ÿþP O W E R A M P L I F I E R S
w i t h v a l v e s
a n a p p r o a c h a n d
a p r a c t i c a l c i r c u i t
b y
C l a u s B y r i t h
1
1 . I N T R O D U C T I O N
A c o u p l e o f y e a r s a g o I m e t P e r L u n d a h l o f t h e S w e d i s h c o m p a n y L u n d a h l T r a n s f o r m e r s a n d h i s
f a t h e r a t a n e x h i b i t i o n i n c o n n e c t i o n w i t h a n A u d i o e n g i n e e r i n g S o c i e t y C o n v e n t i o n , a n d I t r i e d
t o p e r s u a d e h i m t o m a k e m e a p a i r o f o u t p u t t r a n s f o r m e r s w i t h s o m e a d d i t i o n a l s e c o n d a r i e s f o r
e x p e r i m e n t s , I w i s h e d t o c o n d u c t . H e w a s n o t e n t h u s i a s t i c , b u t w e h a d a f i n e c o n v e r s a t i o n ,
n e v e r t h e l e s s , a b o u t v a l v e a m p l i f i e r s , o f c o u r s e . A f t e r s o m e t i m e , I s a i d t o h i m t h a t i f h e w o u l d
f u l f i l m y w i s h e s , I w o u l d s u p p l y h i m w i t h a p a p e r c o n c e r n i n g t h e m a t t e r a n d a p r a c t i c a l c o n -
s t r u c t i o n t h a t c o u l d b e b u i l t b y a m a t e u r s , r e s u l t i n g i n a 3 0 W a m p l i f i e r w h e r e h i g h q u a l i t y g o e s
h a n d - i n - h a n d w i t h s i m p l i c i t y a n d m o d e s t c o s t s . T o m a k e a l o n g s t o r y s h o r t h e a g r e e d , a n d h e r e I
a m l e f t t o k e e p m y p r o m i s e , a n d I a m b e g i n n i n g t o r e a l i s e t h a t d e s p i t e t h e f a c t t h a t t h e m a t t e r i s
s t r a i g h t f o r w a r d , i t i s n o t e a s y t o p a s s y e s t e r d a y s k n o w l e d g e o n t o t h e a u d i o e n t h u s i a s t o f t o d a y
i n a s h o r t , s i m p l e , d i g e s t i b l e a n d y e t s a t i s f a c t o r y w a y , b u t I s h a l l t r y m y v e r y b e s t . I a m o l d
e n o u g h t o h a v e e x p e r i e n c e d t h e e v o l u t i o n o f v a l v e a m p l i f i e r s s i n c e t h e m i d f i f t i e s b u t a m , a t
l e a s t s o I a m t o l d , s t i l l i n f u l l c o m m a n d o f m y f a c u l t i e s .
T h e l a s t d e c a d e h a s s e e n a g r o w i n g i n t e r e s t i n v a l v e a m p l i f i e r s , w h i c h i s n o t o n l y d u e t o
n o s t a l g i a b u t m o r e t o t h e f a c t t h a t a g o o d v a l v e a m p l i f i e r s o u n d s d i f f e r e n t f r o m m o s t s o l i d s t a t e
a m p l i f i e r s , a n d d e s p i t e t h e f a c t t h a t t h e m e a s u r e d p e r f o r m a n c e c a n n o t c o m p e t e w i t h m o d e r n
a m p l i f i e r s , t h e y s o u n d v e r y g o o d a n d t h e y d o n o t e x p o s e y o u t o t h e s a m e d e g r e e o f l i s t e n i n g
f a t i g u e a s m a n y s o l i d s t a t e a m p l i f i e r s , t r u l y o r f a l s e l y ! , a r e a c c u s e d o f . I s h a l l n o t t r y t o d e s c r i b e
t h e s o u n d . T h e f a c t t h a t y o u h a v e g o t s o f a r i n t h i s p a p e r i n d i c a t e s t h a t y o u u n d e r s t a n d w h a t I a m
t a l k i n g a b o u t .
O f t e n i n v o l v e d i n d i s c u s s i o n s a b o u t t h i s t o p i c , I a m f o r c e d t o r e a l i s e t h a t m u c h o f t h e k n o w -
l e d g e t h a t w a s c o m m o n g o o d s 4 0 y e a r s a g o h a s d i s a p p e a r e d a n d w h a t r e m a i n s i s a c o n g l o m e r a t e
o f d i s t o r t e d f a c t s a n d a c o m p l e t e l a c k o f u n d e r s t a n d i n g o f h o w t h e s e f a c t s a r e i n t e r l i n k e d a n d o f
t h e i r r e l a t i v e i m p o r t a n c e . I t i s a s i f i t w e r e s e e n i n a d i s t o r t i n g m i r r o r i n t h e h a l l o f m i r r o r s i n a n
a m u s e m e n t p a r k . P a r t s o f t h e i m a g e a r e m a g n i f i e d o u t o f a l l p r o p o r t i o n a n d o t h e r p a r t s o f m a y b e
e v e n g r e a t e r i m p o r t a n c e a r e s i m p l y n o t t h e r e !
I s h a l l n o w t r y t o i m p r o v e y o u r u n d e r s t a n d i n g .
2
2 . T H E L A Y O U T A N D T H E B U I L D I N G B L O C K S
A p u s h p u l l v a l v e a m p l i f i e r a l m o s t i n v a r i a b l y f o l l o w s o n e o f t h e t w o s c h e m e s s h o w n i n b l o c k
d i a g r a m s b e l o w :
V e r y f e w d e s i g n s d i f f e r i n g f r o m t h e s e t w o h a v e p r o v e n f i t f o r r e a l l i f e , t h e Q u a d I I b e i n g a
n o t a b l e e x c e p t i o n ( y o u w i l l f i n d t h e d i a g r a m i n t h e a p p e n d i x t o g e t h e r w i t h a b r i e f e x p l a n a t i o n ) .
W e w i l l t a k e a c l o s e r l o o k a t t h e i n p u t s t a g e , b e c a u s e h e r e w e c a n l e a r n a g r e a t d e a l a b o u t h o w
a v a l v e w o r k s . T h e i n p u t s t a g e i s n o r m a l l y a c a t h o d e c o u p l e d a m p l i f i e r a s s h o w n b e l o w .
3
E l e c t r o n s e m i t t e d f r o m t h e h e a t e d c a t h o d e a r e a t t r a c t e d t o t h e p o s i t i v e a n o d e , p a s s i n g t h r o u g h
t h e g r i d . T o o b t a i n a w o r k i n g p o i n t w h e r e t h e v a l v e o p e r a t e s i n a l i n e a r w a y , t h e v a l v e m u s t b e
b i a s e d w i t h a n e g a t i v e v o l t a g e o n t h e g r i d w i t h r e s p e c t t o t h e c a t h o d e . E l e c t r o n s a r e n o w r e p e l l e d
f r o m t h e g r i d a n d f e w e r p a s s . T h e n e g a t i v e b i a s i n g t u r n s t o s o m e d e g r e e t h e v a l v e o f f a n d b i a s i s
n o r m a l l y i n s m a l l s i g n a l s t a g e s a c h i e v e d b y t h e c a t h o d e r e s i s t o r . A c u r r e n t t h r o u g h t h e v a l v e
c a u s e s a v o l t a g e d r o p o v e r t h e c a t h o d e r e s i s t o r a n d s o t h e c a t h o d e b e c o m e s p o s i t i v e w i t h r e s p e c t
t o g r o u n d . T h e g r i d r e s i s t o r k e e p s t h e g r i d a t g r o u n d p o t e n t i a l a n d t h e r e f o r e n e g a t i v e w i t h r e -
s p e c t t o t h e c a t h o d e . W h e n a n o d e v o l t a g e i s a p p l i e d , c u r r e n t s t a r t s t o f l o w a n d c a t h o d e v o l t a g e
r i s e s , c a u s i n g n e g a t i v e b i a s o n t h e g r i d , w h i c h a g a i n l o w e r s t h e c u r r e n t t h r o u g h t h e v a l v e , a n d a n
e q u i l i b r i u m i s q u i c k l y e s t a b l i s h e d . F r o m t h i s e q u i l i b r i u m , t h e w o r k i n g p o i n t , t h e c u r r e n t t h r o u g h
t h e v a l v e a n d t h e v o l t a g e d r o p o v e r t h e a n o d e l o a d r e s i s t o r c a n b e c o n t r o l l e d b y s u p e r i m p o s i n g
t h e i n p u t s i g n a l o n t h e g r i d b i a s . A p o s i t i v e p u l s e o n t h e g r i d c a u s e s c u r r e n t t o r i s e a n d a n o d e
v o l t a g e t o d r o p , p r o d u c i n g a n e g a t i v e p u l s e o n t h e a n o d e a n d v i c e v e r s a t h e s t a g e i n v e r t s t h e
s i g n a l .
W h a t h a p p e n s t o t h e c a t h o d e v o l t a g e ? S i m p l e e n o u g h , a p o s i t i v e i n p u t p u l s e c a u s e s t h e v o l t -
a g e d r o p o v e r t h e c a t h o d e r e s i s t o r t o r i s e , s o t h e c a t h o d e v o l t a g e m u s t a l s o r i s e , b u t t h e r i s i n g
c a t h o d e v o l t a g e c o u n t e r a c t s t o s o m e d e g r e e t h e e f f e c t o f t h e r i s i n g g r i d v o l t a g e . T h e c a t h o d e
v o l t a g e t r i e s t o f o l l o w t h e g r i d v o l t a g e , a n d b e c a u s e i t i s t h e r i s i n g d i f f e r e n c e b e t w e e n c a t h o d e
a n d g r i d v o l t a g e t h a t c a u s e s t h e a n o d e c u r r e n t t o r i s e , t h i s w i l l b e d i m i n i s h e d b y t h e i n c r e a s i n g
c a t h o d e v o l t a g e . T h e s t a g e i s s a i d t o b e u n d e r i n f l u e n c e o f n e g a t i v e f e e d b a c k ( N F B ) . T h i s m a y
b e w a n t e d , b u t n o t a l w a y s , a n d i t c a n b e a v o i d e d a s s h o w n i n t h e d i a g r a m b y c o n n e c t i n g a
c o n d e n s e r a c r o s s t h e c a t h o d e r e s i s t o r . T h e c o n d e n s e r s h o u l d h a v e a c a p a c i t a n c e b i g e n o u g h t o
k e e p t h e c a t h o d e v o l t a g e c o n s t a n t , d o w n t o t h e l o w e s t f r e q u e n c y o f t h e a p p l i e d s i g n a l .
W e h a v e n o w s e e n t w o o f t h e m a i n d i f f e r e n c e s b e t w e e n a t r a n s i s t o r a n d a v a l v e : T h e v a l v e i s
b r o u g h t t o i t s w o r k i n g p o i n t b y b e i n g t u r n e d o f f t o s o m e d e g r e e b y a b i a s v o l t a g e . T h e t r a n s i -
s t o r a p p r o a c h e s t h e w o r k i n g p o i n t b y b e i n g t u r n e d o n b y a b i a s c u r r e n t . T h e v a l v e i s c o n t r o l l e d
b y a v o l t a g e , t h e t r a n s i s t o r b y a c u r r e n t .
A s l o n g a s p o s i t i v e p e a k s i n t h e s i g n a l d o e s n o t e x c e e d t h e b i a s v o l t a g e , t h e o n l y l o a d t o t h e
s i g n a l i s t h e g r i d r e s i s t o r a n d s o m e c a p a c i t i v e l o a d i n g b y t h e e l e c t r o d e s p l u s s t r a y c a p a c i t a n c e s .
W e s h a l l i n a m o m e n t r e t u r n t o t h e c a p a c i t i v e l o a d i n g , b u t w e h a v e n o t y e t s e e n w h a t h a p p e n s
w h e n p o s i t i v e p e a k s i n t h e s i g n a l a r e o f a m a g n i t u d e t h a t m a k e s t h e g r i d p o s i t i v e w i t h r e s p e c t t o
t h e c a t h o d e . I n t h i s c a s e t h e g r i d w i l l n o l o n g e r r e p e l e l e c t r o n s b u t a t t r a c t t h e m i n s t e a d a n d a g r i d
c u r r e n t w i l l s t a r t t o f l o w . T h i s c u r r e n t i s s u p p l i e d b y t h e s i g n a l w h i c h w i l l n o w b e h e a v i l y l o a d e d
i n i t s p o s i t i v e p e a k s , a n d i f t h e s i g n a l s o u r c e h a s a n o u t p u t r e s i s t a n c e g r e a t e r t h a n z e r o a n d i t
a l w a y s h a s t h e p o s i t i v e p e a k s w i l l b e d i s t o r t e d e v e n b e f o r e t h e y a r e a m p l i f i e d . T h e v a l v e m a y
s t i l l a m p l i f y c o r r e c t l y t h e s i g n a l o n t h e g r i d b u t t h e r e s u l t i s o f c o u r s e u n u s a b l e . S o w e n o w k n o w
t h a t t h e p o s i t i v e g o i n g p e a k s i n t h e s i g n a l m u s t n e v e r e x c e e d t h e b i a s v o l t a g e .
T h e g r i d r e s i s t o r i s n o r m a l l y 0 . 5 - 2 M W . T h e r e i s a m a x i m u m v a l u e n o t t o b e e x c e e d e d . I f t h e
v a l u e i s t o o h i g h , e l e c t r o n s c a n p i l e u p o n t h e g r i d , m a k i n g i t m o r e n e g a t i v e t h a n w e e x p e c t ,
4
r e n d e r i n g t h e w o r k i n g p o i n t d i f f e r e n t f r o m o u r c a l c u l a t i o n s a n d s o m e t i m e s u n s t a b l e .
T h e g r i d r e s i s t o r i s h a r d l y l o a d i n g o u r s i g n a l , b u t w h a t a b o u t c a p a c i t a n c e s ? I n t h e v a l v e
t a b l e s , f r o m w h i c h r e l e v a n t p a g e s a r e g i v e n i n t h e a p p e n d i x , t h e c a p a c i t a n c e s , g r i d t o a n o d e a n d
g r i d t o c a t h o d e a r e s t a t e d , a n d t h i s c a p a c i t a n c e m u s t b e c h a r g e d a n d d i s c h a r g e d b y t h e s i g n a l
a p p l i e d t o t h e g r i d . S u p p o s e a s t a g e a m p l i f y i n g 2 5 t i m e s . A n i n p u t v o l t a g e d r o p o f 1 v o l t w i l l
t h e n c a u s e a n a n o d e v o l t a g e r i s e o f 2 5 V o l t s , w h i c h m e a n s t h a t t h e s i g n a l c h a r g e s t h e a n o d e - g r i d
c a p a c i t a n c e n o t t o 1 V o l t b u t t o 2 5 V o l t s . S e e n f r o m t h e g r i d t h e c a p a c i t a n c e i s t h e r e f o r e n o t j u s t
t h e a n o d e - g r i d c a p a c i t a n c e b u t t h i s c a p a c i t a n c e m u l t i p l i e d b y t h e a m p l i f i c a t i o n o f t h e s t a g e .
I f o u r v a l v e i s h a l f a d o u b l e t r i o d e E C C 8 3 , w h e r e C a - g i s 1 . 6 p F , t h i s c a p a c i t a n c e a c t s a s i f i t
w a s 2 5 x 1 . 6 = 4 0 p F + s t r a y s . T h e i n c r e a s e o f t h e a p p a r e n t c a p a c i t a n c e w i t h i n c r e a s i n g g a i n i s
k n o w n a s t h e M i l l e r - e f f e c t a n d a s w e s h a l l s e e t h i s c a n h a v e a n a l a r m i n g e f f e c t o n t h e p e r f o r m a n -
c e o f a n a m p l i f i e r .
I n p e n t o d e s , s u c h a s t h e E F 8 6 , w e f i n d t w o m o r e g r i d s . T h e s e c o n d i s n o r m a l l y h e l d a t a
p o s i t i v e p o t e n t i a l , b u t a c a p a c i t o r t o g r o u n d k e e p s i t f r e e f r o m s i g n a l a n d s o i t s c r e e n s t h e c o n t r o l
g r i d f r o m t h e a n o d e . I t i s c a l l e d t h e s c r e e n g r i d . T h e M i l l e r c a p a c i t a n c e o f a p e n t o d e s t a g e i s
n o r m a l l y o n l y a b o u t 1 / 1 0 o f t h a t o f a t r i o d e s t a g e w i t h t h e s a m e g a i n . B u t p e n t o d e s a r e n o i s i e r
t h a n t r i o d e s , b e c a u s e t h e b e a m o f e l e c t r o n s e m i t t e d f r o m t h e c a t h o d e i s d i v i d e d b e t w e e n t h e
s c r e e n - g r i d a n d t h e a n o d e . T h i s n o i s e , k n o w n a s p a r t i t i o n n o i s e , d i s a p p e a r s w h e n w e c o n n e c t a
p e n t o d e a s t r i o d e , i . e . s c r e e n - g r i d a n d a n o d e a r e s t r a p p e d t o g e t h e r . E l e c t r o n s a r e o f c o u r s e s t i l l
p a r t e d , b u t t h e n o i s e c a n c e l s w h e n t h e t w o c u r r e n t s a r e a d d e d a g a i n i n t h e a n o d e l o a d . B y t r i o d e
c o n n e c t i o n , t h e s c r e e n i n g e f f e c t o f t h e s e c o n d g r i d i s o f c o u r s e l o s t .
B y t h e s e e x p l a n a t i o n s , I h a v e j u s t s c r a t c h e d t h e s u r f a c e . I h a v e n o t e x p l a i n e d h o w g a i n i s
c a l c u l a t e d , n o r h a v e I e x p l a i n e d h o w a s u i t a b l e w o r k i n g p o i n t f o r a g i v e n v a l v e i s f o u n d . I h a v e
n o t l o o k e d i n t o h o w o u t p u t r e s i s t a n c e o f a s t a g e i s c a l c u l a t e d o r h o w o u t p u t r e s i s t a n c e i s a f f e c t e d
b y f e e d b a c k . J u s t h o w i m p o r t a n t t h e s e m a t t e r s a r e , t h e y a r e f a r b e y o n d t h e s c o p e o f t h i s p a p e r . I t
i s h o w e v e r n e c e s s a r y f o r y o u t o k n o w , e v e n w i t h o u t e x p l a n a t i o n , t h a t t h e o u t p u t r e s i s t a n c e o f a
s t a g e i s e q u a l t o t h e a n o d e l o a d i n p a r a l l e l w i t h t h e i n t e r n a l r e s i s t a n c e o f t h e v a l v e s e e n f r o m
a n o d e , a n d c o n s e q u e n t l y t h e o u t p u t r e s i s t a n c e c a n n e v e r e x c e e d t h e a n o d e l o a d r e s i s t a n c e . Y o u
m u s t a l s o k n o w t h a t t h e w a y f e e d b a c k a f f e c t s t h e o u t p u t r e s i s t a n c e d e p e n d s o n h o w t h e f e e d b a c k
i s d e r i v e d a n d o n h o w i t i s i n j e c t e d . T h e n e g a t i v e f e e d b a c k ( N F B ) c a u s e d b y t h e u n b y p a s s e d
c a t h o d e r e s i s t o r i s c u r r e n t d e r i v e d a n d c u r r e n t i n j e c t e d . I t r a i s e s o u t p u t r e s i s t a n c e . T h e f e e d b a c k
f r o m t h e o u t p u t o f t h e e n t i r e a m p l i f i e r t o t h e f i r s t s t a g e i s v o l t a g e d e r i v e d a n d n o r m a l l y c u r r e n t
i n j e c t e d . T h i s N F B , k n o w n a s g l o b a l , l o w e r s o u t p u t r e s i s t a n c e o f t h e a m p l i f i e r b u t r a i s e s o u t p u t
r e s i s t a n c e o f t h e f i r s t s t a g e . N e g a t i v e f e e d b a c k d e c r e a s e s t h e a m p l i f i c a t i o n , a s w e h a v e s e e n , a n d
i t a f f e c t s i n p u t a n d o u t p u t r e s i s t a n c e s b u t i t a l s o a f f e c t s d i s t o r t i o n a n d b a n d w i d t h . 2 0 d B ( 1 0 : 1 )
o f g l o b a l n e g a t i v e f e e d b a c k r e d u c e s d i s t o r t i o n t o 1 / 1 0 a n d o u t p u t r e s i s t a n c e t o 1 / 1 0 . I t a l s o
r e d u c e s a n y d e v i a t i o n f r o m l i n e a r f r e q u e n c y r e s p o n s e b y a f a c t o r 1 0 , a l l c o m p a r e d t o t h e p e r f o r -
m a n c e w i t h o u t N F B .
T h i s i s a v e r y i m p o r t a n t i s s u e a n d I s t r o n g l y r e c o m m e n d f u r t h e r s t u d i e s f r o m r e l e v a n t b o o k s .
5
T h e g l o b a l N F B i s o f t e n s u b j e c t t o d i s c u s s i o n i n c e r t a i n a u d i o c i r c l e s a n d i t i s o f t e n h e a r d t h a t
g l o b a l N F B i s h a r m f u l t o t h e o v e r a l l p e r f o r m a n c e o f a n a m p l i f i e r . M a y I r e m i n d y o u t h a t t h i s
t y p e o f f e e d b a c k w a s i n v e n t e d b y t e l e p h o n e e n g i n e e r s i n t h e t h i r t i e s . T h e i r o b j e c t i v e w a s t o k e e p
t h e g a i n o f a n a m p l i f i e r c o n s t a n t . S u p p o s e y o u h a v e a n i n t e r c o n t i n e n t a l l a n d l i n e w i t h , s a y 3 0
a m p l i f i e r s a l o n g t h e l i n e t o c o m p e n s a t e f o r l o s s e s , a n d t h e i r g a i n s a r e f l u c t u a t i n g m a y b e b y 1 d B .
I t i s o b v i o u s , t h a t t h e l e v e l a t t h e e n d o f t h e l i n e i s t o t a l l y u n p r e d i c t a b l e a n d t h a t e n d l e s s a d j u s t -
m e n t s h a v e t o b e m a d e . N F B e l i m i n a t e t h e s e f l u c t u a t i o n s s o t h e e n g i n e e r s c o u l d s p e n d t h e i r t i m e
w i t h m o r e i n t e r e s t i n g t h i n g s t h a n g a i n a d j u s t m e n t s .
T h e s t a b i l i t y o f t h e s t e r e o i m a g e i s v e r y m u c h d e p e n d e n t o n a n e q u a l a n d c o n s t a n t g a i n i n
b o t h c h a n n e l s . E v e n t h e s m a l l e s t g a i n f l u c t u a t i o n b l u r r s t h e i m a g e , e s p e c i a l l y w h e n i t c o m e s t o
r e p r o d u c t i o n o f d e p t h . T h a t g l o b a l N F B i s o u r b e s t t o o l f o r s t a b i l i s i n g g a i n i s o f t e n o v e r l o o k e d ,
d e s p i t e t h e f a c t t h a t e v e r y o n e a g r e e s o n t h e i m p o r t a n c e o f g a i n s t a b i l i t y . B e a r a l s o i n m i n d t h a t a
v a l v e a m p l i f i e r i s m o r e p r o n e t o g a i n f l u c t u a t i o n s t h a n a s o l i d s t a t e a m p l i f i e r . S m a l l m o v e m e n t s
o f t h e e l e c t r o d e s , d u e t o t h e h e a t i n g , c h a n g e t h e p r o p e r t i e s o f a v a l v e t o a t l e a s t s o m e d e g r e e . Y o u
w i l l f i n d m o r e a b o u t N F B i n t h e c h a p t e r a b o u t t h e a m p l i f i e r I w a n t t o b u i l d a n d i n t h e c h a p t e r
a b o u t m e a s u r e m e n t s .
I f t h e t w o o u t p u t v a l v e s a r e E L 3 4 s e a c h o f t h e m w i l l n e e d a v o l t a g e s w i n g o n t h e i r c o n t r o l
g r i d s o f a b o u t 2 5 V o l t s e f f a n d t h e s e t w o s i g n a l s m u s t b e e q u a l a n d 1 8 0 0 o u t o f p h a s e . A f t e r t h e
i n p u t s t a g e w e w i l l n e e d a p h a s e - s p l i t t e r . I t s f u n c t i o n i s c r u c i a l f o r t h e p e r f o r m a n c e o f t h e a m p l i -
f i e r , b e c a u s e p e r f e c t b a l a n c e o f t h e s i g n a l s t o t h e o u t p u t v a l v e s i s m i n i m i s i n g o d d h a r m o n i c
d i s t o r t i o n . I d o n o t f e e l t h a t i n t o d a y s d i s c u s s i o n s e n o u g h a t t e n t i o n i s p a i d t o t h i s i m p o r t a n t
s t a g e . I t s e e m s j u s t t o b e a s s u m e d t h a t i t d o e s i t s j o b . A s w e s h a l l s e e , i t i s n o t t h a t s i m p l e .
P h a s e - s p l i t t i n g c a n b e d o n e i n s e v e r a l w a y s . T h e t w o d i a g r a m s b e l o w s h o w t h e t w o m o s t
c o m m o n l y u s e d ( a n d b e s t ! ) .
T h e f i r s t i s e x t r e m e l y s i m p l e . I t i s c a l l e d t h e s p l i t t e r w i t h e q u a l l o a d s o r t h e c o n c e r t i n a s p l i t t e r . I t
w o r k s a s f o l l o w s : A p o s i t i v e g o i n g p u l s e o n t h e g r i d i n c r e a s e s t h e c u r r e n t s o t h e v o l t a g e d r o p s o n
t h e a n o d e b u t i n c r e a s e s o n t h e c a t h o d e . W e g e t a n e g a t i v e p u l s e o n t h e a n o d e a n d a p o s i t i v e p u l s e
o n t h e c a t h o d e . I f t h e t w o R a a n d R c r e s i s t o r s a r e e q u a l , t h e p u l s e s w i l l h a v e t h e s a m e m a g n i t u d e .
6
T h e r e s i s t o r s a r e n o r m a l l y b e t w e e n 2 2 K W a n d 1 0 0 K W . S u c h g r e a t v a l u e s o f t h e c a t h o d e r e s i s t o r
p u t s t h e s t a g e u n d e r h e a v y N F B s o g a i n i s u n i t y a n d t h e o u t p u t r e s i s t a n c e f r o m t h e a n o d e i s c l o s e
t o t h e a n o d e l o a d r e s i s t o r , w h e r e a s o u t p u t r e s i s t a n c e f r o m t h e c a t h o d e i s l o w , u s u a l l y a b o u t l K W .
A s t h e s t a g e h a s n o g a i n , M i l l e r c a p a c i t a n c e i s l o w a n d s o i s t h e l o a d i n g o f t h e p r e v i o u s s t a g e .
T h e d i s t o r t i o n i s v e r y l o w t o o , b u t w h e n t h e o u t p u t s a r e l o a d e d b y t h e g r i d r e s i s t o r s a n d t h e
i n p u t c a p a c i t a n c e s o f t h e n e x t s t a g e , t h e p e r f e c t b a l a n c e i s c o m p r o m i s e d b e c a u s e o f t h e d i f f e r e n -
c e i n o u t p u t r e s i s t a n c e , a n d i m b a l a n c e w i l l b e c o m e m o r e a n d m o r e s i g n i f i c a n t a s f r e q u e n c y
r i s e s , b e c a u s e t h e i n p u t c a p a c i t a n c e s o f t h e o u t p u t v a l v e s h a l v e t h e i r i m p e d a n c e s w h e n f r e q u e n -
c y d o u b l e s . S o u n l e s s m e a s u r e s a r e t a k e n , b a l a n c e w i l l b e l e s s p e r f e c t t h a n w e e x p e c t . I n p r a c t i c e
t h i s l o a d - d e p e n d e n t u n b a l a n c e i s n o t o f t e n c o m p e n s a t e d , b u t i n t h e a p p e n d i x I h a v e g i v e n a n
e x a m p l e w h e r e a t l e a s t t h e r e s i s t i v e u n b a l a n c e c a n b e c o m p e n s a t e d .
O n l y h a l f t h e s u p p l y v o l t a g e i s a v a i l a b l e t o g e n e r a t e e a c h o f t h e t w o o u t p u t s i g n a l s , s o o u t p u t
s w i n g i s l i m i t e d . I t m u s t b e r e m e m b e r e d t h a t t h e 2 5 V e f f w e n e e d f o r e a c h o f t h e o u t p u t v a l v e s i s
e q u a l t o 7 0 V p e a k t o p e a k a n d i f w e r e q u i r e 6 d B o f o v e r l o a d c a p a b i l i t y , d e m a n d s g o e s u p t o
1 4 0 V p p . E v e n w i t h a 4 0 0 V s u p p l y v o l t a g e t h e c o n c e r t i n a c a n n o t d o t h i s w i t h t h e r e q u i r e d
l i n e a r i t y . T h e c o n c e r t i n a i s e x c e l l e n t f o r d r i v i n g s m a l l e r o u t p u t v a l v e s s u c h a s E L 8 4 s r e q u i r i n g
1 0 V e f f a n d p r o v i d i n g 1 0 - 1 5 W a t t s , b u t i t c a n n o t d r i v e E L 3 4 s w i t h o u t a d r i v e r s t a g e b e t w e e n
p h a s e - s p l i t t e r a n d o u t p u t s t a g e a s s h o w n i n 2 . N e v e r t h e l e s s m a n y c o n s t r u c t i o n s , a l s o c o m m e r -
c i a l l y a v a i l a b l e , h a v e b e e n s e e n o v e r t h e y e a r s w h e r e t h i s i s i g n o r e d . I n t h e s e c o n s t r u c t i o n s t h e r e
i s a g r e a t p o s s i b i l i t y t h a t t h e i n t e r m e d i a t e s t a g e b e c o m e s t h e w e a k e s t l i n k o f t h e c h a i n , a n d t h a t
i s t o m e b a d e n g i n e e r i n g .
T h e o t h e r p h a s e - s p l i t t e r s h o w n , k n o w n a s t h e c a t h o d e c o u p l e d p h a s e - s p l i t t e r i s m o r e t r i c k y i n
i t s w a y o f w o r k i n g , b u t i f w e k e e p o u r h e a d s c l e a r i t i s p e r f e c t l y p o s s i b l e t o u n d e r s t a n d h o w i t
w o r k s , a n d t h i s i s i m p o r t a n t , b e c a u s e c l a i m s o n b a l a n c e o f t h i s s t a g e w i t h o u t a n y f o u n d a t i o n a r e
o f t e n h e a r d .
A p o s i t i v e p u l s e o n t h e i n p u t g r i d w i l l c a u s e i n c r e a s i n g c u r r e n t i n t h e f i r s t v a l v e . T h i s m e a n s
t h a t t h e v o l t a g e o n t h e f i r s t a n o d e g o e s d o w n , p r o d u c i n g a n e g a t i v e p u l s e h e r e . T h e v o l t a g e o n
t h e t w o c a t h o d e s g o e s u p , a n d b e c a u s e t h e g r i d v o l t a g e o f t h e s e c o n d g r i d i s k e p t c o n s t a n t a t t h e
n o s i g n a l l e v e l o f t h e f i r s t g r i d b y m e a n s o f R 4 a n d C 1 , t h i s g r i d b e c o m e s m o r e n e g a t i v e w i t h
r e s p e c t t o c a t h o d e , a n d c o n s e q u e n t l y t h e c u r r e n t i n t h e s e c o n d v a l v e g o e s d o w n . T h e a n o d e
v o l t a g e o n t h e s e c o n d a n o d e g o e s u p a n d w e g e t a p o s i t i v e p u l s e h e r e . I t m e a n s t h a t t h e A C
c u r r e n t s s u p e r i m p o s e d o n t h e s t a n d i n g a n o d e c u r r e n t s a r e i n o p p o s i t e d i r e c t i o n s , a n d i f t h e y
w e r e o f e x a c t l y t h e s a m e m a g n i t u d e t h e i r s u m , w h e n a d d e d i n R 3 w o u l d b e z e r o , m e a n i n g t h a t n o
s i g n a l c o m p o n e n t w o u l d b e p r e s e n t o n t h e t w o c a t h o d e s . B u t a s w e h a v e s e e n , t h e r e m u s t b e
s o m e s i g n a l o n t h e c a t h o d e s t o d r i v e t h e s e c o n d v a l v e , a n d c o n s e q u e n t l y t h e d e c r e a s e o f a n o d e
c u r r e n t i n t h e s e c o n d v a l v e w i l l b e l e s s t h a n t h e i n c r e a s e i n f i r s t . H o w m u c h d e p e n d s o n t h e
a m p l i f i c a t i o n i n t h e v a l v e s .
I f w e w a n t , a n d w e c e r t a i n l y d o , s i g n a l s o f e q u a l m a g n i t u d e f r o m t h e t w o o u t p u t s , R 2 m u s t b e
o f a s l i g h t l y h i g h e r v a l u e t h a n R 1 , s o t h a t t h e s m a l l e r a l t e r a t i o n s o f c u r r e n t c a n p r o d u c e t h e s a m e
v o l t a g e a l t e r a t i o n s a s w e f i n d o n t h e f i r s t a n o d e .
7
I n o r d e r t o k e e p d i f f e r e n c e s i n o u t p u t r e s i s t a n c e f r o m t h e t w o o u t p u t a s s m a l l a s p o s s i b l e , w e
w a n t t h e a n o d e r e s i s t o r s t o b e o f a l m o s t e q u a l s i z e a n d w e t h e r e f o r e n o r m a l l y c h o o s e a v a l v e
w i t h a h i g h a m p l i f i c a t i o n f a c t o r , c a l l e d m , f o r t h i s t y p e o f p h a s e - s p l i t t e r . T h e E C C 8 3 w i t h m =
1 0 0 i s s u c h a v a l v e , a n d l u c k i l y f o r u s m i s o n e o f t h e m o r e l o n g - t e r m s t a b l e p a r a m e t e r s o f a
v a l v e .
I t c a n a s a p a r a d o x b e s a i d , t h a t a n i m b a l a n c e i s n e c e s s a r y f o r p r o d u c i n g t h e b a l a n c e d o u t p u t
s i g n a l s , a n d i t i s o f t e n m a i n t a i n e d , t h a t t h e s t r a p p i n g t o g e t h e r o f t h e t w o c a t h o d e s w o u l d a u t o m a -
t i c a l l y e n s u r e b a l a n c e . A s y o u c a n s e e , t h i s i s n o n s e n s e . I t i s a l s o m a i n t a i n e d t h a t t h e c a t h o d e
c o u p l e d p h a s e - s p l i t t e r i s a d i f f e r e n t i a l p a i r . I t i s o f c o u r s e r e l a t e d t o t h e d i f f e r e n t i a l p a i r , b u t w i t h
n o c o n s t a n t c u r r e n t d e v i c e i n t h e t a i l i t i s n o t s u c h a p a i r . T h e o u t p u t s w i n g f r o m a c a t h o d e
c o u p l e d p h a s e - s p l i t t e r i s o f c o u r s e a l s o l i m i t e d b y t h e s u p p l y v o l t a g e . B u t e v e n w h e n w e w a s t e
6 0 - 9 0 V o l t s o v e r R 3 , w e h a v e s t i l l g o t 3 1 0 - 3 4 0 V o l t s t o p r o d u c e e a c h o f t h e o u t p u t s i g n a l s . I t
m e a n s t h a t c a r e f u l l y d e s i g n e d c a t h o d e c o u p l e d p h a s e - s p l i t t e r i s a b l e t o d r i v e a p a i r o f E L 3 4 s .
B o t h o f t h e s e p h a s e - s p l i t t e r s h a v e a n e l e v a t e d p o t e n t i a l a t t h e i n p u t g r i d , w h i c h m a k e s i t
p o s s i b l e t o m a k e a d i r e c t c o u p l i n g b e t w e e n t h e i n p u t s t a g e a n d t h e s p l i t t e r .
B y t h i s w e a p p r o a c h a n o t h e r i m p o r t a n t m a t t e r . W h e n t h e s i g n a l p a s s e s f r o m o n e s t a g e w i t h a n
o u t p u t r e s i s t a n c e g r e a t e r t h a n z e r o t o t h e n e x t s t a g e w i t h a n i n p u t c a p a c i t a n c e g r e a t e r t h a n z e r o ,
t h i s R C c o m b i n a t i o n f o r m s a l o w - p a s s f i l t e r w i t h a c u t - o f f f r e q u e n c y , a b o v e w h i c h t h e s i g n a l
w i l l d e c r e a s e b y 6 d B p e r o c t a v e . O f c o u r s e w e w a n t t h e s e u n a v o i d a b l e f i l t e r s o u t s i d e t h e a u d i o
b a n d , b u t w e m u s t r e a l i s e t h a t a f i l t e r n o t o n l y a f f e c t s a m p l i t u d e o f t h e s i g n a l . I t i n t r o d u c e s a
p h a s e s h i f t t o o .
T h i s p h a s e s h i f t i s n o t c o n s t a n t . I t i n c r e a s e s w i t h f r e q u e n c y f r o m 0 0 t h r o u g h 4 5 0 a t t h e c u t - o f f
f r e q u e n c y a n d a p p r o a c h e s a m a x i m u m o f 9 0 0 a t 1 0 t i m e s t h e c u t - o f f f r e q u e n c y , b u t e v e n a n
o c t a v e b e l o w t h e c u t - o f f , t h e p h a s e s h i f t i s a l m o s t 3 0 0 .
I t i s o b v i o u s t h a t a n a m p l i f i e r w i t h m a n y s t a g e s c a n s h o w c o n s i d e r a b l e f r e q u e n c y - d e p e n d e n t
p h a s e s h i f t , m a k i n g g l o b a l N F B v e r y d i f f i c u l t , a n d t h i s m a y p e r h a p s a c c o u n t f o r t h e s o m e t i m e s
b a d r e p u t a t i o n o f t h i s t y p e o f f e e d b a c k . I f w e l o o k a t t h e m o s t c l a s s i c o f a l l a m p l i f i e r s , t h e
W i l l i a m s o n s e e a p p e n d i x w e s e e a f o u r s t a g e a m p l i f i e r w i t h d r i v e r s , f o l l o w i n g s c h e m e 2 . T o
k e e p t h i s a m p l i f i e r s t a b l e , W i l l i a m s o n h a d t o s p e c i f y h i s o u t p u t t r a n s f o r m e r t o m e e t e x t r e m e l y
s t r i n g e n t d e m a n d s ( t h e t r a n s f o r m e r i n t r o d u c e s p h a s e s h i f t s a s w e l l ) a n d e v e n s o , h i s a m p l i f i e r
w a s o n l y j u s t s t a b l e . I f y o u p l a n t o b u i l d a W i l l i a m s o n - l i k e a m p l i f i e r w i t h 2 E C C 8 2 s ( t h e m o r e
m o d e r n d e s c e n d e n t o f t h e 6 S N 7 ) a n d 2 E L 3 4 s c o u p l e d a s t r i o d e s a n d s o m e o u t p u t t r a n s f o r m e r ,
s c r a p e d f r o m a n a m p l i f i e r o f t h e b r a n d P r i n c e V a l l i a n t o r t h e l i k e , y o u w i l l f a c e s e v e r e s t a b i l i t y
p r o b l e m s . Y o u w i l l h a v e t o d e s i g n c o m p e n s a t i o n n e t w o r k s t h a t e n a b l e y o u t o c o n t r o l p h a s e a n d
a m p l i t u d e i n d e p e n d e n t l y . T h i s i s n o s i m p l e j o b a n d t o b e h o n e s t , t h e c h a n c e s t h a t y o u w i l l s u c -
c e e d a r e e x t r e m e l y s m a l l ! !
I n m y o p i n i o n f o u r s t a g e a m p l i f i e r s a c c o r d i n g t o s c h e m e 2 a r e n o t f o r h o m e c o n s t r u c t o r s , a n d
t h i s l i m i t s a c c e s s i b l e p r o j e c t s t o a m p l i f i e r s u p t o a b o u t 3 5 W . I f y o u n e e d m o r e w a t t s , p a r a l l e l
o u t p u t v a l v e s i s t h e b e t t e r s o l u t i o n .
8
I a d m i t t h a t p a r a l l e l i n g o f o u t p u t v a l v e s a l s o m a k e s d e m a n d s o n t h e p h a s e - s p l i t t e r m o r e s t r i n -
g e n t , b u t o n l y t o l o a d c a p a b i l i t y , n o t t o v o l t a g e s w i n g , a n d t h e s e p r o b l e m s c a n b e h a n d l e d .
F r o m t h e p h a s e - s p l i t t e r ( o r t h e d r i v e r ) t h e s i g n a l i s p a s s e d o n t o t h e o u t p u t s t a g e c o n s i s t i n g o f
t w o p o w e r v a l v e s a s s h o w n b e l o w . T o s e p a r a t e t h e a n o d e v o l t a g e o f t h e p h a s e - s p l i t t e r f r o m t h e
g r i d p o t e n t i a l o f t h e o u t p u t v a l v e s , t h e s i g n a l p a s s e s t h r o u g h b l o c k i n g c a p a c i t o r s , w h i c h i n c o n -
j u n c t i o n w i t h t h e g r i d r e s i s t o r s o f t h e o u t p u t v a l v e s f o r m s a h i g h p a s s f i l t e r . B u t w e a r e f r e e t o
c h o o s e c a p a c i t o r s o f s u f f i c i e n t v a l u e t o k e e p c u t o f f f r e q u e n c y a s l o w a s w e w a n t a n d p h a s e
s h i f t s i n t h e a u d i o b a n d c a n b e k e p t v e r y s m a l l .
T h e f a c t t h a t y o u d o n o t s e e a r e s i s t o r a n d a c o n d e n s e r i n t h e t r a n s i t i o n p a t h b e t w e e n s t a g e s
d o e s n o t n e c e s s a r i l y m e a n t h a t t h e y a r e n o t t h e r e . T h e o f t e n m a i n t a i n e d c l a i m t h a t n o p h a s e s h i f t
c a n o c c u r w h e n s t a g e s a r e d i r e c t c o u p l e d i s o n l y t r u e a t l o w f r e q u e n c i e s , n o t a t h i g h .
F i g . A
F i g . B
A s u i t a b l e w o r k i n g p o i n t i s a s a l w a y s a c h i e v e d b y n e g a t i v e b i a s o n t h e c o n t r o l g r i d s . A m a k e s
u s e o f c a t h o d e r e s i s t o r s , w h e r e a s B u s e s a n a d d i t i o n a l n e g a t i v e s u p p l y . B o t h w a y s s h o w s p r o s
a n d c o n s .
I t i s i m p o r t a n t t h a t t h e s t a n d i n g D C c u r r e n t s i n t h e t w o h a l v e s o f t h e p r i m a r y o f t h e o u t p u t
t r a n s f o r m e r a r e e q u a l , o t h e r w i s e t h e c o r e w i l l b e p e r m a n e n t l y m a g n e t i z e d , d e t e r i o r a t i n g t h e
t r a n s f e r p r o p e r t i e s . W h e n c a t h o d e b i a s i s e m p l o y e d , t h e s t a g e i s t o a g r e a t e x t e n t s e l f - b a l a n c i n g .
T w o v a l v e s a r e n e v e r c o m p l e t e l y m a t c h e d , a n d t h e y w i l l n e v e r a g e i n e x a c t l y t h e s a m e w a y , b u t
i f t h e c u r r e n t f o r s o m e r e a s o n i s g r e a t e r i n o n e v a l v e t h a n i n t h e o t h e r , t h i s g r e a t e r c u r r e n t w i l l
c a u s e a g r e a t e r n e g a t i v e b i a s , f o r c i n g c u r r e n t d o w n a g a i n . B u t t h e r e a r e t w o i m p o r t a n t c o n s .
F i r s t l y , w e a r e w a s t i n g 3 0 V o l t s ( i f t h e v a l v e s a r e E L 3 4 s ) o f t h e s u p p l y v o l t a g e , d i m i n i s h i n g t h e
a v a i l a b l e p o w e r a n d s e c o n d l y , t h e f u l l s i g n a l c u r r e n t m u s t p a s s t h r o u g h t h e b y p a s s i n g e l e c t r o l y -
t i c c o n d e n s e r s , a n d s u c h c o n d e n s e r s a r e f a r f r o m i d e a l a n d s h o u l d b e a v o i d e d w h e r e v e r p o s s i b l e .
9
A n o t h e r c o n i s t h a t w e a r e l i m i t e d i n o u r c h o i c e o f w o r k i n g p o i n t , b e c a u s e c a t h o d e d e r i v e d
b i a s c a n o n l y b e u s e d w h e n t h e c u r r e n t t h r o u g h t h e v a l v e s i s i n d e p e n d e n t o r n e a r l y i n d e p e n d e n t
o f s i g n a l l e v e l . I f n o t , t h e w o r k i n g p o i n t m o v e s u p a n d d o w n a s c u r r e n t c h a n g e s .
B d o e s n o t s u f f e r f r o m t h e s e s h o r t c o m i n g s a n d w e c a n c h o o s e t h e w o r k i n g p o i n t e x a c t l y a s
w e w a n t , b u t t h e r e i s n o s e l f - b a l a n c i n g , s o D C b a l a n c e h a s t o b e s e t a n d c h e c k e d f r o m t i m e t o
t i m e . A s w e s h a l l s e , t h i s i s a n e a s y t a s k t o p e r f o r m .
I n a n a u d i o a m p l i f i e r t h e o u t p u t s t a g e i s b i a s e d t o w o r k i n e i t h e r C l a s s A o r C l a s s B o r
s o m e w h e r e i n - b e t w e e n . L e t u s l o o k i n t o w h a t t h e s e m y s t i c a l t e r m s r e a l l y m e a n s .
T h e s i g n a l s f r o m t h e p h a s e - s p l i t t e r a r e 1 8 0 0 o u t o f p h a s e . T h a t m e a n s t h a t w h e n t h e g r i d
v o l t a g e i n t h e u p p e r v a l v e m o v e s i n p o s i t i v e d i r e c t i o n , t h e g r i d i n t h e l o w e r v a l v e b e c o m e s m o r e
n e g a t i v e a n d v i c e v e r s a . T h e c u r r e n t i n c r e a s e s i n o n e v a l v e , w h i l e i t d e c r e a s e s i n t h e o t h e r . O n e
v a l v e i s p u s h i n g w h i l e t h e o t h e r i s p u l l i n g . T h i s i s w h y t h i s t y p e o f o u t p u t s t a g e i s c a l l e d a
p u s h - p u l l s t a g e .
I n C l a s s A , t h e s t a n d i n g c u r r e n t i s s e t s o t h a t i n t h e v a l v e w i t h d e c r e a s i n g c u r r e n t , t h e c u r r e n t
w i l l , e v e n a t f u l l o u t p u t , n e v e r g o d o w n t o z e r o . A n i n c r e a s e i n o n e v a l v e c o r r e s p o n d s t o e x a c t l y
t h e s a m e d e c r e a s e i n t h e o t h e r . W e s h o u l d e x p e c t n o r i s e i n t h e t o t a l c u r r e n t i f t h e I a / V g c u r v e s a r e
s t r a i g h t l i n e s . T h i s i s n o t t h e c a s e a t l o w I a l e v e l s , w h e r e t h e l i n e b e c o m e s c u r v e d . S o w e w i l l s e e
a s m a l l i n c r e a s e i n t h e t o t a l c u r r e n t , m a y b e 1 0 - 1 5 % , w h e n o u t p u t p o w e r g o e s f r o m z e r o t o
m a x i m u m .
I n c l a s s B n o o r n e g l i g i b l e c u r r e n t f l o w s w h e n n o s i g n a l i s p r e s e n t a n d o n l y t h e v a l v e r e c e i -
v i n g t h e p o s i t i v e p a r t o f t h e s i g n a l c o n d u c t s . T h e a n o d e c u r r e n t o f t h e e n t i r e s t a g e r i s e s f r o m
a l m o s t z e r o t o m a x i m u m a l o n g w i t h i n c r e a s i n g s i g n a l .
T h e m a x i m u m e f f i c i e n c y i . e . t h e p o w e r t r a n s f e r r e d t o t h e l o a d i n r e l a t i o n t o t h e t o t a l p o w e r
d i s s i p a t i o n i s f o r C l a s s A 5 0 % , f o r C l a s s B 7 8 % ( f o r a s i n e w a w e ) .
I t i s o b v i o u s t h a t C l a s s B w i l l s h o w d i s t o r t i o n i n t h e z e r o c r o s s i n g p a r t o f t h e s i g n a l , w h e r e
o n e v a l v e s t o p s t o c o n d u c t a n d t h e o t h e r t a k e s o v e r , a n d w h e r e t h e I a / V g l i n e s a r e c u r v e d . T h i s i s
t h e r e a s o n f o r a m p l i f i e r f r e a k s t o c l a i m t h a t a n a m p l i f i e r c a n o n l y b e p e r f e c t w h e n i t i s w o r k i n g
i n C l a s s A . W i t h g o o d r e a s o n t h e y b a s e t h e i r j u d g e m e n t o n t h e f a c t t h a t m a n y e a r l y s o l i d s t a t e
a m p l i f i e r s , w o r k i n g i n a l m o s t C l a s s B , s u f f e r e d f r o m s e v e r e c r o s s - o v e r d i s t o r t i o n , e s p e c i a l l y i n
t h e l o w e r a n d u p p e r e n d o f t h e a u d i o b a n d w h e r e a m p l i f i c a t i o n b e c o m e s l o w e r , a n d t h e c o r r e c -
t i n g e f f e c t o f t h e n e g a t i v e f e e d b a c k d i m i n i s h e s . A s o f t e n i n t h i s f a r f r o m p e r f e c t w o r l d , t h e t r u t h
i s t o b e f o u n d s o m e w h e r e i n - b e t w e e n . T a k e a l o o k a t t h e c u r v e s b e l o w . T h e y w e r e p u b l i s h e d b y
M u l l a r d i n t h e m i d f i f t i e s a n d s h o w d i s t o r t i o n v e r s u s o u t p u t p o w e r f o r t w o m e d i u m - s i z e d o u t p u t
v a l v e s E L 8 4 . C u r v e 1 i s a l m o s t C l a s s A a n d c u r v e 3 i s a l m o s t h a l f t h e w a y d o w n t o C l a s s B !
1 0
I n f a c t I n e v e r c a m e a c r o s s a c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e p u s h - p u l l o u t p u t a m p l i f i e r , e v e n t h e m o s t
f a m o u s a n d r e s p e c t e d , w o r k i n g e n t i r e l y i n C l a s s A .
I n t h e g o o d o l d d a y s i t w a s d i f f i c u l t t o d e s i g n a p o w e r - s u p p l y w i t h a n o u t p u t r e s i s t a n c e l o w
e n o u g h t o c o p e w i t h g r e a t f l u c t u a t i o n s o f a n o d e c u r r e n t s . F i l t e r c o n d e n s e r s o f 8 - 1 6 m F w e r e
a b o u t m a x i m u m a n d r e c t i f i e r v a l v e s h a d a c o n s i d e r a b l y i n t e r n a l r e s i s t a n c e o f t e n f u r t h e r e n l a r g e d
b y e x t e r n a l l i m i t i n g r e s i s t o r s f o r p r o t e c t i n g t h e v a l v e a g a i n s t t h e p e a k c u r r e n t i n e a c h h a l f - c y c l e
a n d t h i s w a s o f c o u r s e a g o o d r e a s o n n o t t o h a v e a n o u t p u t s t a g e w o r k i n g t o o f a r f r o m C l a s s A .
T o - d a y t h i s i s a p r o b l e m o f t h e p a s t a n d w e a r e s o l u c k y t h a t w e c a n b a s e o u r c h o i c e o f w o r k i n g
c o n d i t i o n a l o n e o n s o u n d - r e l a t e d c o n s i d e r a t i o n s a n d p e r s o n a l p r e f e r e n c e s .
I n m y o p i n i o n a g o o d c o m p r o m i s e i s a w o r k i n g p o i n t , w h e r e t h e p o w e r d i s s i p a t e d i n t h e
v a l v e s u n d e r n o s i g n a l c o n d i t i o n s i s 5 0 % - 8 0 % o f t h e m a x i m u m p e r m i s s i b l e . T h e o u t p u t s t a g e
w i l l t h e n w o r k i n C l a s s A u p t o m o r e t h a n h a l f t h e r a t e d p o w e r a n d t h e l o w e r d i s s i p a t i o n w i l l p a y
o f f i n p r o l o n g e d l i f e o f t h e v a l v e s a n d r e a d j u s t m e n t s o f b a l a n c e h a s o n l y t o b e p e r f o r m e d a t l o n g
i n t e r v a l s .
R e m e m b e r t h a t i n t h e c r o s s - o v e r p o i n t t h e p o w e r i s z e r o , n o m a t t e r h o w h a r d t h e a m p l i f i e r i s
d r i v e n , s o s p e a k i n g o f r i s k o f c r o s s - o v e r d i s t o r t i o n a t c u r r e n t l e v e l s l i k e t h e o n e s u g g e s t e d i s
n o n s e n s e .
W h e n y o u l o o k a t t h e d i a g r a m s A a n d B a g a i n , y o u w i l l s e e t h a t t h e s c r e e n g r i d s a r e c o n -
n e c t e d t o t a p s o n t h e p r i m a r y . T h i s w a y o f c o n n e c t i n g t h e s c r e e n g r i d s i s c a l l e d u l t r a l i n e a r a n d
t h e v a l v e s a r e s a i d t o b e u n d e r c o n d i t i o n s o f d i s t r i b u t e d l o a d . T h i s d e s e r v e s s o m e e x p l a n a t i o n .
1 1
O u t p u t p e n t o d e s a r e i n t e n d e d t o h a v e t h e i r s c r e e n g r i d s c o n n e c t e d d i r e c t l y t o t h e p o w e r s u p -
p l y , s o m e t i m e s t h r o u g h a r e s i s t o r 1 0 0 - 1 0 0 0 W . T h e i r o u t p u t p o w e r i s m a x i m u m a n d s o i s d i s t o r t -
i o n . T h e y c a n a l s o h a v e t h e s c r e e n g r i d s s t r a p p e d t o t h e a n o d e s , t h e s o - c a l l e d t r i o d e c o n n e c t i o n .
T h e p o w e r t h a t c a n b e a c h i e v e d g o e s d o w n b y 5 0 - 6 0 % , b u t d i s t o r t i o n i s r e d u c e d d r a m a t i c a l l y .
W h e n s c r e e n g r i d s a r e c o n n e c t e d t o t a p s a s s h o w n , d i s t o r t i o n g o e s d o w n , a l m o s t t o t r i o d e l e v e l
a n d t h e l o s s o f p o w e r i s a l m o s t i n s i g n i f i c a n t . T h e t a p i s n o r m a l l y 2 0 % - 5 0 % f r o m t h e c e n t r e .
T h e L u n d a h l t r a n s f o r m e r s L L 1 6 6 3 a n d L L 1 6 3 9 w h i c h I a m g o i n g t o u s e i n a p r a c t i c a l
c i r c u i t d e s c r i b e d l a t e r , a r e w o u n d i n a w a y t h a t p e r m i t s t h e t a p t o b e p l a c e d a t 3 3 % f o r n o r m a l
u l t r a l i n e a r c o n n e c t i o n o r a t 6 7 % f o r a n a l m o s t t r i o d e c o n n e c t i o n . P e n t o d e a n d f u l l t r i o d e c o n -
n e c t i o n i s a l w a y s p o s s i b l e .
T h e p e r f o r m a n c e c u r v e s o f t w o E L 3 4 s i n u l t r a l i n e a r c o n n e c t i o n i s s h o w n b e l o w ( M u l l a r d ) .
1 2
A s c a n b e s e e n , t h e i d e a l a n o d e t o a n o d e r e s i s t a n c e i s a b o u t 6 . 5 K W . W e s h o u l d r e m e m b e r t h a t
t h i s r e s i s t a n c e i s a c o m p l e x l o a d , a n i m p e d a n c e . D i s t o r t i o n i s c l o s e t o i t s m i n i m u m a n d o u t p u t
p o w e r i s m a x i m u m . T h e n e c e s s a r y A C v o l t a g e t o t h e c o n t r o l g r i d s i s m i n i m u m t o o .
T h e L u n d a h l t r a n s f o r m e r s h a v e a n a n o d e t o a n o d e r e s i s t a n c e o f 5 K W o n l y , b u t t h i s i s t h e o n l y
t h i n g I c a n b l a m e t h e m f o r . I n a l l o t h e r r e s p e c t s t h e y a r e a s p e r f e c t a s t r a n s f o r m e r s c a n b e , a n d I
c a n h o n e s t l y s a y t h a t I n e v e r s a w ( o r h e a r d ! ) b e t t e r t r a n s f o r m e r s .
I t i s a l w a y s d i f f i c u l t t o b u i l d a h i g h q u a l i t y t r a n s f o r m e r w i t h a h i g h p r i m a r y t o s e c o n d a r y
r a t i o , s o m a y b e w h a t w e l o o s e b y u s i n g a t r a n s f o r m e r w i t h a s l i g h t l y l o w a n o d e t o a n o d e r e s i -
s t a n c e i s g a i n e d a g a i n t h r o u g h t h e s o m e w h a t l o w e r t u r n s r a t i o .
L e t m e c o n c l u d e t h i s c h a p t e r , w h i c h I h o p e i n s p i t e o f i t s h i g h i n f o r m a t i o n d e n s i t y , n o t h a s
b e e n t o o b o r i n g f o r y o u , b y d r a w i n g y o u r a t t e n t i o n t o t h e t w o r e s i s t o r s R p i n t h e d i a g r a m s A a n d
B . I n d u c t a n c e s a n d c a p a c i t a n c e s i n t h e l e a d s t o t h e e l e c t r o d e s i n t h e v a l v e s c a n s o m e t i m e s f o r m
r e s o n a n t c i r c u i t s a n d a m p l i f i c a t i o n c a n t h e r e f o r e c a u s e p a r a s i t i c o s c i l l a t i o n s . T h e r e s i s t o r s R p ,
o f t e n r e f e r r e d t o a s g r i d s t o p p e r s , a r e m e a n t t o l o w e r Q i n r e s o n a n t c i r c u i t s o f t h i s t y p e s o o s c i l -
l a t i o n s c a n n o t o c c u r . T h e y m u s t b e m o u n t e d d i r e c t l y t o t h e v a l v e s o c k e t s w i t h s h o r t l e a d s t o
e n s u r e t h a t t h e y p e r f o r m t h e i r j o b .
1 3
3 . A P R A C T I C A L C I R C U I T
N o w , l e t u s t u r n t o a r e a l a m p l i f i e r . I n t h e m i d - f i f t i e s , M u l l a r d i n E n g l a n d p u b l i s h e d t w o a m p l i -
f i e r c o n s t r u c t i o n s , t h e 5 - 1 0 a n d t h e 5 - 2 0 , n a m e d s o b e c a u s e t h e y h a d 5 v a l v e s a n d w e r e a b l e t o
p r o d u c e 1 0 W a n d 2 0 W r e s p e c t i v e l y . T h e d i a g r a m s a r e s h o w n o n t h e n e x t t w o p a g e s . A s c a n b e
s e e n , t h e y a r e n e a r l y i d e n t i c a l , t h e m a i n d i f f e r e n c e s b e i n g t h e o u t p u t v a l v e s a n d t h e a n o d e v o l t -
a g e .
T h e 5 - 2 0 w a s p u b l i s h e d i n o r d e r t o p r o m o t e t h e n e w o u t p u t p e n t o d e E L 3 4 . I n t h e s e d a y s
a u d i o a m a t e u r s a n d h o m e c o n s t r u c t o r s w e r e a n e c o n o m i c a l f a c t o r o f s o m e i m p o r t a n c e !
T h e a m p l i f i e r s w e r e b u i l t b y c o u n t l e s s e n t h u s i a s t s b e c a u s e o f t h e i r s i m p l i c i t y a n d r e l i a b i l i t y ,
a n d m a n y m a n u f a c t u r e r s m a d e t r a n s f o r m e r s f o r t h e m .
A l t h o u g h p u b l i s h e d b y M u l l a r d , t h e a m p l i f i e r s c a n n o t b e s a i d t o b e M u l l a r d i n v e n t i o n s . T h e -
r e w a s a b r o a d c o n s e n s u s t h a t m e d i u m p o w e r a m p l i f i e r s ( u p t o 2 5 - 3 5 W ) w e r e m a d e t h i s w a y ,
a n d m a n y c o m m e r c i a l a m p l i f i e r s f r o m t h i s p e r i o d w e r e v e r y s i m i l a r . L e a k , R a d f o r d a n d M a r a n t z
a m o n g s t o t h e r s u s e d t h i s s c h e m e a n d a s a n e x a m p l e y o u w i l l f i n d t h e d i a g r a m o f t h e h i g h l y
r e s p e c t e d M a r a n t z 8 B i n t h e a p p e n d i x . W h a t M u l l a r d r e a l l y d i d , w a s t o d e s c r i b e t h e w a y o f
w o r k i n g , a n d t o g i v e c o n s t r u c t i o n d e t a i l s c o m p r e h e n s i b l e t o t h e s e r i o u s a m a t e u r a n d t h e y d i d
s o w i t h g r e a t s u c c e s s .
W e w i l l n o w t a k e a c l o s e r l o o k a t t h e 5 - 2 0 a n d t r y t o f i n d i t s w e a k p o i n t s a n d s e e i f w e c a n ,
w i t h s m a l l m o d i f i c a t i o n s , b a s e d o n o u r k n o w l e d g e t o d a y a n d m o d e r n c o m p o n e n t s , i m p r o v e t h i s
a m p l i f i e r a n d a d a p t i t t o t h e n e e d s o f t o d a y .
T h e q u e s t i o n s w e m u s t f i n d a n s w e r s t o a r e
1 . I s t h e c o m b i n e d p h a s e - s p l i t t e r / d r i v e r c a p a b l e o f d r i v i n g t h e o u t p u t s t a g e ?
2 . I s t h e p r e - s t a g e c a p a b l e o f d r i v i n g t h e p h a s e - s p l i t t e r ?
3 . I s a u t o m a t i c g r i d b i a s t h e r i g h t w a y t o d e f i n e t h e w o r k i n g p o i n t o f o u r o u t p u t s t a g e ?
4 . I s t h e s e n s i t i v i t y s u i t a b l e f o r u s t o d a y ?
5 . I s t h e a m o u n t o f f e e d b a c k r i g h t ?
T h e q u e s t i o n s a r e i n t e r l i n k e d a n d s o m y a n s w e r s w i l l b e .
T h e s e n s i t i v i t y i s h i g h . W i t h t h e 3 0 d B o f n e g a t i v e f e e d b a c k , p r e s c r i b e d b y M u l l a r d , 2 0 0 m V
i n w i l l p r o d u c e f u l l o u t p u t . I n m y o p i n i o n 3 0 d B o f f e e d b a c k i s t o o m u c h a n d w i t h t h e L u n d a h l
t r a n s f o r m e r n o t n e c e s s a r y , a n d i t c o u l d e v e n b e m a l i g n . I f w e d e c r e a s e f e e d b a c k t o 2 0 d B , w e
h a v e s t i l l a s s u r e d l o w d i s t o r t i o n a n d l o w o u t p u t r e s i s t a n c e , b u t t h i s w i l l i n c r e a s e s e n s i t i v i t y t o
a b o u t 7 0 m V f o r m a x i m u m o u t p u t . A h i g h e r s e n s i t i v i t y t h a n n e e d e d i s n o t d e s i r a b l e , a s i t w o r s e n s
t h e n o i s e f i g u r e s i n t h e a m p l i f i e r .
T h e 1 s t v a l v e i s t h e l o w - n o i s e s m a l l - s i g n a l p e n t o d e E F 8 6 . L o w n o i s e i s h e r e t o b e u n d e r s t o o d
a s l o w b y p e n t o d e s t a n d a r d s . P e n t o d e s a r e a l w a y s n o i s i e r t h a n t r i o d e s , b e c a u s e o f t h e p a r t i t i o n
b e t w e e n s c r e e n g r i d a n d a n o d e o f t h e e l e c t r o n s e m i t t e d f r o m t h e c a t h o d e . W e d o n o t n e e d t h e
h i g h a m p l i f i c a t i o n o f t h e p e n t o d e , s o w h a t h a p p e n s i f t h e 1 s t v a l v e i s c o n n e c t e d a s a t r i o d e , i . e .
1 4
T h e 5 - 1 0
1 5
T h e 5 - 2 0
1 6
t h e s c r e e n g r i d c o n n e c t e d d i r e c t l y t o t h e a n o d e ? F i r s t l y , a m p l i f i c a t i o n g o e s d o w n b y a f a c t o r 4
f r o m a b o u t 1 0 0 t o a b o u t 2 5 . S e c o n d l y , n o i s e g o e s d o w n b y a f a c t o r 8 - 1 0 , a n d t h e r e a r e n o n e g a -
t i v e s i d e e f f e c t s ! M u l l a r d d i d n o t m e n t i o n t h i s p o s s i b i l i t y , b e c a u s e i n t h e f i f t i e s , p r e a m p l i f i e r s
w e r e n o r m a l l y v e r y p o o r , a n d p a s s i v e t o n e c o r r e c t i o n c i r c u i t s w i t h a h i g h a t t e n u a t i o n w e r e o f t e n
u s e d i n f r o n t o f t h e o u t p u t a m p l i f i e r . T a k e a l o o k a t t h e 5 - 1 0 ! W h e n E F 8 6 i s t r i o d e c o n n e c t e d a n d
2 0 d B o f n e g a t i v e f e e d b a c k i s u s e d , t h e s e n s i t i v i t y w i l l b e a b o u t 3 5 0 m V f o r f u l l o u t p u t a n d t h i s i s
s t i l l t o o h i g h .
C o u l d w e i n s o m e w a y g a i n f r o m l o w e r i n g t h e a m p l i f i c a t i o n i n t h e f i r s t s t a g e f u r t h e r ? T h i s
b r i n g s u s t o o n e o f t h e o t h e r q u e s t i o n s . I s t h e p r e s t a g e c a p a b l e o f d r i v i n g t h e p h a s e - s p l i t t e r
p r o p e r l y ?
T h e a m p l i f i c a t i o n i n t h e p h a s e - s p l i t t e r i s a b o u t 2 5 , w h i c h m e a n s t h a t i n p u t c a p a c i t a n c e o f t h e
s t a g e , d u e t o t h e M i l l e r e f f e c t , i s a b o u t 4 0 p F . T h e o u t p u t r e s i s t a n c e o f a p r e s t a g e w h e r e f e e d b a c k
i s i n j e c t e d , i s a l w a y s c l o s e t o t h e a n o d e l o a d r e s i s t o r , i n t h i s c a s e 1 0 0 K W . T h e 4 0 p F o f i n p u t
c a p a c i t a n c e o f t h e n e x t s t a g e w i l l l o a d t h e p r e c e d i n g s t a g e m o r e a n d m o r e h e a v y a s f r e q u e n c y
i n c r e a s e s a n d t h e c o n s e q u e n c e i s i n c r e a s i n g d i s t o r t i o n .
F u r t h e r m o r e , t h e o u t p u t r e s i s t a n c e i n c o n j u n c t i o n w i t h t h e i n p u t c a p a c i t a n c e f o r m s a h i g h
f r e q u e n c y c u t - o f f , s t a r t i n g j u s t o u t s i d e t h e a u d i o b a n d . T h i s i s t o s o m e e x t e n t c o m p e n s a t e d b y
t h e R C - n e t w o r k a c r o s s t h e a n o d e l o a d r e s i s t o r . T h e i n c r e a s i n g d i s t o r t i o n w h e n f r e q u e n c y i n c r e -
a s e s i s h o w e v e r , n o t c o m p e n s a t e d .
I f w e l o o k a t t h e M a r a n t z 8 B i n t h e a p p e n d i x , w e f i n d n o c o m p e n s a t i o n n e t w o r k a c r o s s t h e
a n o d e l o a d r e s i s t o r o f t h e t r i o d e c o n n e c t e d E F 8 6 . T h e e x p l a n a t i o n i s t h a t t h e a m p l i f i c a t i o n i n t h e
M a r a n t z p h a s e - s p l i t t e r i s m u c h l o w e r t h a n i n t h e M u l l a r d d e s i g n a n d i n p u t c a p a c i t a n c e i s t h e r e -
f o r e l o w t o o .
T h e r e a r e t w o w a y s o f l o w e r i n g t h e g a i n o f t h e 1 s t s t a g e o p e n t o u s , a n d w e w i l l u s e b o t h o f
t h e m . W e w i l l r e d u c e t h e a n o d e l o a d r e s i s t o r f r o m 1 0 0 K W t o 4 7 K W a n d w e w i l l n o t b y p a s s t h e
c a t h o d e r e s i s t o r a n y m o r e . Y o u m i g h t a r g u e , t h a t n o t b y p a s s i n g t h e c a t h o d e r e s i s t o r i n c r e a s e s
o u t p u t r e s i s t a n c e , b u t t h e i n j e c t i o n o f n e g a t i v e f e e d b a c k h a s a l r e a d y i n c r e a s e d i t t o i t s n e a r
m a x i m u m c l o s e t o t h e v a l u e o f t h e a n o d e l o a d .
T h e s e m o d i f i c a t i o n s m a k e t h e d i s t o r t i o n o f t h e 1 s t s t a g e l e s s l o a d d e p e n d e n t a n d p u s h e s t h e
h i g h f r e q u e n c y c u t - o f f u p b y o n e o c t a v e , a n d i t m a k e s t h e R C n e t w o r k a c r o s s t h e a n o d e l o a d
u n n e c e s s a r y . S e n s i t i v i t y g o e s d o w n t o 5 0 0 m V f o r f u l l o u t p u t a n d t h i s i s , I t h i n k , a f i n e v a l u e f o r
t o d a y s n e e d s .
F u r t h e r m o r e w e g e t r i d o f a d u b i o u s c o m p e n s a t i o n n e t w o r k a n d w e h a v e a v o i d e d a n e l e c t r o -
l y t i c c o n d e n s e r i n t h e s i g n a l p a t h .
W e m u s t r e c a l c u l a t e t h e f i l t e r r e s i s t o r i n t h e p o w e r s u p p l y a n d t h e c a t h o d e r e s i s t o r , s o t h e
s u p p l y v o l t a g e o f 1 7 0 V a n d t h e a n o d e v o l t a g e o f 8 5 - 9 0 V a r e k e p t . T h i s i s a b s o l u t e l y e s s e n t i a l ,
b e c a u s e o f t h e d i r e c t c o u p l i n g b e t w e e n t w o s t a g e s . A n y c h a n g e i n a n o d e v o l t a g e o n t h e 1 s t v a l v e
w i l l c h a n g e t h e c a r e f u l l y c h o s e n w o r k i n g p o i n t o f t h e n e x t s t a g e .
1 7
T h e d r i v i n g r e q u i r e m e n t s o f t h e o u t p u t v a l v e s a r e 2 4 V r m s t o t h e g r i d s f o r f u l l o u t p u t , w h e n
t h e v a l v e s a r e r u n w i t h a f i x e d b i a s o f ¸ 3 8 V a p p r o x . a n d t h i s c a n b e c o n s i d e r e d w o r s t c a s e . I
h a v e c h o s e n f i x e d b i a s i n s t e a d o f t h e a u t o m a t i c b i a s b y M u l l a r d f o r t w o r e a s o n s . F i r s t , I w a n t t o
b e t o t a l l y f r e e t o c h o o s e t h e c l a s s o f w o r k i n g , a n d s e c o n d , I d o n o t w a n t a n y e l e c t r o l y t i c c o n d e n -
s e r s i n t h e s i g n a l p a t h .
T h e n e g a t i v e g r i d b i a s w i l l , d e p e n d i n g o n c l a s s , b e b e t w e e n ¸ 3 0 a n d ¸ 4 0 V . T h e i n p u t s i g n a l
c a n n e v e r e x c e e d t h e b i a s v o l t a g e ¸ 1 - 2 V . I f i t d o e s , g r i d c u r r e n t w i l l b e g i n t o f l o w i n t h e o u t p u t
v a l v e s , l o w e r i n g t h e i r i n p u t r e s i s t a n c e d r a m a t i c a l l y , a n d b y s o d o i n g , m a k i n g i n t o l e r a b l e d e m -
a n d s o n a n y d r i v e r .
O u r p h a s e - s p l i t t e r c a n p r o d u c e 4 0 V r m s o r 5 6 V p e a k b e f o r e c l i p p i n g o v e r t h e l o a d 3 9 0 K W i n
p a r a l l e l w i t h 2 5 p F p r e s e n t e d b y t h e o u t p u t v a l v e s . S o e v e n i f t h e o v e r l o a d c a p a b i l i t y o f t h e
p h a s e - s p l i t t e r i s m o d e r a t e , i t i s c o m p l e t e l y c a p a b l e o f d r i v i n g t h e o u t p u t s t a g e , a n d a s m e a s u r e -
m e n t s w i l l s h o w l a t e r , t h e d e m a n d s t o t h e p h a s e - s p l i t t e r d o n o t b e c o m e s i g n i f i c a n t l y m o r e s t r i n -
g e n t i n t h e h i g h a n d l o w e n d s o f t h e a u d i o b a n d d u e t o a n a l m o s t p e r f e c t t r a n s f o r m e r .
Y o u m i g h t a s k , w h y I d o n o t i n j e c t f e e d b a c k d i r e c t l y t o t h e c a t h o d e . T h e a n s w e r i s , t h a t t h e
f e e d b a c k r e s i s t o r i s p a r t o f t h e c a t h o d e t o g r o u n d p a t h o f t h e 1 s t s t a g e a n d i f y o u w a n t t o e x p e r i -
m e n t w i t h t h e a m o u n t o f f e e d b a c k , y o u w o u l d h a v e t o c h a n g e b o t h f e e d b a c k a n d c a t h o d e r e s i -
s t o r i n o r d e r t o k e e p D C c o n d i t i o n s c o n s t a n t . N o w a s f e e d b a c k i s i n s e r t e d o v e r t h e 1 0 0 W b o t t o m
r e s i s t o r , t h e f e e d b a c k r e s i s t o r h a s a n e g l i g i b l e i n f l u e n c e o n t h e c a t h o d e t o g r o u n d r e s i s t a n c e . Y o u
c o u l d e v e n m a k e f e e d b a c k c o n t i n u o u s l y v a r i a b l e , b y c h a n g i n g t h e 1 0 0 W r e s i s t o r t o a 1 0 0 W
p o t e n t i o m e t e r a n d i n j e c t f e e d b a c k t o t h e w i p e r . W i t h t h e f e e d b a c k r e s i s t o r s h o w n , f e e d b a c k w i l l
b e v a r i a b l e f r o m 0 t o 2 0 d B .
I n t h e o r i g i n a l d i a g r a m , n o t h i n g w a s d o n e t o e n s u r e l o w i n t e r n a l r e s i s t a n c e a t h i g h f r e q u e n c i -
e s o f t h e p o w e r s u p p l y , n e i t h e r f o r t h e o u t p u t s t a g e , n o r f o r t h e t w o f i r s t s t a g e s . I h a v e f i t t e d
0 . 4 7 m F M K T c a p a c i t o r s d i r e c t l y a c r o s s t h e s t a g e s a n d H F - s t o p r e s i s t o r s a r e n o w f o u n d a t e v e r y
g r i d .
I t i s a l s o n o w p o s s i b l e t o a d j u s t b o t h D C a n d A C b a l a n c e t o g e t h e r w i t h t h e b i a s a d j u s t m e n t o f
t h e o u t p u t s t a g e . T h e t w o 1 0 W r e s i s t o r s i n t h e c a t h o d e - t o - g r o u n d p a t h o f t h e o u t p u t v a l v e s a r e
i n s e r t e d t o p r o v i d e a s i m p l e a n d s a f e w a y t o m a k e t h e s e a d j u s t m e n t s , a n d t h e t w o c a t h o d e s a n d
a c o n n e c t i o n t o g r o u n d s h o u l d b e a c c e s s i b l e o n m e a s u r i n g s o c k e t s o n t h e a m p l i f i e r c h a s s i s .
F u r t h e r i n f o r m a t i o n i s t o b e f o u n d i n t h e c h a p t e r c o n c e r n i n g a d j u s t m e n t s .
F o r a d j u s t m e n t s t o b e a c c u r a t e i t i s i m p e r a t i v e t h a t t h e t w o 1 0 W r e s i s t o r s a r e a b s o l u t e l y e q u a l
a n d a b s o l u t e l y s t a b l e . S e e c h a p t e r c o n c e r n i n g c o m p o n e n t s .
T h e p o w e r s u p p l y h a s b e e n m o d e r n i s e d t o o . T h e o r i g i n a l p o w e r s u p p l y h a d a f a i r l y h i g h
i n t e r n a l r e s i s t a n c e d u e t o t h e v a c u u m t u b e r e c t i f i e r a n d t h e v e r y s m a l l f i l t e r c o n d e n s e r ( 8 m F ) .
T o d a y w e w i l l u s e s o l i d s t a t e d i o d e s , a n d h i g h q u a l i t y , h i g h c a p a c i t y e l e c t r o l y t i c c o n d e n s e r s
a r e i n e x p e n s i v e i n v o l t a g e r a t i n g s u p t o 3 8 5 V . U n f o r t u n a t e l y w e n e e d a h i g h e r r a t i n g , b u t i f a
m a i n s t r a n s f o r m e r w i t h a m i d - p o i n t i n t h e s e c o n d a r y i s a v a i l a b l e ( s e e c h a p t e r c o n c e r n i n g c o m -
p o n e n t s ) w e c a n , a s s h o w n u s e t w o c o n d e n s e r s i n s t e a d o f o n e , e a c h o n l y c a r r y i n g h a l f t h e t o t a l
v o l t a g e . I f w e u s e h i g h c a p a c i t y e l e c t r o l y t i c s , t h e c h o k e i s u n n e c e s s a r y , a t l e a s t f o r a m o n o b l o c k .
1 8
M o r e a b o u t t h i s i n t h e c h a p t e r c o n c e r n i n g c o n s t r u c t i o n . T h e t r a n s f o r m e r m u s t h a v e a n a d d i t i o n a l
c o i l f o r g r i d b i a s , n o t p r e s e n t i n t h e o r i g i n a l d i a g r a m .
T h e r e d e s i g n e d s u p p l y w i l l s h o w a s i g n i f i c a n t l y l o w e r o u t p u t r e s i s t a n c e t h a n t h e o r i g i n a l ,
t h u s p r o v i d i n g i m p r o v e d l i n e a r i t y a n d t o t a l f r e e d o m f o r u s t o c h o o s e t h e w o r k i n g p o i n t o f t h e
o u t p u t s t a g e .
W h a t w e h a v e g o t n o w i s a m p l i f i e r w i t h o u t e l e c t r o l y t i c c o n d e n s e r s i n t h e s i g n a l p a t h a n d o n l y
c o n d e n s e r c o u p l e d b e t w e e n p h a s e - s p l i t t e r a n d o u t p u t v a l v e s .
T h e c o n d e n s e r i n t h e i n p u t i s n o t n e e d e d i f y o u a r e a b s o l u t e l y s u r e t h a t y o u r s i g n a l i s w i t h o u t
D C - o f f s e t . G r e a t c a r e h a s b e e n t a k e n t o e n s u r e H F s t a b i l i t y a n d o n l y o n e c o m p e n s a t i o n c o n d e n -
s e r i s e m p l o y e d . T h e v a l u e o f t h i s c a p a c i t o r i s f o u n d b y f e e d i n g t h e a m p l i f i e r w i t h a 1 k H z
s q u a r e w a w e a n d o b s e r v i n g t h e o u t p u t w a w e f o r m o v e r a n 8 W r e s i s t o r o n t h e o s c i l l o s c o p e . T h e
c a p a c i t o r i s a d j u s t e d s o t h a t n o o v e r s h o o t a n d n o r i n g i n g i s p r e s e n t b u t s t i l l w i t h o u t r o u n d i n g o f
t h e f r o n t e d g e .
A s m e a s u r e m e n t s s h a l l l a t e r r e v e a l o u r e f f o r t s h a v e p a i d o f f !
S h o w n h e r e i s t h e r e v i s e d d i a g r a m . T h e a m p l i f i e r c o u l d n o w b e c a l l e d T h e 4 - 3 0 !
1 9
1 0 0 K
T h e v a l u e s 1 0 K W - 1 0 0 K W i n t h e s u p p l y l i n e f o r 4 1 0 V a n d 1 6 0 V a r e v a l i d f o r m o n o b l o c k s .
2 0
4 . C o n s t r u c t i o n
I s h a l l n o t g i v e y o u a s t e p b y s t e p b u i l d i n g m a n u a l , o n l y s o m e g u i d e l i n e s . F i r s t o f a l l I m u s t
c o n f e s s , t h a t I a m n o t i n f a v o u r o f s t e r e o s t a g e s I p r e f e r m o n o b l o c k s . T h e y a r e m o r e h a n d y ,
e a s i e r t o b u i l d a n d e a s i e r t o g e t s t a b l e , a n d t h e y c a n b e p l a c e d w h e r e t h e y b e l o n g : c l o s e t o t h e
s p e a k e r s . D e m a n d s t o t h e p o w e r s u p p l y a r e a l s o l e s s s t r i n g e n t . I f y o u i n s i s t o n s t e r e o s t a g e s , i t
w o u l d b e a d v i s a b l e t o u s e f i l t e r i n g w i t h 2 c h a i n s o f 2 2 0 m F c a p a c i t o r s i n c o n j u n c t i o n w i t h a 5 -
1 0 H y c h o k e .
T h e a m p l i f i e r c a n b e b u i l t i n t h e o l d f a s h i o n e d w a y , c o m p o n e n t s b e i n g s o l d e r e d b e t w e e n
v a l v e s o c k e t s a n d t a g s t r i p s . I f y o u d o s o , y o u m u s t r e m e m b e r t o t a k e a l l g r o u n d l e a d s f o r e a c h
s t a g e t o t h e s a m e p o i n t a n d t h e n j o i n t h e s e p o i n t s w i t h a t h i c k , a t l e a s t 1 . 5 m m 2 c o p p e r w i r e g o i n g
f r o m t h e g r o u n d p o i n t o f t h e e l e c t r o l y t i c c a p a c i t o r s i n t h e p o w e r s u p p l y v i a t h e g r o u n d p o i n t o f
t h e o u t p u t v a l v e s , t h e p h a s e - s p l i t t e r , t h e p r e - s t a g e t o t h e g r o u n d p o i n t o f t h e i n p u t s o c k e t a n d
h e r e a n d o n l y h e r e s h o u l d i t b e c o n n e c t e d t o t h e c h a s s i s .
Y o u m u s t t w i s t t h e 6 . 3 V h e a t e r w i r e s c a r e f u l l y t o m i n i m i s e t h e i r e x t e r n a l m a g n e t i c f i e l d a n d
p r e s s t h e m i n t o t h e c o r n e r s o f t h e c h a s s i s a n d r e m e m b e r t o c o n n e c t t h e i r a r t i f i c i a l c e n t e r p o i n t t o
g r o u n d . Y o u s h o u l d p l a c e o u t p u t t r a n s f o r m e r a n d m a i n s t r a n s f o r m e r s o t h a t t h e i r c o i l s a r e p e r -
p e n d i c u l a r a n d s o t h a t t h e c o i l s o f t h e o n e t r a n s f o r m e r f o l l o w t h e s y m m e t r i l i n e o f t h e o t h e r s e e
d r a w i n g . P l a c e t h e i n p u t v a l v e a s f a r a s p o s s i b l e f r o m t h e m a i n s t r a n s f o r m e r . T h e o u t p u t v a l v e s
g e n e r a t e a l o t o f h e a t , s o d o n t p l a c e a n y t h i n g c l o s e t o t h e m a n d d o n t p l a c e t h e m t o o c l o s e
t o g e t h e r .
T o f a c i l i t a t e c o n s t r u c t i o n p r i n t e d c i r c u i t b o a r d s , P C B s h a v e b e e n m a d e , b o t h f o r t h e a m p l i f i e r
a n d f o r t h e p o w e r s u p p l y .
T h e a m p l i f i e r P C B c o n t a i n s e v e r y t h i n g e x c e p t :
1 . t h e o u t p u t v a l v e s ,
2 . t h e 4 , 7 K W g r i d s t o p p e r s f o r t h e o u t p u t v a l v e s a n d
3 . t h e s c r e e n g r i d r e s i s t o r s f o r t h e o u t p u t v a l v e s .
T h e s e r e s i s t o r s m u s t b e s o l d e r e d d i r e c t l y t o t h e g r i d t a g s o f t h e v a l v e s o c k e t s i n o r d e r t o p r e v e n t
H F i n s t a b i l i t y .
I f y o u c h o o s e n o t t o u s e t h e p o w e r s u p p l y P C B , t h e e l e c t r o l y t i c c o n d e n s e r s f o r a n o d e v o l t a g e
f i l t e r i n g f o r t h e f i r s t 2 s t a g e s c a n b e s o l d e r e d a b o v e t h e M K T c o n d e n s e r s o n t h e a m p l i f i e r P C B
t o o . I n t h i s c a s e c o n d e n s e r s m u s t b e 4 5 0 V t y p e s .
T h e P C B i s d o u b l e s i d e d a n d v a l v e s o c k e t s , t r i m p o t s a n d t h e h e a t e r w i r e s s h o u l d b e m o u n t e d
o n t h e u p p e r s i d e i . e . t h e s c r e e n s i d e o f t h e P C B . A l l o t h e r c o m p o n e n t s s h o u l d b e m o u n t e d o n t h e
d o w n s i d e w i t h t h e c o p p e r t r a c k s . T h i s i s u n u s u a l , b u t i t i s p r a c t i c a l b e c a u s e w h e n t h e P C B i s
m o u n t e d b e l o w a c h a s s i s p l a t e , t h e t r i m m e r s a r e e a s i l y a c c e s s i b l e t h r o u g h t h r e e h o l e s a n d h e a t e r
w i r e s a r e n o w r u n n i n g b e t w e e n t h e s c r e e n s i d e o f t h e P C B a n d t h e c h a s s i s p l a t e . T h e t w o v a l v e s
p r o t r u d e t h r o u g h t h e c h a s s i s p l a t e t h r o u g h 2 2 m m h o l e s .
I n t h i s w a y e v e r y c o m p o n e n t e x c e p t t h e t r i m m e r s a r e a c c e s s i b l e f r o m t h e b o t t o m o f t h e c h a s -
s i s , m a k i n g e x p e r i m e n t s a n d s e r v i c e e x t r e m e l y s i m p l e . T h e d i m e n s i o n s o f t h e P C B s a r e 1 0 0 x
2 0 0 m m .
2 1
5 . C O M P O N E N T S
B y f a r t h e m o s t c r i t i c a l d e v i c e i n a v a l v e a m p l i f i e r i s t h e o u t p u t t r a n s f o r m e r . N o t e v e n t h e m o s t
s o p h i s t i c a t e d c i r c u i t i n f r o n t o f t h e t r a n s f o r m e r i s a b l e t o c o m p e n s a t e a b a d c o m p o n e n t , b u t o n
t h e o t h e r h a n d a g o o d t r a n s f o r m e r i s a b l e t o p a s s t h e s u p e r i o r p e r f o r m a n c e o f w e l l - d e s i g n e d
c i r c u i t o n t o t h e s p e a k e r s y s t e m .
I h a v e c h o s e n t h e L u n d a h l L L 1 6 6 3 o r t h e L L 3 9 1 0 w h i c h h a s p r o v e n s u p e r b . L L 1 6 6 3 a n d
L L 3 9 1 0 a r e i d e n t i c a l e x c e p t f o r a n a d d i t i o n a l 5 W s e c o n d a r y f o r f e e d b a c k o n l y i n t h e L L 3 9 1 0 .
T h i s s e c o n d a r y i s n o t u s e d i n m y d e s i g n .
T h e p r i m a r y g i v e s y o u 2 o p t i o n s
1 . S u p p l y v o l t a g e c o n n e c t e d t o 1 a n d 7 , a n o d e s t o 5 a n d 1 1 a n d s c r e e n g r i d s t o 3 a n d 9 . T h i s i s
t h e n o r m a l u l t r a l i n e a r c o n n e c t i o n w i t h t a p s a t 3 3 % .
2 2
2 . S u p p l y v o l t a g e t o 5 a n d 1 1 , a n o d e s t o 1 a n d 7 a n d s c r e e n g r i d s t o 3 a n d 9 . T h i s i s a n a l m o s t
t r i o d e c o n n e c t i o n w i t h t a p s a t 6 7 % .
M y r e c o m m e n d a t i o n i s t h e n o r m a l u l t r a l i n e a r c o n n e c t i o n . P u r e t r i o d e c o n n e c t i o n i s o f c o u r s e
p o s s i b l e , b u t h a r d l y a g o o d i d e a b e c a u s e t h e E L 3 4 s i n t r i o d e c o n n e c t i o n w o u l d r e q u i r e a h i g h e r
a n o d e t o a n o d e r e s i s t a n c e , 8 - 1 0 K W , i f f u l l a d v a n t a g e s h o u l d b e t a k e n o f t h e l o w e r d i s t o r t i o n o f
t r i o d e s . P e n t o d e c o n n e c t i o n w i t h s c r e e n g r i d s c o n n e c t e d t o s u p p l y v o l t a g e t h r o u g h a c o m m o n
4 7 0 W r e s i s t o r i s a p o s s i b i l i t y i f m a x i m u m p o w e r i s t h e o b j e c t i v e . T h e v a l v e s o c k e t s f o r t h e
o u t p u t v a l v e s s h o u l d b e c e r a m i c t o w i t h s t a n d t h e h e a t f r o m t h e v a l v e s . S o c k e t s f o r t h e p r e s t a g e s
a r e n o t c r i t i c a l a s l o n g a s g o o d c o n t a c t s a r e e n s u r e d .
F o r a l l r e s i s t o r s e x c e p t t h e t w o 1 0 W r e s i s t o r s i n t h e c a t h o d e o f t h e E L 3 4 s I h a v e u s e d 2 W
m e t a l f i l m t y p e s . T h e y a r e s t a b l e a n d a b l e t o w i t h s t a n d t h e s o m e t i m e s h i g h v o l t a g e s a c r o s s t h e m
a n d t h e y a r e n o t v e r y e x p e n s i v e .
T h e t w o 1 0 W r e s i s t o r s i n t h e c a t h o d e s o f t h e o u t p u t v a l v e s a r e u s e d t o f a c i l i t a t e a l l a d j u s t i n g
o f c u r r e n t a n d b a l a n c e a n d i t i s i m p e r a t i v e t h a t t h e y a r e s t a b l e a n d e q u a l t o a v e r y c l o s e m a t c h . I
r e c o m m e n d 5 W w i r e w o u n d t y p e s a n d y o u m u s t m a t c h t h e m y o u r s e l f . I t i s d o n e t h i s w a y .
T h e v o l t a g e s o v e r r e s i s t o r A a n d B a r e m e a s u r e d a n d c o m p a r e d . Y o u m u s t e i t h e r f i n d t w o r e s i -
s t o r s , w h e r e r e a d i n g s d i f f e r b y l e s s t h a n 1 0 , p r e f e r a b l y 5 m i l i v o l t s o r y o u m u s t s h u n t t h e r e s i s t o r s
w i t h r e s i s t o r s a a n d / o r b u n t i l t h e p e r f e c t m a t c h i s a c h i e v e d .
T h e e x a c t r e s u l t i n g v a l u e o f t h e r e s i s t o r s i s n o t i m p o r t a n t a s l o n g a s i t s t a y s i n t h e 1 0 W
r e g i o n . I t i s t h e m a t c h b e t w e e n t h e m t h a t c o u n t s .
F o r t h e c o n d e n s e r s i n t h e a m p l i f i e r I u s e 6 3 0 V M K T t y p e s e x c e p t f o r t h e c o n d e n s e r a c r o s s t h e
f e e d b a c k r e s i s t o r . A 5 6 0 p F s t y r o f l e x t y p e i s e m p l o y e d h e r e .
L u n d a h l a l s o m a k e s a s u i t a b l e m a i n s t r a n s f o r m e r w i t h a r e f e r e n c e m i d p o i n t o n t h e h i g h v o l t -
a g e s e c o n d a r y . I t i s l a b e l e d L L 1 6 6 9 A a n d i t i s c a p a b l e o f s u p p l y i n g a s t e r e o s t a g e t o o , s h o u l d
y o u w i s h t o d o s o .
T h e P C B a c c e p t s t r i m p o t s f r o m B o u r n s a n d S p e c t r o l .
2 3
6 . A D J U S T I N G A N D T E S T I N G
B e f o r e f i t t i n g t h e o u t p u t v a l v e s y o u m u s t v e r i f y t h a t t h e c o r r e c t b i a s c a n b e s e t b y m e a n s o f t h e
b i a s t r i m p o t m e t e r . A d j u s t A C a n d D C b a l a n c e t r i m p o t s t o t h e i r m i d d l e p o s i t i o n , a p p l y p o w e r
a n d m e a s u r e D C v o l t a g e a t t h e j u n c t i o n o f t h e e n d s o f t h e D C b a l a n c e p o t m e t e r a n d t h e g r i d
r e s i s t o r s . Y o u s h o u l d b e a b l e t o a d j u s t t h e n e g a t i v e b i a s f r o m l e s s t h a n 2 5 V t o a b o u t 5 0 V . I f n o t ,
y o u w i l l h a v e t o c h a n g e t h e s e r i e s r e s i s t o r i n t h e n e g a t i v e b i a s s u p p l y . T u r n t h e a m p l i f i e r o f f a n d
r e m e m b e r t h a t t h e r e s e r v o i r e l e c t r o l y t e s i n t h e p o w e r s u p p l y a r e n o w c h a r g e d t o a l m o s t 5 0 0
V o l t s . D i s c h a r g e t h e m w i t h a r e s i s t o r b e f o r e t o u c h i n g a n y t h i n g .
Y o u c a n n o w p l a c e t h e o u t p u t v a l v e s i n t h e i r s o c k e t s a n d c o n n e c t a s p e a k e r f r o m y o u r j u n k
b o x t o t h e o u t p u t . Y o u m u s t n o w m a k e s u r e t h a t f e e d b a c k f r o m t h e o u t p u t t r a n s f o r m e r i s n e g a t i -
v e . I f t h e a m p l i f i e r s t a r t s t o h o w l w h e n p o w e r i s a p p l i e d a n d v a l v e s a r e h e a t e d , f e e d b a c k i s
p o s i t i v e a n d y o u w i l l h a v e t o r e v e r s e t h e g r o u n d a n d f e e d b a c k l e a d s t o t h e s e c o n d a r y o f t h e
o u t p u t t r a n s f o r m e r .
T h e n e x t t h i n g i s t o s e t b i a s a n d D C b a l a n c e . C o n n e c t a v o l t m e t e r b e t w e e n t h e g r o u n d t e s t -
p o i n t a n d o n e o f t h e c a t h o d e t e s t - p o i n t s . A d j u s t B i a s s o t h e r e a d i n g i s a b o u t 4 0 0 m V b e t w e e n
g r o u n d a n d c a t h o d e s . T o s e t b a l a n c e c o n n e c t t h e v o l t m e t e r b e t w e e n c a t h o d e s a n d a d j u s t D C
b a l a n c e t o O V . S m a l l f l u c t u a t i o n s c a n o c c u r .
T h e m a x i m u m p e r m i s s i b l e c u r r e n t i n t h e E L 3 4 s w i t h a s u p p l y v o l t a g e o f 4 4 0 V i s a b o u t 6 5
m A ( d i s s i p a t i o n 3 0 W , a n o d e + s c r e e n g r i d s ) c o r r e s p o n d i n g t o 6 5 0 m V b e t w e e n c a t h o d e s a n d
g r o u n d . A s e x p l a i n e d e a r l i e r , I t h i n k t h i s i s t o o m u c h a n d w i l l n o t d o a n y g o o d a n d i t w i l l
d e f i n i t e l y s h o r t e n t h e l i f e o f t h e o u t p u t v a l v e s a n d p r o b a b l y o f t h e e n t i r e a m p l i f i e r d u e t o g e n e -
r a t i o n o f h e a t .
W e m u s t n o w s e t A C b a l a n c e . T h i s c a n b e d o n e i n 3 w a y s :
1 . I f y o u h a v e a c c e s s t o a d i s t o r t i o n m e t e r i t i s v e r y e a s y t o d o a n d v e r y a c c u r a t e . C o n n e c t a 8
W l o a d i n s t e a d o f t h e s p e a k e r , f e e d a 1 k H z t o n e t o t h e a m p l i f i e r a n d a d j u s t f o r 1 4 V o l t o u t »
2 5 W . N o w a d j u s t A C b a l a n c e t o m i n i m u m d i s t o r t i o n . I f y o u c a n h e a r w h a t y o u a r e m e a s u r -
i n g , y o u w i l l h e a r t h a t 3 r d h a r m o n i c o f t h e 1 k H z t o n e a l m o s t d i s a p p e a r s ( p r e s u m e d o f c o u r s e
t h a t i t w a s n o t p r e s e n t i n t h e o r i g i n a l s i g n a l ! ) w h e n b a l a n c e i s c o r r e c t .
2 . A f a i r l y a c c u r a t e m e t h o d , b u t n o t a s g o o d a s t h e d i s t o r t i o n m e a s u r e m e n t , i s t o m e a s u r e t h e
s i g n a l f e d t o t h e g r i d s o f t h e o u t p u t v a l v e s w i t h a n A C v o l t m e t e r t h r o u g h a 0 . 1 m F D C
b l o c k i n g c o n d e n s e r . A n o r m a l d i g i t a l m u l t i m e t e r c a n b e u s e d u p t o 4 0 0 H z a n d y o u c a n
a d j u s t A C b a l a n c e s o t h e t w o r e a d i n g s a r e t h e s a m e .
3 . T h i s m e t h o d i s v e r y a c c u r a t e a n d f a i r l y e a s y t o p e r f o r m , o n c e y o u h a v e a b s o r b e d t h e i d e a .
C o n n e c t t h e t w o c a t h o d e t e s t p o i n t s t o g e t h e r a n d c o n n e c t a h e a d p h o n e b e t w e e n t h e j u n c t i o n
o f t h e c a t h o d e s a n d g r o u n d . F e e d a 1 k H z t o n e , a d j u s t t h e o u t p u t t o 8 v o l t s » 1 0 W a n d l i s t e n .
Y o u s h o u l d n o w h e a r 3 t o n e s : 1 0 0 H z m a i n s h u m , t h e 1 k H z t o n e y o u f e e d t o t h e a m p l i f i e r
a n d t h e 3 r d h a r m o n i c o f t h a t t o n e , 3 k H z . N o w a d j u s t t h e A C b a l a n c e s o t h e 1 k H z t o n e i s
m i n i m u m . Y o u c a n t m a k e i t d i s a p p e a r t o t a l l y , i t w i l l f a d e a l i t t l e u p a n d d o w n . A d j u s t s o i t
i s a s m u c h d o w n a s p o s s i b l e . T h e m a i n s h u m a n d t h e 3 r d h a r m o n i c d i s t o r t i o n c o m p o n e n t
2 4
a r e i n p h a s e i n t h e v a l v e s a n d c o n s e q u e n t l y c a n c e l l e d i n t h e o u t p u t t r a n s f o r m e r . T h e 1 k H z
t o n e i s o u t o f p h a s e i n t h e v a l v e s a n d p e r f e c t b a l a n c e i s o b t a i n e d w h e n c a n c e l l a t i o n t a k e s
p l a c e i n a c o m m o n p a t h o f t h e c u r r e n t s u c h a s t h e o n e e s t a b l i s h e d b y c o n n e c t i n g t h e c a t h o d e s
t o g e t h e r . T h e c a n c e l l a t i o n o f t h e o d d h a r m o n i c s d e m o n s t r a t e d h e r e i s , b e s i d e s h i g h e r p o w e r ,
o n e o f t h e m a i n a d v a n t a g e s i n t h e p u s h - p u l l a r r a n g e m e n t .
A l t h o u g h i t i s o f t e n s a i d t h a t t h e r e i s n o t h i n g n e w u n d e r t h e s u n w h e n i t c o m e s t o v a l v e a r r a n g e -
m e n t s , I h a v e n e v e r s e e n t h i s w a y o f s e t t i n g A C b a l a n c e d e s c r i b e d a n y w h e r e , s o i t c o u l d b e n e w !
a n d i t d o e s n o t e v e n r e l y o n t h e m a t c h b e t w e e n c a t h o d e r e s i s t o r s a s t h e D C a d j u s t m e n t s d o , s o
i t i s a l w a y s v e r y a c c u r a t e .
A s c a n b e s e e n , a l l a d j u s t m e n t s c a n b e d o n e w i t h a n o r m a l d i g i t a l m u l t i m e t e r a n d a t o n e
g e n e r a t o r o r j u s t a t e s t C D w i t h s p o t f r e q u e n c i e s .
A l l t h e v o l t a g e s a r e b e l o w 1 V w h e n t h i s m e t h o d i s e m p l o y e d , s o t h e r e i s n o r i s k o f e l e c t r i c a l
s h o c k w h e n y o u a d j u s t t h e a m p l i f i e r .
2 5
7 . M E A S U R E M E N T S A N D R E S U L T S
A s e r i e s o f m e a s u r e m e n t s w e r e c a r r i e d o u t o n t h e c o m p l e t e d a m p l i f i e r b u i l t o n t h e P C B d e s c r i -
b e d e a r l i e r . T h e c o n d i t i o n s w e r e : V s u p p l y , 4 4 0 V c u r r e n t i n t h e o u t p u t v a l v e s 4 0 m A ( p e r v a l v e )
l o a d , 8 W a n d t h e e q u i p m e n t u s e d w a s A u d i o P r e c i s i o n .
O u t p u t p o w e r 3 8 W / 8 &! b e f o r e c l i p p i n g
S e n s i t i v i t y 5 2 5 m V i n f o r 3 0 W o u t o v e r 8 &!
F r e q u e n c y r e s p o n s e
A t 1 0 W 2 0 H z - 2 0 K H z + 0 / - 0 . 5 4 d B
A t 2 0 W 2 0 H z - 2 0 K H z + 0 / - 0 . 5 4 d B
A t 3 0 W 2 0 H z - 2 0 K H z + 0 / - 0 . 6 d B
A b o v e 2 0 K H z r o l l o f f s t a r t s . A t 8 0 K H z r e s p o n s e i s
7 . 5 d B d o w n a t 1 0 W
1 0 . 2 d B d o w n a t 2 0 W
1 1 . 8 d B d o w n a t 3 0 W
T o t a l h a r m o n i c + n o i s e ( T H D + N )
A t 1 0 W l e s s t h a n 0 . 1 7 % 2 0 H z - 5 K H z
l e s s t h a n 0 . 3 2 % 5 K H z - 2 0 K H z
A t 2 0 W l e s s t h a n 0 . 2 8 % 2 0 H z - 5 K H z
l e s s t h a n 0 . 6 8 % 5 K H z - 2 0 K H z
A t 3 0 W l e s s t h a n 0 . 3 8 % 2 5 K H z - 5 K H z
l e s s t h a n 1 . 2 % 5 K H z - 2 0 K H z
A t 1 0 0 0 H z d i s t o r t i o n i s l e s s t h a n 0 . 1 2 % u p t o 3 0 W
I n t e r m o d u l a t i o n 6 0 H z / 7 K H z , 4 : 1
A t 1 0 W 0 . 2 2 %
A t 2 0 W 0 . 2 6 %
A t 2 5 W 0 . 2 7 %
A t 3 0 W 0 . 2 9 %
A t 3 5 W 0 . 5 1 %
P h a s e s h i f t , i n p u t t o o u t p u t ( a t 1 0 W ) 2 0 H z 2 0 K H z ÷ 2 1 0 t o + 1 7 0
A t 1 0 H z p h a s e s h i f t i s - 3 9 , 5 0 0
A t 8 0 K H z ( ! ) p h a s e s h i f t i s + 7 5 0
O u t p u t r e s i s t a n c e l e s s t h a n 0 . 6 &! f r o m 2 0 H z - 2 0 K H z
N o i s e o n o u t p u t ( i n p u t t e r m i n a t e d w i t h 2 2 K &! )
0 . 3 m V 2 0 H z - 2 0 K H z ( ' ' F r e m d s p a n n u n g )
0 . 2 m V C C I R 4 6 8
0 . 0 9 m V A - w e i g h t e d
2 6
B e f o r e i n t e r p r e t i n g t h e s e m e a s u r e m e n t s , w e h a v e t o g a i n a n u n d e r s t a n d i n g o f t h e p a r a m e t e r s w e
a r e m e a s u r i n g a n d t h e i r i m p o r t a n c e f o r t h e c h a r a c t e r o f t h e s o u n d t h e a m p l i f i e r i s a b l e t o p r o d u -
c e . L e t u s l o o k a t t h e d e f i n i t i o n s .
1 . T o t a l h a r m o n i c d i s t o r t i o n ( T H D ) . W h e n a p u r e t o n e i . e . a t o n e o n l y c o n s i s t i n g o f o n e f r e q u e n -
c y o n l y , p a s s e s t h r o u g h a n a m p l i f i e r , t h e o u t p u t f r o m t h e a m p l i f i e r w i l l i n e v i t a b l y c o n t a i n a n
a m o u n t o f h a r m o n i c s o f t h e t o n e p r e s e n t e d t o t h e i n p u t . T H D i s d e f i n e d a s t h e p e r c e n t a g e o f
t h e s e t o n e s i n t h e t o t a l o u t p u t . D i s t o r t i o n w i t h e v e n h a r m o n i c s i s n o r m a l l y c o n s i d e r e d b e n i g n
t o t h e e a r , w h i l e o d d h a r m o n i c d i s t o r t i o n i s m o r e u n p l e a s a n t .
2 . I n t e r m o d u l a t i o n . W h e n a n a m p l i f i e r i s f e d w i t h 2 t o n e s s i m u l t a n e o u s l y , t h e o u t p u t c a n c o n -
t a i n n o t o n l y t h e t w o t o n e s , b u t a l s o t h e i r s u m a n d / o r d i f f e r e n c e . T h e c o n t e n t o f t h e s e t o n e s i n
p e r c e n t o f t h e t o t a l o u t p u t i s c a l l e d t h e i n t e r m o d u l a t i o n . T h i s i s a v e r y u n p l e a s a n t t y p e o f
d i s t o r t i o n , b e c a u s e t h e f r e q u e n c i e s g e n e r a t e d a r e m o s t l y n o t h a r m o n i c a l l y r e l a t e d t o t h e o r i g i -
n a l f r e q u e n c i e s .
T h e m a i n r e a s o n f o r t h e g e n e r a t i o n o f i n t e r m o d u l a t i o n p r o d u c t s i s l a c k o f l i n e a r i t y i n t h e
a m p l i f i e r .
3 . L i n e a r i t y . A n a m p l i f i e r i s s a i d t o b e l i n e a r , w h e n t h e o u t p u t a t a n y l e v e l a n d a n y f r e q u e n c y i s
e q u a l t o t h e i n p u t m u l t i p l i e d w i t h a c o n s t a n t f a c t o r , t h e a m p l i f i c a t i o n . W h e n t h e o u t p u t a p -
p r o a c h e s t h e u p p e r l i m i t , t h i s w i l l n o t b e c o m p l e t e l y t r u e . T h e o u t p u t w i l l b e l e s s t h a n e x -
p e c t e d . T h i s l a c k o f l i n e a r i t y h a s s e v e r a l r e a s o n s . T h e t h r e e m o s t i m p o r t a n t a r e : 1 ) t h e w o r k -
i n g l i n e s o f t h e v a l v e s a r e n o t c o m p l e t e l y s t r a i g h t l i n e s a n d 2 ) o u t p u t r e s i s t a n c e o f t h e p o w e r
s u p p l y a n d 3 ) i m p e r f e c t i o n s i n t h e o u t p u t t r a n s f o r m e r .
L i n e a r i t y i s a q u e s t i o n o f m e c h a n i c s t o o . H o o k e , t h e 1 7 t h c e n t u r y s c i e n t i s t m a d e t h e o b s e r v a t i o n
t h a t w h e n a s p r i n g i s e x t e n d e d b y a f o r c e , t h e e x t e n s i o n a n d t h e f o r c e a r e p r o p o r t i o n a l . H e
e x p r e s s e d h i s o b s e r v a t i o n i n w h a t w e t o d a y c a l l H o o k e s l a w : U t t e n s i o , s i c v i s . H e w r o t e i n
L a t i n , o f c o u r s e . I t s i m p l y m e a n s : a s e x t e n s i o n , s o f o r c e . I n o t h e r w o r d s h e f o u n d t h a t a s p r i n g i s
a l i n e a r d e v i c e . L i n e a r i t y d o e s n o t h o w e v e r e x t e n d t o t h e e x t r e m e s . W h e n t h e s p r i n g i s f u l l y
s t r e t c h e d n o f o r c e c a n s t r e t c h i t a n y m o r e , b u t t o t a l l i n e a r i t y s t o p s l o n g b e f o r e t h a t . O u r l o u d -
s p e a k e r s a r e s u c h m e c h a n i c a l d e v i c e s . W e c a n n o t e x p e c t t h e e x c u r s i o n o f t h e c o n e s o r d o m e s t o
r e a c t i n a c o m p l e t e l y l i n e a r w a y w h e n r e s p o n d i n g t o a n e l e c t r i c a l i n p u t , a n d t h e l a c k o f l i n e a r i t y
w i l l i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g i n p u t . W e c a n t r y t o m a k e t h e m r e a c t l i n e a r l y a n d o f c o u r s e w e d o
s o , a n d w e h a v e a c h i e v e d g r e a t r e s u l t s o v e r t h e y e a r s , b u t t o t a l l i n e a r i t y i s v e r y u n l i k e l y t o b e
a c h i e v e d . W h e n s o u n d p r e s s u r e i s p r e s e n t e d t o o u r e a r s t h e t i m p a n i a r e f o r c e d t o m o v e i n w a r d s
a n d o u t w a r d s a n d t h e s e m o v e m e n t s a r e t r a n s f e r r e d t o t h e i n n e r e a r b y a m e c h a n i c a l s y s t e m ,
w h i c h i s e v e n a t m e d i u m s o u n d l e v e l s f a r f r o m b e i n g l i n e a r . A s i m p l e e x p e r i m e n t w i l l p r o v e
t h i s . I f y o u b l o w t w o w h i s t l e s w i t h a d i f f e r e n c e i n p i t c h s i m u l t a n e o u s l y , y o u w i l l n o t o n l y h e a r
t h e t w o t o n e s b l o w n . Y o u w i l l h e a r a t h i r d t o n e t o o . I t h a s a f r e q u e n c y , w h i c h i s t h e d i f f e r e n c e o f
t h e f r e q u e n c i e s o f t h e t w o r e a l t o n e s . I f t h e i n t e r v a l b e t w e e n y o u r w h i s t l e s i s a p u r e f i f t h , t h e
t h i r d t o n e w i l l b e p r e c i s e l y o n e o c t a v e b e l o w t h e l o w e r o f y o u r w h i s t l e s . T h i s t o n e i s i n t e r m o d u -
2 7
l a t i o n , p u r e a n d s i m p l e . E v e n a t m o d e r a t e s o u n d l e v e l s t h e e s e t o n e s a r e e a s i l y h e a r d a n d t h e y
o w e t h e i r e x i s t e n c e t o t h e f a c t t h a t d o u b l i n g t h e f o r c e t o t h e t y m p a n u m d o e s n o t d o u b l e t h e
d i s p l a c e m e n t , a n d t h e f o r c e r e q u i r e d t o g i v e t h e t y m p a n u m a g i v e n d i s p l a c e m e n t i n w a r d s i s n o t
t h e s a m e a s t h a t r e q u i r e d f o r t h e s a m e d i s p l a c e m e n t o u t w a r d s . ( T h i s m a y b e t h e r e a s o n w h y
s o m e p e o p l e c l a i m t o b e a b l e t o d e t e c t a r e v e r s i n g o f t h e p h a s e o f t h e s p e a k e r s i n a n a u d i o
s y s t e m ) . T h e h a r m o n i c d i s t o r t i o n a n d t h e i n t e r m o d u l a t i o n e f f e c t s o f o u r s p e a k e r s a n d o u r e a r s
a r e o f m u c h g r e a t e r s i g n i f i c a n c e t h a n t h e s e s a m e e f f e c t s i n o u r a m p l i f i e r s . I t d o e s o f c o u r s e n o t
m e a n t h a t d i s t o r t i o n a n d l i n e a r i t y a r e u n i m p o r t a n t p a r a m e t e r s i n a m p l i f i e r s . I a m o n l y t r y i n g t o
p u t t h i n g s i n t o t h e i r r i g h t p e r s p e c t i v e .
I h a v e h e a r d p e o p l e c l a i m i n g t h a t a n a m p l i f i e r w i t h a v a c u u m t u b e r e c t i f i e r i n t h e p o w e r
s u p p l y s o u n d s b e t t e r t h a n t h e s a m e a m p l i f i e r w i t h s i l i c o n r e c t i f i e r s . T h e v a l v e r e c t i f i e r h a s a
m u c h h i g h e r o u t p u t r e s i s t a n c e t h a n t h e s i l i c o n s u p p l y a n d c o n s e q u e n t l y l i n e a r i t y i s b e t t e r f o r t h e
a m p l i f i e r w i t h s o l i d s t a t e r e c t i f i e r s . M a y b e t o o h i g h a d e g r e e o f l i n e a r i t y i s u n w a n t e d ? a t l e a s t
t o s o m e o f u s . - T o t a l l i n e a r i t y i s a r a r e b i r d i n t h e r e a l w o r l d , a t l e a s t o v e r a n e x t e n d e d r a n g e !
T o d a y l a c k o f l i n e a r i t y a t l e v e l s c l o s e t o t h e m a x i m u m h a s b e e n r e i n t r o d u c e d a s a v i r t u e u n d e r
t h e n a m e o f s o f t c l i p p i n g !
I t i s a f a c t t h a t v a l v e s a m p l i f i e r s u n d e r s t r e s s a c t o t h e r w i s e t h a n m o d e r n s e m i c o n d u c t o r c o n -
s t r u c t i o n s a n d i n a w a y i t i s f a i r t o s a y t h a t t h e y r e a c t i n a m o r e h u m a n - l i k e w a y .
L e t u s n o w t u r n t o t h e m e a s u r e m e n t s .
T h e f r e q u e n c y r e s p o n s e i s s h o w n a t 1 0 , 2 0 a n d 3 0 W o u t w i t h n e g a t i v e f e e d b a c k ( N F B ) , a n d
a t 1 0 a n d 3 0 W o u t w i t h o u t N F B . E v e n a t 2 0 k H z / 3 0 W w i t h o u t N F B r e s p o n s e i s o n l y 2 . 5 d B
d o w n . W i t h N F B t h e c o r r e s p o n d i n g v a l u e i s ¸ 0 . 6 0 d B . T h e p o w e r b a n d w i d t h o f t h e a m p l i f i e r i s
v e r y g o o d i n d e e d . T o t a l h a r m o n i c d i s t o r t i o n + n o i s e , T H D + N s t a y s b e l o w 0 . 1 2 % u p t o 3 0 W
( i n p u t = 5 2 5 m V ) . T h i s i s a v e r y g o o d f i g u r e f o r a v a l v e a m p l i f i e r a n d y o u m i g h t a s k : C o u l d I
u s e t h i s a m p l i f i e r w i t h o u t N F B ? T h e a n s w e r t o t h i s i s o f c o u r s e y e s . T h e d i s t o r t i o n w i l l h a r d l y
e x c e e d 1 % u p t o 1 0 W a n d t h e p o w e r b a n d w i d t h i s s t i l l s a t i s f a c t o r y . T h e a v e r a g e o u t p u t p o w e r
w h e n l i s t e n i n g t o m u s i c ( n o t r o c k ! ) i s n o r m a l l y l e s s t h a n 1 0 % o f t h e p o w e r i n t h e p e a k s . S o e v e n
a t h i g h s o u n d l e v e l s l i n e a r i t y i s n o t b a d a n d a m p l i f i e r i s p e r f e c t l y s t a b l e w i t h o u t N F B . B u t t h e r e
a r e t h r e e r e a s o n s f o r n o t o p e r a t i n g t h e a m p l i f i e r w i t h o u t N F B . T h e f i r s t i s n o i s e . T h e n o i s e f l o o r
w i l l r i s e , a n d m a i n s h u m c o u l d b e a p r o b l e m . T h i s c a n h o w e v e r b e c o u n t e r a c t e d t o s o m e e x t e n t
b y f i t t i n g a v o l t a g e d i v i d e r i n f r o n t o f t h e a m p l i f i e r w i t h , s a y , 3 0 d B d a m p i n g a n d a s m a l l v a l u e o f
t h e l o w e r r e s i s t o r , m a y b e 5 - 1 0 k o h m s . S e n s i t i v i t y w i l l n o t b e a p r o b l e m s i n c e a m p l i f i c a t i o n w i l l
r i s e w i t h 2 0 d B , w h e n 2 0 d B o f N F B i s o m i t t e d . T h e o t h e r r e a s o n i s m o r e s e r i o u s . T h e o u t p u t
r e s i s t a n c e r i s e s d r a m a t i c a l l y w h e n w e r e m o v e N F B . T h e o u t p u t r e s i s t a n c e o f t h e a m p l i f i e r w i t h
2 0 d B o f N F B i s j u s t b e l o w 0 . 6 o h m s . W i t h o u t N F B i t g o e s u p t o s e v e r a l o h m s a n d t h e e l e c t r i c a l
d a m p i n g o f y o u r s p e a k e r s i s c o m p r o m i s e d . S i n c e m o s t s p e a k e r s y s t e m s r e l y o n a m p l i f i e r d a m -
p i n g t h e r e i s e v e r y c h a n c e t h e s o u n d i n t h e b a s s r e g i o n w i l l c h a n g e , t h e b a s s b e c o m i n g l o o s e ,
b o o m y o r w o o l l y y o u c h o o s e t h e w o r d . T h e 3 r d r e a s o n i s t h a t s t a b i l i t y o f g a i n i s l e s s t h a n
p e r f e c t a n d a s e x p l a i n e d e a r l i e r t h i s c a n h a v e s e r i o u s c o n s e q u e n c e s f o r s t e r e o i m a g i n g .
2 8
I k n o w t h a t s o m e p e o p l e a r e a g a i n s t N F B . I d o n t t h i n k t h e y k n o w e x a c t l y w h y , b u t m y g u e s s
i s t h a t t h e y w i t h o u t t h e i r k n o w l e d g e , o f c o u r s e , h a v e b e e n s u b j e c t t o b a d e n g i n e e r i n g . T h e f a c t
t h a t a n a m p l i f i e r i s n o t o s c i l l a t i n g w i t h o u t s i g n a l a n d w h e n t e r m i n a t e d w i t h a p u r e l y r e s i s t i v e
l o a d d o e s i n n o w a y g u a r a n t e e s t a b i l i t y u n d e r r e a l - w o r l d w o r k i n g c o n d i t i o n s .
A p i c t u r e o n t h e s c o p e c o u l d l o o k t h i s w a y .
s h o w i n g t h a t o s c i l l a t i o n c a n o c c u r a t c e r t a i n l e v e l s a n d t h i s c a n b e l o a d a n d s i g n a l d e p e n d a n t ,
t o o . I t i s o b v i o u s t h a t a b e h a v i o u r l i k e t h i s w i l l n o t c o n t r i b u t e t o c l a r i t y o f t h e s o u n d !
S t a b i l i t y o f t h e a m p l i f i e r w a s i n v e s t i g a t e d t o o . I t i s v i t a l t o b e s u r e t h a t N F B r e m a i n s
n e g a t i v e u n d e r a l l c i r c u m s t a n c e s . P h a s e s h i f t i n p u t t o o u t p u t w a s m e a s u r e d a n d i t t u r n e d o u t t o
s t a y w i t h i n + / ¸ 2 0 0 w i t h i n t h e a u d i o b a n d a n d w a s o n l y 7 5 0 a t 8 0 k H z . T o g e t h e r w i t h t h e s m o o t h
f r e q u e n c y r o l l - o f f ( a t 8 0 k H z r e s p o n s e i s 1 5 d B d o w n w i t h o u t f e e d b a c k ) i t i s e n s u r e d t h a t f e e d -
b a c k c a n n e v e r c h a n g e t o p o s i t i v e a n d s t a b i l i t y i s i m p e c c a b l e .
T h e g o o d b e h a v i o u r o f t h e a m p l i f i e r i s a l s o d e m o n s t r a t e d b y t h e w a y i t h a n d l e s s q u a r e
w a v e s .
A 1 k H z s q u a r e w a v e a t 3 0 W s h o w s n o o v e r s h o o t a n d n o r i n g i n g a t 1 0 k H z r o u n d i n g i s
o f c o u r s e s e e n , d u e t o t h e f r e q u e n c y r o l l o f f , b u t s t i l l n o r i n g i n g .
T h e p i c t u r e i s h a r d l y c h a n g e d w h e n t h e 8 W r e s i s t i v e l o a d s i s r e p l a c e d b y t h e c o m p l e x l o a d
o f a r e a l s p e a k e r . A t w o - w a y s p e a k e r w i t h c r o s s o v e r w a s u s e d f o r t h i s e x a m i n a t i o n a n d t h i s v e r y
d i f f i c u l t t e s t w a s p a s s e d w i t h f l y i n g c o l o u r s .
I f y o u p l a n t o l o o k i n t o t h i s y o u r s e l f , y o u s h o u l d o n l y u s e b u r s t s o f v e r y s h o r t d u r a t i o n , i f
y o u c a r e f o r y o u r s p e a k e r s !
M e a s u r e m e n t s o f T H D v s . f r e q u e n c y a t 1 0 , 2 0 a n d 3 0 W o u t s h o w s c o r e s a t u r a t i o n o f t h e
t r a n s f o r m e r b e l o w 1 6 H z a t 2 0 W a n d b e l o w 2 0 H z a t 3 0 W , v e r y f i n e r e s u l t s i n t h e m i d b a n d a n d
a n u n a v o i d a b l e r i s e i n t h e u p p e r e n d o f t h e a u d i o b a n d , b u t w h e n j u d g i n g , b e a r i n m i n d , t h a t 3 r d
h a r m o n i c d i s t o r t i o n a t f r e q u e n c i e s h i g h e r t h a n 6 k H z c a n n o t b e h e a r d b e c a u s e t h e d i s t o r t i o n
p r o d u c t s a r e m o v i n g o u t s i d e o u r h e a r i n g r a n g e .
2 9
W h e n y o u c o m p a r e t h e r e s u l t s g i v e n h e r e w i t h t h e s p e c s o f y o u r f a v o u r i t e a m p l i f i e r s o f t h e
g o l d e n a g e o f v a l v e s u p r e m a c y , r e m e m b e r t h a t d i s t o r t i o n w a s n o r m a l l y g i v e n b y 1 k H z u n l e s s
o t h e r w i s e s t a t e d a n d t h e m a n u f a c t u r e r o f a n a m p l i f i e r l i k e t h i s w o u l d w i t h o u t a t w i n k l e o f h i s
e y e h a v e p r o m o t e d i t a s c a p a b l e o f d e l i v e r i n g 3 5 W ( a t l e a s t ! ) w i t h a T H D b e l o w 0 . 2 % , a n
a c h i e v e m e n t i n w h i c h e v e r y m a n u f a c t u r e r w o u l d h a v e t a k e n p r i d e .
T h e i n t e r m o d u l a t i o n i s l o w u p t o m o r e t h a n 3 0 W b u t e x c e e d s 0 . 5 % a t 3 5 W i n d i c a t i n g t h a t
b y t h i s p o w e r o u t p u t w e a r e l e a v i n g t h e l i n e a r r e g i o n .
I t h a s o n c e a g a i n b e c o m e f a s h i o n a b l e t o r u n t h e o u t p u t v a l v e s a s t r i o d e s , s o t h i s w a s t r i e d o u t
t o o b y c o n n e c t i n g t h e s c r e e n g r i d r e s i s t o r s t o t h e a n o d e s .
T h e a v a i l a b l e p o w e r i s a b o u t h a l v e d a n d t h e d i s t o r t i o n g r a p h s s h o w , t h a t r e d u c e d o u t p u t
s e e m s t o b e t h e o n l y b e n e f i t g a i n e d b y r u n n i n g E L 3 4 s a s t r i o d e s !
T h e a m p l i f i c a t i o n i s n o w l o w e r i n t h e o u t p u t s t a g e a n d w i t h n o o t h e r c o m p o n e n t c h a n g e d , t h e
N F B g o e s d o w n f r o m 2 0 d B t o a b o u t 1 5 d B . I f w e i n c r e a s e d t h i s a g a i n t o 2 0 d B , w e w o u l d
p r o b a b l y s e e a s m a l l r e d u c t i o n o f t h e T H D f i g u r e s . I w o u l d e x p e c t a f u r t h e r r e d u c t i o n i n T H D i f
a t r a n s f o r m e r w i t h 1 0 K W a n o d e t o a n o d e r e s i s t a n c e w a s u s e d , b u t I h a v e n o t a c c e s s t o s u c h a
t r a n s f o r m e r a n d h a v e n o t f o u n d t h e p r o s p e c t s o f f u r t h e r e x p e r i m e n t s i n t h i s d i r e c t i o n p r o m i s i n g ,
b u t t h e a m p l i f i e r w o r k s w e l l a n d i s a b s o l u t e l y s t a b l e t h i s w a y t o o .
T h e b o t t o m l i n e i s t h a t t h i s c o n s e r v a t i v e l y b u i l t a n d r e l a t i v e l y s i m p l e a m p l i f i e r w h i c h m a k e s
t h e m o s t o u t o f e v e r y p a r t u s e d , i s e x t r e m e l y g o o d a n d l i s t e n i n g t e s t h a v e c o n f i r m e d t h i s . T o a
l a r g e e x t e n t i t o w e s i t s q u a l i t i e s t o t h e v e r y g o o d o u t p u t t r a n s f o r m e r f r o m L u n d a h l . T h i s i s
p e r h a p s m o s t c l e a r l y s e e n f r o m t h e r e s p o n s e g r a p h s w i t h o u t N F B . T o b e h o n e s t , i n m y 4 5 y e a r s
o f e x p e r i e n c e , I h a v e n e v e r b e f o r e c o m e a c r o s s a n o u t p u t t r a n s f o r m e r c o m p a r a b l e t o t h i s !
T h e a m p l i f i e r d e s c r i b e d i s m a y b e n o t t h e b e s t i n t h e w o r l d i n i t s c l a s s , b u t i t i s v e r y c l o s e t o !
a n d t h e m e a s u r e m e n t s c a r r i e d o u t m a k e s i t o n e o f t h e b e s t d o c u m e n t e d !
T h e c u r v e s p r i n t e d f r o m A u d i o P r e c i s i o n a r e f o u n d i n t h e a p p e n d i x .
3 0
8 . F U R T H E R I M P R O V E M E N T S ?
I n m y o p i n i o n t h i s a m p l i f i e r i s n o w a t t h e l i m i t s o f w h a t i s p o s s i b l e w h e n t h e o u t p u t p o w e r i s
a b o u t 3 0 W a t t s a n d t h e c o n c e p t i s i n p u t s t a g e p h a s e - s p l i t t e r o u t p u t s t a g e .
T h e o u t p u t r e s i s t a n c e o f 0 . 6 W i s s t i l l h i g h b y t o d a y s s t a n d a r d a n d i t c o u l d b e r e d u c e d w i t h
m o r e n e g a t i v e f e e d b a c k . A f u r t h e r 1 0 d B o f N F B w o u l d l e a d t o a n o u t p u t r e s i s t a n c e o f 0 . 2 W , b u t
I d o n o t l i k e t h i s a p p r o a c h . N F B s h o u l d b e u s e d b u t n o t a b u s e d . O u t p u t r e s i s t a n c e c o u l d b e t a k e n
d o w n t o z e r o o h m s o r e v e n b e c o m e n e g a t i v e w h e n p o s i t i v e c u r r e n t d e r i v e d f e e d b a c k i s a p p l i e d .
U n f o r t u n a t e l y t h e s o n i c r e s u l t s a r e r a t h e r u n p r e d i c t a b l e . W h a t i s a n i m p r o v e m e n t w h e n u s e d i n
c o n j u n c t i o n w i t h o n e s p e a k e r s y s t e m a n d c a b l e c a n b e q u i t e t h e o p p o s i t e w h e n u s e d w i t h a n o t h e r
s p e a k e r / c a b l e c o m b i n a t i o n . T h e e f f e c t c a n b e i m p r e s s i v e a n d i t c a n b e d i s a p p o i n t i n g . S o u n l e s s
y o u k n o w e x a c t l y w h a t y o u a r e d o i n g a n d a r e a b l e t o m e a s u r e a n d e v a l u a t e y o u r r e s u l t s , I w o u l d
n o t r e c o m m e n d t h e u s e o f p o s i t i v e c u r r e n t f e e d b a c k , b u t i t c a n c e r t a i n l y m a k e a n i m p r o v e m e n t
u n d e r t h e r i g h t c o n d i t i o n s
T h e p o w e r s u p p l y c o u l d b e n e f i t f r o m t h e i n c l u s i o n o f a f i l t e r c h o k e o f 5 - 1 0 H y a n d a n a d d i -
t i o n a l c h a i n o f 2 2 0 + 2 2 0 m F c a p a c i t o r s s e e d i a g r a m . T h e s e c o m p o n e n t s a r e n e c e s s a r y i n a
s t e r e o a m p l i f i e r b u t n o h a r m i s d o n e u s i n g t h e m i n m o n o b l o c k s a s w e l l .
3 1
9 . A K N O W L E D G E M E N T S
I w a n t t o d e d i c a t e t h i s p a p e r t o t h e m e m o r y o f t h e l a t e C . D a m g a a r d K n u d s e n o f A a r h u s , D e n -
m a r k . H e w a s a w a t c h m a k e r a n d a k e e n a u d i o a m a t e u r . H i s s k i l l s a s a w a t c h m a k e r w e r e s e e n
f u l l - b l o w n w h e n i n a b o u t 1 9 6 0 h e m a d e h i s o w n t a p e - r e c o r d e r f r o m s c r a t c h . T h i s r e c o r d e r w a s
a t l e a s t 1 0 y e a r s a h e a d o f i t s t i m e a n d i t s e r v e d h i m f o r m o r e t h a n 3 0 y e a r s . O n l y c h a n g i n g h e a d s
a n d a m p l i f i e r s , m o s t l y o f h i s o w n d e s i g n , r e f l e c t e d r i p e n i n g t e c h n o l o g y . H e w a s a l o v e r o f M a h -
l e r s s y m p h o n i e s l o n g b e f o r e M a h l e r c a m e i n f a s h i o n , a n d w h e n I w a s v e r y y o u n g h e i n t r o d u c e d
m e t o s e r i o u s h i g h f i d e l i t y a n d I a m t h a n k f u l f o r m a n y g o o d d i s c u s s i o n s a n d a n e v e r f a i l i n g
h e l p i n g h a n d .
I a m v e r y g r a t e f u l t o M r . N . P . P e t e r s e n o f S t i l l i n g , D e n m a r k . H e i s t h e m a n b e h i n d t h e N P
M i x i n g c o n s o l e s t h a t b e c a m e t h e u l t i m a t e y a r d s t i c k f o r c o m p a r i n g a n a l o g u e m i x e r s i n o u r p a r t
o f t h e w o r l d . I m y s e l f h a v e b e e n w o r k i n g b e h i n d s u c h a c o n s o l e f o r m o r e t h a n 1 7 y e a r s . T h i s
m i x e r s h o w s s t i l l n o s c r a t c h i n g p o t e n t i o m e t e r s o r b a d s w i t c h e s a n d o v e r a l l t h e y e a r s l e s s t h a n
e i g h t h o u r s ( ! ) o f s e r v i c e h a v e b e e n r e q u i r e d . I h a v e a l w a y s e n j o y e d a u d i o d i s c u s s i o n s w i t h h i m
a n d I t h a n k h i m f o r a d v i c e i n c o n n e c t i o n w i t h t h i s p a p e r a n d I a m g r e a t l y i n d e b t e d t o h i m f o r
m a k i n g A u d i o P r e c i s i o n e q u i p m e n t a v a i l a b l e a n d f o r h e l p i n g m e w i t h t h e m e a s u r e m e n t s .
M r . C l e m e n s J o h a n s e n o f t h e D a n i s h B r o a d c a s t i n g C o r p o r a t i o n a n d M r . O l e B r ø s t e d S ø r e n -
s e n o f D P A M i c r o p h o n e s ( f o r m e r l y , B r u e l a n d K j a e r ) h a v e p r o v i d e d m a n y g o o d h i n t s f o r m e a n d
t h e y h a v e w i t h o u t g r u m p i n g r e a d w h a t e v e r I w r o t e , a n d t h e i r c o m m e n t s h a v e p r o v e n e x t r e m e l y
v a l u a b l e t o m e .
L a s t b u t n o t l e a s t I a m p r o f o u n d l y i n d e b t e d t o M r s . T o v e D a h l R a s m u s s e n a t T h e R o y a l
A c a d e m y o f M u s i c , A a r h u s , D e n m a r k , f o r t y p i n g a n d f o r n o t c o m p l a i n i n g o v e r m y t e r r i b l e
h a n d w r i t i n g ( I c a n t t y p e , b u t d o n t t e l l a n y b o d y ! ) . W i t h o u t h e r , t h i s p a p e r w o u l d n o t h a v e s e e n
t h e l i g h t o f t h e d a y a n d t h o s e o f y o u w h o e m b a r k e d o n t h e p r o j e c t d e s c r i b e d w o u l d h a v e s a v e d
y o u r m o n e y !
C l a u s B y r i t h
A u g u s t 2 0 0 0
3 2
T H E A U T H O R
C l a u s B y r i t h , b . 1 9 4 1 , i s a s o u n d r e c o r d i n g e n g i n e e r . S i n c e h e w a s a b o y h e h a s d e s i g n e d a n d
b u i l t a l l s o r t s o f a u d i o e q u i p m e n t . I n 1 9 6 8 h e j o i n e d t h e t e a m o f t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r o n i c
M u s i c a n d M u s i c a l A c o u s t i c s , a j o i n e d v e n t u r e o f t h e R o y a l A c a d e m y o f M u s i c i n A a r h u s a n d
t h e U n i v e r s i t y o f A a r h u s . I n 1 9 7 3 h e b e c a m e h e a d o f t h e s t u d i o a t t h e R o y a l A c a d e m y . H e h a s
d o n e i n n u m e r a b l e r e c o r d i n g s a n d r e c e i v e d t h e S w e d i s h F o n o g r a m p r i s e t i n 1 9 8 3 f o r r e c o r -
d i n g s o f Q u a r t e t s b y S t e n h a m m a r . H e h a s a l s o r e c e i v e d a n A m e r i c a n C r i t i c s A w a r d . I n l a t e r
y e a r s h e h a s t a k e n g r e a t i n t e r e s t i n r e s t o r i n g o f o l d r e c o r d i n g s , a n d h e h a s p r e p a r e d m a n y r e i s -
s u e s o f D a n i s h r e c o r d i n g s o f t h e t h i r t i e s a n d f o u r t i e s .
H i s r e - a w a k e n e d i n t e r e s t i n v a l v e t e c h n o l o g y i s b a s e d , a s h e p u t s i t , o n t h e f a c t t h a t v a l v e
e q u i p m e n t i s s i m p l e a n d e a s y t o u n d e r s t a n d , s e r v i c e a b l e a n d w h e n w e l l d e s i g n e d , e x t r e m e l y
w e l l s o u n d i n g .
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