Ehkä yleisin tekninen kysymys putkivahvistimiin liittyen koskee biasointia. Vaikka asia ei ole mitenkään erikoinen tai vaikea, ei tietoa tunnu olevan paljoakaan liikkeellä. Olen koonnut tähän useimmin kysytyt kysymykset ja koettanut vastata niihin lyhyesti.

Mitä biasointi tarkoittaa?

Vahvistimen pääteputken tai -putkien lepovirran säätämistä oikealle tasolle.

Tarvitseeko putkivahvistin biasoida aina putkien vaihdon yhteydessä?

Kyllä! Putket täytyy olla oikein biasoidut, jotta ne toimisivat kunnolla. Bias vaikuttaa vahvistimen tehoon, säröön, putkien ikään, meluun (humina...) jne. Väärin säädetty bias voi tehdä vahvistimen soundin huonoksi tai jopa kuluttaa putket loppuun muutamassa minuutissa.

Tarvitseeko katodibiasoitu vahvistin biasoida?

Kyllä ja ei. Esim. Vox AC-30- ja AC-15 -vahvistimet, lähes kaikki vanhemmat (tweed) vahvistimet, Matchless -vahvistimet jne. ovat katodibiasoituja. Katodibiasoiduissa vahvistimissa bias -jännite on saatu nostamalla katodin potentiaalia maahan nähden isotehoisen vastuksen avulla. Bias säädetään muuttamalla tämän vastuksen arvoa. Yleinen harhaluulo on, että näitä vahvistimia ei tarvitsisi biasoida, mutta kuitenkin nämäkin pääteputket pitää biasioida oikein, jotta ne toimisivat kunnolla. Tosin näissä bias ei ole ihan yhtä tarkka kuin ns. fixed-bias -vahvistimissa, sillä pääteputket ikään kuin osittain hakevat oikean lepovirran itse. Käytännössä katodivastus on yleensä valittu niin ettei putkien vaihdon yhteydessä vastuksen arvoa pidä muuttaa kunhan pysyttelee samassa putkityypissä. Siis jos vaihdat putket Tweed Deluxeen, VOX AC-30:n tms ei biasointia tarvitse tehdä.

Voiko vahvistimen biasoida itse?

Kyllä.

Mitä laitteita tarvitset bias:n säätämiseen?

Usein väitetään, että ainoa oikea tapa biasoida vahvistin on ns. crossover distortion -menetelmä, jossa bias -jännite säädetään siten, että vahvistimen ulostulossa ei oskilloskoopilla näy cross over -säröä. Randall Aiken kertoo sivuillaan http://www.aikenamps.com miksei tätä metodia pidä käyttää.

Oskilloskooppia tai muita kalliita mittalaitteita ei välttämättä tarvita. Tarvitset minimissään ainoastaan toimivan yleismittarin. Ihan halvimpia autotarvike-yleismittareita ei kannata ostaa, koska niiden tarkkuus saattaa olla riittämätön. Tosin halvempien mittarien laatu on noussut ja n. 30€:lla saa jo toimivia mittareita. Tarkista myös että mittarisi paristo on tuore. Halvemmat mittarit toimivat erittäin huonosti kuluneilla paristoilla.

Entä ns. Bias probe työkalut? Onko niistä hyötyä?

On ja ei. Bias probe:lla tarkoitetaan adapteria, joka laitetaan mitattavan putken ja vahvistimen putkikannan väliin. Adapterista lähtee mittajohtimet yleismittarille, jotka on taas kytketty 1 ohmin katodivastuksen yli. Tämä helpottaa katodivirran mittaamista, koska tällöin mitatessa ei tarvitse avata vahvistinta tai pelätä korkeita jännitteitä. Katodivirrassa on mukana sekä anodi- että suojahilavirta. Suojahilavirta on kuitenkin niin pieni osa kokonaisvirrasta että mittaustuloksesta voidaan päätellä anodivirta. On kuitenkin hyvä huomata, että suurimmassa osassa vahvistimia bias -trimmer sijaitsee vahvistimen sisässä eli vahvistin pitää joka tapauksessa avata biasoinnin yhteydessä. UralTone myy bias-mittaus työkaluja ja rakennussarjoja: https://www.uraltone.com/putket/uraltone-biasing-tool.html

UralTone Bias tool Deluxe

Olemme kehittäneet myös tietokonepohjaisen biasointityökalun, joka tekee biasoinnista äärimmäisen helppoa. Se nopeuttaa biasointia suuresti, eikä laskukaavoja tarvita, kone hoittaa kaikki mittaukset ja laskut puolestasi! Yhtä biasointia varten UralTone bias tool:n hinta voi olla kallis, mutta jos omistaa useampia vahvistimia tai harrastaa putkilaitteita enemmän, on hankinta perusteltua. Myös iso osa suomalaisista soitinlaitehuolloista käyttää UralTone bias toolia. Lisätietoja: https://www.uraltone.com/biastool.html

Miten säädän vahvistimeni bias jännitteen?

Selostamme ensin biasoinnin pelkän yleismittarin avulla – tämä on tarkin metodi, jota lähes kaikki ammattilaiset käyttävät. Myöhemmin tekstissä on ohjeet biasoinnista UralTone Biasing tool tms omistaville.

Aina pitää muistaa, että putkivahvistimien sisällä on tappavan korkeita jännitteitä, joten jännitteistä vahvistinta mitattaessa täytyy olla todella varovainen. Virtalähteen kondesaattorit varaavat jännitteitä, joten voit saada tappavan sähköiskun vielä useiden tuntien päästä vahvistimen sammuttamisesta. Tarkista myös aina ennen mittauksia, että yleismittari on kunnossa ja sen mittajohdot ovat ehjät ja laadukkaat. Ole siis varuillasi!

Huom. vahvistimessa pitää olla aina, myös mitatessa, kaiutinkuorma kytkettynä ja kaikki säätimet on hyvä laittaa nollaan.

Lepovirran mittaaminen yleismittarilla

Metodeja biasointiin on monia, selostan tässä itse käyttämäni. Tämä metodi ei myöskään vaadi vahvistimen modifikoimista mittausta varten. Nämä ohjeet pätevät putkivahvistimiin, joiden pääteaste toimii fixed-bias -menetelmällä ja jotka toimivat AB -luokassa. Suurin osa kitaravahvistimista kuuluvat tähän ryhmään.

Joissakin vahvistimissa on katodin (EL34, 6L6 jne pinni 8, EL84 pinni 3) ja maan välissä pieni vastus (yleensä 1-10 ohm), jonka yli voidaan mitata pääteputkien viemä virta helposti. Tarkista onko vahvistimessasi tämä vastus. Jos vastus löytyy sovella artikkelin lopusta löytyvää katodibiasoitujen vahvistimien biasointi ohjetta.

Tarkista myös ettei vahvistimen valmistaja tai manuaali anna ohjeita biasointia varten. Noudata aina ensisijaisesti valmistajan ohjeita. Yleensä näitä ohjeita ei ainakaan erikseen kysymättä löydy.

Avattuasi vahvistimen ja tarkistettuasi, että virtalähteessä ei ole enää jännitteitä varautuneena, etsi ulostulomuuntaja. Tästä muuntajasta (ensiöstä) lähtee kolme johtoa pääteasteeseen. Kaksi niistä menee putkien kannoille ja yksi virtalähteeseen (ensiön keskiulosotto). Jos vahvistissa on 6L6-, EL34-, 6550-, KT66-, KT88-, 6V6 -putket, niin muuntajan kaksi johtoa menevät pääteputkien 3 pinniin. Jos vahvistimessa käytetään pääteputkina EL84:sta menevät johdot pinniin 7.

Mittaa erikseen pinnien ja kolmannen johdon välinen vastus. Tämä on yleensä 10-200 ohmia. Laita vahvistin päälle ja mittaa näiden johtojen väliset jännitteet, mutta älä koske johtoihin! Jaa seuraavaaksi jännitteet saamillasi ohmeilla, tulokseksi tulee putkien anodivirta. Esim. jos vasemman putken pinnin 7 ja muuntajan 3. piuhan välinen vastus on 143 ohmia ja jännite 5,34 volttia tasavirtaa, lasketaan 5,34/143=0,0373. Tällöin vasemman putken anodivirta on 0,0373A=37,3mA. Samalla tavalla lasketaan myös oikean putken viemä virta. Virtojen pitäisi olla suunnilleen samat.

Lepovirran mittaaminen yleismittarilla ja bias adapterilla

Jos omistat UralTone Biasing tool tai vastaavan bias adapterin sinun pitää mitata vahvistimen sisältä vain anodijännite. Jos pelkäät mitata korkeita jännitteitä voit myös etsiä tämän tiedon vahvistimen kytkentäkaaviosta, googlaamalla (epävarma) tai kysymällä suoraan valmistajalta. Varmimman ja tarkimman tuloksen saat mittaamalla.

Lepovirran mittaaminen on todella helppoa: Laita adapteri yhden pääteputken ja kannan väliin ja tarkista lukema yleismittarista. Sopiva mittausalue on 200mV DC. Adapterin sisässä on 1 ohmin vastus, joten mitatessa 1mV vastaa 1mA. Siis lukema 37,3mV tarkoittaa että putken läpi kulkee 37,3mA virta. Tässä virrassa on mukana myös suojahilavirta joten todellinen anodivirta on 1-5 mA pienempi.

Lepovirran säätäminen ja laskeminen

Paljonko tämä arvo, vahvistimen lepovirta, sitten pitäisi olla?  Oikean lepovirran laskemista varten pitää vielä tietää pääteputkien anodijännite. Anodijännite mitataan vahvistimista, joissa käytetään 6L6-, EL34-, 6550-, KT66-, KT88-, 6V6 -putkia pääteputken pinniltä 3 ja EL84 vahvistimissa pinniltä 7. Laita mitatessa toinen käsi selän taakse, musta mittajohdin hauenleualla tms kiinni vahvistimen runkoon ja mittaa punaisella mittapäällä jännite pinniltä. Tämä jännite voi olla vaikka 450V. Sitten lasketaan paljonko kunkin putken anodi vie tehoa (plate dissipation). Tämän jälkeen kerrotaan mitattu anodijännite lasketulla anodivirralla eli esimerkkitapauksessa 450V x 0,0373A=16,785W.

AB -luokan vahvistimet biasoidaan antamalla putkien viedä maksimissan 70% anoditehoa pääteputkien suurimmasta sallituista anoditehohäviöstä, silloin kun vahvistimeen ei johdeta signaalia. Esimerkissämme pääteputkina ovat 6L6GC -putket joiden suurin sallittu anoditehon häviö on 30W. 70% 30W:sta on 0,70 x 30W = 21W. Tarvittava anodivirta saadaan laskemalla 21W / 450V = 0,047A ja taas muuntajan käämien yli menevän jännitteen 0,047A x 143 ohmia = 6,721. Voimme siis säätää bias -jännitettä niin, että muuntajan ensiän käämien yli (siis pinnin 3 ja muuntajan keskiulosoton välillä) vaikuttaa 6,721 voltin jännite. Mittasimme jännitteen olevan 5,34, joten säädämme siis potikasta negatiivista bias -jännitettä pienemmäksi, jolloin anodivirta kasvaa ja samalla myös mitattava jännite.

Jos pääteputkia on neljä, siis kaksi molemmilla puolilla, niin saatu virta on aina kahden putken viemä virta. Siis jos vahvistimessa on neljä 6L6GC -putkea, molemmat puoliskot biasoidaan maksimissan viemään 42W (60W x 0,7).

Putkityyppi Suurin sallittu anodihäviö (plate dissipation):
EL84 12W
EL34 / KT77 / 6CA7 25W
6V6 14W
6L6GB 19W
5881 (ja 6L6 Sovtek) 20,5W
6L6GC 30W
6550 35W
KT66 25W
KT88 42W

Arvot saattavat hieman poiketa valmistajasta riippuen. Asian voi aina varmistaa valmistajan data lehdistä.

Vahvistinkohtaiset erot - High gain vahvistimet

Periaatteellisesti mainittu 70% sääntö toimii kaikissa A/B-luokan putkivahvistimissa. Ongelma on vain että monet uudet, etenkin "high gain", vahvistimet on suunniteltu biasoitavaksi hyvin kylmäksi. Usein bias -säätö on jätetty kokonaan pois ja biasta säädetään muuttamalla tietyn kiinteän vastuksen arvoa. Tällä on varmistettu putkien kestäminen takuun ajan ja se, että asiakkaan laittaessa uudet putket biasoimatta on hyvin todennäköistä ettei putket biasoidu liian kuumiksi. Tällaisia designeja näkee lähinnä vahvistimissa, joiden soundi muodostetaan pääosin etuasteessa. Esimerkkinä esim. Engl, Mesa Boogie, Peavey -merkeiltä tietyt mallit. Näidenkin vahvistimien soundi usein paranee kun bias säädetään putkien vaihdon yhteydessä oikein. Täytyy kuitenkin olla hyvin tarkkana, ettei säädä näitä vahvistimia liian kuumiksi. Esim. Engl:ssä on muuntajat niin pienet ettei niitä kannata säätää 70% asti vaan lähemmäs 50%:a maksimi anoditehohäviöstä. 

Eli lähes kaikki modernit High gain vahvistimet pitää säätää kylmemmiksi, usein jopa 40-50% tienoille. Soundi saattaa parantua kuumemmalla biasoinnilla, mutta vahvistimien muuntajat ei välttämättä tätä kestä!

Mesa Boogie vahvistimet

Mesa boogie mainostaa ettei heidän vahvistimiaan tarvi biasoida, jos laittaa Mesan omat putket. Tämä perustuu edellä kuvattuun tapaan säätää bias tehtaalla hyvin kylmäksi, jolloin putket kuin putket jää alle maksimi rajojen. Mutta Mesan putket eivät eroa mitenkään muun merkkisistä putkista eli voit käyttää mitä tahansa putkia biasoimatta näissä vahvistimissa. Parasta on valita meidän luokitussysteemin 2-4 -luokan putket mutta muutkin kyllä toimii. Huomaa että jos mesaan on modattu bias säätö pitää bias aina tarkistaa putkien vaihdon yhteydessä!! Sama pätee tietysti myös muihin vastaavalla idealla toteutettuihin vahvistimiin.

Entä jos vahvistin on katodibiasoitu?

Katodibiasoitujen vahvistimien anodivirta on helpompi ja turvallisempi mitata. Mittaat vain jännitteen katodivastuksen navoista. Katodivastus on maan ja pinnin 8 (jos putket 6L6, EL34, 6550, KT66, KT88, 6P3C, 5881 jne.) tai maan ja pinnin 3 välillä (jos putket EL84).Sitten jaetaan mitatun jännitteen vastuksen arvolla. Esim. vastus on 270 ohmia ja jännite on 11V lasketaan 11/270=0,0407A = 40,7 mA. Tässä arvossa on mukana myös suojahilan viemä virta, mutta se on niin pieni ettei sitä tarvitse ottaa huomioon. Jos katodivastus on yhteinen kahdelle putkelle, niin saatu arvo on putkien viemä virta yhteensä! Jos pääteputket EL84, joiden suurin sallittu anodihäviö 12W, biasoidaan 70% mukaan 12 x 0,7 = 8,4W, kahdelle putkelle 16,8. Jos anodijännite esim. 350V, niin lasketaan 16,8W/350V=0,048A = 48mA. Katodivastusta voidaan siis haluttaessa pienentää hieman, niin että putket vievät 48mA virtaa. Mitä suurempi katodivastus, sitä vähemmän putki vie virtaa ja päivastoin.

HUOM! Monet katodibiasoidut vahvistimet on biasoitu todella kuumiksi. Esim. Vox AC-30 jopa 18W per EL84:n. Jos haluat säilyttää kyseisten vahvistimien soundin, älä säädä putkia kylmemmiksi.

Lopuksi vielä varoitus: Putkivahvistimissa on erittäin korkeat jännitteet ja näiden kanssa ei ole leikkiminen. Pahimmassa tapauksessa jännitteet voivat tappaa! Ole siis aina erityisen huolellinen kun työskentelet jännitteellisen putkilaitteen parissa. Mittaukset tehdään aina yhdellä kädellä (toinen käsi taskussa), jota vältetään pahin mahdollinen tilanne: sähkövirran kulku kädestä käteen sydämen kautta. Tarkista myös aina yleismittarin ja etenkin mittajohtimien turvallisuus ja kunto.

Putkivahvistimen biasointi osa 2 - käytännön esimerkki

Marshall JTM 45 -vahvistimen putkitus ja biasointi

Kytkentäkaaviot:

 

 

Vahvistimeen oli vaihdettu putket liikkeessä jokin aika sitten, mutta putkitusoperaation jälkeen tehot olivat tippuneet huomattavan alhaisiksi. Testasin vahvistinta ja totesin itse saman asian. Vahvistin myös humisi aika paljon, mikä viittasi pääteputkien huonoon balanssiin.

 

Sisälmykset Marshall -tyyliin. Piirilevyvahvistimeksi ihan siististi ja kestävänoloisesti rakennettu.

Bias trimmeri. Sinisten konkkien alavasemmalla olevalla trimmerillä säädetään pääteputkien bias.

Pääteputkien kannat. Kuten artikkelin osasta 1 selvisi, olemme kiinnostuneet kantojen pinneistä 3. Oikeanpuoleisen kannan kolmas pinni löytyy kannan yläoikealta ja siihen on kiinnitetty valkoinen johto.

Tasasuuntausputken kanta ja elektrolyyttikondensaattori. Mitataksemme bias, meidän on löydettävä myös päätemuuntajan ensiön keskiulostotto. Se on kiinnitetty 99% varmuudella 1. suotokonkan + napaan ja samalla myös tasasuuntaajan + napaan, tai tasuriputken pinniin kahdeksan. Tässä se löytyy helposti myös B+ sulakkeen navasta.

Mittauksia ja laskuoppia.

Anodijännite 406V

Pinnien 3 ja muuntajan ensiönkeskiulosoton välinen resistanssi on vasemmanpuoleiselle kannalle 73 ohmia ja oikeanpuoleiselle 77 ohmia.

Vanhoilla putkilla mitattuna 73 ohmin yli vaikuttaa 3,5V jännite ja 77 ohmin yli 1V jännite. Jotain on todellakin pielessä. Saamme oikeanpuoleisen putken tehoksi 19,47W (3,5/73*406=19,47) ja vasemmanpuoleisen putken tehoksi 5,28W. Ei ihme, että tehot olivat alhaiset. Kyseessä on siis joko sovittamaton pari tai sitten putkien arvot ovat muuttuneet todella paljon.

Uudet EH:n 6L6GC -putket tilalle. Bias saadaan säätymään potikan ääriasennossa 3,55 ja 3,7 volttiin, tarkoittaen tietysti 0,0486A ja 0,4805A anodivirtoja. Elikä himpun verran alle 20W, mikä on ok 6L6GC -putkille. Lyhyen testauksen jälkeen selviää, että tehot on todellakin tulleet takaisin. Vahvistin ei kuitenkaan säröydy vieläkään, niin kuin Marshallin pitäisi, joten vaihdoin etuasteputket 12AX7EH:ksi ja jo alkaa hökää löytymään. Kokeilin vielä JJ ECC83S:a ja ne sopivatkin soundillisesti vahvistimeen ehkä hiukan paremmin, joten jätin ne paikoilleen.

Hyvältä kuulemma kuulostaa, ehkäpä vielä paremmalta kuin koskaan aikaisemmin. Omistaja kertoo, laite on nyt aivan kuin eri vahvistin. Nyt tehoja löytyy riittävästi ja säröä mukavasti.

Kirjoittanut Mikko Kankaanpää joskus vuosia sitten, editoitu 2015

Lisätietoja ja teknistä tukea: help@https://www.uraltone.com

(Puhelimessa tai myymälässä ei ole aina teknisen tuen henkilökuntaa paikalla siksi email on ylivoimaisesti paras tapa saada meiltä teknistä tukea!)