Buizenversterkers
Eindtrap met buizen voor lijnafbuiging
PL504

Het schermrooster van de PL504 (en andere aanverwante buizen) zit in het verlengde van het stuurrooster. Dit heeft een aantal gevolgen.
-

-

Het schermrooster (tweede rooster) staat in het verlengde van het stuurrooster. Dit is het geval bij de meeste beam tetrodes zoals de gelijkaardige buizen zoals de PL508, PL509, PL519, maar ook de KT77 en soortgenoten. Dit heeft een aantal gevolgen:
  • De schermroosterstroom is lager.
    Het schermrooster staat in het verlengde van het stuurrooster (schaduwkegel) en het effekt is des te meer aanwezig met een meer negatieve stuurroosterspanning. Het is mogelijk een schermroosterstroom van 1mA te bekomen. Omdat deze stroom verloren is, is het interessant een zo laag mogelijke schermroosterstroom te hebben. De PL504 heeft een schermroosterstroom van 2% van de anodestroom, terwijl dit voor een normale pentode 10 tot 30% kan zijn.

  • Het schermrooster heeft een grote invloed op de anodestroom
    Het schermrooster heeft evenveel windingenals het stuurrooster. Het schermrooster is in feite een tweede stuurrooster. Een spanningsvariatie van g2 van 50V komt overeen met een spanningsverandering van g1 van 10V. Indien men liever niet met sterk negatieve stuurroosterspanningen wenst te werken, dan kan men g2 verlagen tot een waarde van 50V, zodat men kan werken met stuurroosterspanningen van -7.5V, die overeenkomen met die van EL84 buizen.

  • De invloed van de anodespanning is eerder beperkt
    Om hoge anodespanningen te kunnen verdragen staat de anode op een grotere afstand van de andere electrodes, zodat zijn invloed beperkt is. De spoed van het schermrooster is identiek aan die van het stuurrooster, waardoor een sterk electrostatisch scherm gevormd wordt. Bij de overgang van de anodespanning van 40 naar 60V stijgt de anodestroom van 43 naar 46mA. Bij een overgang van 100V naar 220V loopt de anodestroom op van 50 naar 60mA. De buis heeft dus sterkere pentode-eigenschappen dan een echte pentode. De tetrodeknik is niet aanwezig bij lage anodespanningen, waardoor de sweep uitgebreid wordt tot deze lage spanningen.

De sterke invloed van de schermroosterspanning is het resultaat van de specifieke constructie die ervoor moet zorgen dat de invloed van de anodespanning beperkt is. Deze spanning kan oplopen tot 7kV tijdens de terugslag.

Links een zeer schematische voorstelling van de electronenstroom in de buis. Een kenmerk van deze vermogensbuizen (PL504, PL509, PL519) is dat het schermrooster in het verlengde zit van het stuurrooster. De buis heeft daardoor een meer coherente werking wat betreft de wisselwerking tussen beide roosters. De witte zone is het gebied dat geen electronen bevat. Ter herinnering: beam tetrodes hebben geen keerrooster.
In afbeelding 1 zien de we normale instelling van de buis: een sterk negatieve stuurrooster en een sterk positieve schermrooster. Het negatieve stuurrooster duwt de electronen van zich af en er worden weinig electronen opgevangen door het schermrooster dat in de schaduw van het stuurrooster geplaatst is. In deze voorstelling is de buis nagenoeg afgeknepen (g1 = -50V), er passeren maar weinig electronen door het rooster.
In afbeelding 2 wordt de buis volledig opengestuurd (stuurroosterspanning nul). De electronen hebben nagenoeg vrije doorgang. Het schermrooster vangt veel electronen op (tot meer dan 10% van de anodestroom in bepaalde gevallen). Dit is een instelling die gebruikt word in een lijneindtrap (buis volledig in geleiding), deze instelling kan niet permanent aangehouden worden (oververhitting).
In afbeelding 3 zien we een instelling zoals die gebruikt wordt in audioversterkers, met g1 ongeveer -20V en g2 ongeveer +150V. De buis werkt hier in zijn meest lineaire gebied. De schermroosterstroom is minimaal, maar de schermroosterspanning kan de electronenstroom wel beïnvloeden. Een meer positieve schermroosterspanning kan de electronenstroom versnellen waardoor de anodestroom stijgt.
In afbeelding 4 hebben we een sturing via g2 die vaak toegepast wordt in audioversterkers die uitgerust zijn met lijneindtrappen. Door de schermroosterspanning nog lager te maken (laagste spanning = 50V) kan men de electronenstroom goed sturen via G2. De stuurroosterspanning bedraagt ongeveer -5V. De schermroostersturing (enhanced triode schakeling) wordt hier uitgelegd.

Een lage g2-spanning beperkt de maximale breedte van het kanaal tussen de wikkelingen van het rooster, en dus ook de maximale stroom die de tetrode kan leveren (deze maximale stroom is redelijk onhafhankelijk van de anodespanning). Een lage schermroosterspanning heeft niet enkle voordelen (hogere steilheid), maar ook nadelen (lager vermogen).


Vg2VaVg1 @ 10mAΔVg1 -->50mA

20100-5.0+5.0
150-5.5+5.2
200-6.1+5.5
250-6.6+5.9

5050-17.4+10.7
100-18.5+10.8
150-19.5+11.0
200-19.9+11.2
250-20.6+11.4

8080-32.6+15.0
120-33.5+15.2
160-34.1+15.4
200-34.7+15.6
250-35.4+15.7

120120-53.9+19.3
160-55.8+19.4
200-55.7+19.5
250-56.3+19.6

150150-71.2+22.5
200-72.2+23.0
250-72.6+23.0


Ik zie vaak schakelingen die ontworpen zijn alsof er EL34 buizen gebruikt worden. Een van de problemen is de veel te hoge schermroosterspanning, waardoor men verplicht is een zeer negatieve g1-voorspanning te gebruiken. De versterking (steilheid, uitgedrukt in mA/V) wordt lager, met een versterking van minder dan 2mA/V, en de buis werkt in het kromme gedeelte van de caracteristieken (dit is de rode curve). Door de hogere g2 spanning loopt er meer stroom door het schermrooster, en dat is een zuiver verlies (lager rendement).

De anodespanning kan men kiezen tussen 200 à 350V naargelang de beschikbare hoogspanningstransfo, het beschikbaar vermogen stijgt met de hoogspanning. Door te spelen met de stuurrooster ens chermroosterspanning kan men de buis optimaal kan laten werken zonder de maximale dissipatie te overschrijden. Met 200V anodespanning, een g2 spanning van 80V bekomt men een gemiddelde steilheid van 3.5mA/V en een anodestroom van 100mA (groene curve).

De nominale dissipatie van de buis bedraagt 16W, maar deze waarde geldt voor een gebruik in een lijneindtrap. Gebruikt men een lagere voedingsspanning, dan kan de anode 23W of meer dissiperen. Bij het bouwen van een versterker test ik de versterker op maximaal audiovermogen gedurende minstens 10 minuten. Dan wordt er 25W gedissipeerd op de anode, maar de buis kan deze belasting probleemloos verwerken. Bij een single ended versterker kan men een ruststroom instellen zodat de anodedissipatie 20W bedraagt. Bij een push pull versterker gaat men eerder kiezen voor een classe AB werking met een lage ruststroom zodat men een goede vermogensreserve heeft.


De internationale shooting days zijn samenkomsten van internationale fotografen en modellen uit verschillende landen. De site geeft praktische informatie over de events: adressen, planning, wat je moet meebrengen, enz. De website is speciaal aangepast voor smartphones en tablets zodat die overal geraadpleegd kan worden.

Schermroosterspanning

De g2 spanning mag niet opgewekt worden door een weerstand die met de hoogspanning verbonden is. De schermroosterstroom hangt zeer sterk af van de modulatie. Bij een sterk audiosignaal is er een sterkere schermroosterstroom, waardoor er een hogere spanningsval ontstaat over de weerstand. De spanning zakt in elkaar en de buis wordt gewurgd.

Een spanningsdeler is een betere optie, maar men moet een ruststroom van 25mA voorzien, wat een verlies betekent.

Een nog betere oplossing is een voedingstransfo te gebruiken met middenaftakking: 110V + 110V (290V gelijkgericht) voor de anode en 145V voor het schermrooster. Voor de g2 spanning kan men heel goed de gloeispanning gebruiken (27V). Verdubbeld, gelijkgericht en gefilterd hebben we 70 à 80V.

De beste oplossing is een gestabilisserde spanning door middel van een zenerdiode en een mosfet. Dit is de enige spanning die gestabiliseerd moet worden, en de transistor moet slechts een lage stroom regelen (1mA in rust per tetrode en 10mA bij maximaal vermogen). Een voorbeeld van een gestabiliseerde schermroostervoeding met PCL805 kan je hier vinden.

De versterker kan gebruikt worden met cathodeweerstanden voor de automatische polarisatie (één ontkoppelde weerstand van 200 à 220Ω per buis). Dit is een gemakkelijke oplossing waarbij de versterker in classe A werkt bij lage volumes, om naar classe AB te verschuiven bij hoge volumes. De versterker kan een maximaal vermogen van 15 à 20W leveren. De versterker is zelfinstellend en er zijn geen afregelpunten (wel controleren dat de buizen dezelfde eigenschappen hebben). De g2-spanning bedraagt 90V.

De optimale schermroosterspanning is de laagste spanning waarbij de stuurroosterspanning nooit positief moet worden bij maximale uitsturing. Voor een versterker van 10W is een g2-spanning van 75V optimaal. Voor een hoger vermogen heeft men een hogere g2 spanning nodig (tot 155V) en een veel negatievere g1 spanning. Daardoor moet men de buis ook sterker uitsturen, waardoro zelfs een williamsonschakeling nodig kan zijn.

Met een vast ingestelde negatieve roostervoorspanning kan de versterker tot 50W muziekvermogen per kanaal leveren. Het vermogen is beperkt door de maximale dissipatie van de buizen, niet door de maximale anodestroom (die vijfmaal hoger ligt). Men beschikt dus over een voldoende vermogensreserve. De voorspanning moet individueel per buis ingesteld worden.

De tabel rechts is zeer interessant en geeft de stuurrooster polarisatie weer om een anodestroom van 10mA te hebben (dit is een geschikte ruststroom voor deze buis, mag ook wat lager zijn bij een anodespanning van 250V). De laatste kolom geeft de spanningsverhoging weer die nodig is om de anodestroom naar 50mA te brengen. De waarden zijn gegeven voor verschillende schermrooster en anodespanningen.

Men merkt direct dat de buis gevoeliger is (grotere steilheid) bij een lagere g2-spanning. Dit is normaal, bij een lagere g2-spanning kan men een g1 voorspanning die minder negatief is. Door de minder negatieve voorspanning heeft het rooster een betere controle op de electronenstroom. Dit is gemakkelijk te verklaren: de electronen worden minder afgestoten en passeren dus dichter bij het rooster, die daardoor een grotere invloed heeft. Dit is nog een reden om een lage schermroosterspanning te gebruiken (en een minder negatieve stuurroosterspanning).

De tabel toont ook de grote invloed van het schermrooster (ten opzichte van een klassieke pentode). De invloed van het rooster is ook zeer lineair en dit heeft ontwerpers aangezet om een schermroostersturing toe te passen die bijzonder doeltreffend is.

Een verandering van de schermroosterspanning van 70V (van 50 naar 120V) veroorzaakt een anodestroom stijging van 1.5mA naar 80mA, dus een g2-steilheid van 0.9mA/V. De g1-steilheid is ongeveer 2mA/V bij 10mA en loopt op tot 10mA/V bij 100mA. De g1-steilheid is dus weinig constant naargelang de roosterspanning, maar wel constant bij een bepaalde anodestroom: bij een Ia van 50mA is de g1-steilheid altijd ongeveer 4.5mA/V. De g2-steilheid is meer constant, wat de lineaire werking verklaart als men g2-sturing toepast.

De PL504 is een beam tetrode, dus zonder keerrooster, maar met platen die de electronenstroom concentreren zodat zich een virtueel rooster vormt om de electronen uit de secundaire emissie terug naar de anode gestuurd worden.

De bevestigingsstaven van het stuurrooster en schermrooster bestaan uit koper om een betere warmteafvoer mogelijk te maken. De roostersteunen van het stuurrooster hebben ook twee kleine zwarte koelplaatjes om de warmte van de cathode beter af te voeren.

Er zijn natuurlijk geen steunen voor een keerrooster, maar men ziert wel de bevestiging van de platen om de electronen te bundelen.

De micaplaat rond de anode heeft een uitsnede om kruipstromen te vermijden. Deze buizen zijn ontworpen om een spanning van 7kV te weerstaan, dat is ook de reden van de anodeaansluiting boven de buis.

De cathode is breder dan die van een EL34 die nochtans krachtiger is: deze buis kan een veel hogere stroom leveren van 250mA.

Publicits - Reklame

-