Buizenversterkers
Versterkers met lijneindtrappen in circlotronschakeling
Circlotron

De circlotronschakeling is een symmetrische schakeling met de uitgang op de cathode. Lijneindtrappen die een relatief lage inwendige weerstand hebben kunnen optimaal gebruikt worden in een dergelijke schakeling.
-

-

De eigenschappen van de 100V lijnversterkers worden hier uitgelegd.

De circlotron is een speciale schakeling die hier meer in detail besproken wordt.

Versterker met 100V lijntransfo en PL504

Een versterker die ontworpen is om met PL504 buizen te werken is de Voima R200W. Het is een opmerkelijke schakeling voor verschillende redenen: er worden PL504 buizen gebruikt in een speciale configuratie (cathodevolger) en er wordt een extra schakeling voorzien voor de instelling van de polarisatie van de eindtrappen.

De outputtransformator wordt op de cathode van de eindbuis aangesloten (de impedantie van de PL504 bedraagt dan 200Ω). Men gebruikt een speciale transformator voor 100V lijnen (beide eindbuizen hebben hun cathode verbonden met een uitgang van de 100V transfo). Deze ongewone combinatie (100V lijntransfo en PL504) is wel ideaal omdat de impedantie van de PL504 in cathodevolger overeenkomt met die van de 100V transfo.

Dergelijke transformatoren worden in public address versterkers gebruikt (geluid in zalen, sportstadia,...). Het is dus geen probleem om dergelijke transformatoren te vinden. Deze transformatoren mogen echter niet in de anodekring gebruikt worden, want de impedantie van de buis is dan hoger. De meeste transformatoren hebben ook een 4/8Ω spoel waarop gewone luidsprekers aangesloten kunnen worden.

De schakeling die hier getoond wordt heeft een dynamische instelling van de roosterspanning. De versterker is geschikt voor een vermogen van 200W (sic...), maar de buizen hebben een maximale dissipatie van 16W per buis (22W gedurende een 10-tal seconden). Als de amplitude van het signaal sterker wordt, dan wordt de negatieve polarisatie sterker, waardoor de versterker naar klasse B verschuift. Ik denk echter niet dat de schakeling effektief 200W kan leveren (zelfs als "muziekvermogen").

Indien je een vermogen van 200W wenst te halen, dan gebruik je beter PL509 of PL519 buizen die een hogere anodedissipatie hebben en tesamen een stroom van 1A kunnen leveren. De gloeispanning is 40V (in plaats van 27V). Het vermogen van 200W is wat overdreven voor een push pull met een paar PL504, maar je kan er twee in parallel gebruiken (dus 4 per kanaal).

Er dient gemeld te worden dat de eigenschappen van de PL509/PL519 minder lineair zijn ten overstaan van de PL504 die een zeer aangenaam geluid geeft met een minimale terugkoppeling.

Een circlotronschakeling is geschikt voor relatief laagohmige belastingen zoals 100V lijntransfo's, maar ook speciale hoogohmige luidsprekers (800Ω). In de tijd toen deze versterkers ontworpen werden was er nog niet echt een referentie wat betreft de luidsprekerimpedantie, en je had zowel laagohmige luidsprekersystemen als hoogohmige luidsprekersystemen. De strijd tussen laag- en hoogohmig was toen nog niet beslist.

Versterker zonder uitgangstransfo en EL36 lijneindtrapbuizen

Een voorbeeldschakeling van Philips. Toen al waren de schema's van Philips bijzonder goed te volgen. De versterker gebruikt 4 EL36 per uitgang. De EL36 is een lijneindtrap, de voorloper van de eindtrappen van de 500-reeks (PL500, PL504, PL509, PL519). Al deze buizen hebben als kenmerk de zeer lage inwendige weerstand.

Men gebruikt hier zelfs geen uitgangstransfo, maar de hoogohmige luidspreker wordt direct aan de uitgang van de buizen gekoppeld. In de jaren 1950 had men zowel luidsprekers met een relatief lage weerstand (8Ω), maar ook luidsprekers met een hogere inwendige weerstand (800Ω).

Deze schakeling toont goed aan dat een transfo met middenaftakking niet nodig is. De eindtrap wordt aan de massa gelegd met twee relatief hoogohmige weerstanden. Dit is nodig zodat de volledige eindtrap niet zou gaan zweven, maar ook omdat de eindtrap stroom levert aan de voortrap via R14 en R15.

De aansluitingen f en g leveren de polarisatiespanning voor de eindtrappen, we hebben ongeveer -20V met f negatief.

c en i zijn de positieve voedingsspanningen (300V), terwijl j en e de g2 spanningen leveren via een middenaftakking op iedere voedingstransfo(+150V). Lijneindtrappen werken doorgaans met relatief lage schermroosterspanningen.

d en h zijn de negatieve voedingen (hoogspanning), zwevend ten opzichte van elkaar en van de massa.

Er is een bootstrapcondensator (C7 en C8 van 8F) die ervoor zorgt dat de anodeweerstand van de stuurtrap een zeer hoge dynamische waarde krijgt.

De voortrappen krijgen een voedingsspanning die de gemiddelde is van de twee positieve hoogspanningen (R14 en R15 van 18kΩ). De twee spanningen liggen niet vast, maar veranderen met de uitgangspanning. Als n spanning stijgt, dan daalt de andere spanning, zodat de gemiddelde spanning relatief constant blijft.

Als fase-omkeertrap gebruikt men een long tail schakeling (ook Mullardschakeling genoemd). Men kan hier voorversterkerpentodes gebruiken die een zeer hoge inwendige weerstand hebben, want de ingangsimpedantie van de volgende trap is ook zeer hoog. Dankzij de hoge versterking van de pentodes bekomt men een omgekeerd en symmetrisch signaal op de twee uitgangen.

Er is zowel een tegenkoppeling naar de cathode van de voortrap (normaal systeem), maar ook op het rooster. Dit wordt altijd gedaan in circlotron versterkers zonder uitgangstransformator, waarbij de twee delen los van elkaar werken. Men kan niet het signaal op de positieve tak gebruiken als algemene tegenkoppeling en hopen dat daardoor ook de vervorming op de negatieve tak onderdrukt wordt. Circlotrons met uitgangstransformator en commun aansluiting aan de massa hoeven slechts n signaal voor de tegenkoppeling te gebruiken, want de transfo koppelt de twee uitgangen dankzij de common aansluiting aan de massa.

De vervorming van deze versterker die geen outputtransormator nodig heeft bedraagt 0.05% en de intermodulatievervorming bedraagt slecht 0.5%, wat een uitzonderlijk lage waarde is.

Electro-Voice versterker met EL84

Electro-Voice heeft de circlotronschakeling in de Verenigde Staten gelanceerd. Men merkt op dat de schakeling even eenvoudig kan zijn als een gewone push pull versterker.

Een van de kenmerken van de versterkers van Electro-Voice is de variabele demping van de versterker. Een te sterke demping veroorzaakt te zwakke lage tonen, terwijl bij een te zwakke demping de lage tonen niet strak zijn. De tegenkoppeling werkt zowel via de spanning (zoals een normale tegenkoppeling, en zorgt voor een betere demping) als via de stroom. Moderne versterkers gebruiken enkel spanningstegenkoppeling en een sterke demping om strakke bassen te hebben.

De twee spoelen van de voedingstransormator moeten elk slechts de helft van het vermogen leveren. De diodes en de elko's mogen dan ook zwakker zijn. Men gebruikt elko's van 2×40F, terwijl de waarde die voor een eenvoudige lampenradio gebruikelijk is 2×50F bedraagt.

De eerste buis is een 12AX7 die overeenkomt met een europese ECC83, de tweede buis is een 12BH7 (ECC82). De twee trappen vormen een Williamsonschakeling die twee uitgangssignalen leveren met omgekeerde fase.

De vermogensbuizen zijn EL84. De versterker kan 15W leveren met een vervorming die nagenoeg nihil is. Bij een hoger vermogen stijgt de vervorming.

Een volgende schakeling met 4 PL84 per kanaal. Deze buizen komen niet overeen met de EL84, maar met de EL86 (of de UL84). Dit zijn buizen die ontworpen zijn om op een lagere spanning te werken. De inwendige weerstand van de buis is ongeveer de helft van die van een EL84. De voedingsspanning A+ en B+ bedraagt 200 250V, de A en B spanning (g2-spanning) bedraagt 150 180V.

Dit is geen complete schakeling, er ontbreekt nog een fase-omkeertrap. De schakeling heeft een zeer lage inwendige impedantie (er bestaan betere ontwerpen...) en kan eigenlijk enkel aangestuurd worden door een transistorschakeling (op amp met positieve en negatieve uitgang). Als je een hoogohmige ingang wenst, kies dan een configuratie zoals uitgelegd op de principeschema van de circlotron en gebruik een cathodyne fasedraaier (zie schakeling hierboven).

De meeste circlotron versterkers zijn uitgerust met een vaste negatieve voorspanning, maar dit is niet noodzakelijk. Het voordeel van een vaste voorspanning is dat de eindtrap beter in classe AB gestuurd kan worden waarbij n van de pentodes afgeknepen is. Vanwege de cathodeweerstanden bij deze schakeling werken de outputbuizen in classe A met een lichte auto-bias. Het beschikbaar vermogen bedraagt 20W per kanaal en kan tot 30W oplopen met een vaste negatieve polarisatie.

De originele schakeling werd wat aangepast, de voedingspanning voor de voortrappen was immers veel te laag. De eindtrappen staan in cathodevolger schakeling en hebben een lineaire stuurspanning van bijna 100V nodig.

Met een voedingsspanning van 250V moet de stroom 50mA bedragen (met polarisatieweerstand). We zijn dan juist onder de maximale dissipatie.

Een transformator is niet nodig als men hoohohmige luidsprekers zou gebruiken. Voor normale luidsprekers is het gebruik van een transformator nodig, maar een primaire met middenaftakking is niet nodig. Indien een wat lager vermogen voldoende is kan men zelfs een voedingstransfo gebruiken omdat er geen gelijkspanningscomponent aanwezig is (230V naar 24V, 40VA is goed). Als het kan kies voor een ringkerntransfo die betere eigenschappen heeft.

Dit is een designerschakeling die veel later ontworpen werd dan in de tijd van de buizenversterkers. Deze schakeling is veel te complex en er bestaan betere ontwerpen.

Nog een circlotronschakeling van russische origine, met een ECC85 als ingangstrap, een ECC83 als spanningsversterker en een ECC82 als driver. Waarom eenvoudig doen als het ook ingewikkeld kan. De vermogensbuis is een EL34.

De ingangstrap is als cathodevolger geschakeld en versterkt dus niet. De tegenkoppeling wordt op de cathode toegevoegd en heeft enkel invloed op de volgende trappen. De ingangstrap is eigenlijk een buffer om ervoor te zorgen dat de tegenkoppeling de ingangsimpedantie niet zou verlagen.

De tweede en derde trap verzorgen de versterking. De tweede trap (die een antifase signaal versterkt) krijgt een gemiddelde voedingsspanning (paarse lijn) terwijl de derde trap een klassieke bootstrap voeding heeft.

Er is geen negatieve voorspanning voor de eindbuizen, maar men gebruikt een instelbare cathodeweerstand om de ruststroom in te stellen in de eindtrap EL34.

De beste buizenschakelingen zijn gebaseerd op een eenvoudig ontwerp, met zo weinig mogelijk buizen en andere componenten. Dit is zeker het geval bij circlotronversterkers, waar een groot deel van de schakeling een wisselspanning heeft op uitgangsniveau. Indien de layout (componentenopstelling) niet optimaal is kan de audio wisselspanning gemakkelijk instralen op de ingang en rondzingen veroorzaken. De beste schakeling op deze pagina is de Philipsschakeling met EF86 pentodes en de Electro-Voice.

De meeste buizenversterkers worden onstabiel als er geen belasting aangesloten wordt. Er kan een oscillatie op gang komen waardoor de eindbuizen en de outputtransformator kunnen sneuvelen. De circlotronschakeling waarbij de vermogensbuizen geen spanningsversterking hebben zijn meer stabiel.

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

-