PPP schakeling uit Elektuur

Op de voortrap volgt een cathodevolger om de Mullard fase-omkeertrap te sturen. De cathodevolger is niet nodig, een goed ontworpen omkeertrap is voldoende hoogohmig (de Mullard omkeertrap is op zich al een halve cathodevolger).

De twee triodes in de fase omkeertrap vormen een ECC81. Dit was oorspronkelijk een buis voor HF toepassingen. Het is normaal dat voor dergelijke applikaties een hogere stroom gebruikt wordt, maar bij een audio-toepassing is dat niet nodig. Alle weerstanden van de omkeertrap kunnen eigenlijk met een factor 10 verhoogd worden, en dan mag de cathodevolger zeker komen te vervallen.

Ik weet niet of de balans tussen de twee uitgangen van de fase-omkeertrap voldoende goed is. Normaal wordt dit opgelost door één anodeweerstand lichtjes in waarde te verhogen, dus 120kΩ in plaats van 100kΩ. Of door een williamsonschakeling te gebruiken zoals in vorig ontwerp. Maar ik heb de schakeling aan een simulatie ontderworpen en de Mullardtrap komt er veel beter uit dan je zou denken omdat de pluskant van de anodeweerstand niet op een vast potentiaal zit, maar meegaat met de anodespanning, waardoor de dynamische anodeweerstand een extreem hoge waarde krijgt. De gelijkloop tussen beide uitgangen hangt af van de verhouding tussen de (dynamische) anodeweerstanden en de cathodeweerstand, en de verhouding zit hier goed.

De eindtrappen krijgen een negatieve voorspanning, maar hier ontbreken de twee rode weerstanden (waarde naar keuze, 1MΩ is goed). Deze weerstanden trekken de voorspanning naar de meest negatieve spanning als de loper slecht contact maakt. Wees gerust, dat is een fout die zeker voorkomt (ik ben lange tijd hersteller geweest). De andodestroom loopt dan gevaarlijk op, maar wordt niet hoog genoeg om de zekeringen te doen springen. Resultaat: de buis wordt gloeiend heet, met een kersrode anode.

En zoals gewoonlijk bij Elektuur hebben de koppelelko's een veel te hoge waarde. Je kan gerust een waarde nemen die 10× lager is, dus 22nF in plaats van 220nF. De koppelcondensatoren verbinden allemaal trappen die als cathodevolger geschakeld zijn (en dus hoogohmig zijn van nature).

Als uitgangstransformator wordt een dubbele 100V-versterker gebruikt, dus 2 × 100V met middenaftakking.

De condensatorwaarde in de voeding zijn ook aan de hoge kant. Bij vintage ontwerpen met enkelzijdige gelijkrichting was een elko van 50µF voldoende, hier voorziet men een elko van 470µF met een dubbelzijdige gelijkrichting. De eerste versterkers na de tweede wereldoorlog hadden elko's van 2 × 16µF en de brom werd op vernuftige wijze onderdrukt door een voorwaartse regeling (onderaan de pagina). Elko's met zulke hoge waarde kunnen geen kwaad, maar het is eigenlijk niet nodig. Vergeet niet dat je 4 zulke elko's nodig hebt. Dergelijke elko's van 450V hebben plaats nodig en ze moeten geïsoleerd van de massa opgesteld staan. Hier ook is de raad: verlaag de waarde 10×.

De boucherot filter om de schakelratel te onderdrukken is een goed idee, maar men had ook kleine condensatoren naar massa mogen voorzien (10nF) op alle uitgangen van de voedingstransfo, dit om storingen die via het net het toestel binnendringen te onderdrukken. Door de zonnepanelen, de talrijke schakelende voedingen in consumerapparatuur, de frekwentieomvormers is het net meer en meer vervuid. De wikkelingen zijn zwevend, en zijn daardoor meer gevoelig voor storingen.

Onbepaalde moderne schakeling

Dit is geen complete schakeling, er ontbreekt nog een fase-omkeertrap. De schakeling heeft een relatief 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 één 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 zeer hoge stuurspanning nodig. De voortrappen versterken het signaal 256× (met tegenkoppeling), dus met 500mV effektief op de ingang heeft men 128Vrms op de uitgang (sweep van 180V, wat juist haalbaar is).

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. Het idee van de voortrap is wel goed (mooi symmetrisch), maar hier ook kloppen de weerstandswaarden niet: het is eens chakeling die ontworpen is geweest door iemand die enkel met transistoren werkt.

Russische circlotron

De ingangstrap is als cathodevolger geschakeld en versterkt dus niet (dit is dus weer zo'n typische designerschakeling). 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.

Versterker met 4 PCL86 per kanaal

De schakeling gebruikt 4 tetrodes, men heeft dus ook 4 triodes tot onze beschikking. We hebben eerst een cascodeschakeling die een hogere versterking geeft van een enkelvoudige triode.

De tweede trap is een heel normale long tail schakeling. De versterking van deze trap is ook zeer hoog want iedere triode ziet eigenlijk een belasting met een oneindige impedantie (bootstrap effekt). De positieve kant van de anodeweerstand zit immers niet op een vaste spanning, maar de spanning gaat mee met de anodespanning (zie werking van de cyclotron).

De eintrap gebruikt tweemaal twee tetrodes. Opgelet, er is een fout in de schakeling: iedere tetrode moet zijn eigen cathodeweerstand en condensator hebben om tot een totale stroom van 70mA te komen. Er moeten dus tweemaal zoveel weerstanden van 220Ω en condensatoren van 220µF voorzien worden.

De dissipatie van 11W per buis overschrijdt de maxiale toegelaten dissipatie. Het vermogen van 22W is veel te optimistisch: het betreft een schakeling in classe A met polarisatie door cathodeweerstanden. Een dergelijke schakeling heeft een werkpunt die verschuift naargelang de belasting. De tetrodes dissiperen het meest als er geen audiovermogen geleverd moet worden.

De voeding wordt geleverd door een transfo met twee 220V wikkelingen. Vaak is het gemakkelijker een transfo te vinden met twee 110V wikkelingen (verhuistransfo). Men moet dan een spanningsverdubbelaar gebruiken in plaats van een bruggelijkrichter.

Iedere PCL86 heeft een gloeispanning van 13V nodig: vormt men een keten van 8 buizen, dan komt men aan een spanning van 105V (300mA).

Deze schakeling lijkt gemaakt te zijn geweest door dezelfde persoon die ook de SRPP versterker met PCL86 als drivertrap gemaakt heeft.

In deze configuratie kan de versterker onmogelijk 22W leveren. Om dit vermogen te halen moet de versterker omgebouwd worden naar een versterker die in classe AB werkt, dus met een negatieve roostervoorspanning van de eindtrappen, zoals de schakeling bovenaan deze pagina (daarvoor moet de transfo twee extra wikkelingen hebben). Een andere manier is een spanningsverdubbelaar voor de negatieve spanning te gebruiken. Deze heeft extra weerstanden om de negatieve spanning tot de juiste waarde te brengen.

Circlotron Menno van der Veen

De uitgangsimpedantie van de vermogensbuizen is lager dan met een versterker in gemeenschappelijke cathodeschakeling en de transfo wordt zodanig aangesloten dat die een lagere impedantie heeft.

De voeding van de stuurtrap had beter ontworpen kunnen worden door een bootstrap te gebruiken zoals de andere schakelingen. Door de bootstrap stijgt de dynamische impedantie van de anodeweerstand en kan de versterking van de stuurtrap stijgen tot de limiet van µ = 60. Het is enkel als er een voortrap gebruikt wordt (wat nodig is om een voldoende versterking te bekomen) dat er een derde voeding nodig is, die gerealiseerd kan worden door de gemiddelde te maken van de twee positieve spanningen.

Er is ook een negatieve spanning nodig voor de polarisatiespanning van de eindtrappen. Dezelfde negatieve spanning wordt ook gebruikt voor de stuurtrap die een long tail configuratie heeft.

Voor een stereoversterker zijn er vier onafhankelijke voedingen nodig (zwevende voedingen met een eigen wikkeling), één positieve en een negatieve voeding (ten opzichte van de massa).

Een eigen ontwerp van een circlotronschakeling met PL36 staat hier beschreven.