home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / rec / audio / highend / 2976 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1993-01-28  |  14.5 KB

  1. Path: sparky!uunet!think.com!spool.mu.edu!uwm.edu!csd4.csd.uwm.edu!info-high-audio-request
  2. From: paul@gaitlab1.uwaterloo.ca (paul j guy)
  3. Newsgroups: rec.audio.high-end
  4. Subject: Tweaks to my Linn LK100 power amp
  5. Date: Thu, 28 Jan 1993 02:58:41 GMT
  6. Organization: University of Waterloo, Waterloo, Ontario, Canada
  7. Lines: 239
  8. Approved: tjk@csd4.csd.uwm.edu
  9. Message-ID: <1k8p6rINNjob@uwm.edu>
  10. NNTP-Posting-Host: 129.89.7.4
  11. Originator: tjk@csd4.csd.uwm.edu
  12.  
  13.    Not being content with the way things are, and being an audio
  14. junky, it wasn't long before my poor (almost new) LINN LK100
  15. succumbed to tweak fever. I was pretty impressed with it at the
  16. hi-fi store, but then a pretty nasty review from 'HI-FI News and
  17. Record Review' (May 1992) planted discontent in my head.
  18. Don't you just hate to see a negative review of the thing you
  19. just bought, those golden ears you thought you had, are just
  20. gold leaf covered tin ones....
  21.  
  22.     Things I liked about the Linn LK100:
  23. 1: It's reasonably compact, doesn't weigh a ton, puts out about 50 W
  24.    per channel into 4 ohms.
  25. 2: Sounded pretty good at the stereo store, beat out the NAD amps,
  26.    and was indistinguishable from the LK280 (about $2500).
  27. 3: Is really easy to strip apart, I can remove ALL the main components in
  28.    about 5 minutes. The circuit board is nicely laid out, with the
  29.    names of all the parts silk-screened on the fibreglass board.
  30. 4: Plenty of outputs (banana plug type), 2 sets per channel. It would
  31.    have been nice if they had spaced them properly, so you could use
  32.    a dual banana plug. That's British for you.
  33.  
  34.     Needless to say, I didn't lift the lid for about 3 months,
  35. and then my curiosity got the better of me. A number of things met
  36. my eyes that I didn't like, so I spent a few evenings and made up
  37. a schematic for it. In doing that I found a number of other things
  38. that were rather detestable. Finally, I put a signal generator and 'scope
  39. on the unit and made a few measurements, some good, some bad.
  40.     Let me describe the circuitry. It is a fairly standard
  41. audio amplifier. First there is a differential pair, emitters driven by
  42. a current source, and active collector loads for high gain. The one
  43. side of the differential pair is driven by the audio input, the other
  44. side by the feedback network from the amp's output. The output of the
  45. differential amp goes to a 1 transistor stage whose collector drives
  46. the amplified diode biasing circuit, and again, an active load.
  47. The amplified diode sits across the bases of two complementry medium
  48. power transistors, whose emitters are joined (through diodes) to the
  49. speaker load. The collectors of the medium power transistors drive the
  50. bases of the main output transistors (Sanken type). The output
  51. transistors are run common emitter, their collectors are connected
  52. together (through diodes) to the speaker load. This is the only
  53. slightly novel thing about the circuit topology.
  54.     The designers that laid out the board were a little more
  55. innovative, with the exception of the power transistors, all the 
  56. rest are surface mount, one kind of NPN, one kind of PNP. The
  57. medium power types are a composite of three small ones. The transistors
  58. were the only surface mount components (whew!).
  59.  
  60.     Well, since I didn't change any of the good things, I'll
  61. list them first.
  62. Good things I found when playing with the LK100's insides:
  63.  
  64. 1: Nice heavy toroidal power transformer.
  65. 2: very little noise. I can just barely hear it with my ears up to
  66.    the speakers.
  67. 3: Good high frequency response, -3db at about 50 kHz or so.
  68. 4: Low distortion, I didn't measure it at the time, but they claim
  69.    somewhere below .02% .
  70.  
  71. Here's the bad things, and what I did to improve them. At the end, I'll
  72. write a summary of what audible effects they had.
  73.  
  74. 1:  Supply electrolytics were too small, at least so I thought. They
  75.    were 10,000 mfd, 50vdc. I added another 10,000 to each rail, and used
  76.    Mallory LP series, which are supposed to have a pretty low ESR. In
  77.    addition I added some 1 mfd. very low ESR film types. The wiring
  78.    was done in such a way as not to disturb the ground paths. The
  79.    LINN has multiple ground lines, for the raw power supply, for the
  80.    signal and feedback circuits, for the regulated low-power supplies,
  81.    and for the speaker returns. Any change in wiring to these lines,
  82.    may result in all sorts of horrible behaviour , so I was careful
  83.    to add the extra capacitors in parallel with the terminals of the
  84.    old ones. 
  85. 2:  The emitters of the output transistors didn't go directly to the
  86.    rails. Instead, they joined the other emitter lead from the other
  87.    channel and THEN went through 0.1 ohm to the rail. Where they joined
  88.    together was bypassed through a cruddy little electrolytic (100 mfd)
  89.    to ONE of the speaker returns (ground). This little trick puzzled
  90.    me for a long time, I still don't know what they were trying to
  91.    accomplish. My best guess is it's either a fault current limiter,
  92.    or an attempt to decouple the raw supply. What I think it does
  93.    is cause crosstalk between channels. So what I did was give each
  94.    emitter its own 0.1 ohm resistor to the rails, and bypass each
  95.    one through a very high quality 470 mfd. electrolytic and a 1 mfd.
  96.    polypropylene capacitor (one meant for filtering high frequency
  97.    switching supplies). The grounding I'll talk about later....
  98. 3:  On overload, the amplifier oscillates at about 500kHz, but only
  99.    during the overload condition. Of course it raised hell with the
  100.    other channel because of the LINN's poor crosstalk. This was cured
  101.    by adding .003 mfd. between collector and base of the amplified
  102.    diode transistor. This didn't affect anything during non-overload
  103.    conditions. (on the circuit board, this was effectively in parallel
  104.    with r309 and r209)
  105. 4:  The output transistors' bias currents seemed a tad low (80 ma.) so
  106.    I ran it up to 150 ma. by putting 2000 ohms in parallel with r210,
  107.    (a 220 ohm resistor between base and emitter of the 
  108.    amplified diode transistor). This, of course made the transistors
  109.    run much hotter, so I opened up the grillwork of the case, so that
  110.    more air could flow past the heatsinks inside. This can be done
  111.    without making a mess of the case, and without any extra risk of
  112.    having things or fingers get into the circuitry. The standard test
  113.    for louvres and openings will still pass, at least according to
  114.    our electrical safety codes (CSA). The temperature at the heatsink
  115.    is between warm and hot, but not painful.
  116. 5:  The feedback network uses tantalums in the audio path (yechh). I 
  117.    don't have that much against tantalums, from my own measurements they
  118.    are somewhat better than aluminum electrolytics (the common kind) at
  119.    high frequencies, ie the ESR stays fairly low up to 50-100 kHz.
  120.    What they don't like is to be run with a DC voltage less than half
  121.    their rated voltage. When this happens, they usually start to change
  122.    value, and become unreliable (they usually short out). The feedback
  123.    network consisted of 3.9kohms between the output and input to the
  124.    one side of the differential pair (the inverting input). There was
  125.    150 ohms in series with 120 mfd (tantalum) going to ground. With
  126.    full output, I couldn't see any trace of signal (above 1 kHz) across
  127.    the tantalums, so they didn't affect the high frequencies as I might
  128.    of expected. Not leaving well enough alone, I changed the network.
  129.    I multiplied the two resistors by 4, thus requiring 1/4 the value of
  130.    capacitance. Instead of tantalums, I used 40 mfd's worth of film
  131.    capacitors (polyester I think, polypropylenes are just too big and
  132.    expensive). Well I thought there was an improvement in bass, so
  133.    I assumed that the tantalums had drifted off from their nominal values.
  134.    After just measuring their values a few minutes ago (I saved all the
  135.    old components) they were only 5% less than nominal. So much for
  136.    hearing tests. I suppose the designers figured that even with
  137.    so little DC across them, there was even less AC, so it's just like
  138.    they were sitting on the shelf unused. I had talked about the
  139.    tantalum issue to a couple of LINN rep's at an audio show, they
  140.    had heard about the arguments pro and con, and the word went out
  141.    to stick with tantalums. Oh well....
  142. 6:  There was no line filter. Not a really major issue, since I use
  143.    one of the no-name line filter boxes with EMI suppression. The
  144.    Linn rep's told me that they could not get CSA approval on the ones
  145.    they had designed in. I suspect that the reason for this is that
  146.    the LK100 depends on the 15 amp fuse in your distribution panel for
  147.    protection. From the point of view of an audio nut, this is a
  148.    GOOD THING, since it means the power supply is effectively a very
  149.    low impedance, in order to clear the mains fuse. The Linn supply
  150.    as I saw it, does indeed have a healthy low impedance. I think the
  151.    Linn people could not find a suitably cheap line filter that could
  152.    withstand the 15 amps, maintain a low series impedance at 60Hz, and
  153.    filter the grunge effectively. The best tweaks I could come up with
  154.    were to put polypropylene caps across the primary and secondary of
  155.    the power transformer. Not all capacitors can be used for this
  156.    function! Only use CSA or U/L approved 'safety' or 'line' caps.
  157.    A good choice is the Siemens "Y Safety" series, their number
  158.    is B81121-C-B-14x, where x is a digit that specifies the capacitance.
  159.    This capacitor is polypropylene, and can withstand 1500 vac, will
  160.    not fail with up to 200V/us, and has a flame retardant construction. 
  161. 7:  There is a big power supply 'loop', in other words, the power supply
  162.    rails and the returns are not close to each other. Under high 
  163.    current, this acts like a loop antenna, and radiates a magnetic 
  164.    field that induces voltages in other nearby wiring. Running
  165.    a power test at 10kHz square wave, I couldn't see small signals on
  166.    the board with a good oscilloscope probe, since they were all
  167.    drowned out by the induced voltages in the measurement loop. Even
  168.    when the probes' ground clip was connected to the input (it's only
  169.    2-3 inches long) there was a definite signal.  The cross-talk
  170.    test I used consisted of driving one channel full output at 10kHz
  171.    square wave, the other had the input shorted. I then monitored
  172.    the output of the 'quiet' channel. Both channels had a 5 ohm
  173.    load. The so-called 'quiet' channel had about 800 mv. peak-to-peak
  174.    hash, that ocurred on the square wave edges. This hash wasn't just
  175.    a single spike as one would expect, but a 100-200kHz raggedly damped
  176.    oscillation (maybe 5-10 cycles). 
  177.      I rewired the power supply lines, speaker returns, decoupling
  178.    returns, output lines and used #14 wire instead of the circuit board 
  179.    tracing. It was a real pain to do. All wires that carried significant
  180.    current were effectively paired with their return lines. In this way,
  181.    the magnetic radiating cross-section was reduced by a factor of
  182.    50-100. It also required considerable head-scratching, the optimum
  183.    way to do this is not really intuitive, and will vary from layout
  184.    to layout. 
  185.      The rewiring dropped cross-talk from 800mv to about 80mv. Using
  186.    heavy (#14) wire for returns, instead of the circuit board, dropped
  187.    the cross-talk further to 20-30mv. Placing a 2700 pf from base to
  188.    base of the output transistors reduced this to 10-15mv, and quieted
  189.    down spikes that cross-talked during overload.
  190. 8:   Looking at the feedback circuit, I noticed their was no capacitor
  191.    in parallel with Rf. (Rf goes between spkr o/p and base of differential
  192.    input pair. Rg goes from that base through Cg to ground. Mid band
  193.    gain would be 1+Rf/Rg.) Most of the amps I've seen usually have
  194.    this capacitor which goes in parallel with Rf, which I assume gives
  195.    an improved margin of stability.
  196.      Anyhow, I figured out the value to start rolloff at 25-30kHz, and
  197.    stuck it across Rf. It slowed down the response, removed a faint
  198.    square wave overshoot (<3%), and further cut the crosstalk as
  199.    described above. At this point crosstalk was about 5mv., way down
  200.    from the original 800mv. If I call the added capacitor Cf, the 
  201.    following are the new and old values.
  202.      Rf(old)=3900 ohms     Rf(new)=15000
  203.      Cf(old)= 0   pf       Cf(new)=150 pf
  204.      Rg(old)=150  ohms     Rg(new)=604 ohms
  205.      Cg(old)=120 mfd(tant) Cg(new)=40  mfd(film)
  206. 9:  Piddly little problem with the power LED - it's quite directional,
  207.    you either can't see it, or it glares in your eyes. I stuck a small
  208.    piece of translucent splicing tape in between the LED and it's mounting
  209.    hole. No glare now, you can see it at almost any angle.
  210.  
  211.   And now for the REAL test, just what difference did these things do to the
  212. sound? 
  213.     1) beefing up supply caps  - no effect that I could tell, except the
  214.        amp has about twice the 'run-on' time when it's turned off.
  215.     2) decoupling o/p transistors - seemed to make an improvement in my
  216.        ability to spacially locate things, although it might have been
  217.        the coffee....
  218.     3) killing oscillations during overload - couldn't here any change,
  219.        I never have it up that loud.
  220.     4) higher bias current  - made the sound less grainy, not a really
  221.        drastic overall change though.
  222.     5) removed tantalums from feedback path - couldn't hear any difference.
  223.     6) putting line filtering in (includes plug-in type) - couldn't tell
  224.        any difference.
  225.     7 & 8) rewiring supply, adding feedback capacitor - made a real
  226.        difference to the highs, especially violin music. MUCH smoother.
  227.        Made several CD's that were unlistenable into acceptable sound.
  228.        At first I thought I had miscalculated and dropped the top end
  229.        down too far, but it was only about -1db at 20kHz.
  230.         I'm beginning to suspect that some of the high frequency 'junk'
  231.        that comes from CD players can really screw up the sound, and
  232.        careful design of the high frequency response of an amp can
  233.        reduce the audible impact of that 'junk' (through IM distortion,
  234.        rectification of RF, etc. As a side note, I measured several
  235.        millivolts of up to 100 MHz RF comming out of the audio lines
  236.        of my CD player)
  237.  
  238. All in all, I feel the time I spent was worth it, it's probably doubled
  239. the value of the amp, at least to my ears.
  240.   I can FAX the schematics to those interested, of course I can't
  241. guarantee their accuracy, or that you won't blow your amp up by fiddling
  242. around with it.
  243.  
  244. -Paul
  245.  
  246. -- 
  247. -----------------------------------------------------------------------------
  248. Paul J Guy            work phone:519-885-1211 ext 6371  
  249. paul@gaitlab1.uwaterloo.ca    home:519-744-5016   FAX:519-576-3090
  250. pguy@healthy.uwaterloo.ca    ..remember...bullshit baffles brains...
  251.  
  252.