Buizenversterkers
Stopweerstanden en cathodecondensatoren
 
Servers » TechTalk » Historisch perspectief » Audio » Buizenversterkers » Tips en trucs » Stopweerstanden en cathodecondensatoren

Twee onderdelen die je in alle versterkers zal tegenkomen: de stopweerstanden om ongecontroleerde oscillaties tegen te gaan en cathodeweerstanden en condensatoren.
-

-

Stopweerstanden

Bij veel schakelingen worden er stopweerstanden gebruikt om oscillaties tegen te gaan (Barkhauzen). De ongecontroleerde oscillaties komen vooral voor bij eindtrappen en bij bepaalde buizen is het effekt meer aanwezig. Meestal zijn de oscillaties niet hoorbaar (ultrasoon), maar ze verbruiken stroom en kunnen het werkpunt van de buis verstoren.

De bedoeling van die stopweerstanden is de aansturing meer hoogohmig te maken. Daardoor gaat de eigencapaciteit van het betreffend rooster sterker spelen, en zo de bandbreedte van de trap beperken tot de oscillaties onderdrukt worden. Bepaalde buizen hebben dergelijke stopweerstanden meer nodig dan andere buizen.

Ik gebruik liever een kleine condensator van een gekende waarde (een 10-tal pF is voldoende) tussen de anode van de betreffende trap en de anode van de vorige trap (voor trappen die oscillatiegevoelig zijn, in de praktijk zijn dat enkel de penthodes en de cascode schakelingen).

Daardoor kan de bandbreedte van de versterker beter bepaald worden. De buizen komen tegenwoordig van verschillende fabrikanten, en de eigen roostercapaciteit kan verschillend zijn van fabrikant tot fabrikant. Het is beter de buis zo laagohmig mogelijk aan te sturen en de oscillatieneigingen te onderdrukken via een externe condensator waarvan de waarde niet veranderd moet worden.

Voor het schermrooster is een stopweerstand van 100Ω (g2) en 1kΩ (g1) soms nuttig (bijvoorbeeld bij EL84), zo dicht mogelijk bij de buisaansluitingen monteren. De schakeling boven toont de stopweerstanden van een EL34 eindtrap.

Zelfs al gebruik je stopweerstanden, het kan nuttig zijn een extra condensator te gebruiken om de bandbreedte te beperken. Een dergelijke condensator staat in het rood aangegeven in de tweede schakeling (deel van een series regulated push pull schakeling).

Cathode condensatoren

De cathodecondensatoren worden in parallel over de cathodeweerstand geplaatst zodat de buis ontkoppeld wordt voor de wisselspanning. Daardoor wordt de versterking niet verminderd door de cathodeweerstand.

De cathodeweerstand dient om de betreffende buis correct te polariseren. Door de stroom door de buis ontstaat er een spanningsverschil over de cathodeweerstand. De cathode wordt daardoor positief ten opzichte van het rooster. Naargelang de buis bedraagt de roostervoorspanning -1 à -50V ten opzichte van de cathode.

Men gebruikt soms een cathodeweerstand zonder condensator om de versterking van een buis vast te leggen (verhouding anodeweerstand/cathodeweerstand). Dit wordt meestal gedaan bij voorversterkertrappen. Een nadeel van een niet-ontkoppelde cathodeweerstand is dat de impedantie van de buis sterk stijgt, dat is de reden dat het niet toegepast wordt bij eindbuizen.

Condensator: ja
Bij een trap met een enkele buis (single ended) moet er over de cathodeweerstand een elko gebruikt worden. Zonder elko zou de versterking van de buis verminderen (en de uitgangsimpedantie verhogen). Dit kan men doen bij een voortrap om de versterking te beperken, maar niet bij een eindtrap.

Een condensatorwaarde van 50µF is voldoende voor een kleine single ended versterker. Hoewel de invloed van de cathode-elko even sterk is als die van de koppelcondensator moet men de waarde ervan niet te hoog kiezen, dit kan zogenaamde "motorboten" veroorzaken. Ook gaat de eindtrap frekwenties versterken die de uitgangstransfo toch niet kan doorgeven, dit werkt enkel de intermodulatievervorming in de hand.

Men kan over de elko een niet-gepolariseerde condensator van 0.22µF plaatsen. Dit wordt in alle "high end" tijdschriften gedaan, maar eigenlijk is dit niet nodig als je elko's van goede kwaliteit kiest. Het is belangrijker de versterker correct af te regelen, maar een extra condensator kan geen kwaad.

Condensator: neen
Bij een cathodeweerstand van een push pull trap die in classe A werkt plaatst men beter géén condensator over de cathodeweerstand: dit zal de lineariteit van de eindtrap ten goede komen (en dus de intermodulatievervorming beperken). Immers, als de stroom aan één kant hoger wordt, dan wordt de stroom aan de andere kant lager, waardoor er altijd eenzelfde stroom door de cathodeweerstand loopt. Er is één gemeenschappelijke weerstand voor beide eindbuizen.

Een fase-omkeertrap van het type "long tail" gebruikt de gemeenschappelijke cathodeweerstand om de twee uitgangsspanningen te genereren (zie de pagina over de verschillende fase omkeertrappen)

De schakeling rechts gebruikt een normale cathodyne fasedraaier, maar die wordt hier gevolgd door een dubbele versterkertrap met gemeenschappelijke niet-ontkoppelde cathodeweerstand (R11 = 1.5kΩ). Zo'n schakeling levert perfekt symmetrische signalen en de uitgangsimpedantie van beide uitgangen is ook identiek. Met een condensator over de cathodeweerstand zou de vervorming toenemen.

Condensator: ja maar
Bij een klasse AB versterker gebruikt men vaker een vaste negatieve roostervoorspanning. Een cathodeweerstand van lage waarde wordt dan gebruikt om de stroom door de buis in te stellen. Door een vaste negatieve voorspanning vermijdt men de verliezen in de cathodeweerstand: dit systeem wordt dan ook vooral toegepast bij versterkers met een hoog vermogen (buizen EL34, PL504, PL509,...). De roostervoorspanning bedraagt immers -50V voor de zwaardere buizen, bij en stroom van 25mA is dit een vermogen van 2W die verloren gaat.

De meeste schakelingen die op deze pagina's getoond worden gebruiken een vaste negatieve voorspanning. De cathodeweerstand heeft een zo'n lage waarde dat een ontkoppelelko geen nut heeft: zijn ESR (equivalent series resistance) is hoger dan de waarde van de weerstand.



Voor versterkers van lager vermogen (met EL84/PL84, PCL86 of PCL805) staat de standaardschakeling links.

De cathodeweerstand is bepaald voor een push pull eindtrap uitgerust met een paar PCL805 onder 300V.

Met zo'n schakeling is er een automatische verschuiving van het werkpunt van classe A (audiosignalen van lage amplitude) naar classe AB (sterke audiosignalen). De werking ik classe A geeft weinig vervorming, maar het rendement is laag. Als de buizen een sterker signaal moeten leveren dan zijn er spanningspieken op het stuurrooster die de buis meer in geleiding trekken. De gemiddelde stroom door de buizen neent daardoor toe, waardoor de polarisatie van de stuurroosters meer negatief wordt. De buizen gaan meer in classe AB werken, die een hoger rendement heeft, maar meer vervorming kan veroorzaken als het signaal zwakker is. Als de amplitude van het signaal opnieuw lager wordt, dan neemt de stroom af en de eindbuizen gaan opnieuw in classe A werken.

Hier ook is het niet aangeraden om condensatorwaarde te kiezen die te hoog zijn: 50µF voor een single ended eindtrap van enkele watts, 100µF voor een versterker van 15W en 220µF voor een versterker van een hoger vermogen. De RC-tijd van de condensator en weerstandcombinatie is 33ms, wat overeenkomt met een laagste frekwentie van 30Hz.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's