Buizenversterkers
De beam deflection tube is een speciale octode
Beam deflection tube

De beam deflection tube is een speciale octode die als vermenigvuldiger gebruikt wordt. De buis heeft twee tegengestelde uitgangen.
-

-



De buis waar we het nu over gaan hebben is een octode, een buis met 8 electrodes. Maar de buis kan niet vergeleken worden met onze octode die gebruikt werd als oscillator en mixerbuis in AM radiotoestellen. De lamp heeft echter één eigenschap gemeen met de heptode, namelijk dat men een trillingskring kan vormen tussen de cathode en het eerste rooster (locale oscillator).

De beam deflection tube heeft verschillende namen, maar eigenlijk geen nederlandstalige naam omdat de buis niet gebruikt werd in Europa. Een andere naam is sheet beam dual plate modulator. Laten we de buis stralenbundel octode noemen. Dit is de funktie van de verschillende roosters:

  • Rooster 1
    Dit is de stuurelectrode van de buis en de werking ervan is vergelijkbaar met die van het stuurrooster van een normale pentode. Dit rooster bepaalt de stroom die door de buis loopt.

  • Rooster 2
    Het rooster wordt aan de massa gelegd en vormt een soort schermrooster zoals bij een gewone pentode, behalve dat hier het rooster aan de massa gelegd wordt en niet aan de halve voedingspanning. Het rooster beperkt de electronenstroom tot een fijne verticale bundel. Het schermrooster tussen de twee anodes is eveneens verbonden met dit rooster.

    In sommige buizen gebruikt het rooster dezelfde aansluiting als de gloeidraad. Sluit de gloeispanning niet aan op deze aansluiting maar op de andere aansluiting van de gloeidraad.

  • Rooster 3
    Dit is een versnellingsrooster die de electronenstroom bundelt, het rooster werkt als een loupe. Het rooster wordt doorgaans aan de positieve hoogspanning gelegd, eventueel via een weerstand. De spanning op dit rooster heeft invloed op de werking van de buis: een lagere spanning zorgt ervoor dat de electronenstroom minder geconcentreerd is (de loupe is minder aktief). De stroom die het rooster opneemt is minder omdat het rooster buiten de electronenstroom zit.

  • Rooster 4 + 5
    Dit zijn de richtplaten. Het signaal kan op beide roosters aangelegd worden (met een omgekeerde polariteit) of op één enkel rooster. De buizen verschillen door de spanning die op de roosters aangelegd moet worden: lichtjes negatief voor de 6AR8, lichtjes positief voor de 6JH8.
De stralenbundel octode werd op verschillende manieren gebouwd, maar de werking blijft dezelfde.
  • De twee bovenste types (zie figuur rechts) hebben een echte rooster voor het richten van de electronenstroom. De roosters moeten hier op een spanning van ongeveer 75V gelegd worden en ze vangen tot 30% van de electronenstroom op. We gaan dit type 1 noemen.

  • Type 2 heeft richtplaten zoals in een oscilloscoop. De platen zitten niet in de electronenstroom en vangen geen electronen op, er is dus geen stuurstroom nodig. De richtplaten worden op een gemiddelde spanning van 0V gehouden.

De totale anodestroom hangt af van de stuurroosterspanning. De invloed van dit rooster is belangrijk en vergelijkbaar met die van het stuurrooster van een pentode (steilheid van 6mA/V als men de totale anodestroom meet). Indien beide anodes samen verbonden worden, dan heeft men de werking van een normale pentode.

De richtplaten richten de electronenstroom naar de ene of andere anode. Men heeft een spanning nodig van tweemaal 20V (verschilspanning van 40V) om de maximale afbuiging te bekomen, wat ons een steilhaid van 0.75mA/V geeft.

We hebben de anodestroom aangegeven voor een stuurroosterspanning van -1V en voor een richtplatenspanning gaande van -20V tot +20V. Dit komt overeen met het lineair gebied (groen) van de richtplaten.

De totale electronenstroom wordt enkel bepaald door de spanning op het stuurrooster (eerste rooster). De stroom die niet naar een anode gaat, gaat naar de andere anode want de totale anodestroom blijft gelijk. Dit is minder het geval met type 1 waar de richtroosters in de electronenstroom zitten.

De maximale anodedissipatie is tweemaal 2W, de maximale cathodestroom bedraagt 30mA en de maximale anodespanning is 300V, maar de octode wordt doorgaans gebruikt met een anodestroom van 1mA en een anodespanning van 250V. In tegenstelling met gewone versterkerlampen zijn deze stralenbundel octodes gevoelig voor het magnetisch veld die de electronenstroom kan afbuigen. De octode moet ver van de transformatoren geplaatst worden.


Synchrone demodulator voor NTSC signalen

De octode werd eigenlijk ontworpen voor de demodulatie van de kleurinformatie (amerikaans systeem NTSC), maar heel snel zijn er andere toepassingen bedacht voor deze speciale octode. De kleurinformatie is AM gemoduleerd op een draaggolf en bevat beide kleurverschilsignalen die 90° in fase verschoven zijn. De NTSC norm wordt hier meer in detail besproken. In Europa had men eenzelfde octode kunnen gebruiken voor de PAL decodering, maar wij hebben enkel gewerkt met diode demodulatoren.

De amerikaanse demodulator is zeer eenvoudig en werkt goed. We hebben de locale oscillator op 3.58MHz voor de synchrone demodulatie. Het signaal wordt naar de richtplaten gestuurd. De Cc condensator zorgt voor een faseverschuiving van 90° om de tweede kleurcomponent te demoduleren.

Het amerikaans systeem gebruikt niet de kleurverschillen (B-Y en R-Y) maar I (oranje en cyan) en Q (paars en groen-geel) signalen die dan gebruikt worden om de echte kleurverschilsignalen samen te stellen in een matrix. Dit is de reden waarom men ook negatieve signale -I en -Q nodig heeft.


Volumeregeling en compressor/begrenzer

Met de octode kan men ook een eenvoudige electronische volumeregeling ontwerpen. De negatieve spanning op de stuurelectrode (rooster 1) bepaalt de stroom door de buis en dus ook de steilheid. Daarmee is een regeling van 10.000:1 mogelijk (80dB), ruim voldoende voor een volumeregeling. Een andere mogelijke toepassing was een mengtafel die op afstand bestuurd zou worden. De audiosignalen moeten niet verstuurd worden, enkel een gelijkspanning voor de volume per kanaal.

Om geen verlies van signaalamplitude te hebben moet de belasting hoger zijn dan 1.5kΩ. Men zou in theorie een kleine push pull classe A versterker kunnen realiseren met een vermogen van ongeveer 3.5W, maar dat is nooit de bedoeling geweest van deze octode.

De schakeling werd niet gebruikt als volumeregeling op afstand, maar wel als dynamiekbegrenzer. De lineariteit is uitstekend zolang de buis symmetrisch werkt. De regelspanning op het stuurrooster bepaalt de totale anodestroom en dus ook de steilheid bij een sturing op de richtplaten. De steilheid wordt bepaald door het verschil in anodestroom op de twee anodes, en als er minder stroom beschikbaar is, dan is het verschil ook proportioneel kleiner.

De lineariteit is in ieder geval veel beter dan met de buizen die normaal gebruikt werden als dynamiekbegrenzers (EF83: pentode met variabele steilheid) en die enkel gebruikt kunnen worden met microfoonsignalen.


Mengbuis voor frekwentieomvorming

In het beste geval gebeurt de frekwentiverlaging door de vermenigvuldiging van twee signalen: het antennesignaal en het signaal van een locale oscillator. In Europa gebruikte men daarvoor de triode-heptode ECH81 of UCH81 (LW, MW en korte golf). Voor hogere frekwenties werden beide signalen gewoon bij elkaar opgeteld (één radiofrekwente triode en één locale oscillator triode) en men baseert zich op het niet-lineair gedrag van de triodes om het middenfrekwent signaal te doen ontstaan. Het conversierendement is lager, maar dit was het enig systeem dat toegepast kon worden op de VHF band (FM radio met ECC81 en ECC85). Hier heb je meer informatie over de frekwentieomvorming in een mengtrap: theorie en praktijk.

De principeschakeling staat rechts. Het oscillatorsignaal wordt aan het stuurrooster aangelegd en hier ook kan men een afgestemde kring plaatsen tussen stuurrooster en cathode zodat er geen aparte oscillator nodig is. Het antennesignaal wordt aan de richtelectrodes aangelegd. Wegens de lage versterking van het signaal op de richtplaten is het aangeraden om de mengtrap te laten voorafgaan door een radiofrekwente voorversterkertrap.

De straalbundel octode heeft als belagrijk voordeel dat er nagenoeg geen beïnvloeding tussen de roosters onderling. De totale anodestroom wordt uitsluitend bepaald door het stuurrooster, de richtplaten kunnen enkel de slectronenstroom meer afbuigen naar de ene of andere anode. In een heptode (de meest gebruikte mengbuis) is er een invloed van rooster-3 naar rooster-1 en omgekeerd. Een meer negatieve rooster-3 vermindert de electronenstroom en vergroot de ruimtelading rond rooster-1.

De stralenbundel octode heeft zeer gunstige eigenschappen en het signaal van de locale oscillator lekt niet naar de antenne. De oscillator heeft een symmetrische invloed op de richtplaten, waardoor het signaal vernietigd wordt. Er is ook geen autotune (dit kan nuttig of storend zijn) waarbij een sterke zender de oscillatorfrekwentie doet verschuiven.

De straalbundel octode heeft een begrenzer-effekt op het signaal dat op de richtplaten aangelegd wordt. Door de scherp begrensde en symmetrische transfertfunctie worden de storingen begrensd als de amplitude van het signaal voldoende is.

Een dergelijke buis gebruiken in een normale ontvanger is een beetje too much, maar de buis werd wel gebruikt als modulator in radiozenders.


AM en zijband modulator

Een modulator en een synchrone demodulator kunnen dezelfde componenten gebruiken, het is in beide gevallen een verminigvuldiging van twee signalen. De vermenigvuldiging is commutatief, dat wilt zeggen dat een signaal op het stuurrooster of de richtplaten gezet kan worden en het effekt hetzelfde zal zijn. In de praktijk zal men echter een keuze maken om een zo hoog mogelijk conversierendement te bekomen.

De draaggolf met een amplitude van 2.5Vtt wordt het het stuurrooster gezet en het audiosignaal symmetrisch op beide richtplaten. Men heeft een amplitude nodig van 200Vtt tussen de platen en men moet dus een transformator gebruiken (een 100V sonorisatietransfo is daarvoor geschikt).

Er is een trimmer om de draaggolf weg te filteren. Omdat de draaggolf aanwezig is met eenzelfde amplitude op beide anodes wordt die weggewerkt door de transfo die en symmetrische ingang heeft. De ongewenste zijband moet nog weggefilterd worden en het signaal wordt lineair versterkt om naar de antenne te gaan.



Voor een AM uitzending (beide zijbanden en draaggolf) wordt de trimmer ontregeld om 50% van de draaggolf door te laten. Gebruik daarvoor een 100% gemoduleerd audiosignaal om de maximale mogelijke modulatie te bepalen en controleer of er geen vervormingen zijn op de oscilloscoop (skoopbeelden van AM zender).



En uiteindelijk de complete modulator van een SSB zender: microfoonversterker, locale oscillator met afstemkring tussen cathode en stuurrooster. Het audiosignaal wordt op één richtplaat aangelegd, de spanning op de tweede richtplaat wordt gebruikt om de draaggolf te onderdrukken. Een filter blokkeert één van de zijbanden en het signaal wordt versterkt tot 5Vtt. Het antennesignaal wordt dan naar een aparte zendversterker gestuurd.


FM stereo demodulator

Het FM stereo signaal wordt overgedragen door een hulpdraaggolf op 38kHz met onderdrukte draaggolf. Hier ook is de stralenbundel octode zondermeer ideaal. Het referentiesignaal wordt op de richtplaten gezet en het audiosignaal op het stuurrooster. De richtplaten buigen de electronenstroom naar de ene of andere anode naargelang het audiosignaal links of rechts is.

De buis werd in de praktijk niet gebruikt al FM demodulator omdat op het ogenblik dat dergelijke buizen op de markt kwamen begin jaren 1950 (met de eerste kleurentelevisies) er nog geen stereo uitzendingen waren (pas eind jaren 1960). De stereodecoders werden toen gebouwd als getransistoriseerde add-on modules die in bepaalde radio's ingebouwd konden worden.

Publicités - Reklame

-