Danas je nabavljen RC generator signala 20 Hz – 200 kHz naziva “Sinus-Rechteck Tongenerator SRG-22” sa oznakom dobavljačke tvrtke “Ultron Vertriebs GmbH” iz 1964. godine. Tvrtka Ultron iz Münchena se veže uz proizvodnju elektronskih cijevi te mjernih i testnih uređaja iz 1960-tih i 1970-tih godina.
Za ton generator Ultron SRG-22 pronašli smo samo elektroničku shemu. Iz prednje ploče pak se vidi da je to generator sinusnog i pravokutnog signala u opsegu 20 Hz – 200 kHz podijeljeno u četiri frekvencijska opsega (Frequenzbereich):
- A: 20-200 Hz
- B: 200-2000 Hz
- C: 2-20 kHz
- D: 20-200 kHz
Osim toga moguće je generiranje i složenog signala od dvije sinusne frekvencije (Intermod.) od kojih je jedna mrežna, a druga iz RC oscilatora. Izlazni atenuator je kalibriran u pet koraka (Ausgangsspanng.), a za svaki korak je moguća i kontinuirana nekalibrirana regulacija izlazne amplitude pomoću potenciometra Fein-Abschwӓcher.
Kao zasebni element je ugrađen visoko-propusni RC filtar (Hochpass-Filter) koji se koristi kod mjerenja intermodulacijske distorzije audio pojačala. Zapravo je čitav ovaj uređaj osmišljen za testiranje karakteristika audio pojačala i sličnih audio uređaja i komponenti. Tako se preko RC generatora Ultron SRG-22 na ulaz pojačala dovodi sinusni, pravokutni ili dvotonski testni signal određene frekvencije, a izlazni signal iz pojačala se prati na osciloskopu. Sinusni valni oblik može koristiti za mjerenje frekvencijskog odziva, pojačanja i izobličenja pojačala. Pravokutni oblik je pogodniji za bolje uočavanje nekih ograničenja i neispravnosti pojačala prema karakterističnim deformacijama istog na izlazu. Tako se lako mogu uočiti deformacije pravokutnog signala karakteristične za probleme sa pojačanjem na niskim ili visokim frekvencijama, zatim loša fazna kompenzacije ili samooscilacije pojačala, problemi sa izlaznim transformatorom kod cijevnih pojačala i slično.
Posebna vrsta mjerenja koju omogućuje Ultron SRG-22 je mjerenje intermodulacije (IM) ili intermodulacijske distorzije (IMD) audio pojačala.
Postoji puno vrsta izobličenja koje nastaju i mogu se mjeriti u audio sklopovima, a najmanje poželjna su nelinearna izobličenja jer iz njih na izlazu iz pojačala nastaju nove frekvencije koje se ne nalaze u originalnom ulaznom signalu i one mogu jako izobličiti originalni zvuk. Te nove frekvencije mogu biti harmonici ulaznih frekvencija pa govorimo o harmoničkim izobličenjima, odnosno o THD (Total Harmonic Distortion) što je ukupno harmonijsko izobličenje plus šum. Međutim, jednako tako mogu nastati i neke posve nove frekvencije koje niti su sadržane u ulaznom signalu niti su harmonici istog, a to je onda intermodulacijska distorzija (IMD).
THD i IMD su povezani tako da svako pojačalo koje ima harmonijsko izobličenje ima i intermodulacijsko izobličenje, a vrijedi i obrnuto. Sve te neželjene frekvencije su neizbježan nusprodukt nelinearnih izobličenja pojačala pri čemu sklopovi pojačanja mijenjaju valni oblik signala na ulazu u pojačalo. Audio komponente i audio sklopovi ne mogu biti savršeni te praktično sva audio oprema ima određenu nelinearnost. Time će THD i IMD u određenoj mjeri uvijek biti prisutni, a cilj je da ta nelinearna izobličenja budu minimalna ispod razine šuma ili barem dovoljno niska da ih slušatelj ne zamijeti.
Kako smo već puno puta vidjeli u RF tehnici i raznim superheterodinskim mješačima, nove frekvencije uvijek nastaju kao zbroj i razlika dviju različitih frekvencija u procesu miješanja istih. Stoga se RF mješači namjerno baziraju na nelinearnim elementima i nelinearnim električnim krugovima. Za audio pojačala pak su ti zbrojevi i razlike frekvencija svakako nepoželjni i stoga audio pojačala moraju imati što je moguće manja nelinearna izobličenja. Najčešća posljedica IMD-a u audio pojačalima je amplitudna modulacija niže frekvencije višom.
Valni oblik dobiven miješanjem frekvencije gradske mreže i više frekvencije u omjeru 4:1 dobivene iz RC generatora Ultron SRG-22. Jasno se vidi amplitudna modulacija niže frekvencije višom, odnodno karakteristični izgled IMD izobličenja na osciloskopu.
Međutim, osnovno pitanje kod audio pojačala je kako uopće u procesu pojačanja mogu istovremeno nastati dvije različite frekvencije čiji produkt je onda IMD. Gledano u vremenskoj domeni, na ulazu u pojačalo je u svakom trenutku prisutna samo jedna frekvencija, odnosno samo jedan napon određene amplitude. Jedan od uzroka može biti negativna povratna veza karakteristična za audio pojačala gdje nastaje određeno vremensko kašnjenje između dolaznog i povratnog signala, a time i fazni odnosno frekvencijski pomak između njih. Također bilo kakve druge vremenske razlike stvorene u obradi audio signala (bilo analognoj ili digitalnoj) mogu dovesti do pojave IMD-a.
Mi ovdje ne želimo ulazi u audiofilsku raspravu koliko IMD i THD distorzije i izobličenja utječu na ukupni subjektivni dojam zvučne sliku u dobrom ili lošem smislu. Rasprave se vode čak i na temu da li mjerenje ovih izobličenja na audio pojačalima ima ili nema praktičnog smisla. Kod gitarskih pojačala se za dobivanje nekih zvučnih efekata namjerno stvaraju IMD i THD distorzije koje onda daju karakteristične zvukove. Naravno, da se na takvo pojačalo spoji muzika, govor ili slični audio signal on bi na izlazu iz pojačala bio potpuno izobličen.
Naš instrument je namijenjen za mjerenje IMD-a pa će ćemo se mi ovdje fokusirati na način kako to mjerenje funkcionira. Na ulaz pojačala koje se testira potrebno je istovremeno dovesti dvije različite sinusne tonske frekvencije u određenom amplitudnom omjeru. U idealnom slučaju na izlazu iz pojačala trebali bi dobiti opet samo te iste dvije frekvencije. Međutim, ukoliko postoji neka nelinearnost u pojačanju, na izlazu ćemo dobiti i produkte miješanja te dvije frekvencije. Da bi izdvojili i izmjerili snagu samo produkata miješanja, potrebno je oštrim filtrima ukloniti dvije ulazne frekvencije i izmjeriti sve ostale.
Danas je najčešći način mjerenja IMD-a korištenjem SMPTE (Society of Motion Picture & Television Engineers) standarda RP120-1994, koji koristi frekvenciju od 60 Hz i jednu neharmonijski povezanu višu frekvenciju (obično 7 kHz) s omjerom amplitude 4:1 (niska : visoka). Ovim testom mjere se bočni pojasevi oko tona od 7 kHz, čija prisutnost ukazuje na amplitudnu modulaciju, a time i na intermodulacijska izobličenja. Postoje dakako i drugi standardi mjerenja (DIN, CCIF) koji koriste druge frekvencije i omjere amplituda, a mišljenja oko najoptimalnije metode su podijeljena. Naš Ultron SRG-22 koristi mrežnu frekvenciju 50 Hz, a druga frekvencija koja se odabire RC generatorom je onda vjerojatno oko 7 kHz gdje su amplitude 50Hz/7kHz u omjeru 4:1.
Prikaz dvotonskog signala 50 Hz / 700 Hz u omjeru 4:1 iz Ultrona SRG-22 u vremenskoj i frekvencijskoj domeni.
Prikaz dvotonskog signala 50 Hz / 7 kHz u omjeru 4:1 iz Ultrona SRG-22 u vremenskoj i frekvencijskoj domeni.
Razlika frekvencija 50 Hz i 7 kHz je relativno velika pa se modulacija niže frekvencije višom može vidjeti samo na uvećanom prikazu.
Mjerenje ili bolje rečeno detekcija prisutnosti IMD-a na izlazu iz pojačala prati se na osciloskopu. U tu svrhu se posebnim visokopropusnim filtrom filtrira niža frekvencija (50 Hz), a propušta samo viša frekvencija (7 kHz) sa eventualno stvorenim bočnim pojasevima sa modulacijskim frekvencijama. U idealnom slučaju kada je pojačalo linearno i nema IMD izobličenja na osciloskopu vidimo čistu sinusoidu frekvencije 7 kHz. Ukoliko pak postoji kakva amplitudna modulacija onda će se to jasno vidjeti na sinusoidi slično kao i na nefiltriranom signalu. Naravno da bi se sve ovo puno bolje vidjelo na spektralnom analizatoru ali u 1960-tim godinama takvi uređaji nisu bili dostupni amaterima.
Karakteristika visoko-propusnog filtra ugrađenog u Ultron SRG-22. Crvenim markerima označene su frekvencije 50 Hz i 7 kHz. Jasno se vidi veliko gušenje frekvencija do cca 200 Hz i malo gušenje odnodno propusnost frekvencija od cca 5 kHz na više.
Napravili smo mali test kako funkcionira mjerenje IMD-a pomoću uređaja Ultron SRG-22 i osciloskopa u idealnim uvjetima (izravna veza preko filtra bez DUT-a).
Ovo je još jednom prikaz dvotonskog signala 50 Hz / 7 kHz u omjeru 4:1 iz Ultrona SRG-22 u vremenskoj i frekvencijskoj domeni kakav se dovodi na uređaj kojeg testiramo (DUT).
Ovdje pak je prikaz kada se gornji signal propusti kroz visoko-propusni filtar uređaja Ultron SRG-22. Primjećujemo da je niža frekvencija od 50 Hz posve potisnuta, a propuštena viša frekvencija od 7 kHz je čista sinusoida bez modulacije.
Ovo je bolji prikaz dobivene sinusoide 7 kHz na kojoj se ne vide nikakvi tragovi modulacije. Takav bi bio izlaz testnog dvotonskog signala iz linearnog pojačala bez IMD-a.
Ton generator Ultron SRG-22 se bazira na pet elektronskih cijevi:
- 6AV6 – dvostruka dioda + trioda (RC oscilator sa Wienovim mostom)
- 6AR5 – pentoda (RC oscilator sa Wienovim mostom)
- 12AT7 – dvostruka trioda (clipper pojačalo za dobivanje pravokutnog valnog oblika)
- 6AR5 – pentoda (pojačalo za odvajanje – katodno slijedilo)
- 6X4 – punovalna ispravljačica za anodne napone
Do sada smo opisali već nekoliko cijevnih i tranzistorskih audio generatora koji se baziraju na RC oscilatoru sa Wienovim mostom. Zapravo praktično svi promjenjivi RC generatori za niske frekvencije (do 1 MHz) se baziraju na Wienovom mostu jer isti daje vrlo stabilnu i čistu sinusnu amplitudu izlaznog signala. U elektroničkoj shemi se najlakše prepozna po dvije RC grane gdje su u jednoj RC elementi vezani u seriju, a u drugoj paralelno. Frekvencija se mijenja paralelnom promjenom R ili C elemenata u obje grane mosta. U našem slučaju se promjena frekvencijskog opsega vrši paralelnom promjenom vrijednosti otpornika, a fina promjena frekvencije se vrši paralelnom promjenom kapaciteta u obje grane mosta (dvije jednake sekcije promjenjivog kondenzatora na zajedničkoj osovini). Prva cijev 6AV6 je oscilatorsko pojačalo, a duga cijev 6AR5 je inverter faze kako bi se dobila pozitivna povratna sprega za podržavanje oscilacija.
U negativnoj povratnoj sprezi je termistor (PTC) oznake SST 300 u obliku male žaruljice sa žarnom niti koji služi za stabilizaciju amplitude oscilacija. Gotovo kod svih cijevnih oscilatora sa Wienovim mostom nalazimo ovakve ili slične izvedbe “žaruljica” ili “Urdox” otpornika koji djeluju kao PTC otpornici. Ako amplituda izlaznog signala poraste, žarna nit se više užari čime joj se poveća otpor, a to povećanje otpora onda uzrokuje smanjenje amplitude signala. Tako je na jednostavan način izvedena automatska stabilizacija izlazne amplitude oscilatora.
Termistor sa žarnom niti (SST 300) za stabilizaciju amplitude RC oscilatora (lijevo) i visoko-propusni filtar za mjerenje IMD-a.
Pravokutni valni oblik dobiva se sječenjem pozitivnih i negativnih amplituda sinusnog valnog oblika preko clipper pojačala sa dvostrukom triodom 12AT7.
Slika prikazuje sinusni oblik izlaznog signala maksimalne amplitude 30 Vpp.
Kad se sinusni signal sa gornje slike propusti kroz clipper pojačalo sijeku se 2/3 svake poluperiode tako da se dobiva signal vrlo sličan pravokutnom. Zbog sječenja amplituda signal je sada svega 10 Vpp. Naravno, preostale bočne strmine ostaju iste kao i kod sinusnog valnog oblika, no to su dovoljno mali nagibi da se dobije posve upotrebljiv pravokutni valni oblik.
Izlazna pentoda 6AR5 je u spoju katodnog slijedila i služi kako pojačalo za odvajanje oscilatorskog kruga od promjenjivog vanjskog opterećenja. Na shemi je također lako pratiti da se dvotonski signal dobiva miješanjem napona iz mrežnog transformatora (50 Hz) sa odabranim naponom iz RC oscilatora.
Na gornjim slikama unutrašnjosti našeg primjerka ton generatora Ultron SRG-22 mogli smo primijetiti kako je netko već zamijenio gotovo sve originalne kondenzatore novima. To znači da je ovaj uređaj dugo bio u aktivnoj upotrebi.
Promjenjivi kondenzator je japanskog proizvođača Matsushita Nitto.
Sekcija RC oscilatora sa Wienovim mostom (6AV6, 6AR5) i clipper krug za dobivanje pravokutnog valnog oblika (12AT7).
Mrežni ispravljač sa 6X4 i izlazna pentoda 6AR5.
Naš RC oscilator na najnižem frekvencijskom opsegu 20-200 Hz ne radi dobro, a uzrok je moguće dotrajala, zaprljana ili oštećena složena višepolna sklopka za paralelno prebacivanje otpornika u dvije grane Wienovog mosta.
U 1960-tim godinama za elektroničare hobiste bili su vrlo popularni ovakvi jednostavni i relativno jeftini generatori valnih oblika za audio frekvencijski opseg. Mnogi proizvođači elektroničkih mjernih i testnih instrumenata imali su u ponudi svoje modele uređaja vrlo sličnih mogućnosti i performansi kao ovaj naš Ultron SRG-22. U to vrijeme je samogradnja audio uređaja bila vrlo popularna, naravno jednako kao i radio tehnika, no obično se uvijek prvo počinjalo sa jednostavnijom i jeftinijom NF tehnikom.
Tko je posjedovao osciloskop i ton generator poput Ultrona SRG-22 mogao je prilično dobro testirati svoje pojačalo, kako na samu frekvencijsko-amplitudnu karakteristiku tako i na razna izobličenja i distorzije. Samogradnja i testiranje audio pojačala je danas već gotovo zaboravljen zanat jer jeftina komercijalna ponuda kompleksne elektronike široke potrošnje u startu čini svaki pokušaj samogradnje neisplativim. Najgore je što se i za gotova jeftina kineska pojačala uglavnom daju paušalne i subjektivne ocjene, a da se zapravo nitko od hobista nije sjetio stvarno testirati i stručno ocijeniti te proizvode, a onda i naći neka rješenja za eventualna poboljšanja ili preinake. Često na internetskim forumima znam braniti neke jeftine i provjereno dobre elektroničke module, no čini mi se da nikoga ne zanimaju toliko rezultati stručnih testova koliko subjektivni dojmovi laičkih korisnika popraćeni manje tehničkim, a više lirskim opisima uz kakav prikladan emotikon 🙂
