Putkitasasuuntaaja - mitä, missä ja milloin

Kaikissa audiolaitteissa, jotka kytkettään verkkoon, on tasasuuntaaja. Tasasuuntaajan tehtävä on muuttaa verkostaja tuleva vaihtojännite (AC) tasajännitteeksi (DC). Tästä muunnoksesta innostui aikoinaan myös eräs australialainen bändi.

Tasasuuntausputki

Putkitasasuuntaaja löytyi jokaisesta vahvistimesta ennen seleenitasasuuntauksen keksimistä (1933). Seleenitasasuuntaaja korvasi putken monissa radioissa ja muissa pienvirtalaitteissa. Seleenitasasuuntaajissa oli omat ongelmansa ja ne hävisivät laitteista, kun piidiodit keksittiin 1970-luvun alussa.

Diodi

Kitara- ja Hifi vahvistimissa putkitasasuuntaajaa ei kuitenkaan koskaan täysin hävinnyt. Putkitasasuuntauksessa on omat etunsa: hidas käynnistys suojaa kondensaattoreita ja tekee stand by kytkimen tarpeettomaksi, eri putkitasasuuntaajatyyppien erisuuruinen jännitehäviö mahdollistaa kitaravahvistimien soundin muokkauksen ja diodien ns. switching noise -häiriöitä ei esiinny lainkaan.

Putkivalmistajat ovat kehittäneet erilaisia putkitasasuuntaajia eri tehoisille laitteille. Yleisimmät tyypit ovat 5Y3, GZ34 / 5AR4, EZ81 ja 5U4. Jonkinverran käytössä on myös 5V4 ja 5R4, joita löytyy vain NOS (new old stock) versioina eli niiden valmistus on lopetettu. Näistä 5Y3 ja EZ81 soveltuu vain pienemmille vahvistimille ja muut sitten myös suurempitehoisille laitteille. Muissa tasasuuntaajissa on octal kanta (se suurempi), mutta EZ81 on noval kanta (sama kuin etuasteputkissa).

Putkitasasuuntaajissa on aina jännitehäviö, joka johtuu putken sisäisestä vastuksesta. Mitä enemmän laite vie virtaa, sitä enemmän jännite myös laskee. Piidioditasasuuntaajassa on hyvin pieni jännitehävikki ja se antaa heti käynnistyksen yhteydessä täyden jännitteen.

TAD GZ34 Octal kantainen GZ34

Putkityyppien perässä voi olla kirjaimia esim. 5Y3GT tai 5Y3WGT. Normaalisti näistä ei tarvitse välittää kunhan putkityyppiä kuvaava merkkisarja, tässä tapauksessa 5Y3, löytyy nimestä.

NOS vs uusi tuotanto

Kaikista putkityypeistä juuri tasasuuntaajissa on nyky valmistajilla ollut eniten ongelmia päästä vanhojen putkitehtaiden laadun tasolle. Mullard, Telefunken tai RCA tasasuuntaajat tuntuvat kestävän lähes ikuisesti ja niiden arvot pitävät paikkaansa. Sen sijaan osa uusista tasasuuntaajaputkista on epäluotettavia. Onneksi tässäkin asiassa on tapahtunut kehitystä ja kaikista tyypeistä löytyy toimivat nykyversiot.

Noval Kantainen EZ81 Noval Kantainen EZ81

Yhteensopivuus

Käyttäjille aiheuttaa päänvaivaa oikean tasasuuntaajatyypin valinta. Vanhoissa laitteissa ei aina lue mitä tasasuuntaustyyppiä pitää käyttää ja vuosien varrella tasuriksi voi olla laitettu alkuperäisestä poikkeava tasasuuntaaja.

Nyrkkisääntöä on vaikea antaa, koska täysin turvallisesti putkitasasuuntaajaa ei voi korvata toisella tietämättä vahvistimen toiminnasta tarkemmin. Käytännössä moniin vahvistimiin käy monta vaihtoehtoa, mutta ei välttämättä kaikki. Turvallisinta on kysyä valmistajalta, jos sellainen vielä on. Internetin palstojen tietoihin kannattaa suhtautua varauksella.

Väärän tasurin valinnassa on kolme riskiä:

  • Hehkuvirta. Osa tasasuuntajista vie enemmän hehkuvirtaa. Jos laitat 5U4 putken 5AR4 tilalle nousee hehkuvirta 1A mikä voi rasittaa verkkomuuntajaa.
  • Ulostulojännite. 5AR4 antaa ulos 40-50 volttia 5Y3:sta enemmän, mitä vahvistimen komponentit ei välttämättä kestä. Suurimmassa vaarassa on virtalähteen kondensaattorit ja pääteputket.
  • Maksimi virta. 5Y3 maksimi kuormitus on 125mA, kun taas 5AR4 kestää 225mA. Jos vahvistin on suunniteltu 5AR4:lle ei 5Y3 välttämättä kestä vahvistimen viemää virtaa.

TAD5u4g

 

Tasurityypi

Eri tasurityyppien erot selviää parhaiten kokeilemalla niitä vahvistimessa ja labraamalla erot. Otinkin kaikki myynnissä olevat tasurimallit testipöydälle. Vahvistimeksi valitsin Tweed Deluxe 5E3 tyyppisen vahvistimen. Perinteisessä 5E3:ssa on niin pieni verkkomuuntaja, ettei "väärien" tasureiden käyttämistä voi suositella. Tässä yksilössä on kuitenkin muuntaja, joka kestää testikäytössä minkä tahansa tasurin.

Tyyppi Kanta Maksimi 1. kond. maksimi virta jännitehäviö (75mA) hehkujännite hehkuvirta
5AR4 / GZ34 Octal 60uF 250mA 25V 5V 1.9A
5U4G Octal 40uF 225mA 45V 5V 3A
5U4GB Octal 40uF 275mA 45V 5V 3A
5Y3 Octal 20uF 125mA 85V 5V 2A
5R4 Octal 4uF 250mA 50V 5V 2A
5V4 Octal 32uF 175mA 40V 5V 2A
EZ81 Noval 50uF 150mA 80V* 6.3V 1A

 

tasuritesti Tasasuuntaajatestin labrasetuppi. Käytetyt laitteet: 5E3 putkivahvistin, oskilloskooppi, audioanalysaattori, yleismittari

Laitoin kaikki tasurit kiinni vahvistimeen, jonka putket olivat huoneenlämpöiset ja mittasin:

  • nousuajan sekunteina (nollasta huippujännitteeseen)
  • korkeimman jännitteen käynnistyessä (kun putket ei vielä vie virtaa)
  • lepojännitteen (volumet nollassa)
  • kuormitusjännitteen (vahvistimen tehot täysillä)
  • vahvistimen ulostulotehon ennen klippausta (noin. 3% säröllä)
Putkityyppi Merkki / Valmistaja Jännite (piikki) Lepojännite Kuormitusjännite Vahvistimen teho Nousuaika
5AR4 (GZ34) Tungsol 401V 401V 394V 10.3W 35s
GZ34 JJ 400V 400V 394V 10.2W 35s
GZ34-STR TAD 399V 398V 392V 10W 35s
5U4GB General Electric 455V 379V 370V 8,8W 3s
5U4GB Electro Harmonix 456V 381V 374V 8,9W 3s
5U4GB TAD 455V 375V 366V 8.5W 3s
5U4GB JJ 455V 381V 371V 9.0W 3s
5U4G TAD 455V 382V 374V 8.9W 3s
5U4G Svetlana 455V 380V 372V 8.7W 3s
5U4G RCA 460V 381V 368V 8.8W 3s
5Y3GT TAD 394V 394V 387V 9.6W 8s
5Y3GT Westinghouse 460V 350V 334V 7.1W 2s
5Y3GT Tronal 450V 394V 382V 9.8W 10s
5Y3GT JJ 460V 360V 344V 7.7W 2s
5V4 Sovtek 400V 394V 381V 9.6W 10s
5V4 Brimar 400V 398V 386V 9.8W 10s
5R4WGT  JAN  Cetron  465V  374V  360V  8.6W  3s
5Y3WGTB TAD  460V  340V  330V  7W  2s
Puolijohde Sovtek 460V 425V  420V 11.6W  0s
 5Y3-VARI  UralTone  0-440V  0-375V  0-365V 0-8.6W  0-∞s

 

Testi antaa mielenkiintoisia tuloksia.

Ensinnäkin suurin osa putkista antaa huippujännitteen melko nopeasti. Jännite nousee korkeaksi sen vuoksi, ettei putket ole vielä lämmenneet, joten tasuriputken läpi ei mene virtaa juurikaan. Myös muuntajan kuormitus on pieni tässä vaiheessa. Kun pääteputket alkavat viemään virtaa laskee verkkomuuntajan jännite kuormituksessa ja samoin tasasuuntaajaputken jännitehäviö nousee merkittävästi.

GZ34/5AR4 on ainut putki, jossa on selvästi pitkä jännitteen nousuaika eli se suojaa tältä osin putkia ja kondensaattoreita käynnistyksen yhteydessä. Muissa tasureissa jännite nousee huippuunsa muutamassa sekunnissa, siis ennen kuin pääteputket alkavat viemään virtaa ja täten laskevat virtalähteen jännitteen.

Näemme myös, että eri valmistajien tasurit toimii suhteellisen samalla tavalla. Esim. eri valmistajien GZ34:t antavat suunnilleen samat mittausarvot. Poikkeuksena on 5Y3, jossa monet uudet 5Y3 leimoilla myytävät putket ei itseasiassa ole 5Y3 putkia vaan venäläisiä Reflector tehtaan korvikkeita. Näissä JJ 5Y3 ja TAD 5Y3WGTB on ainoita nyky putkia, jotka vastaa spekseiltään NOS 5Y3:a. Tasurin valmistaja kannattaa valita siis lähinnä kestävyyden, laadun tasaisuuden ja hinnan perusteella. Vaikea sanoa mikä merkki on yleisesti paras, mutta kokemuksestani TAD putket on valittu hyvin ja he myyvät omilla leimoillaan vain hyväksi havaitsemiansa tyyppejä.

Mitä putkia sitten kannattaa käyttää esimerkiksi 5E3 vahvistimessa? Jos verkkomuuntaja on alkuperäisillä spekseillä voimme käyttää tasureita, joiden hehkuvirta on maksimissaan 2A. Siis 5U4 (3A) jää pois. GZ34 jännite nousee n. 400V:iin, mikä nostaa myös putkien tehohäviötä. Lepotilassa 6V6:t vie noin 10W:a ja maksimi signaalilla n. 12.6W:a. Ollaan siis täysin turvallisilla vesillä. 5V4:sta voi myös käyttää, sen speksit on tässä vahvistimessa GZ34 ja 5Y3 väliltä. 5R4:sta voisi myös käyttää, mutta data lehdet suosittelee tasurin jälkeiseksi konkaksi maksimissaan 4uF. Tosin tämä on maksimi jännitteellä. Käytännössä 5R4 kestää isommankin kondensaattorin. Puolijohdetasasuuntaajalla tehot nousee vielä hiukkasen verrattuna GZ34:n, mutta vielä ollaan suhteellisen turvallisella vesillä.

Siis jos laite on laadukas voi käyttää lähes mitä tahansa tasuria. Jos vahvistin on suurempitehoinen pitää ottaa huomioon myös tasurin virrankesto. Vahvistin jossa on kaksi 6L6GC pääteputkea vie täydellä teholla helposti yli 200mA virtaa.

Puolijohdetasuri putkikantaan

Modernimmat vastineet

Tasasuuntausputken tilalle voi laittaa putkikantaan tehdyn puolijohdetasurin. Jos tasurin sisässä ei ole tehovastusta, joka tekee putkitasuria vastaavan jännitehäviön, nousee jännite verrattuna putkitasureihin jonkin verran. Joidenkin vahvistimien kanssa tämä ei ole ongelma, tehot ja headroom nousevat hiukan, mutta joissakin vahvistimissa jännite voi nousta liian korkeaksi, jolloin pääteputkien virrat nousee liian paljon ja virtalähteen kondensaattorien jännitteenkestot voi ylittyä.

Jotkut valmistajat ovat tehneet tasasuuntaajia, joissa piidiodien lisäksi on tehovastus tiputtamassa jännitettä. Esim. 500 ohmin tehovastus tiputtaa jännitettä 37,5V 75mA kuormalla. Tällainen tasuri vastaa enemmän putkitasuria verrattuna pelkkiin diodeihin, mutta aivan identtiseen käyttäytymiseen ei tälläkään kytkennällä päästä.

Aloimme UralTone:lla joku aika sitten miettimään, miksei modernilla tekniikalla voisi toteuttaa täysin säädettävää tasasuuntaajaa, joka korvaisi erilaiset putkitasurit. Kun jouduimme erään kerran tilaamaan taas lisää efektipiirilevyjä tehtaalta piirsimme ensimmäisen protolevyn kytkennästä, joka tuntui toimivimmalta...

UralTone 5Y3-VARI ja GZ34-VARI (tulossa)

uraltone5Y3-VARI_2

Modernilla tekniikalla voidaan siis hyvin toteuttaa säädettävä jännitelähde, joka kaiken lisäksi simuloi putkitasurin jännitehäviötä. Säädettäviä jännitelähteitä löytyy monista kaupallisista vahvistimista, mutta kukaan ei ole vielä tähän mennessä onnistunut saamaan koko hoitoa mahtumaan toimivasti putken sisälle. Rikoimme noin 30 protoa kunnes viimein saimme proton, jossa on toimiva jännitteensäätö, oikea sag (jännitehäviö) ja joka kestää korkeita lämpötiloja rikkoutumatta. Asensimme vielä sisään lämpötila-anturin, joka katkaisee ulostulojännitteen kun sisälämpötila nousee 130C asteeseen ja kytkee jännitteen takaisin kun lämpötila on laskenut 100C asteeseen. Tämä on vielä täysin turvallinen kaikille käytetyille komponenteille. Jännitettä ei voi hävittää ilman lämpöä, joten putken tavoin, myös UralTone VARI -tasasuuntaajat kuumenevat melkoisesti.

UralTone VARI tasasuuntaajaputkien yhteensopivuus

Tasasuuntausputki ei tarvitse suoraa kontaktia maahan toimiakseen. Näin ollen vahvistimien tasasuuntaajan kannoissa ei ole pinniä maalle. Modernit jännitteensäätäjät tarvitset maakontaktin, joten UralTone 5Y3-VARI toimii vahvistimissa vain kun 5 pinni on kytketty maahan vahvistimen sisältä. Tämä on äärimmäisen nopea ja helppo modifikaatio eikä se vaikuta putkitasureiden tai vahvistimen toimintaan millään tavalla. Modin voi tehdä tee-se-itse henkinen soittaja itse kattavien ohjeiden avulla TAI sen voi teettää missä tahansa elektroniikka tai soitinlaitehuollossa edullisesti (yleensä minimiveloituksella). UralTone:lla teemme modin 40€:lla erikseen ja ilmaiseksi minkä tahansa huollon yhteydessä, jos ostat samalla vähintään yhden VARI tasasuuntaajan.

Hyödyt verrattuna perinteiseen putkitasuriin

  • Jännite säädettävissä: voit simuloida eri putkitasasuuntaajia
  • Mahdollistaa vahvistimen portaattoman tehon säädön, esim. Tweed deluxe 0-9W
  • Mahdollista vahvistimen soundin muokkaamisen jännitettä säätämällä
  • Kestää lähes ikuisesti, ei vaadi säännöllistä vaihtamista kuten putkitasurit
  • Luotettavampi kuin modernit putkitasurit
  • Voit käyttää säätöä stand by kytkimenä (käynnistettäessä säätö nollaan...)
  • Pitkällä tähtäimellä edullisempi kuin putkitasasuuntaajat

uraltone5Y3-VARI_4Lisätietoja 5Y3-VARI tuotteesta verkkokaupassamme.

Kirjoittanut Mikko Kankaanpää 13.4.2015

6 vastausta artikkeliin ”Putkitasasuuntaaja - mitä, missä ja milloin”

  • Jari Kuivisto 20.9.2015 klo 14:27

    Toihan vaikuttaa ihan "loisto-keksinnöltä" mutta ei taida olla kovin käyttäjäystävällinen kun joutuu kurottelemaan kopan sisälle... Eikö tosta voi samalla duunata letkutetun version jonka voi asennella edes johonkin paneeliin, normaalista säätöpanelista puhumattakaan.

    Vastaa
    • Voi tuollaisen asentaa toki kiinteästikkin ja näin on tehty lukuisissa vahvistimissa. Tämän kanssa ei kuitenkaan tarvi porailla vahvistinta ja sen voi poistaa koska vaan. Esim. vanhoihin tweedeihin en kyllä tekisi kiinteää kytkentää... Modaus jonka joutuu tekemään on vain yhden johdon juottaminen ja se ei vaikuta vahvistimen toimintaan mitenkään vaikka käyttäisi perinteisiä tasureita. Paikkansa kullekkin ratkaisulle:)

      Vastaa
      • Milloin tulee GZ34 versio? Onko mahdollista käyttää Super Reverbissä tulevaa GZ34-varia keinokuorman tilalla?

        Vastaa
        • Vaikea sanoa koska saadaan. Ei lähiakoina. Tämä tuote toimii parhaiten katodibiasoitujen vahvistimien kanssa ja yleensä GZ34:a käyttävät vahvistimet ei tämmöisiä ole.

          Vastaa
  • Jäi askarruttamaan toisen arvion perusteella (http://www.uraltone.com/uraltone-5y3-vari-tasasuuntaajaputki.html#product_tabs_review_tabbed), että mitä kannalla olleita varadiodeja tarkoitetaan? tasuriputken kanssa sarjassa olevia diodeja (suojaa vahvistinta jos tasuriputki oikosulkeutuu)? vai tasuriputken yli meneviä diodeita (valittavissa oleva diodi/putki-tasasuuntaus)? Miksi tämä ei suostu toimimaan ko diodien kanssa?

    Valmistatteko noita tilauksesta kun varastosaldo näyttää "toimitusaika auki"?

    Vastaa
Vastaa