Buizenversterkers
Voortrap en fase-omkeertrap
 

De schakelingen die hier getoond worden zijn verbeteringen op de klassieke long tail fase omkeertrap (mullardschakeling).
-

-

De long tail omkeertrap wordt vaak gebruikt, zowel losstaand of als tweede trap van een Williamson schakeling waarbij de twee fasen geleverd worden door een cathodyne schakeling.

Veronderstellen we dat het signaal aan de ingang van de schakeling volledig asymmetrisch is, wat het geval is als we met een zuivere long tail schakeling werken. We voeren een signaal toe aan ingang 1, maar niet aan ingang 2. Dit is wat er gebeurt:

  1. De triode links versterkt het signaal, dat op de anode gemeten kan worden (tegenfase)
  2. De triode heeft geen ontkoppelcondensator op de cathode, waardoor de roosterwisselspanning ook op de gemeenschappelijke cathode terug te vinden is (met een wat lagere amplitude)
  3. De tweede triode wordt aangestuurd als een montage met gemeenschappelijk rooster (dus op de cathode). Het versterkte signaal is te vinden op de anode.
Dit zijn enkele algemene richtwaarden voor de wisselspanningen:
  • E1: 1V +
  • E2: 0V =
  • R3: 0.9V +
  • V1: 10V -
  • V2: 9V +

+ en -:
positief of negatiefgaande fase
van de wisselspanning.

De wisselspanning op de gemeenschappelijke cathode is zwakker dan de spanning op het rooster van de eerste buis, we hebben daardoor ook een lagere wisselspanning op de tweede anode.

De long tail schakeling die op één rooster aangestuurd wordt heeft een minder gelijklopende uitgangspanning in vergelijking met andere fase omkeertrappen zoals de cathodyne of parafase. Ondanks dit nadeel wordt de long tail schakeling toch vaak gebruikt omdat de schakeling een grotere swing toelaat en een gelijke impedantie heeft op de twee uitgangen. Om een meer symmetrische uitgang te hebben wordt één van de anodeweerstanden aangepast zodat de amplitude van het signaal identiek is op de twee uitgangen. Men kan natuurlijk ook de long tail laten voorafgaan door een cathodyne om een zeer goede gelijkloop te bekomen. Deze schakeling (Williamson) wordt doorgaans gebruikt in de hifi versterkers met een hoog vermogen.

Bij een zuivere long tail hangt de mate van de gelijkloop af van de gelijkwaardigheid van beide triodes, maar ook van de verhouding

anodeweerstand / cathodeweerstand

Hoe hoger de cathodeweerstand (ten opzichte van de anodeweerstand), hoe beter de correctie. maar men kan geen te hoge waarde gebruiken, anders is er een te hoge spanningsval, waardoor de mogelijke swing kleiner wordt.

Wat zou er gebeuren als we de cathodeweerstand vervangen door een pentode? Een pentode heeft een hoge inwendige weerstand (de buis gedraagt zich als een stroombron).

De pentode laat ons eveneens toe de gelijkloop te verbeteren. We beginnen opnieuw met de vorige schakeling en sturen een positiefgaande signaal op het rooster van de eerste buis en geen signaal op het rooster van de tweede buis. De triode V1 versterkt hier ook het signaal. Op de anode 1 hebben we een versterkte signaal in tegenfase (en voorlopig geen signaal op de tweede anode).

Maar de twee anodes worden met elkaar verbonden met twee weerstanden R5 en R6. In het midden hebben we de halve amplitude van het anodesignaal van V1. Dit signaal wordt naar de pentode gestuurd, waardoor men op de anode van de pentode (en dus de gemeenschappelijke cathode van de triodes) een versterkt foutsignaal bekomt.

En nu wordt het interessant: de spanning op de gemeenschappelijke cathode is in fase met het signaal op het rooster van V1 en vermindert dus de versterking van die buis. De buis V2 wordt echter via zijn cathode aangestuurd en veroorzaakt een sterk signaal op zijn anode (zelfde fase). Dit signaal wordt in het groen aangegeven, want die bestaat niet in werkelijkheid (als de regellus gesloten is).

Het groene signaal is ook aanwezig op het knooppunt R5 en R6 en stuurt de pentode in tegenzin zodanig dat de gelijkloop tussen beide triodes maximaal is. De pentode versterkt enkel het verschilsignaal, de fout tussen beide uitgangssignalen.

Met een klassieke long tail schakeling met identieke anodeweerstanden kan men een gelijkloop van 90% bereiken. Indien men de weerstanden aanpast kan men de gelijkloop verbeteren tot 99%, maar de gelijkloop kan verslechteren als de buizen verslijten (daarom dat een long tail altijd uitgerust is met een dubbele triode in één ballon).

De schakeling met de pentode haalt een nauwkeurigheid van 99% die enkel nog afhangt van de verhouding tussen R5 en R6. Als een buis verloopt heeft dit weinig invloed op de werking van het geheel.

De gelijkloop kan nog verder verbeterd worden door de schakeling te laten voorafgaan door een cathodyne. Met de cathodyne zonder pentode hangt de gelijkloop echter af van de eigenschappen van de buizen V1 en V2.

Een dergelijke schakeling met correctiepentode wordt niet gebruikt in versterkers voor huishoudelijk gebruik: de asymmetrie is voldoende klein. Men zal ofwel een williamsonschakeling gebruiken voor hifi of een long tail met aangepaste anodeweerstanden voor minder-hifi toestellen. De schakeling met pentode werd echter gebruikt in hoogwaardige oscilloscopen, meetapparaten (de eerste op amps) en analoge computers om een zeer symmetrische uitgang te bekomen.

In een hifi versterker wordt de vervorming grotendeels bepaald door de eindbuizen. Zou het niet mogelijk zijn de vermogenstrap te betrekken in de regellus?

De vermogenstrap (die hier met triodes getekend is) heeft een gemeenschappelijke niet-ontkoppelde cathodeweerstand. Men bekomt hetzelfde signaal op de cathodes van de eindtrappen als op de anodeweerstanden van de stuurbuizen omdat de fase gelijk blijft. De correctie werkt dus op dezelfde manier, maar de eindtrappen zijn in de regellus betrokken.

In ons voorbeeld sturen we opnieuw één buis aan (V1), het signaal komt versterkt op de anode. Het signaal wordt door de eindbuis versterkt, het signaal is echter ook aanwezig op de niet-ontkoppelde cathodeweerstand van de eindbuizen. Dit signaal wordt teruggevoerd naar de regelpentode die het signaal versterkt en aan de gemeenschappelijke cathodes terugvoert. De versterking van V1 wordt daardoor verminderd, terwijl V2 hier ook opnieuw een signaal aanmaakt zodat de eindbuizen een symmetrisch signaal leveren.

Maar men gebruikt normaal geen triodes als eindtrap, een triode kan ongeveer 1/3 van het vermogen van een pentode leveren. De pentode heeft een schermrooster op een positieve spanning waardoor er een deel van de cathodestroom naar het schermrooster gaat (en niet naar de anode). De meting van de cathodestroom is dus geen maat meer voor de effektieve anodestroom.

De laatste schakeling heeft nu vermogenspentodes, dit kunnen zowel traditionele pentodes zijn als beam tetrodes; het maakt in de parktijk niets uit voor de werking.

De twee schermroosters zijn met elkaar verbonden (eventueel met een eigen stopweerstand van 100Ω om parasitaire oscillaties te onderdrukken). De laagohmige stopweerstanden hebben egen invloed op de werking van de schakeling. We hebben hier ook een gemeenschappelijke schermroosterweerstand R die de werking van de buizen meer lineair zal maken, maar dit werkt enkel als de buizen gepaard zijn. Los van de rest heeft deze ingreep een beperkte invloed want hier meten we de anodestroom.

Het correctiesignaal wordt nu afgetapt via een weerstand R7 op de anodekring van de twee eindbuizen. We moeten rekening houden met het feit dat het correctiesignaal nu een omgekeerde polariteit heeft. We meten hier de effektieve anodestroom, maar de spanning zakt als de stroom stijgt, terwijl de spanning stijgt op de cathodeweerstand als de stroom stijgt.

De eenvoudigste manier is de correctiepentode aan te sturen van zijn cathode (in het groen aangegeven). Een sturing op de cathode werkt immers omgekeerd als een sturing op het rooster. We hebben opnieuw een correctiesignaal met de juiste fase.

Het correctiesignaal komt op de cathode terecht, wordt versterkt en wordt afgetapt op de anode om de triodes te sturen. Het keerrooster wordt met de cathode doorverbonden, het is een heel klassieke versterkerschakeling met sturing op de cathode.


Maar met buizen kan je alle kanten uit. Wat zou er gebeuren indien met het correctiesignaal op het keerrooster zou aanbieden (orange aangegeven)? We gebruiken een niet ontkoppelde cathodeweerstand.

Een keerrooster werkt als een soort scheidsrechter die de trage electronen (afkomstig van de secundaire emissie) terug stuurt naar waar ze gekomen zijn: naar de anode of naar het schermrooster. Maar als men de polarisatie van het keerrooster verandert, kan men het percentage anode- en schermroosterstroom wijzigen. Is de spanning sterk negatief, dan worden de meeste electronen tegengehouden (die komen dan terecht op het schermrooster), is de spanning positief, dan gaan de electronen door naar de anode.

De spanning op het schermrooster volgt dus de spanning op het keerrooster. Het schermrooster voedt nu de twee triodes. Deze laatste schakeling is een voorbeeld, ik weet niet of die ook in de praktijk toegepast is geweest. De correctiepentode moet een relatief hoge stroom verdragen op zijn schermrooster, men moet dus een vermogenspentode zoals een EL95 of EL84 gebruiken, en geen voorversterkerpentode zoals een EF86.

Een schakeling die ook gebruik maakt van het keerrooster als aktieve electrode is de transitron. Het is een oscillator waarvan de werking afhangt van de eigenschappen van de gebruikte pentode. Niet alle schakelingen zullen oscilleren, terwijl de buis zelf in orde is. Deze oscillator werd dan ook snel vervangen door meer bedrijfszekere schakelingen.

De vorige schakelingen (nummer 3 en 4 met cathodesturing) werden echter veelvuldig gebruikt in toepassingen waar men een zeer lineair signaal nodig heeft, zoals graveermachines voor fonoplaten, opnamekoppen voor bandrecorders (studiotoepassingen), stuurtrappen van modulatoren voor de radio-omroep, enz.

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

-