Williamson schakeling

De fasedraaier met concertinaschakeling kan gevolgd worden door een long tail schakeling. De concertineschakeling is een gewone fase-omkeertrap met uitstekende eigenschappen, maar niet geschikt om vermogensbuizen aan te sturen vanwege zijn verschillende impedantie op de anode en cathode uitgang.

De trap die daarop volgt lijkt op een long tail schakeling met de gemeenschappelijke cathodeweerstand, behalve dat die zijn signaal op beide ingangen krijgt, waardoor we in feite te maken hebben met een differentiële versterker.

De differentiële trap is de drivertrap van de eindbuizen. Een drivertrap moet niet veel versterken, maar moet een voldoende vermogen kunnen leveren om de eindbuizen in classe AB2 aan te sturen (indien nodig). En hier is de ECC82 op zijn plaats: een buis die niet zo'n hoge versterking heeft, maar wel een hoge steilheid heeft.

De complete schakeling heeft de voordelen van beide schakelingen maar niet de nadelen:

• Het verschil in impedantie tussen anode en cathode van de fase-omkeertrap speelt geen rol, want de volgende trap is hoogohmig. De twee triodes die volgen hebben geen hoge stuurstroom nodig.

• De twee volgende triodes leveren een identiek signaal, omdat ze een identiek signaal ontvangen (maar in tegenfase). Dit was het nadeel van de long tail schakeling.

• De twee triodes versterken het signaal zoals een normale ontkoppelde triode.

• De gemeenschappelijke cathodeweerstand vermindert de vervormingen, omdat als het signaal op één tak stijgt, het signaal zwakker wordt op de andere tak. Een asymmetrie wordt daardoor onderdrukt.

Een nadeel van deze schakeling is dat er een extra triode nodig is, maar daartegenover staat dat deze triodes het signaal versterken. Men zou de versterker dus kunnen laten beginnen met de fase-omkeertrap (zonder voortrap) gevolgd door de twee triodes en gevolgd door de eindtrap in push pull configuratie. Maar deze complexere schakeling wordt vooral gebruikt om zware eindbuizen met een hoge amplitude aan te sturen, zodat er toch een voortrap nodig is om een voldoende amplitude te bekomen.

Omdat men een hoge versterking heeft, kan men die wat verminderen door de anodeweerstanden in waarde te verlagen (zie getalwaarden onderaan). De bandbreedte zal nog beter worden en de vervorming zal nog lager worden.

De complete versterker zou dus kunnen bestaan uit de volgende buizen: ECC83 (voortrap en fase-omkeertrap), ECC82 (faseversterker) en tweemaal PL519 of EL509 (eindbuizen).

De versterker gebruikt koppelcondensatoren met een waarde van 0.22µF. Tegenwoordig kiest men de condensatorwaarden zodanig dat de voortrappen geen onnodige frekwenties versterken, frekwenties die toch niet weergegeven kunnen worden, en die enkel voor oversturing kunnen zorgen. De betere waarden zijn:
Cx: 47nF — C19, C20: 100nF — C21, C22: 220nF
R17, R19, R20, R23: 47kΩ

Historische versterker (Williamson schakeling) met amerikaanse buizen 807

Het is een standaard Williamsonschakeling, met de eerste triode als spanningsversterker en de tweede triode als cathodyne fase omkeertrap.

De tweede buis is een symmetrische versterker (long tail) die als drivertrap gebruikt wordt voor de eindbuizen. De eindtrappen hebben een polarisatie door cathodeweerstanden en werken in triodeschakeling, met het schermrooster aan de anode verbonden.

De versterker heeft een naddel die eigen is aan de meeste williamson versterkers, namelijk de globale tegenkoppeling die van de uitgang terug naar de ingang gaat. Omdat er zoveel trappen in de tegenkoppellus zitten is het moeilijk de faseverschuivingen onder controle te houden en de versterker kan onstabiel worden. Het vervangen van de output transformator, het verlopen van een buis, het gebruik van luidsprekers met niet aangepaste filters kan de werking van de tegenkoppeling verstoren en de versterker onstabiel maken.

De drivertrap heeft een gemeenschappelijke cathodeweerstand van lage waarde, waardoor de versterking van deze trap hoog is. De hoge spanningsversterking moet gecompenseerd door een tegenkoppeling die sterk ingrijpt. In de schakeling zijn er echter geen maatregelen voorzien om de faseverschuivingen tegen te werken.

De mate van tegenkoppeling hangt af van de verhouding van de twee weerstanden en men kan de verhouding vrij instellen. Omdat dit een lokate tegenkoppeling betreft zijn fasefouten en bijhorende instabiliteit minder aanwezig.

Ik hou ook niet van een triodeschakeling voor eindbuizen: een triodeschakeling beperkt het vermogen van de versterker en er is een sterkere sweep nodig. Een ultra lineaire schakeling is een optie, maar vergt een aangepaste transformator.

Een andere schakeling die in in de jaren 1990 tegengekomen ben is de laatste schakeling links (principeschakeling). De schakeling wordt super triode (STC: super triode connection) genoemd en wordt in enkele single ended versterkers gebruikt. In mijn geval werd de schakeling gebruikt in een versterker met PL519 als eindtrappen. De versterker klonk zeer goed, maar ik weet niet meer welke andere buizen gebruikt werden.

De tussenbuis is in gemeenschappelijke anode geschakeld (cathodevolger), maar de triode krijgt zijn voeding niet van de hoogspanning, maar van de anode van de eindtrap.

De tegenkoppeling is gebaseerd op het feit dat bij een triode de anodespanning een invloed heeft op de cathode. Een dergelijke schakeling kan niet gebruikt worden met een pentode, vanwege het schermrooster dat de invloed van de anodespanning tegen houdt.

De schakeling heeft een extra dubbele triode nodig die bestand moet zijn tegen de hoge spanningen die op de anode van de eindtrap aanwezig zijn (dubbele van de voedingsspanning). Verder zijn er geen extra onderdelen nodig.

De mate van tegenkoppeling ligt hier vast en wordt bepaald door de gebruikt triode. Een triode met een rooster met wijde wikkelingen heeft een lagere versterking en een sterkere invloed van de anodespanning. Deze triode veroorzaakt een sterkere tegenkoppeling dan een triode met een rooster met meer wikkelingen.

Als de supertriode schakeling gebruikt wordt in een push pull schakeling, is dit enkel mogelijk met een drivertrap die een identieke uitgangsimpedantie heeft op beide uitgangen (dit is niet het geval met een cathodyneschakeling). De spanningszwaai op de anode van de eindtrap heeft een invloed op het rooster van de tussentrap via de capaciteit anode-rooster van de triode. Deze capaciteit is vaak groter dan bij een vermogenspentode, waarbij het schermrooster als electrostatische afscherming werkt.

Een laaste schakeling wordt gebruikt om de eindtrappen in classe A2 of AB2 te sturen (waarbij er stroom door het rooster loopt bij vermogensspieken. Door een extra buis te gebruiken als cathodevolger vermijd men dat de koppelcondensator van de eindtrappen opgeladen geraakt door de roosterstroom.

Er is een negatieve voedingsspanning nodig en de ruststroom door de eindtrappen wordt geregeld door de roosterspanning van de drivertrap.

Zoals de super-triode schakeling geeft deze schakeling geen versterking. De schakeling kan ook gebruikt worden, zelfs al worden de eindtrappen niet in classe AB2 gestuurd. Door de extra trap wordt de instelling van de eindtrappen beter gestabiliseerd.