Buizenversterkers
Diodes en triodes
Inleiding

We leggen hier in het kort de verschillende buizen uit, met de klemtoon op de praktische toepassingen in audio-versterkers. We beginnen met de diodes en de triodes.
-

-

De verschillende soorten buizen

Diode

In een audioversterker zal je enkel gelijkrichtdiodes tegenkomen, geen detectiediodes. In sommige moderne versterkers kan je ook nog gelijkrichterbuizen vinden, terwijl er geschikte silicium diodes bestaan.

Voordelen van gelijkrichterbuizen

Het voordeel gelijkrichterbuizen te gebruiken in de voeding van een versterker is dat de diodebuis een geleidelijk verloop heeft. Een halfgeleider diode gaat abrupt in en uit geleiding, waardoor er "ringing" ontstaat in de wikkeling van de voedingstransfo. Dit produceert een kenmerkende storing (een 100Hz geratel) die heel storend is.

De ringing kan onderdrukt worden door een condensator van 10nF ŕ 100nF te plaatsen op de uitgangen van de voedingstransfo (verbonden met de massa) en eventueel een weerstand van een paar ohm in serie te plaatsen met de siliciumdiodes. In het algemeen volstaan twee halfgeleiderdiodes 1N4007 voor een hoogspanning tot 300V. Gebruikt de versterker een brugschakeling (dat is zelden) in plaats van een transfo met middenaftakking dan heb je 4 diodes nodig.

Een ander voordeel is dat de voedingsspanning geleidelijk opkomt, zodat er geen te hoge spanningen ontstaan. Dit is van belang bij de voortrappen, die meestal ook gevoed worden vanaf de hoogspanning, met de nodige bleeder-weerstanden. Als de cathodes nog koud zijn, dan is er geen emissie, en dus ook geen verbruik. De spanning stijgt dan direct tot de maximale waarde.

Omdat de gelijkrichtdiodes een direct verhitte cathode hebben warmen ze sneller op dan de andere buizen met een indirect verhitte cathode, waardoor de hoogspanning ook kortstondig te hoog kan worden.

Bedraagt de voedingsspanning meer dan 300V, dan is het aangeraden een aparte (lagere) voedingsspanning te voorzien voor de voortrappen om overslag te vermijden. Of je kan een spanningsdeler gebruiken, bijvoorbeeld 100kΩ (+) en 220kΩ (massa). Gebruik hier 1W weerstanden, of nog beter een reeks van serieweerstanden van 47kΩ zodat de spanning over de weerstand niet te hoog wordt.

De hoogspanning die te hoog oploopt kan vermeden worden door een relais die de hoogspanning pas inschakelt na 30 seconden, als de buizen voldoende opgewarmd zijn. De relaiscontacten moeten overbrugd worden door een weerstand van 100kΩ zodat de spanning reeds langzaam kan opkopen.

Afbeeldingen rechts:
Gelijkrichterbuizen zijn vaak directe verhitte buizen, de gloeidraad fungeert als cathode. Daardoor bekomt men een hoger rendement omdat er geen extra cathode nodig is. Er is wel een aparte wikkeling op de transfo nodig voor de gloeidraadspanning, die meestal 5V bedraagt in plaats van de 6.3V voor de andere buizen.

De anodedissipatie van een gelijkrichterdiode wordt laag gehouden (ten opzichte van bijvoorbeeld een vermogenspentode) zodat de anode niet te warm zou worden, anders zou die ook gaan fungeren als cathode. De anodeoppervlakte is groot ten opzichte van de maximale dissipatie van de buis.

Vervangen van gelijkrichterbuizen door siliciumdiodes

Vervang je in een bestaand ontwerp de diodebuis door halfgeleiderdiodes, dan moet je een serieweerstand voorzien, want de inwendige weerstand van een diodebuis is hoger dan die van een halfgeleiderdiode. Een richtwaarde is een weerstand van 100Ω.

Het vervangen van een gelijkrichter diodebuis door een solid state gelijkrichter staat hier uitgelegd.

In tegenstelling met gelijkrichterdiodes hebben detectiediodes zoals de EABC80 (afbeelding links) altijd een indirecte verwarmde cathode. Detectiediodes kunnen maximaal 1mA leveren.

Deze combibuizen werden vroeger in nagenoeg alle radios gebruikt: één diode voor de AM detectie, twee diodes voor de FM discriminator en een triode als voorversterkerbuis voor de EL84.


ECC82


ECC83

Wat zien we op de grafieken?
Op de X as wordt de spanning tussen cathode en anode aangegeven, en op de Y as de anodestroom, en dit voor verschillende roosterspanningen.

Bij de ECC82 ziet men dat de anodestroom stijgt met de anodespanning: vanaf een bepaalde spanning gedraagt de triode zich als een zuivere weerstand, namelijk een weerstand van 6.7kΩ bij een roosterspanning van -2V. Als de roosterspanning van -2V naar -4V gaat, dan gaat de anodestroom van 13 naar 7.5mA (bij een anodespanning van 150V). De steilheid van de buis bedraagt 2.75mA/V.

Bij de ECC83 is de weerstand hier tienmaal zo hoog bij een roosterspanning van -1V. Laten we de roosterspanning van -1V naar -2V gaan (bij lagere roosterspanningen is de buis nagenoeg afgeknepen), dan gaat hier de stroom van 1.2 naar 0.2mA, we hebben een steilheid van 1mA/V.

Dit zijn duidelijk twee buizen met verschillende eigenschappen.

Waarom zijn er verschillende types triodes?
Selectie van de juiste buis op de juiste plaats
voortrappen en stuurtrappen

Triode

Een triode heeft een element meer, een rooster, waarmee de stroom tussen cathode en anode gestuurd kan worden. De rooster heeft normaal een negatieve spanning ten opzichte van de cathode. Dit kan men bijvoorbeeld bereiken door een cathodeweerstand te gebruiken. De spanningsval over de weerstand bepaalt de roosterspanning. Over de weerstand hebben we een spanningsval van bijvoorbeeld 2V, die overeenkomt met de benodigde roostervoorspanning van -2V.

De roostervoorspanning blijft normaal negatief, maar in sommige ontwerpen kan de roosterspanning kortstondig positief worden om een hogere anodestroom te bekomen (lijneindtrap en rastereindtrap). Voor audiotoepassingen wordt de roosterspanning normaal niet positief ten opzichte van de cathode (behalve classe AB2 instelling).

In plaats van een voorspanning door middel van een cathodeweerstand kan men ook een aparte negatieve voorspanning voorzien. Dit werd gedaan in de tijd van de direct verhitte buizen waarbij alle cathodes aan de massa lagen. Een negatieve roosterspanning wordt ook gebruikt bij balanseindtrappen die in classe AB gestuurd worden.



Een triode heeft een terugwerking tussen anode en rooster. Daardoor wijken de parameters sterk af van wat men van een ideale buis zou verwachten. Een ECC83 heeft een µ van 100 (spanningsversterking), maar in de praktijk komt de spanningsversterking van de buis niet boven de 50.

Een triode heeft meestal een anodewerstand waarover de versterkte spanning komt te staan. De anodeweerstand kiest men zo hoog mogelijk om een zo hoog mogelijke wisselspanning te bekomen bij een veranderlijke anodestroom. Ter herinering: de triode wordt met een spanning aangestuurd waarbij de anodestroom verandert, en deze anodestroom moet opnieuw omgezet worden in een spanning.

Vanaf een bepaalde weerstandswaarde stijgt de spanningsversterking echter niet meer. De reden is eenvoudig: als de spanning over de anodeweerstand stijgt, dan daalt de spanning over de buis zelf, waardoor zijn eigen versterking lager wordt. Naast een vermindering van de versterking veroorzaakt dit effekt ook een vervorming van het signaal, dit is de reden waarom men de andodeweerstand niet te hoog kiest bij triodes (typische waarde is 100kΩ).

Daarbij komt ook nog de capaciteit tussen anode en rooster, waardoor de buis niet geschikt is voor hoge frekwenties. Hoe hoger de frekwentie, hoe meer storend de capaciteit wordt.

Afbeeldingen links: een 12SL7 is een dubbele triode (beter bekend onder het type 6SL7 met 6.3V gloeispanning). Het is een voorversterkerbuis (te gebruiken zoals de ECC83) met een relatief lage anodedissipatie van 1W, een spanningsversterking µ = 70 en een steilheid van 1.6mA/V. De cathode is zeer dun, waardoor de maximale stroom beperkt is tot 8mA.

De 6SL7 is pen-compatibel met de 6SN7, maar beide buizen hebben verschillende eigenschappen (de 6SN7 is vergelijkbaar met de ECC82). De 6SL7 en 6SN7 hebben een octalvoet, die in de Verenigde Staten gebruikt werd voor de meeste buizen. In Europa was men al overgeschakeld naar het noval buisvoet (volledig in glas) dat goedkoper te maken was en kleinere buizen mogelijk maakte.

Informatie over de nomenclatuur van de amedikaanse buizen (RETMA) staat hier.

De buis links is een versie uit de jaren 1950 met een cylindrische anode.

Een van de meest voorkomende triodes is de ECC83 die hier in detail besproken wordt. De verschillende triodes (lijst) worden hier kort besproken en hier is meer informatie te vinden over voorversterker (ook een lijst).

Een triode kan ook omgekeerd gebruikt worden (in heel specifieke toepassingen weliswaar): de omgekeerde triode (en pentode).

Het vervolg leest u hier: de tetrode, pentode en beam tetrode

Publicités - Reklame

-