MM/MC Phono Vorverstärker Supra 2.0 von Elektor 1982 – Nachbau und Erweiterung

Kombinierte MD/MC Vorverstärker gibt es auf dem Markt sehr viele, die Qualität und Preise variieren da sehr stark. Die hier jetzt vorgestellte Lösung basiert mal wieder auf einer relativ alten Elektor Lösung aus dem Jahre 1982. Das PDF des Originalartikels ist hier Supra_MD_MC_1982_07_Elektor   eingefügt. Die Entwickler bei Elektor haben einen hohen Aufwand getrieben und mit einfachen Mitteln ein sehr gutes Ergebnis erzielt.

Für die Stereo Lösung werden insgesamt benötigt:

  • 40 Transistoren BC550C/BC560C
  • 40 Widerstände
  • 4 Festspannungsregler
  • 16 Elkos
  • 12 Kunststoffkondensatoren
  • Spannungsversorgung (siehe unten)
  • 2 Platinen
  • Anschlußbuchsen etc….
Komplettschaltung Nachbau Supra 2.0
Komplettschaltung Nachbau Supra 2.0

Ursprünglich lässt sich durch Veränderung von zwei Widerständen (R1 und R14) die Empfindlichkeit der Schaltung an MM und MC Tonabnehmer anpassen.

Da es die Platinen von Elektor nicht mehr gibt, habe ich die Schaltung in Eagle ’nachgebaut‘ und einige Ergänzungen an der Gesamtlösung vorgenommen:

  1. Anpassbarkeit von C1/R1 und R14 über ein ‚Mäuseklavier‘
  2. Hinzufügen einer virtuellen Masse, um eine einfache  Versorgungsspannung (mindestens 29V eff. Wechselspannung entsprechend 41V gleichgerichtete Spannung )  in Form einen Trafos in einem externen Steckernetzteil verwenden zu können

Da ich in den Besitz zweier alter, von Hand erzeugter und bestückter Platinen entsprechend dem ursprünglichen Design gekommen bin, konnte ich relativ einfach die Qualität der Schaltung prüfen. Die war, wie zu erwarten, gut. Allerdings liegt die Schwierigkeit einer zufriedenstellenden Lösung nun auch wieder in der Realisierung der Gesamtlösung.

Folgende Probleme traten auf:

Brummeinstreuungen durch den Netzteil-Trafo

Die Nähe des Netzteils zu den Platinen führte zu starken Brummeinstreuungen. Erst als ich das Netzteil mit +/- 18V relativ weit (mind. 50 cm) von den Platinen getrennt hatte, verschwand der Brumm.

In der Auslegung als MM Pre-Amplifier stellte sich das Problem als nicht so groß dar, aber bei Beschaltung als MC Pre-Amp war der Brumm doch sehr deutlich wahrnehmbar.

Drei Möglichkeiten der Spannungsversorgung !

Meine neu erstellten PCBs erlauben drei mögliche Lösungen für eine Spannungsversorgung:

1. Zuführung von +18/-18V bis +35V/-35V duale Gleichspannung

2. Zuführung von ~13V  bis ~24V dualer Wechselspannung mit Mittenabgriff

3. Zuführung einer singulärer ~26V bis ~48V Wechselspannung und Verwendung von virtual Ground, bzw. Zuführung von 2 * ~26V bis ~48V um jedes Modul einzeln zu versorgen.

Zu 1.  duale Gleichspannung über ein externes Standardnetzteil

Wenn Option 1 verwendet wird, sollten die Komponenten aus Option 2 (Gleichrichtung) und Option 3 (Virtual Ground) nicht installiert werden.

In der ursprünglichen Schaltung werden +/- 15V DC erzeugt. D.h. mit einem Trafo mit 2*15 Volt bis 2 * 26 Volt Wechselspannung und anschliessender Gleichrichtung und Siebung ist man auf der sicheren Seite, da die Festspannungsregler 78L15 und 79L15 einen sicheren Betrieb zwischen 18V min. DC Input und 35 V max. DC Input liefern.

2. Zuführung von ~13V  bis ~24V dualer Wechselspannung mit Mittenabgriff

Achtung: Bei einer dualen Wechselspannung mit gemeinsamen Mittenabgriff darf die Virtual Ground Schaltung NICHT installiert werden

Folgende Komponenten zur Gleichrichtung und Siebung  werden bestückt:

  • D1, D2, D3, D4: Schottky Dioden 1N5189
  • R21, R22, R23, R24: 1,8 Ω
  • C10, C11, C15, C16: 22n
  • C19, C20: 10n
  • C21, C22 : 1000μF/ 35V Alu Polymer Elkos
  • C23, C24 : 100n
  • Fuse 20mm: 100 mA

    Gleichrichterschaltung
    Gleichrichterschaltung

Zu 3. Zuführung einer singulärer ~26V bis ~48V Wechselspannung

Zusätzlich zur Gleichrichterschaltung wird unten stehende Virtual Ground Schaltung installiert. Dieser kleine elektronische Zusatz ersetzt den Mittenabgriff aus Option 2.
Es wird eine Trafospannung mit mindestens 29V AC eff. und bis zu max. 48 V AC eff.  benötigt. Die Pufferelkos müssen die erzeugte Gleichspannung nach der Gleichrichtung ‚abkönnen‘ . Das bedeutet, das die Pufferellkos mindestens 35V DC Spannungsfest haben sollten.
Die Erzeugung einer dualen Spannung aus einer einfachen Trafowicklung wird durch eine kleine Zusatzschaltung mittels  ‚Virtual Ground‘ realisiert.

  • R25, R27: 1kΩ
  • R26, R28: 4k7
  • Q21: ZTX753
  • Q22: ZTX653
Virtual Ground Schaltung
Virtual Ground Schaltung

Für den Aufbau werde ich die Option 3 umsetzen, indem meine Platine dann vollständig bestückt wird.

PCB Board 'Supra 2.0 Nachbau' aus Eagle
PCB Board ‚Supra 2.0 Nachbau‘ aus Eagle

Als Trafo nutze ich einen 3,6VA Trafo der Fa. Gerth (387.48.2 )mit  2 * 24V~ nominal. Die Leerlaufspannung beträgt erstaunlicherweise 34 V AC je Wicklung. Ergibt ca.  34 V * √2 = 48V DC nach Gleichrichtung. Da virtual Ground verwendet wird, halbiert sich diese Spannung, so dass an IC1 und IC2 jeweils ca. 24 V DC anliegen. Da zwei Wicklungen vorhanden sind erhält jeder Kanal damit eine eigene komplette Spannungsversorgung (Dual Mono Aufbau).

Die Verbindung vom Steckernetzteil wird über ein XLR-4 poligen Buchsenstecker zum Phonoverstärker hergestellt.

(wird fortgesetzt)

NAD 1240 Vorverstärker mit Upgrade des IC301 NE5532, LME49720 vs. OPA1612 oder OPA1656 ?

Update: Ein neuer Opamp (OPA1655) im Einsatz. Siehe Ende des Beitrages.

Der Link zum HiFi Wiki liefert alle Daten. Ein schönes, kleines Gerät, das in den Baujahren 1987 -1989 sicherlich nicht in sehr großen Stückzahlen produziert wurde. Im Gegensatz zum NAD 3020 bzw. dem Preamplifier 1020 nutzt der 1240 einen IC im Verstärkerteil. Als Opamp Typ in der Schaltung angegeben ist NJM2043, installiert ist ein Texas Instruments NE5532 Dual Opamp. Dazu später mehr.

Beachtlich finde ich allerdings, das die Phonostufe des 1240 nahezu identisch ist mit der Phonostufe des NAD 1020/3020B! D.h. es ist die gleiche Schaltung in allen drei Geräten vorhanden. Damit stellt auch der 1240 Anschlußmöglichkeiten für Moving Magnet (MM) und Moving Coil (MC) zur Verfügung. Die Abschlußimpedanz kann durch schaltbare Kapaziäten des MM Systems darüber hinaus noch in drei Stufen angepasst werden.

Der Sound des 1240 erwies sich als sehr warm, aber es fehlte ein wenig Biss – da waren zu wenig Details…. Der Frequenzgang (Bild unten, grüne Linie) wies einen seltsamen Buckel von ca. 2 dB im Bereich um 180 Hz auf, der auf Grund der Schaltung irgendwie nicht zu erklären war.

Frequenzgang des NAD 1240

Einen kompletten Recap des Gerätes hatte ich sowieso schon vor. Die meisten Kondensatoren hatte ich noch in der Bastelkiste liegen, und damit endlich Gelegenheit, meinen neuen Entlötsauger einmal zu testen. Der Entlöter funktioniert wirklich sehr gut, allerdings werde ich wahrscheinlich die ziemlich starre Anschlußschnur gegen ein flexibleres Silikonkabel austauschen. Die Entlötarbeiten gingen mit dem neuen ‚heißen‘ Sauger sehr gut voran.
Ich verwende auch im 1240 ausschliesslich Panasonic FC Elkos und WIMA MKS für die kleineren Werte bis 4,7 µF.
Nach Austausch der 37 Elkos hat sich der Frequenzgang, wie auch schon beim NAD 3020, normalisiert, der Frequenzgang ist jetzt zwischen 20 Hz und 20 kHz wieder linear. (siehe Bild oben, weiße Linie). Der Sound war jetzt schon sehr viel offener und nicht mehr sooo ‚warm‘.

Bei Betrachtung des IC 301 (der NE5532 Opamp) fällt auf, daß die Versorgungsspannung an den Pins 4 (-V) und 8 (+V) unterschiedlich groß sind: Pin 4 : -13V, Pin 8_ +12,2 V .

Die Spannungen werden durch die beiden Widerstände R 331 – 1k5 und R332 – 1k2 eingestellt. Um verschiedene Opamps in der Schaltung zu probieren, habe ich den IC301 ausgelötet und einen 8 Pol Sockel eingesetzt.

Der neue IC 301: LME49720


Folgende dual Opamps habe ich gestestet:

  • NE5532
  • AD712JN
  • TL072
  • OPA2134
  • LME49720

später:

  • OPA1612
  • OPA1656

Der AD712 und der TL072 verhielten sich schlechter als der NE5532. OPA2134 hat gar nicht funktioniert, die waren wohl schon defekt.
Der LME49720 verhielt sich etwas besser als der NE5532.

Daher lasse ich den LME49720 in der Schaltung. Allerdings musste ich dafür die Spannungsversorgung des ICs neu kalkulieren, da der LME49720 ca. 10 mA Betriebsstrom zieht, während der NE5532 nur 7,2 mA braucht. D.h. die Versorgungsspannung für den LME49720 ist ca. 3V niedriger als beim NE5532. Durch Parallelschaltung von 1k8 zu R331 und 1k5 zu R332 ergibt sich eine Versorgungsspannung von knapp +/- 15V.

Zusätzlich habe ich noch Entstörkondensatoren über die Versorgungspins des IC gelegt und allen Elkos im Signalweg einen parallelen Kondensator mit 0,1 µF verpasst.

Entkoppelkondensatoren für die IC301 Versorgungsspannung

Update des ICs auf OPA1612

Bei den ICs OPA1611 (Single Version) und OPA1612 (Dual Version) handelt es sich um Bausteine der Soundplus High-Performance Reihe von Texas Instruments. Einige sehr positive Schilderungen zu den Audio Wiedergabefähigkeiten dieser ICs hat mich veranlasst, diese ICs einmal aus einer verlässlichen Quelle (Digikey) zu besorgen und zunächst im NAD 1240 gegen die bekannten anderen ICs auszutesten. Bisher war ich ja mit dem LME49720 sehr zufrieden.
Was mich bei dem aktuellen NAD 1240 noch störte, war die doch etwas sparsam ausgefallene Spannungsstabilisierung des ICs auf dem Mainboard. Für jeden IC, den ich nur mal schnell ausprobieren wollte, wäre auch eine Anpassung der Widerstände R331 und R332 notwendig. Dies liegt daran, dass die verschiedenen ICs unteschiedlich viel Strom verbrauchen, was in der Folge heisst, das je nach IC-Typ unterschiedlich hohe Versorgungsspannungen an den Pins 4 (negative Spannung) und Pin 8 (positive Spannung) liegen.

OpAmp V(max) IccTyp U8 U4 I8 I4
NE5532 +/- 22 V 8 mA 12,94 V -12,15 V 7,04 mA 7,6 mA
LME49720 +/- 18 V 10 mA 8,5 V -10,4 V 10 mA 9,1 mA
OPA1612 +/- 20 V 7,2 mA 12,73 V -10,77 V 6,6 mA 6,6 mA

Dieses „Problem“ der variablen Versorgungsspannung habe ich durch Verwendung zweier Zenerdioden mit 16V Nennspannung, 1,3 W Belastbarkeit und durch Tausch von R331 und R332 gegen je 270 Ω gelöst. Die beiden Z-Dioden habe ich auf der Lötseite jeweils von Pin 4 bzw. Pin 8 in der  korrekten Richtung (Kathode zeigt zur positiven Spannung) gegen Masse eingelötet und die Widerstände R331 und R332 ausgetauscht.
Danach liegen an Pin 4 konstant – 16,3 V und an Pin 8 + 16,3 V.

Anschlußprobleme

Leider gibt es die neuen ICs nicht mehr in der beliebten 8-poligen Steckfassung, sondern nur im Miniaturformat SOIC8, als SMD Ausführung.

Daher muss noch ein entsprechender SOIC8 zu DIP Adapter her.

SOIC8 zu DIP Adapter, realisiert mit IC Sockel
OPA1612 auf Adapterplatine

Die Adapterplatinen lassen sich für ein paar Cent im Internet besorgen. Allerdings gibt es da dann das Problem, das die oft mitgelieferten Pfostenverbinder zu dick sind, um in eine gedrehte IC Fassung gesteckt zu werden. Das hält einfach nicht. Daher habe ich eine leere IC Fassung mit gedrehten Beinchen genommen, und von oben einfach gerade Drähte eingelötet und dadrauf dann die Adapterplatine gesetzt und ebenfalls verlötet. Die so erstellte Einheit kann problemlos in jegliche  8 polige IC-Sockel eingesteckt werden und hält da dann auch bombenfest.

Messungen

Messungen der 3 Opamps im Vergleich

 

THD & Noise Vergleich
Intermodulationsverzerrungen im Vergleich

Messtechnisch unterscheiden sich die drei betrachteten ICs fast nicht, daher entscheidet jetzt dann doch der subjektive Höreindruck:

Der OPA1612 im NAD 1240 ist doch eine andere Liga als der LME49720, welcher ja auch schon für Audio designed wurde. Wie gesagt, sehr subjektiv empfinde ich die Wiedergabe mit dem OPA1612 sehr viel klarer und deutlicher. Als wenn die Sprache plötzlich nicht mehr hingenuschelt wird….

Die Höhen sind spritziger ohne scharf zu wirken, der untere Bereich kommt mit mehr Druck, aber sehr kontrolliert. …… aber …… so ganz zufrieden war ich noch nicht. Die ‚S‘ Laute kamen jetzt häufig sehr betont und störten in meinen Ohren doch irgendwie. Daher habe ich noch einen weiteren IC getestet:

Vorläufig letzte (beste) Wahl: OPA1656

Auch der OPA1656 kommt nur im SOIC8 Format, daher wird er auch wie der OPA1612 auf einen SOIC8 zu DIP8 Adapter installiert.

Die Messung dazu sieht ebenfalls sehr gut aus.

Messungen OPA1956

Klanglich ist der NAD1240 mit dem OPA1656 ent’sch’härft. Die Zischlaute sind verschwunden. Aber die Klarheit der Wiedergabe ist geblieben. Soweit bin ich jetzt zufrieden und schraube das Gerät erst mal zu.

Damit ist dieser NAD 1240 jetzt besser als vor 35 Jahren. Ich werde ihn ausgiebig mit verschiedenen Endstufen und meinen QUAD 57 Elektrostaten hören.