Buizenversterkers
Voortrap met triode(s) of pentode
Voortrap

De cascodeschakeling werd voornamelijk gebruikt in hoogfrekwente versterkertrappen, maar men kan de schakeling ook gebruiken als audioversterker.
-

-

Men kan de nadelen van een triode en/of pentode omzeilen door twee triodes achter elkaar te schakelen. Er zijn hier verschillende mogelijkheden.

Cascode schakeling

De cascode schakeling is waarschijnlijk de meest bekende. De onderste buis krijgt de te versterken spanning op zijn rooster en stuurt het signaal door aan de tweede buis, die in gemeenschappelijke-rooster schakeling gemonteerd is. Het signaal wordt aan de cathode toegevoegd en het rooster zit op een vast potentiaal.

We gaan de spanning mooi over de buizen en de belastingsweerstand verdelen, dus voedingsspanning = 300V, anodespanning van de bovenste buis op 200V, anodespanning van de onderste buis op 100V. Aangezien het rooster van de bovenste buis op 200V moet staan, is onze spanningsdeler snel berekend: R4 = 1MΩ, R2 = 2.2MΩ. Voor R11 nemen we 100kΩ, waardoor de stroominstelling ook vastligt op 1mA.

We nemen opnieuw onze grafiek ter hand. Bij een stoom van 1mA en een anodespanning van 100V moet de roosterspanning ongeveer -0.6V bedragen. Onze cathodeweerstand is ook snel berekend: R14 = 600Ω, R12 de ingangsweerstand is 1MΩ. De naamloze ontkoppelcondensator mag een waarde hebben van 0.22µF.

Hoeveel zou deze constructie versterken? Laten we de ingangsspanning variëren van -0.1 tot -1.1V. De anodespanning kan niet variëren, want die zit vast door de bovenste buis (in theorie...). De stroom kan echter variëren van 1.9mA tot 0.6mA. De tweede buis verandert de stroom niet, waardoor we dezelfde stroom over de anodeweerstand krijgen. Bij 0.6mA hebben we een spanning van 60V over de anodeweerstand (anodespanning is dus 240V) en bij 1.9mA hebben we een spanningsval van 190V, de anodespanning is nu 110V. We hebben dus een spanningsversterking van 130×. Ten gevolge van de niet-ontkoppelde cathodeweerstand is de versterking ongeveer 100×.

Het voordeel van deze schakeling is dat we minder ruis hebben: de stroom hoeft immers niet te kiezen: naar de anode of naar het schermrooster. Een dergelijke schakeling kan bijvoorbeeld gebruikt worden om het microfoonsignaal ruisvrij te versterken.

Er is ook absoluut geen terugwerking van de tweede buis naar de eerste, waardoor dergelijke schakelingen veel gebruikt werden in tuners. Alle televisietoestellen hadden een ingangstrap onder de vorm van een cascodeschakeling.

Zoals bij een pentode is de uitgang meer hoogohmig dan bij een enkelvoudige triode. Een dergelijke schakeling kan soms de neiging hebben om hoogfrekwent te gaan oscilleren: een condensator van 10pF à 47pF tussen de anode (uitgang) en rooster (ingang) onderdrukt volkomen de oscillaties zonder de hoge tonen te verminken (de condensator is in het rood aangegeven). De condensator kan ook verbonden worden met de niet-ontkoppelde cathodeweerstand. Wanwege de laagohmige weerstand mag de capaciteit verhoogd worden naar 200 à 470pF.

De cascode schakeling en de pentode worden best gebruikt om de fasedraaier aan te sturen: vanwege zijn niet-ontkoppelde cathodeweerstand is de ingangsimpedantie van een fasedraaier zeer hoog.



Cathode follower van White

Als schakeling met een dubbele triode moeten we nog de "white cathode follower" vermelden (White is de uitvinder van de schakeling). Een cathodevolger wordt gebruikt om de impedantie van het signaal te verlagen, bijvoorbeeld om het audiosignaal door een lange leiding te sturen. De cathodevolger vergroot de spanningszwaai niet. Maar een cathodevolger (of de meer moderne versie ervan, de emittervolger) heeft geen constante impedantie.

Nemen we een gewone triode (de bovenste triode in de schakeling rechts, we vergeten even de onderste triode) die een wisselspanning op zijn rooster krijgt. Stijgt de spanning, dan loopt er meer stroom door de triode en wordt zijn impedantie ook lager. Daalt de spanning op het rooster, dan gaat de triode minder in geleiding, en stijgt zijn weerstand. In het ergste geval wordt de impedantie enkel nog bepaald door de cathodeweerstand.

Maar de bovenste triode die de cathodevolger vormt heeft een anodeweerstand van relatief lage waarde. De spanning over de anodeweerstand verandert lichtjes naargelang het signaal, en dus ook naargelang de impedantie van de cathodevolger.

Als de spanning over de stuurrooster van de cathodevolger afneemt, dat gaan de triode minder in geleiding. De spanningsval over de anodeweerstand wordt daardoor kleiner, waardoor de anodespanning wat hoger wordt. Deze spanningsverhoging wordt overgebracht aan de onderste buis, die daardoor meer in geleiding gaat, zodat de impedantie van de schakeling constant wordt gehouden.

Het belangrijkste deel van de schakeling is de anodeweerstand die de correcte werking van het geheel moet verzekeren. Zijn waarde moet bepaald worden aan de hand van de eigenschappen van de triodes (en in het bijzonder Gm of steilheid): Ra = 1/Gm. De steilheid van een ECC83 bedraagt 10mA/V of 10mS (millisiemens), de anodeweerstand moet dus 100Ω zijn.

Hoe zijn we aan die waarde gekomen? De vermindering van de stroom door de bovenste triode moet gecompenseerd door een identieke stijging van de stroom door de onderste triode (de stroomsterkte die daalt en stijgt gaat niet verloren maar wordt door de belasting gebruikt). Als de stroom met 1mA in de bovenste buis daalt, dan moet de stroom door de onderste buis met 1mA stijgen.

Om de stroom door de onderste triode te doen stijgen, moet de roosterspanning stijgen. Met hoeveel volt? Men gebruikt hier de steilheid van de buis, dat is een caracteristieke waarde van een buis. Bij een stijging van 1V ontstaat er bijvoorbeeld een stijging van de stroom van 10mA. We hebben een stijging van 1mA nodig, dus een stijging van de spanning van 100mV.

De spanningsstijging van 100mV moet op de anodeweerstand opgewekt worden. Als de anodestroom met 1mA daalt, dan moeten we een vermindering van de spanning over de weerstand hebben van 100mV. Volgens de wet van Ohm is R = U/I, dus R = 100mV/1mA of 100Ω, ced.

Series Regulated Push Pull

Er bestaat nog één standaardschakeling, dat is de SRPP. Deze wordt echter niet als voortrap gebruikt en zal meer in detail besproken worden op de pagina voor eindtrappen (eindtrappen zonder uitgangstransfo). Met een gewone triode zoals de ECC82 is het mogelijk een koptelefoon aan te sturen.

Een voorbeeldschakeling van een SRPP als voortrap staat op de pagina van de SIPP schakeling.

Beide schakelingen, de cathodevolger van White en de SRPP worden gebruikt om een lagere uitgangsweerstand te bekomen. De SRPP schakeling wordt vaker gebruikt omdat die de spanning versterkt, terwijl de schakeling minder gunstige eigenschappen heeft. Daardoor kan men een triode besparen.

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