Dieser Beitrag beschreibt die Restauration des QUAD 405 bzw. QUAD 405-2. Die Anregungen dazu gab es von P.J. Walker (Link) und Keith Snook (Link) sowie Bernd Ludwig (Link).
Folgende Modifikationen werden in diesem Beitrag beschrieben:
- Umbau der Eingangsstufe
1.1 Operationverstärker: LM301(405), TL071(405-2) zu OPA604 bzw. OPA627
1.2 Eingangsstufe Verstärkungsfaktor
1.3 Entkopplungsmaßnahmen - Ausgangsstufe
2.1 Schaltungsanpassungen - Netzteil
3.1 Dual Mono Netzteil mit virtueller Erde (Dual Mono Supply with virtual Ground) -
Einschaltverzögerung und Schutzschaltung mit MOSFET SSR
Umbau der Eingangsstufe
Der Umbau der Eingangsstufe bildet das Kernstück der Verbesserungen sowohl für den QUAD 405 mit dem LM301 Operationsverstärker als auch dem 405-2 mit dem TL071 OP.
Der Empfindlichkeit der modifizierten Eingangsstufe mit den unten angegebenen Werten liegt bei 1V und entspricht damit den heute gängigen Ausgangspegeln verfügbarer Vorverstärker und sonstiger Quellen.
| Pos. | Wert | Mod. Wert | Layout M1 | Layout M2 |
| C1 | 680nf | 680nf | unverändert | unverändert |
| R1 | 220k | 220k | unverändert | unverändert |
| C2 | 100uf (Bipolar) | 100uf polar | Elko +Pol auf GND oder 2 *Tantal 50uf, gegenpolig auf GND |
Elko +Pol auf GND oder 2 *Tantal 50uf, gegenpolig auf GND |
| C2B | – | 3,3uf | parallel zu C2 | parallel zu C2 |
| R3 | 22k | 22k | Verbindung zu IC Pin 2 bei R3 auftrennen und von R3 Draht zum GND ziehen | Neues Loch in die GND Verbindung auf Höhe R3 bohren und dort R3 verlöten. |
| R4 | 22k | 3k3 | R4 entfernen und mit 3k3 ersetzen | R4 entfernen und mit 3k3 ersetzen |
| R5 | 4k7 | 4k7 | unverändert | unverändert |
| C3 | 3p3 | – | entfernen | NA |
| R6 | 330k | 22k | R6 entfernen und mit 22k ersetzen | R6 entfernen und mit 22k ersetzen |
| C4 | 47nf | 680nf | muss gleicher Wert wie C1 sein | muss gleicher Wert wie C1 sein |
| R10 | 1k8/560 | NA | R10 entfernen, Drahtbrücke einsetzen | R10 entfernen, Drahtbrücke einsetzen |
| R12 | 3k3 | 2k7 | R12 entfernen und 2k7 einsetzen | R12 entfernen und 2k7 einsetzen |
| C6 | 1000pf | 1000pf | unverändert | unverändert |
| IC1 | Pin3 | Pin3 | Bei Pin3 Leiterbahn auftrennen und mit Draht Verbindung zur Kreuzung C1/R3 herstellen | Bei Pin3 Leiterbahn auftrennen und mit Draht Verbindung zur Kreuzung C1/R3 herstellen |
Eingangsstufe Modifikationen des 405 Boards (M1):
Auf den M1 Boards existiert noch ein Designfehler. Das Zobel/Boucherot Glied am Ausgang (C12 und R39) ist mit dem GND Segment der Eingangsstufe verbunden. Normalerweise macht das keine Probleme, solange die Module im Gehäuse eingebaut und verdrahtet sind, da dann die beiden GND Segmente (beiden Seiten von R2) über die Verkabelung und Verbindung zum Gehäuse (Eingangsstufe und Verstärkermasse) miteinander verbunden sind. Allerdings macht das Probleme, sobald die Module ausgebaut werden und bspw. zu Messzwecken anders verdrahtet werden. Dann kann diese Konstellation zu Problemen führen, bspw. Verzerrungen und im schlimmsten Fall Rauchzeichen durch den Widerstand R2 (10 Ohm). Zur Abhilfe habe ich die GND Verbindung von R39 aufgetrennt und R39 über einen Draht zur Verstärkermasse (Power GND) verbunden.
Die fehlende Verbindung beider GND Segment macht sich ebenfalls bemerkbar, indem die Offset Gleichspannung am Lautsprecherausgang, die normalerweise kleiner 1 mV ist, auf ca. 5 mV bis 10 mV ansteigt. Daher ist bei Arbeiten an den Modulen R2 zu überbrücken, dann treten keine Probleme auf. Diese Brücke ist bei Einbau der Module im Gehäuse aber unbedingt wieder zu entfernen, um Brummschleifen zu vermeiden. Dies gilt für beide Modulversionen, M1 und M2.
Eingangsstufe Modifikationen des 405-2 Boards (M2):
Weitere Modifikationen nach Keith Snook DCD Mod3
Folgende Themen werden noch ergänzt:
Beschreibung der DCD Mod3 Details
Umbau M1 Modul zu M2
Dual Mono Netzteil mit virtueller Erde
(Dual mono Supply with virtual Ground)
Keith Snook hat diese Modifikation des Originalnetzteiles des QUAD 405 excellent auf seiner Seite beschrieben. Siehe „ https://keith-snook.info/quad-405-2-dual-psu.html“
Ich werde hier einiges seiner Beschreibung übersetzen und wiederverwenden.
Ein aktiver Erdungskreis stellt sicher, dass die ± Versorgungsspannungen beim Laden und Entladen der Netzteilkondensatoren mitverfolgt werden, und verhindert so Schläge beim Ein- und Ausschalten.
Der Einbau separater „erdfreier“ Netzteile in jede Verstärkerhälfte ermöglicht die Verwendung eines aktiven Erdungskreises, wie er beim QUAD306 und QUAD606 vorhanden ist ~ Dieser Schaltkreis sorgt für eine aktive Korrektur der Spannung am „Mittelabgriff“ der Netzteilkondensatoren und stellt die Versorgung sicher. Spannungen werden beim Ein- und Ausschalten verfolgt, um Knack- und Schlaggeräusche zu vermeiden. Im Idealfall verhindert der virtual Ground auch jegliche Gleichspannung am Ausgang der Verstärkermodule.
Zum Aufbau der virtual Ground Schaltung habe ich ein PCB entwickelt, dass die gesamte neue Netzteilelektronik enthält. Um die Schaltung beim Einbau problemlos verdrahten zu können, wird die komplette Bestückung ‚ auf den Kopf ‚gestellt, d.h. die Platine ist oben, während die dicken Glättungskondensatoren mit 4 * 10000 uF nach unten zeigen. Die Komponenten für den virtual Ground sind oben auf der Platine angeordnet, ebenso alle Kabelverbindungen, was die Verdrahtung und Installation sehr vereinfacht.
Jeder Kanal erhält ein separates Netzteil mit einer einzelnen Sekundärwicklung des originalen QUAD Netztrafos. Die GND Verbindung zur Mittenabzweigung des Netztrafos wird nicht mehr genutzt. Die Sekundärwicklung wird über eine 4A/T Sicherung angeschlossen. Somit können die Sicherungen auf den Verstärkermodulen entfallen. Mit der Eingangssicherung können die oben gelb umrandeten Komponenten entfernt und die auf der Platine montierten Sicherungen umgangen werden. ~ Die ±-Stromanschlüsse können direkt an die mit roten und schwarzen Punkten markierten Punkte angeschlossen werden. ~ Die 100-nF-Kondensatoren C15 und C16 können im Stromkreis belassen werden oder durch größere Polycaps an gleicher Stelle ersetzt werden, in dem die Sicherungen angebracht waren.
Ebenso können die anderen gelb umrandeten Komponenten (DIAC, TRIAC und Widerstände der Crowbar Schutzschaltung des QUAD-M2 Moduls entfernt werden, da die Schutzfunktion durch das Netzteil selbst erbracht wird.
Einschaltverzögerung und Schutzschaltung mit MOSFET SSR
Jedes Quad 405 Modul erhält eine eigene Schutzschaltung. Diese Schaltung basiert auf einer Idee von Elliot Sound Products und ist mit dem speziellen Steuerbaustein SI 8752 realisiert, der sehr niederohmige Power-Mosfets ein und ausschaltet. Damit ist ein Solid State Relais (SSR) realisiert, welches sehr gut in der Audioelektronik eingesetzt werden kann, da die Isolation zwischen Steuer und Schalteinheit sehr hoch ist. Die verwendeten Power Mosfets haben im eingeschalteten Zustand einen Durchgangswiderstand von ca. 2,5 mΩ, was deutlich weniger ist, als bei einem vergoldeten Relaiskontakt.
Bei Anwendung des SI8752 ergibt sich folgende Grundschaltung:
Für die Nutzung als Einschaltverzögerung und DC Schutzschaltung habe ich die Grundschaltung um ein paar Bauteile erweitert und dafür ein eigens PCB entworfen, das sehr schmal ausgeführt ist, um es problemlos in dem Gehäuse des Quad 405 unterbringen zu können.
Die Anschlüße Vin1 und Vin2 gehen an die Sekundärwicklung des Netztrafos, der Punkt an R3 wird mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden. Sobald die Netzspannung eingschaltet wird, lädt sich der Kondensator C2 über R4 auf, bis ein Niveau erreicht ist, dass den Transistor/Mosfet Q1 durchschaltet. damit wird auch der Ausgang des SI8752 freigeschaltet, so dass die Drain-Source Strecken der angeschlossenen Power MOSFETs durchgeschaltet werden, und damit wird der Verstärkerausgang an den Lautsprecherausgang geschaltet .
Sobald an R3 eine Gleichspannung größer als (+/-) 3V anliegt, wird Q4 gegen GND gezogen, und damit sperrt dann auch Q1, so dass der Verstärkerausgang vom Lautsprecherausgang getrennt wird, und die Gleichspannung den angeschlossenen Lautsprechern keinen Schaden zufügen kann.
Realisierung der Schutzschaltung mit eigenem PCB:
Als Power Mosfets setze ich von Toshiba die Silicon N-channel MOSFETs TK100E10N1 ein. Der DRAIN Anschluß des MOSFETs ist mit der Kühlfahne verbunden, so dass die Kühlfahnen durch Verschraubungen einen super Kontakt zu den Lautsprecherbuchsen herstellen, und auf der Gegenseite ein M4 Kabelschuh zur Verbindung zum Verstärkerausgang genutzt wird.
Zwei QUAD 405 im Urzustand von 1976
Gerade sind zwei QUAD 405 (erste Modelreihe) bei mir eingetroffen. Äußerlich und innerlich sehen beide Verstärker noch erstaunlich gut aus. Darüber hinaus spielen beide ohne erkennbare Beeinträchtigungen.
Alleine auf Grund der Messungen und erster Hörtests würde ich die Geräte so lassen, aber der Blick in das Innere zeigt doch einen erheblichen Handlungsbedarf. Einige Kondensatoren sind aufgebläht und zeigen Ausblühungen, teils sind die verzinnten Leiterbahnen korrodiert. Davon einige Bilder:
Die Aufarbeitung beider Geräte werde ich hier nach Fortschritt weiter beschreiben.
Nach Umbau beider Verstärker ergeben sich nach Einbau im Gehäuse die unten aufgeführten Meßwerte. Zum Vergleich für die Qualität der Messungen ist auch die Loopback Messung – also direkte Verbindung zwischen Ausgang und Eingang der Soundkarte – aufgeführt. Daraus ist zu erkennen, daß die Verstärker selbst weniger Störungen hinzufügen als die nackten Kurven vermuten lassen, denn die Störungen im Verbund des PCs mit Soundkarte und Verkabelung werden eben auch mit verstärkt.
