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Design eines Nutube-Verstärkers von Korg, Teil 4: Bau und Test

Dies ist der vorletzte Beitrag in unserer Reihe über die Entwicklung eines Pedalverstärkers für Gitarren mit den Korg Nutubes. Zuletzt waren wir bei der Bestellung von Leiterplatten und der nervenaufreibenden Wartezeit bis zu ihrem Eintreffen stehen geblieben. Aufgrund der gewissermaßen eher unzuverlässigen Natur der menschlichen Komponente ist es immer wieder zu erleben, dass mit einer Leiterplatte etwas schiefgeht. Angesichts dieser sicheren Erkenntnis kann man schon mal schlaflose Nächte verbringen. Die entsprechende Anspannung ist auch der Grund dafür, dass es bei Ankunft der Leiterplatten richtig aufregend wird. Überdies hatten wir bereits einen Satz Teile für den Bau unseres Verstärkers bestellt, deshalb können wir jetzt gleich mit der Arbeit beginnen.

Der Aufbau

Der Aufbau der Schaltung ist eine Frage des Lötens der durchkontaktierten Teile. Das ist etwas ziemlich Neues, weil wir als Entwurfsingenieure die meiste Zeit damit verbringen, Metallstaub auf Pads zu löten, die gar nicht zu sehen sind – man spricht in diesem Zusammenhang auch von SMD-Bauelementen. Da es schon eine Weile her ist, dass wir eine Schaltung zusammengelötet haben, die schon mit bloßem Auge zu erkennen ist, stellt diese Aufgabe eher so etwas wie eine Therapiestunde dar.

Die gute Nachricht: Die CAD-Zellen sehen toll aus. Die Nutube passt perfekt, ebenso die FETs, Potis und Anschlüsse. Der TO220 LM317 ist ein bisschen groß geraten. Kleinere Pads würden ihm besser zu Gesicht stehen, aber das ist keinesfalls das Ende der Welt!

Aufbau abgeschlossen. Jetzt ist es an der Zeit, das Ding einzuschalten.

Test

Tests sind etwas, das häufig vernachlässigt wird, obwohl sie höchstwahrscheinlich der wichtigste Abschnitt einer Entwicklung sind. Ein Qualitätstest ist das, was ein Projekt von einem Design unterscheidet. Bereits inTeil 2 haben wir einige Tests durchgeführt. Jetzt wollen wie die Signalformen überprüfen und herausfinden, ob sowohl unser Aufbau als auch die Leiterplatte wie erwartet funktionieren.

Bevor wir beginnen, müssen wir die Vorspannung auf ungefähr 2,5 V einstellen, wie wir es bereits in Teil 2 getan haben. Es ist das Beste, nicht die Schaltung anzuschließen und ein DVM dafür einzusetzen. Die 22-kV-Potis sind werkseitig auf 50 % eingestellt und liefern eine Vorspannung von 1,5 V, was nicht ausreicht.

Zunächst stellen wir alle Steuerpotentiometer ausgehend von der 50-%-Stufe ein, indem wir sowohl Verstärkung (Gain) als auch Lautstärke auf den maximalen und den Klang (Tone) auf den minimalen Wert setzen.

Sieht ganz so aus, als würde der Verstärker funktionieren!

Der Ausgang entspricht etwa dem Sechsfachen des Eingangs, annehmbar für ein Effektpedal. Wir lassen die Röhren nicht bei maximaler Verstärkung laufen; die 10-k-Widerstände R9/R4 und R10 (lowR im Beispiel oben)/R6 funktionieren wie ein Poti in Bezug auf die Inputs. Werden sie auf einen höheren Wert eingestellt, wäre so eine höhere Verstärkung möglich, aber zu beachten ist, dass für den Betrieb genug Anodenstrom bereitstehen muss.

Und eine weitere Sache ist zu beachten: Beim Ausgang tritt eine leichte Verzerrung auf. Wir haben festgestellt, dass es helfen kann, ein wenig mit der Vorspannung zu spielen.

Durch Einstellen der Vorspannung auf ca. 2 V kann die Verzerrung herausgenommen werden. Wie wir allerdings schon in Teil 2 angemerkt hatten, könnte es auch ein gewünschter Effekt sein, mit dem wir spielen können, wenn wir darangehen, das Gerät einzusetzen.

Als Nächstes: die Klangschaltung.

Das Bild oben zeigt die Min./Max.-Einstellung der Klangschaltung bei 1 kHz. Das sollte eine tief greifende Auswirkung auf das Audio haben und die Bässe deutlich mehr hervorheben.

Zum Schluss müssen wir über die Max./Min.-Verstärkung vom Eingang zum Ausgang Bescheid wissen.

Hier können wir sehen, dass wir nicht ganz so viel Verstärkung wie mit dem ersten Prototyp erreichen (der auf insgesamt ca. 10 kam). Aber es gibt reichlich Regelmöglichkeiten. Bei minimaler Verstärkung und Lautstärke bekommen wir eine Dämpfung von 0,2, das ist 1/5 des Inputs. Bei maximalen Einstellungen erreichen wir das 8- bis 9-fache des Eingangssignals, was für die Zwecke eines „Effektpedals“ durchaus großzügig ist.

Wir haben auch die Impulsantwort mithilfe eines Rechtecksignals geprüft. Wiederum reagierte das System ein bisschen trübend, eine ausgezeichnete Reaktion. Allerdings hatten wir bis dahin das Allerwichtigste vernachlässigt: Funktioniert das Ding für eine Gitarre?

An diesem Punkt müssen wir zugeben, dass wir vom Gitarrespielen keinen Schimmer haben, deshalb wird es Zeit, ein bisschen zu mogeln. Schließlich haben wir ein Telefon und YouTube mit jeder Menge großartiger Gitarrensolos an der Hand. Wir brauchen ein Kabel zur Verbindung von 3,5 mm Stereo auf 6,25 mm Mono, das relativ verbreitet ist.

Als Nächstes mussten wir den Spitzenwertausgang des Telefons prüfen und glücklicherweise lag er bei 0,2 V ss bei maximaler Lautstärke, was in etwa dem Wert bei einem Gitarrenpedal entspricht.

Jetzt fehlt nur noch der Test!

Weitere Anpassungen

Im Rahmen dieser Reihe haben wir diverse Optionen für die Erweiterung und Verbesserung angesprochen. Die Klangschaltung zum Beispiel könnte durch Ändern von C10 zu 47 nF angepasst werden. Damit würde das Abschaltverhalten verbessert. Durch Ändern von R6 und R4 zu einer höheren Impedanz könnte die Verstärkung verbessert werden. Durch Hinzufügen des Eingangsimpedanzverstärkers Q2, C13 und R19 würde die Eingangsimpedanz weniger kritisch ausfallen und ein hochohmiger Ausgang würde geringer gedämpft.

Mit zwei Schaltkreisen dieser Art könnte aus diesem Design ein hübscher Vorverstärker für ein Transistor-Stereosystem werden.

Alternativ könnte mit einer einzelnen Stufe ein ähnlicher Effekt für ein Stereosystem erreicht werden, aber mit nur einer Röhre.

Abschließende Worte

Für einen Ingenieur aus dem Transistor-Zeitalter war es ein echtes Erlebnis, mal mit etwas so anderem zu arbeiten. In mancher Beziehung ist die schlichte Röhre so viel besser als ein Transistor. Dieser Vorzug ist in zwei Worten festzumachen: Sie leuchtet! Und der Vierjährige in uns allen liebt es einfach, wenn Dinge leuchten!

Hoffentlich hat Ihnen diese Reihe einige Einblicke in das Innenleben eines Röhrenverstärkers gegeben und Sie zu neuen Projekten inspiriert. Diejenigen, die selbst einen bauen möchten, können auf die Leiterplatten-Datenbank von DesignSpark, auf Gerber-Dateien und eine Stückliste zurückgreifen, die auf GitHub zu finden sind.

Lesen Sie den letzten Teil der Reihe über den Bau eines eigenen Gehäuses und eines Koffers.

Karl Woodward

Karl is a design engineer with over a decade of experience in high speed digital design and technical project leadership in the commercial electronics sector.

18 Dec 2017, 10:17

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