Putkivahvistin?
Putkivahvistin käyttää tyhjiöputkia (Vacum Tube = elektoniikkaputkia) äänisignaalin vahvistamiseen. Elektroniputken toiminta perustuu elektronien kulkuun tyhjiössä.
Putkivahvistin keksittiin 1900-luvun alussa. Ensimmäisenä tunnetaan Lee De Forestin kehittämä kolmen elektrodin tyhjiöputki (triodi) vuonna 1906. Tämä keksintö mahdollisti sähköisten signaalien vahvistamisen ja oli tärkeä askel radio- ja äänentoistotekniikan kehityksessä. Suomalainen keksijä Eric Tigerstedt paranteli triodia monin tavoin 1914 mennessä ja sai useita patentteja tässä yhteydessä. Putkivahvistimet ovat tunnettuja lämpimästä ja rikkaasta äänestään joka johtuu putkien tuottamasta “musikaalisesta” harmonisesta säröstä. Putkivahvisimet ovat suosittuja monien audiofiilien ja kitaravahvistimissa myös muusikoiden keskuudessa.
Transistorit syrjäyttivät putket 1960-luvulla. Transistori keksittiin 1947 Bell Labsissa, alkoi nopeasti korvata putkia monissa sovelluksissa niiden pienemmän koon, alhaisemman virrankulutuksen ja suuremman luotettavuuden vuoksi. Transistorien kehitys mahdollisti myös modernien elektronisten laitteiden, kuten tietokoneiden ja kannettavien laitteiden, syntymisen. Myös suomalainen keksijä Erik Tigerstedt paranteli viime vuosisadan alussa triodiputkien rakennetta merkittävästi.
Lisätiedot Elektroniikkaputki (Wikipedia)
Helpoksi tehty
Vahvistimen ja rakennussarjan rakenne perustuu yhteen piirikorttiin ja sisältää hyvin vähän tarvetta porailla ja koneistaa kotelon osia tai tehdä monimutkaisia johdotuksia. Jokusen reiän toki joutuu poraamaan ja muutaman johdon juottamaan, mutta näiden osuus on kokonaisuuteen nähden pieni. Myös seikkaperäinen ohje helpottaa työtä.
Ja kuten sanottu, tämän sarjan hienoin ja mielenkiintoisin piirre on se, että laite on tosiaan täysin putkitoiminen, mutta virtalähde on silti turvallinen kotirakentajalle; kunhan muistaa muutaman perusasian.
Sarja on pakattu siististi, osat ovat erillisessä pikkulaatikossa ja pusseissa. Pakettissa on mukana myös osalista toimituksen sisällön tarkistamista varten. Yllätykseksi osia näytti olevan enemmän kuin osaluettelossa oli listattu? Vertailu kytkentäkaavioon paljasti, että ylimääräiset komponentit olivat subwoofer-liitännän suodatuskomponentteja, vaikka osaluettelon ja rakennusohjeen mukaan näitä ei olisi pitänyt olla sarjan mukana. Päätimme joka tapauksessa jättää osat pois, koska subbari ei ehkä oikein sovi tällaisen pienen putkivahvistimen seuraan, etenkään kun suodattimen jakotaajuus ei ole ilman komponenttimuutoksia edes säädettävissä. Jos subbarin haluaa, se on paras lisätä ulkoisen säädettävän jakosuodattimen kautta.
Itse sarjan lisäksi tarvitaan vielä 6-7,5 tai 9 VAC virtalähde ja kotelo. Huomaa, että DC-virtalähde ei käy vaan laite vaatii AC-vaihtovirtalähteen. Ja kannattanee valita suoraan tämä 9 voltin virtalähde, niin tehoa saa sillä karvan verran enemmän. Siitä on tarkemmat ohjeet vahvistimen varsinaisessa rakennusohjeessa. Tuo 9 voltin virtalähde on myynnissä (Uraltonella) jostain syystä vain rakennussarjana, mutta äärimmäisen helppo koota. Me käytimme kuitenkin tässä sarjaan suunniteltua pienempää virtalähdettä.
Koteloksi sopii Uraltonen suosittelema valualumiininen “Hammond”. Itse rakennussarjan hinta oli muuten 189 euroa, virtalähteen 25 tai 30 euroa ja kotelon 14,50 euroa. Sarjan mukana tulee myös ko. kotelolle suunniteltu kansilevy (joka on itse asiassa musta piirikortti), jossa reiät putkille, liittimille, LEDille ja pakkamuuntajalle, kotelon kiinnitysruuveille ja laitteen mallinimi ja liitäntöjen tekstit.
Rakentaminen
Sarjan mukana ei siis toimiteta varsinaisia rakennusohjeita, vaan ne löytyvät Uraltonen nettisivuilta. Laitoimme ne ladattavaksi omille nettisivuillemme myös tulostusytävällisenä pdf-tiedostona. Ohjeet ovat kiitettävän seikkaperäiset ja kuvitetut. Ja Uraltonen nettisivuilta löytyy myös kokoamisessa suurena apuna oleva interaktiivinen osalista, joka näyttää mihin mikäkin osa piirilevyllä tulee.
Sarjan kokoamiseen ei tarvita suurta määrää työkaluja vaan kunnollinen juotosasema, juotostinaa, pienet sivuleikkurit, kuorimapihdit, kuusiokolavainsarja, akkupora teräsarjalla ja pari ristipääruuvimeisseliä ovat riittävä setti. Lisäksi läppäri tai tabletti auttavat paljon, koska rakennusohjetta voi seurata tällöin samaan aikaan suoraan ruudulta.
Homma aloitetaan komponenttien läpikäynnillä ja tarkistuksella. Ja vaikka niitä ei ole mitenkään paljon, niin ne on silti hyvä asetella vaikka hieman “suvuttain” omiin ryhmiin tai laatikoihin. Itse kasaaminen on tämän jälkeen helppoa. Osat juotetaan osalistan ja layout-kuvan mukaisille paikoille, lisätään muutaman johto ja laite on valmis. Kasaamiseen ei periaatteessa mene yhtä iltaa pidempään.
Kokoaminen aloitetaan vastuksista. Kahden watin sinipohjaiset vastukset jätetään hieman ilmaan levyn pinnasta, koska osa niistä lämpenee käytössä. Jos et lue sujuvasti vastusten värikoodeja on vastusten arvot helpoin tunnista mittaamalla ne yleismittarilla.
Tässä tulee olla tarkkana, että osaa tulkita oikein vastusten arvoja kuvaavat koodirenkaat. Ainakin vastusten siniseltä pohjalta on toisinaan (valaistuksesta riippuen) hankala erottaa ruskeaa ja punaista värirengasta vuorenvarmasti toisistaan. Jutun lopussa opas vastusten värikoodeista.
Vastusten jälkeen juotetaan muut osat. Kannattaa aloittaa pienimmistä ja edetä sitten isompiin eli vastusten jälkeen kondensaattoreista ja siirtyen niistä liittimiin ja lopuksi keskelle tulevaan verkkomuuntajaan sekä voimakkuuspotentiometriin ja lediin. Kaikki osat sopivat kortille hienosti hyvän suunnittelun ansiosta. Juottamisesta muuten lisätietoa erillisessä kappaleessa, jos homma ei ole tuttua.
Juottaminen
Juottamiseen on suositeltava käyttää säädettävällä lämpötilalla varustettua juotosasemaa. Niitä saa edullisimmillaan jo 30-40 eurolla. Toki perinteinen “kolvikin” käy.
Jos juotoshommat eivät ole tuttuja, niin tässä, tässä ja tässä opastusta aiheeseen.
Jos ei ole aikaisempaa kokemusta, niin juottamista kannattaa harjoitella ennen varsinaisen kokoamistyön aloittamista.
Projektissa käytimme muuten “nykyaikaista” lyijyttöntä SAC96 -juotoslankaa, jossa on tinan lisäksi muutama prosentti hopeaa ja ripaus kuparia. Tällainen lyijytön tina on yhtä helppokäyttöistä kuin perinteinen tina-lyijy -juotoslanka sillä erotuksella, että lämpöä tarvitaan kuitenkin hieman enemmän. Tässä hyvä juotosasema näyttää kyntensä sillä suurin osa ongelmista ja vaikeuksista lyijyttömän tinan kanssa johtuvat yleensä heikkokuntoisista juotoskärjistä, puutteellisesta lämpötilan säädöstä ja liian matalasta lämpötilasta. Lämpöä saa siis olla mieluummin enemmän kuin liian vähän.
Elektrolyyttikondensaattoreissa on tärkeää napaisuus eli niiden - ja + johdin pitää juottaa oikein päin. Muuten kondensaattori voi räjähtää, mikä ei ole lainkaan suotavaa. Miinus on merkitty piirilevyyn valkoisella puoliympyrällä ja plussa + merkillä. Myös tasasuuntaajasilta (musta pyöreä nappi) on juotettava oikein päin eli + tulee piirilevyn kohtaan, joka on merkattu + merkillä.
Isoimmat kondensaattorit vaativat hieman huomiota (oikean napaisuuden lisäksi) sillä ne asennetaan vaakatasoon. Kondensaattorit siis käännetään lopuksi vaaka-asentoon piirilevyn päälle, mikä pitää ottaa juottaessa huomioon. Älä leikkaa jalkoja liian lyhyiksi, että ne riittävät taipumaan 90 asteen kulmaan, mutta myös siten, että kondensaattorit tulevat mahdollisimman kauas piirikortin takareunasta. Tällöin varmistutaan, että kaiutinjohtojen juotospisteet eivät jää niiden alle (kts. kuva).
Sarjassa on tätä vaihetta varten mukana jopa pätkä kutistesukkaa, josta saa palaset kondensaattoreiden jalkoihin suojaamaan taiteltuja jalkoja joutumasta oikosulkuun rungon kanssa. Kondensaattoreiden kiinnityksen voi vielä varmistaa esimerkiksi pienellä palalla kaksipuolista tarraa.
Sisääntulo-, kuuloke- ja virtaliittimen jalkojen kohdalla kannattaa juottaa ensin vain yksi jalka kiinni, jolloin komponentin asentoa on vielä helppo säätää, jos osa ei mennyt ensimmäisellä yrityksellä suoraan ja näin ollen oikeaan kohtaan liitinpaneelissa.
Virtaliitäntä sijaitsee tosiaan laitteen päällä, mikä ei ole esteettisesti ehkä paras ratkaisu, mutta sillä nyt kuitenkin mennään. Virtaliittimen voi toki siirtää takapaneeliin hankkimalla sopivan liitinpaneelin ja johdottamalla sen piirilevyn virtapisteisiin. Kansilevyn tarpeettomaksi jääneeseen reikään vielä sopiva peitelevy.
Ulostulo- ja päätemuuntajat asennetaan ja kytketään ohjeen mukaan. Huomaa ohjeissa mainittu modifikaatio käytettävän kaiutinkuorman, 8 tai 4 ohmia mukaan. Me jätimme kytkennän 8 ohmin kaiuttimille.
Päätemuuntaja kiinnitetään juotosten lisäksi kahdella M4-ruuvilla ja ne voi asentaa kummin päin tahansa, mutta koska kotelossa on sopivasti tilaa, ruuvin kanta kannattaa jättää muuntajan puolelle ja mutteri kortin alapuolelle. Jos haluaa olla tarkka, niin mutterin ja piirikortin väliin voi laittaa vielä nailonisen eristeprikan, koska muuten mutterit tulevat aika lähelle piirikortin johdinvetoja. Tämä ei ole pakollista, mutta parantaa toki laatuvaikutelmaa ja pieni “hifistely” on aina paikkallaan ;-). Harmi kyllä, näitä eristeprikkoja ei tule sarjan mukana.
Äänenvoimakkuuden säätöpotentiometri ja virran led-merkkivalo kannattaa juottaa/kiinnittää vasta kun kaikki muut komponentit on juotettu ja kansilevy on valmiina kiinnitettäväksi kortille 20 mm korotustapeilla (huomaa myös väliin tulevat prikat). Potentiometri ja ledi laitetaan valmiiksi paikoilleen kortille, kansilevyn ruuvit kiristetään siten, että liittimet kohdistuvat keskelle aukkoja ja lopuksi potentiometri kiinnitetään mutterilla kansilevyyn (muista laittaa myös sarjassa mukana oleva iso maadoitusprikka potikan ja kansilevyn väliin). Nyt potentiometrin voi juottaa kiinni, kun kansilevy on suorassa ja keskitettynä. Ledin korkeus “säädetään” myös sopivaksi, siten että se tulee juuri kansilevystä esiin. Tämän jälleen sekin juotetaan kiinni (huomaa tässkäin LEDin oikea napaisuus rakennusohjeen mukaisesti).
LED ja potentiometri säädetään oikeaan korkeuteen ja juotetaan kiinni. Huomaa LED:n napaisuus. LED:n lyhyempi jalka eli katodi juotetaan neliön muotoiseen PAD:iin.
Kuulokelähdön modaus
Alkuperäisessä kytkennässä kuulokeliitäntä on toteutettu siten, että kaiuttimien tilalle kuormaksi kytkeytyy 10 ohmin tehovastukset ja kuulokkeiden kanssa sarjaan tulee 100 ohmin vastukset. Tämä toimii korkeaohmisten (>300 ohmin) kuulokkeiden kanssa, mutta matalaohmisten kuulokkeiden kohdalla (joita suurin osa nykykuukokkeista on) isosta sarjaresistanssista aiheutuu taajuusvastemuutoksia.
Muutimme kuulokelähdön kytkentää. Siinä olleet 100 ohmin vastukset jätettiin pois (piirilevyn alalaidassa) ja alkuperäiset 10 ohmin tehovastukset juotettiin kiinni vain ”yläpäistään” kuvan osoittamalla tavalla. Niiden alkuperäisten alempien kiinnityspisteiden (GND) paikalle lisättiin “lenkkinä” ylimääräiset 2,2 - 3,3 ohmin (1W) vastukset. Sopivia vastuksia ei sattunut olemaan juuri käsillä, niin 2,5 ohmin arvo saatiin tässä kahdella rinnan kytketyllä 5 ohmin vastuksella (kuvassa).
Yläpään 10 ohmin vastuksista vedettiin ylimääräiset johtimet kytkennästä poisjätettyjen alempien 100 ohmin vastusten alimpiin juotospisteisiin (kuva).
Tämä modifikaatio vaimentaa kuulokeliitännästä lähtevää signaalia kaiuttimiin verrattuna siten, että vaimennus on lähes samanlainen kaikille kuuloketyypeille. Epäherkille kuulokkeille tämä ei ole paras mahdollinen tilanne, mutta kaikille muille tästä on etua, sillä lähtöimpedanssi putoaa muutaman ohmin luokkaan, mikä estää taajuusvasteen muutokset. Lisäksi kytkentä vaimentaa myös mahdollisia vahvistimen kohinoita ja hurinoita, mistä on taas etua erityisesti herkkien kuulokkeiden kanssa.
Vastusten värikoodit
Vastuksien arvojen merkitään pieniin vastuksiin värikoodein eli väriraitoihin, jotka on maalattu vastuksen rungon ympärille. Jokainen väri edustaa tiettyä numeroa tai monikertaa, ja värit yhdessä määrittävät vastuksen resistanssin ja toleranssin.
Värikoodit koostuvat yleensä neljästä tai viidestä väriraidasta, jotka tulkitaan seuraavasti:
Ensimmäinen ja Toinen Raita: Nämä raidait osoittavat resistanssin kaksi ensimmäistä numeroa.
Kolmas Raita: Tämä raita osoittaa kertoimen, jolla ensimmäisten numeroiden arvo kerrotaan.
Neljäs Raita (jos käytössä): Tämä raita osoittaa toleranssin eli sen, kuinka paljon resistanssi voi poiketa ilmoitetusta arvosta.
“Viritys”
Jos arvot on ok seuraavaksi kytketään vahvistimeen ohjelmalähde sekä kuulokkeet ja tehdään lopullinen “viritys” (huomaa, että Headphones/Speakers -kytkimen tulee olla kuulokkeilla asennossa Headphones). Tämä “viritys” käsittää trimmereillä RV3 ja RV5 tehtävän takaisinkytkennän ja trimmerillä RV6 tapahtuvan putkien hehkujen jännitetason säädön. Näillä on vaikutusta ääneen.
Säätö kannattaa siis tehdä kuulokkeilla jo siitäkin syystä, että ilman kaiutinjohtoja vahvistinta ja piirikorttia on helpompi käännellä ja trimmereihin pääsee helpommin käsiksi.
RV6 säätää hehkujen maadoitusta ja jännitetasoa, jolloin mahdollinen verkkohurina minimoituu. Laitetaan ensi musiikki soimaan ja äänenvoimakkuus “normaalille” eli varmaan jonnekin 70% tasolle. Musiikki katkaistaan ja RV6 -trimmeriä säädetään niin, että mahdollinen verkkohurina on pienin mahdollinen. Oletusasetus on trimmerin säätöalueen keskellä ja se voi olla hyvinkin “oikea” kohta.
RV6:n säätöä tehtäessä huomattiin, että äänenvoimakkuussäätimen potentiometrin akseliin koskeminen vaikutti huomattavasti myös häiriötasoon. Vakiona potentiometrin kuori ei maadoitu mihinkään, joten päädyimme lisäämään pienen maadoitusjohdon potentiometrin rungosta piirikortille (kts. kuva), jossa itse asiassa olikin sopiva juotospiste vapaana (koska jätimme subwoofer-filtterin kondensaattorit asentamatta). Tämän modauksen ja kuoren maadoituksen jälkeen kosketusherkkyys hävisi käytännössä kokonaan ja samalla RV6:n vaikutus hurinatasoon pieneni myös merkittävästi. Eroa oli mahdoton kuulla vasemmasta kanavasta ja oikeassakin vaikutus oli enää hyvin pieni. Säätö on yksilöllinen laitteesta toiseen putkien eroista johtuen ja tässä tapauksessa paras kohta löytyi hieman keskikohdan oikealta puolelta (kortin alta katsoen).
Trimmerit RV3 ja RV5 säätävät kunkin kanavan takaisinkytkentää, jolla on selvä vaikutus ääneen. Takaisinkytkentä vaikuttaa taajuusvasteeseen, säröön ja vahvistukseen. Ohjeiden mukaan säätö tehdään seuraavasti: Toistetaan musiikkia äänenvoimakkuuden ollessa maksimissaan ja säädetään molempia trimmereitä siten, että ääni kuulostaa puhtaalta (ei säröydy). Lopuksi hienosäädetään tarvittaessa kanavien välinen balanssi siten, että kumpikin kanava soi yhtä kovaa. Käytimme tässä itse apuna audioanalysaattoria (jollainen harvalla kuitenkin on), jolloin äänenvoimakkuuden säädin sai olla pienemmällä.
Takaisinkytkentätrimmereillä on siis merkittävä vaikutus ääneen. Käyttökelpoinen säätöalue on vasemmasta laidasta (takaisinkytkennän minimi) noin 20 % päähän oikeasta äärilaidasta (myötäpäivään). Täysin oikeaan reunaan säädettynä laitteen vahvistus menee epäkäytännöllisen pieneksi eikä laite toimi enää kunnolla, mikä on myös havaittavissa äänestä. Säädön voi tosiaan tehdä korvakuulolta puhtaasti sen perusteella, mikä kuulostaa hyvältä, ja toki niin, että kanavat kuuluvat samalla voimakkuudella. Putkien vaihdon yhteydessä säädöllä voi tasata myös putkien eroista johtuvia voimakkuuseroja, jos niitä esiintyy.
Projektissamme säädimme takaisinkytkentätrimmerit hieman keskikohdan yli oikealle, jolloin saimme mahdollisimman suoran toistokäyrän ja sopivasti vahvistusta.
Kotelointi
Lopuksi vahvistin asennetaan koteloonsa. Laitteen mukana tulee koteloon nerokas “kansilevy”, joka on itse asiassa musta piirikortti, jossa on reiät putkille, liittimille, LEDille ja pakkamuuntajalle sekä kotelon kiinnitysruuveille. Päätemuuntajat tulevat suoraan kansilevyyn kiinni kuusiokolokantaisilla siisteillä ruuveilla ja niiden johdot pujotetaan levyyn asennettavista kumipuslista läpi. Hammondin kotelon ruuvinpaikat osuvat tarkasti kansilevyn reikien kohdalle, mutta jostain syystä kansilevyn reiät ovat vain 3,2 mm kokoiset kun kotelon mukana tulevat ruuvit vaativat 3,5 mm reiät. Onneksi reikiä on helppo suurentaa poraamalla, jolloin kotelon mustat tuumakierteiset ruuvit saadaan sopimaan paikalleen. Viimeistelimme uppokantaruuvien kiinnityksen vielä tulostamalla 3D-tulostimella muoviset prikat ruuvinkantojen alle (kunnon hifistelyä). Sarjan mukana tuli myös setti pallokantaisia M4-ruuveja, mutta ne olivat vieläkin suuremmat.
Koteloon pitää myös porata reiät kaiutinterminaaleille ja asennetaan ne paikoilleen. Tässä on hyvä olla tarkkana, että terminaalit tulevat kohtiin, joissa niillä on tilaa mennä piirikortin ja kansilevyn väliin osumatta mihinkään piirikortilla olevaan osaan. Huomaa, että musta liitin on oikosulussa koteloon eli siihen ei asenneta eristeitä. Tämä maadoittaa kotelon ja parantaa häiriösuojaa. Positiivisen terminaaliin tulee eristeprikka.
Viimeinen työvaihe on juottaa kaiutinjohdot ohjeen mukaan piirikorttiin ja terminaaleihin kiinnitettäviin juotoskorviin. Rakennusohjeissa on tähän hyvät opastekuvat ja sopivat johtojen pituudet helpottavat tehtävää.
Sarjassa on mukana on myös 4 kpl piirikortin reikiin sopivia tarrakiinnitteisiä korokepaloja, jotka lienee tarkoitettu estämään kortin taipumista kun audiokaapeleita kiinnitetään 3,5 mm liittimiin. Kuitenkin sarjalle suositellun Hammondin kotelon ja piirikortin alapinnan väliin jää 8 mm rako, johon nämä korokkeet eivät yllä, jos ne laittaa ohjeen mukaan piirikortin reikiin kiinni. Piirikortin taipumisen saa estettyä, jos laittaa korokepalan kotelon oikeaan takanurkkaan eikä kortissa olevaan reikään. Parempi ratkaisu olisi kuitenkin laittaa kortin pohjaan pariin kohtaan 8 mm muoviset korokeholkit ruuvilla kiinni.
Jaa Jaa artikkeli