de signaalbron.
Naschrift
Zoals gezegd laat ik de zelfbouw helemaal aan de DIY-er over, zo eenvoudig is deze modificatie. Veel plezier ermee en als er opmerkingen zijn, dan hoor ik het wel via mijn e-mail.
The Netherlands: 27-9-2010