Buizenversterkers
Voortrap en fase-omkeertrap
 

De fase-omkeertrap zorgt ervoor dat de twee signalen in tegenfase hebben om de eindtrappen aan te sturen (push pull configuratie). Gebruiken we een single ended eindtrap, dan is een fase-omkeertrap niet nodig.
-

-

We hadden het op een vorige pagina over de ingangstrap. Het signaal heeft nu een amplitude van ongeveer 10V effektief en dat is voldoende om de eintrap aan te sturen.

De fase-omkeertrap

De bedoeling is dat beide eindbuizen omgekeerd aangestuurd worden: de ene buis "duwt" terwijl de andere buis "trekt", vandaar dat deze eindtrappen "push-pull" genoemd worden.

Om de vervorming in de eindtrappen zo laag mogelijk te krijgen moeten beide spanningen gelijk zijn, zodat door de symmetrische constructie de vervorming onderdrukt wordt. Er zijn hier verschillende schakelingen mogelijk.

De fase-omkeertrap is mede-bepalend voor de kwaliteit van de versterker, sommige ontwerpers lijken dat te vergeten. De omkeertrap moet een signaal van voldoende amplitude kunnen leveren om de eindtrappen volledig uit te sturen, is dat niet het geval, dan heeft men een extra drivertrap nodig. De cathodyne heeft een beperkte sweep en is enkel geschikt voor versterkers met een beperkt vermogen. De meeste fase-omkeertrappen (behalve de zeer eenvoudige cathodyne) bestaan in verschillende uitvoeringen. De parafase bestaat uit een eenvoudige uitvoering die niet geschikt is voor hifi, maar de floating parafase en de anodevolger zijn wel geschikt.

Hifi of gitaarversterker?

Bij de keuze van een omkeertrap en het selecteren van de componenten moet men weten dat een aantal van die schakelingen gebouwd zijn voor gitaarversterkers, met andere instellingen. Bij een gitaarversterker is men op zoek naar de typische buizenklank, terwijl een hifiversterker zo natuurgetrouw moet klinken.

Bepaalde schakelingen die je in boeken of op het internet kan terugvinden zijn eigenlijk voorzien voor gitaarversterkers, maar dat wordt niet specifiek gemeld bij de schakeling. Alle schakelingen op deze pagina's zijn voorzien voor hifi-weergave. Maar bij veel historische versterkers wordt het maximaal vermogen aangegeven bij een vervorming van 10%. Dit is duidelijk geen hifi meer.

De klank van een versterker wordt hoofdzakelijk bepaald door de eindtrap, en men kan bepaalde schakelingen terugvinden die niet geschikt zijn voor hifi-versterkers. Maar het is de wisselwerking tussen omkeertrap en eindtrap die ook de "sound" bepaalt.

Mogelijke schakelingen

De schakelingen rechts zijn afkomstig van de documentatie van de buizen, de documentatie is in de jaren 1950 uitgegeven, met de ouder vorm van de weerstanden. In moderne hifi versterkers die een vervorming van 0.1% halen worden de buizen niet meer zo gebruikt. Men zal minstens weersanden van een lagere waarde gebruiken zodat de eindtrappen beter uitgestuurd kunnen worden. De schakelingen kunnen enkel gebruikt worden in laagvermogen versterkers met een paar EL84 of 6V6 of eventueel EL34 als de laatste buizen niet ver uitgestuurd worden.


    Cathodyne met ECC82
  1. Concertina of cathodyne
    Deze eenvoudige omkeertrap voldoet uitstekend als men een kleine versterker bouwt met EL84 of PCL86. Een symmetrische sweep van meer dan 10V effektief is mogelijk. De impedantie van beide uitgangen is niet identiek, de schakeling kan niet gebruikt worden om zwaardere buizen aan te sturen.

    Vb300V
    Ia Ia'0.9mA 0.8mA
    Vo20V (d = 1%)
    Vo/Vi11

    De cathodyneschakeling kan een stuursignaal van 20V leveren in een vermogenspentode van gemiddeld vermogen (bijvoorbeeld een paar 6V6). Men gebruikt hier een ECC82 met een lagere gain, maar ook met een lagere inwendige impedantie, zodat de buis beter op zijn plaats is om eindtrappen aan te sturen.

    Deze eenvoudige schakeling geeft zeer goede resultaten (beter dan je zou verwachten), waarbij het verschil in amplitude tussen de twee uitgangen enkel bepaald wordt door de nauwkeurigheid van de belastingsweerstanden.

    De schakeling is echter asymmetrisch wat betreft uitgangsimpedantie en het mooie evenwicht kan snel verstoord worden als buizen van een hoger vermogen aangestuurd moeten worden.

    De sweep is meer beperkt in vergelijking met de andere schakelingen omdat er signaal afgetapt wordt aan de anode en cathode (accordeonwerking)

    Faseverschuivingen tussen de twee uitgangen zijn beperkt, omdat slechts één triode gebruikt wordt, het aantal buizen voor de positieve en negatieve signaaluitgang is identiek.



    Mullard met ECC83
  2. Long tail of Mullardschakeling
    Deze versterker gebruikt een dubbele triode en heeft als bijkomend voordeel dat het signaal nog wat versterkt kan worden. Deze schakeling kan gebruikt worden om EL34 buizen aan te sturen. De long tail schakeling wordt soms Schmidt schakeling genoemd in Frankrijk.

    Vb300V
    Rk1kΩ
    Itot1.5mA
    Vo40V (d = 4.5%)
    Vo/Vi60

    In deze configuratie levert de Mullard met ECC83 een hoge versterking, maar ook een sterke vervorming, die tegenwoordig niet meer acceptabel is. Men zal een outputsignaal van maximaal 25V laten leveren. De standaard mullardschakeling heeft een buis met een hoge versterking (µ = 100) nodig om een voldoende symmetrie te hebben.

    Er zijn verschillende verbeteringen aangebracht aan de basis mullard schakeling. De long tail wordt tegenwoordig nog in diverse vormen toegepast in discrete versterkers en op-amps.

    De schakeling rechts is eigenlijk een floating parafase schakeling, die de voordelen van de long tail combineert met die van de normale parafase.

    Dit is een omkeertrap met twee ingangen, waarbij de tweede ingang vaak niet gebruikt wordt (je kan die gebruiken voor de tegenkoppeling).

    De omkeertrap zorgt voor een beperkte versterking en de impedantie van de twee uitgangen is identiek. De impedantie is echter hoger dan bij een enkelvoudige versterkertrap.

    Maar bij deze schakeling blijft er altijd een verschil in uitsturing op de uitgang. Het is een verschilversterker, en er moet een fout zijn zodat de regeling kan werken. De fout wordt kleiner als men buizen met een hoge versterking gebruikt.

    De verhouding anodeweerstanden/cathodeweerstand bepaalt ook mee de asymmetrie en men gebruikt best een cathodeweerstand van hoge waarde, eventueel samen met een negatieve cathodevoeding om de spanningsval te beperken. Een cathodeweerstand van hoge waarde beperkt echter de versterking en verhoogt de inwendige weerstand van de anodekring: het is dus (zoals bijna overal) een compromis...

    Men kan het verschil reduceren door op de uitgang 1 (direct aangestuurd) een instelbare spanningsdeler te voorzien die 90 à 100% van de spanning aftapt.

    De schakeling leent zich zeer goed tot verschillende aanpassingen.


  3. Parafase schakeling
    Deze schakeling wordt minder gebruikt bij hifi versterkers, maar je zal die vaak aantreffen in gitaarversterkers. Er is één enkele triode nodig. De parafase bestaat eigenlijk in drie versies:
    • de gewone parafase, waarvan het signaal van de tweede triode wordt afgetapt aan de anode van de eerste triode en verzwakt (minst goede oplossing)

    • de parafase in anodevolger schakeling die overeen komt met de op-ampschakeling met versterking van -1× en

    • de floating parafase die een gemeenschappelijke cathodeweerstand heeft en de beste eigenschappen heeft.

    Deze laatste schakeling voldoet aan het predikaat "hifi".

    De schakeling rechts is een floating parafase (zie gemeenschappelijke cathodeweerstand). De schakeling gebruikt een buis die specifiek voorzien is voor radiotoepassingen (mengtrap van super ontvanger), waardoor er speciale voorzieningen getroffen moeten worden (zie bespreking van de schakeling via de link).

    Dit is de enige schakeling waarbij de cathodes voor wisselspanning aan de massa zitten. Het is een anodevolger schakeling, dus een versterker met gain -1×.

    De parafase heeft een hoge sweep omdat de cathodes aan de massa gelegd kunnen worden. De schakeling kan op verschillende manieren uitgevoerd worden, waarbij de floating parafase eigenschappen van de long tail schakeling overneemt.

    De voortrap en de omkeertrap worden vaak uitgevoerd via een dubbele triode zodat de uitgangsimpedanties voldoende identiek zijn.


  4. Williamsonschakeling
    Het is geen nieuwe soort schakeling, maar een cathodyne gevolgd door een mullardschakeling en combineert de voordelen van beide schakelingen: een goede gelijkloop, een gelijke uitgangsimpedantie en een relatief hoge swing. Deze schakeling is geschikt om zwaardere buizen in classe AB1 te sturen (PL519 en dergelijke). Deze lijneindtrapbuizen hebben een grote spanningszwaai van 40V effektief nodig om volledig uitgestuurd te worden.

    De Williamson versterker gebruikt deze schakeling,... maar de schakeling die wij kennen als Williamsonschakeling is in feite al ontworpen door zijn voorganger, een zekere Cocking!


  5. Cross coupled
    De cross coupled fasedraaier zal je niet terugvinden in amateurschakelingen, maar wel in bepaalde commerciële producten. De schakeling heeft goed eeigenschappen (lage vervorming, hoge bandbreedte, grote sweep en goede gelijkloop tussen beide uitgangen), maar je hebt twee dubbele triodes nodig die verschillende eigenschappen moeten hebben.


  6. Push pull zonder omkeertrap
    Er bestaat ook een push pull versterker zonder omkeertrap, namelijk de SIPP schakeling (Self Inverting Push Pull) en een push pull stereo versterker met slechts de helft van de buizen van een traditionele verterker (en ook zonder omkeertrap): de Simplex versterker.

    De pentode met secundaire emissie kan ook gebruikt worden als fase-omkeertrap. De buis combineert een zeer hoge versterking (µ = 300) met de mogelijkheid om twee signalen met een faseverschuiving van 180° af te tappen. Deze buizen worden echter niet meer gebouwd.


Er bestaan nog andere schakelingen, maar ze zijn zeldzaam en ik kan je enkel aanraden je ontwerp te baseren op een beproefde schakeling.

Je kan de voortrap en fasedraaier vervangen door een transistorschakeling waarbij de buizen volledig of gedeeltelijk vervangen worden door transistoren. Deze oplossing werkt prima en kan bijvoorbeeld gebruikt worden als er te weinig plaats is voor een complete Williamsonschakeling (4 triodes per kanaal).


Een cathodyneschakeling met zijn voortrap (2 triodes ECC83) heeft een totale versterking van ongeveer 50×, dit is de schakeling links zonder het groene gedeelte. Daarmee kan je een kleine vermogenspentode goed uitsturen (10V effektief) met een ingangspanning van 200mV.

Een parafaseschakeling, eveneens met twee triodes heeft ook een versterking van 50×. De versterking wordt hier ook door de eerste buis geleverd.

De mullardschakeling (3 triodes: voortrap en twee triodes met gemeenschappelijke niet-ontkoppelde cathodeweerstand) heeft een versterking van ongeveer 200× (hangt af van de waarde van de cathodeweerstand), goed om een paar EL34 aan te sturen (25Veff).

De Williamsonschakeling met zijn 4 triodes haalt een versterking van 2000×. Daarmee kan je een zware eindbuis (genre EL509 die 40Veff nodig heeft) sturen met een signaal van 20mV. Bij deze schakeling is de versterking zo groot dat er een tegenkoppeling toegepast moet worden.

De anti flashover diode die vaak bij bepaalde omkeertrappen gebruikt wordt wordt hier beschreven.

Op een volgende pagina gaan we de drivertrappen bespreken. Zij leveren het vermogen om de eindtrappen correct aan te sturen.

Publicités - Reklame

-