PCL84 VASTAVAIHE-VUOROVAIHEVAHVISTIN

KEHITYSTARINA

PCL84 vastavaihe-vuorovaihevahvistimen päätepiste Metal Boogie vol 1, PCL84 combined parallel push-pull and push-pull amplifier final version Metal Boogie vol 1

Sekä vastavaihe- että vuorovaihevahvistimen kytkentöjen kehittäminen ja tutkiminen tapahtui yhdistelmävahvistimessa, jossa voitiin kuunnella tarvittaessa kumpaakin vahvistinta erikseen. Vahvistintyyppien vertaaminen kävi helposti vaihtokytkimillä. Koko kehitystyön ajan molemmat vahvistimet pyrittiin pitämään mahdollisuuksien mukaan soveltuvin osin samanlaisina.

Tarina alkaa vahvistimilla, joissa vaiheenkääntö on tehty muuntajilla. Vuorovaihekanavan kytkentä on melko tavanomainen sisältämättä mitään erikoisuuksia. Vastavaihevahvistimen kohdalla tilanne on toisenlainen joskaan ei kovin merkittävästi. Vastavaihevahvistimessa tarvitaan kaksi riippumatonta anodijännitettä. Käytettävissä ei kuitenkaan ollut kahdella anodikäämillä varustettua muuntajaa, jolloin oli keksittävä jotakin muuta. Se jotakin muuta oli käyttää vuorovaihevahvistimen anodijännitettä myös vastavaihekanavassa. Nyt riitti yksi anodikäämi ja toisen verkkomuuntajan lisääminen vahvistimeen. Kun virtalähde oli saatu ratkaistua, oli loppu vahvistimesta melko helppoa. Kytkentäkaavio syntyikin nopeasti. Jäljellä oli vahvistimen kokoaminen ja niin syntyi kuvassa alla oleva ensimmäinen proto. Sassikselle oli varattu paikat kolmansille putkille kumpaankin kanavaan. Näitä ei nyt tarvittu mutta ovat esteettisistä syistä kuvassa mukana.

Vahvistimet toimivat mutta hirmuisen hurinan saattelemina. Syyllisiksi osoittautuivat vaiheenkääntöihin käytetyt muuntajat, jotka häiriintyivät verkkomuuntajien magneettikentistä. Myös verkkomuuntajien mekaaninen hurina välittyi runkoon ja oli melko voimakasta. Vastavaihevahvistimessa esiintyi outoja ilmiöitä käynnistettäessä johtuen kahden huonolaatuisen muuntajan yli tuodusta vastakytkennästä. Muutoin vahvistimet toimivat hyvin kunhan osasi kuunnella hurinan läpi. Vastavaihevahvistin oli saundiltaan jopa hyvä. Kaikkiaan tämä oli ensimmäinen suunnittelemani ja kuuntelemani vastavaihevahvistin. 

Oli selvää, että tällaisena vahvistimet eivät olleet käyttökelpoisia. Yksinkertaisinta olisi ollut löytää hyvälaatuiset magneettisuojatut muuntajat vaiheenkääntöön. Tällaisia muuntajia ei kuitenkaan ollut saatavissa yksinkertaisesti kaupan hyllyltä. Hyvien vaiheenkääntömuuntajien puute lopetti tämän kehityslinjan eikä vahvistimien potentiaalia tutkittu koskaan loppuun saakka. Tämä saattoi olla vahinko, sillä muistikuvani mukaan varsinkin vastavaihevahvistimen saundi oli erittäin hyvä. Toiseksi tämän yksinkertaisemmin vastavaihe- tai vuorovaihevahvistinta tuskin voidaan rakentaa. Nyt siihen riitti kaksi kaksoisputkea ja tässä oli jo yksi triodi ylimääräisenä.

Jatkoa varten valitsin toisen kehityssuunnan, lähdin miettimään vaiheenkääntöä putkilla. Ensiksi piti kuitenkin katkaista verkkomuuntajien mekaanisen värähtelyn johtuminen sassikseen. Ratkaisuksi tuli muuntajien ripustaminen kumien varaan. Tämä vaimensikin värähtelyjä riittävästi. Vuorovaihekanavan varustaminen putkivaiheenkääntäjällä oli melko yksinkertaista. Olinhan tehnyt näin ennenkin. Vastavaihekanava oli melkoisesti hankalampi, sillä en ollut koskaan analysoinut vahvistinta kunnolla. Turvauduinkin Köykän apuun tutkimalla Voima A2-20 vahvistimen kytkentäkaaviota. Sovelsin tämän vahvistimen kytkentää vastavaihekanavaan. Näin uusi kytkentäkaavio oli valmis kokeiltavaksi.

Vahvistimet toimivat eikä hurina vaivannut. Vuorovaihekanava toimi hyvin eikä kytkentää olisi ollut tarvetta kehittää edelleen muilta kuin päätemuuntajan osalta ja ultralineaarista kytkentää. Sen sijaan vastavaihekanava oli surkea. Siitä puuttui vahvistusta paljon ja esiasteitten käyttöjännite ei riittänyt alkuunsakaan. Suurin ongelma oli, etten ymmärtänyt täysin vastavaihevahvistimen toimintaa. Seuraava vaihe oli soveltaa tuloasteeseen pentodia, jonka lähtösvingi on merkittävästi suurempi kuin triodin. Nyt ohjausasteen svingi oli juuri ja juuri hyväksyttävä, mutta vahvistusta puuttui edelleen paljon.  Piti palata köykän vahvistimen kytkentäkaavion pariin ja alkaa analysoida sitä. 

Ensimmäinen havainto oli, että vaiheenkääntäjä oli voimakkaasti vastakytketty. Yleensä paraphase vaiheenkääntäjän vahvistus ja säröt ovat suuret. Vaiheenkääntöasteen vahvistus oli vain 2. Voimakas vastakytkentä piti säröt kurissa. Etuasteilta vaadittiin suuri vahvistus ja signaalin amplitudi. Köykkä oli ratkaissut vahvistus ja amplitudiongelman osittain syöttämällä vaiheenkääntäjää ohjaavaa astetta kummastakin riippumattomasta anodilähteestä. Toteutin vastaavan kytkennän, mutta vahvistusongelma ei ratkennut. Suuriamplitudinen esiaste on myös suurisäröinen.   Jätin hetkeksi vahvistimen rauhaan ja keskityin pohtimaan erilaisia vaihtoehtoja. 

Ajatustyö alkoi tuottaa tulosta. Näytti selvältä, että vaiheenkääntäjässä tapahtuva vastakytkentä olisi katkaistava. Syntyi jälleen uusi kytkentäkaavio, jossa vastakytkentä oli katkaistu. Uusi kytkentä vaati myös pääteputkien symmetroinnin. Tämä vaati muutoksia virtalähteeseen. Edelleenkään ei ollut käytettävissä perinteellistä kahden anodikäämin muuntajaa. Olin jo aiemmin pohdiskellut, että kaksi riippumatonta anodijännitettä olisi tehtävissä yhdestä käämistä puoliaaltotasasuuntaajilla. Nyt tämäkin idea olisi testattava. Jälleen kolvi käteen ja muuttamaan vastavaihekanavaa.

Muutostöiden jälkeen virran kytkemisessä vahvistimeen oli tavallista enemmän jännitystä, uusi kytkentä ja kokonaan uudenlainen tapa tehdä riippumattomat anodijännitteet. Helpotukseksi anodijännitteet toimivat täydellisesti. Yksi karikko oli ohitettu onnellisesti. Vahvistimen testaaminen tuotti kuitenkin pettymyksen. Puuttui edelleen vahvistusta ja yläpään toisto oli puutteelinen eikä saundi muutenkaan ollut kovin hyvä. Pohdinnoissani päädyin siihen, että miller-kapasitanssi leikkasi yläpäätä ja triodin pieni sisävastus teki bootstrapin toiminnasta vajavaisen. Tässä vaiheessa alkoi usko pettää. Saisiko putkilla toteutettua kunnollista vaiheenkääntäjää laisinkaan. Vahvistin jäi hautumaan ja odottamaan mahdollisia uusia ideoita.

Jonkin ajan kuluttua päähän jysähti todellinen megaluokan ahaa-elämys, kaskodi. Kaskodin taajuusominaisuudet ovat huippuluokkaa, vahvistus on suuri ja kohinat pieniä. Maadoitetun hilan takia miller-kapasitanssista ei olisi haittaa eikä pienesta sisävastuksestakaan. Bootsrappi toimisi hyvin. Laskin, että ohjausjännite vaiheenkääntäjän hilalla olisi alle 100 mV, joka tarkoittaisi pientä säröä. Kaskodi vaikutti lähes ideaaliselta vaiheenkääntöön ja ohjaimeksi. Sitten mieleen hiipi epäilys, kaikki näytti liian hyvältä ollakseen totta. En ollut koskaan nähnyt kaskodia käytettävän vaiheenkääntöön ja ohjaimena. Jälleen uusi kytkentäkaavio, jossa ohjasin kumpaakin kanavaa kaskodilla sälyttääkseni niiden mahdollisimman suuren samankaltaisuuden.

Jälleen oli kolvilla töitä. Kaskodi osoittautui erinomaiseksi ratkaisuksi. Varsinkin yläpää soi hienosti. Alapään toistossa oli puutteita, joiden arvelin johtuvan käytetystä päätemuuntajasta. Alapään toiston varmistamiseksi rakensin tällä viimeisellä konseptilla ECL82 vastavaiheproton Hammondin 1608 päätemuuntajalla. Vahvistin osoittautui yhdeksi parhaista koskaan suunnittelemistani. Olin lopultakin päässyt päämäärääni, olin onnistunut suunnittelemaan hienosti soivan vastavaihevahvistimen putkivaiheenkäännöllä. Kehitetty kytkentä poikkesi merkittävästi kaikista aikaisemmista vastavaihevahvistimista. Tämän jälkeen vastavaihe-vuorovaihe-vahvistin siistittiin ja varustettiin Hammondin HIFI-päätemuuntajilla 1608. Ulkoasu viimeisteltiin ja vahvistin nimettiin Metal Boogie vol 1:ksi

PCL84_2.JPG (319205 bytes)

kuvia kotelosta

rakenteilla

vahvistimen layout

LTSpice simulaatiot

Voima A2-20 kytkentäkaavio

Voima A2-20 modifioitu kytkentäkaavio

Kotkavalkaman vastavaihe-vahvistimen kytkentäkaavio

ÄÄNENTOISTO

etusivu