Door deze serieweerstand is de demping van de koptelefoon niet optimaal. Daarbij komt nog dat er geen vaste impedantie bestaat voor koptelefoons. Doorgaans wordt er een waarde van 16Ω gehanteerd, maar dit is geen standaard en er zijn koptelefoons (vooral in de duurdere prijsklasse) die een veel hogere impedantie hebben.

De schakeling die hier aangeboden wordt is specifiek ontworpen voor koptelefoons met een hogere impedantie. Als die aangesloten wordt op een normale koptelefoonversterker, dan heb je een te lage dynamiek (headroom): de voedingsspanning is namelijk aan de lage kant en clipping in een transistorversterker is een griezelige zaak.

Als men een voedingsspanning van 300V heeft, dan is er geen clipping probleem meer. De koptelefoons met hun zeer analytische, koude weergave hebben baat bij de typische klankkleur van een buisversterker.

Links een schakeling ontworpen begin jaren 2000, toen men nog volop PCL805 buizen kon vinden. Wees gerust, er zijn er nog heel veel te vinden! Omdat de buizen ver van hun limieten gebruikt worden is het geen probleem dat de buizen al gebruikt werden. Deze buizen kunnen een piekstroom van bijna 300mA leveren en hier moeten ze slechts 30mA leveren.

De versterker heeft een op amp, veel zenerdiodes, een complexe voeding. Veel te veel brol voor een eenvoudige koptelefoonversterker.

We hebben eerst een op amp (LF351, een low noise op amp die speciaal ontwikkeld werd voor audiotoepassingen). De op amp vergelijkt het ingangssignaal met het teruggekoppeld signaal en stuurt de buizenversterker. Omdat een op amp een zeer hoge verterking heeft (ongeveer 75.000×) kan men zeker zijn dat de uitgang de ingang perfect zal volgen. Er zijn extra diodes 1N4148 voorzien om de op amp te beschermen tegen spanningspieken, transistoren houden niet van de hoge spanningen die men in buizenversterkers kan aantreffen.

Als je goed kijkt zal je merken dat de versterker DC geboppeld is van begin tot einde. De ontwerper heeft verschillende toeren moeten uithalen om dit mogelijk te maken, en daardoor werkt het buizengedeelte niet in optimale omstandigheden. Een voordeel is dat men hier een polarisatie met een negatieve spanning kan gebruiken zodat men een werking is classe AB kan bekomen met een hoger rendement. Niet dat een hoger rendement hier ook echt nodig is...

De directe koppeling (met servosturing) is niet nodig in deze schakeling. De twee pentodes kunnen automatisch het werkpunt stabiliseren op de helft van de voedingsspanning dankzij de symmetrische schakeling. En zelfs al heeft men 170 of 140V op de uitgang, deze spanning is ruim voldoende om een sinus spanningszwaai van 35V te hebben. daarmee lever je 1.5W aan een koptelefoon, dit is een enorm vermogen!

Een koptelefoon heeft een gevoeligheid van ongeveer 90dB/mW (90db per miliwatt vermogen). DEe meeste koptelefoonuitgangen van commerciele versterkers leveren niet meer dan 10mW en dit is ruim voldoende voor occasioneel gebruik. Met 50mW wordt je binnen een paar minuten doof.

De versterker heeft nog andere problemen, die echter niet zullen opvallen als je een koptelefoon aanstuurt. Maars als je een kleine luidspreker zou aansturen (via een aanpassingstransfo) dan zal je direct merken dat er iets scheelt aan de versterker. De versterker komt in de problemen van zodra ie meer dan 100mW moet leveren, terwijl zo'n schakeling eigenlijk 4W zou moeten leveren. De eindtrap dissipeert ongeveer 9W per kanaal en kan daarbij slechts een vermogen van minder dan een watt leveren? Daar scheelt duidelijk iets mee!

De uitgang van de eerste triode is met de uitgang van de versterker verbonden via een weerstand van 39kΩ. De bedoeling is een bootstrap te creeren zodat de impedantie die de buis op zijn anode ziet hoger wordt. Is zo'n bootstrap nodig? Neen: de versterker met zijn op amp heeft op zich al een enorme versterking. De bootstrap is echter nodig om de triode lineair te doen versterken, want zonder speciale middelen lukt dat niet met zo'n lage anodeweerstand. Alle schakelingen met DC koppeling verplichten de ontwerpers om compromissen te doen en de buizen worden niet optimaal gebruikt.

De tweede triode wordt direct gevoed vanaf de hoogspanning, voor een goede werking is dat niet aangeraden. Buizen zijn nooit echt lineair, en er kan een verschil in versterking zijn die kan oplopen tot 20%, zeker in dit geval, waar men buizen gebruikt die oorspronkelijk bedoelt waren als rastereindtrap in televisies en die gerecupereerd werden uit verschillende toestellen. De schakeling zoals die getoond wordt kan een verschillende versterking leveren voor de positieve en negatieve helften van het signaal, en de ontwerper hoopt dat de op amp de fout zal rechttrekken.

Haal de op amp weg, en dan heb je een zeer slechte versterker (zel al stel je manueel alle DC spanningen in). Ik heb enkele buizenversterkers met op amp in de regellus gehoord, en allemaal klinken ze vreemd. Een op amp heeft een zeer hoge versterking, waarbij nog de eigen verterking van de verterker opgeteld wordt. Door de enorme tegenkoppeling klinkt de versterker weinig musikaal. Bij een buizenversterker die luidsprekers aanstuurt zou men de tegenkoppeling moeten beperken tot ongeveer 20dB en ongeveer 30dB voor een koptelefoonversterker. De ontwerper heeft de filosofie van de buizenversterker en de tegenkoppeling volledig aan zijn laars gelapt: de bedoeling van de tegenkoppeling is om een versterker die al zeer goed klinkt nog beter te maken.

Dit is de "verbeterde" schakeling. En heus, ik heb niet enkel rommel verwijderd, ik heb ook enkele componenten bijgeplaatst. Twee kleine condensatoren op het secundair van de hoogspanning. Deze zullen de netstoringen mooi naar massa afvoeren. Een koptelefoon heeft een gevoeligheid die ongeveer 1000× hoger ligt dan een luidspreker, en de kleinste storingen op het electriciteitsnet worden duidelijk hoorbaar.

De oorspronkelijke hoogspanningsfilter van 220µF werd niet vervangen, maar die kan gerust naar 4701µF gebracht worden. Al de siliciumbrol wordt overboord gegooid en het signaal komt direct op het rooster van de eerste triode. De triode dient als comparator en krijgt een deel van het outputsignaal op zijn cathode. De versterking van het oorspronkelijk ontwerp was 39× en die heb ik niet gewijzigd. Zonder tegenkoppeling heeft de versterker een spanningsversterking van 900× de tegenkoppeling zorgt dus voor een verzwakking van 27dB. Hoog, maar niet overdreven.

De tweede trap is de cathodyne-plus schakeling, met de anodeweerstand aangesloten op de uitgang voor het wisselcomponent. De symmetrie van de uitgangsspanning wordt niet meer bepaald door de versterking van de buizen (rechtgetrokken door de op amp), maar wordt bepaald door de tolerantie van de weerstanden (1%).

Indien je versterker laagfrekwent begint te oscilleren (motorboating) kan de waarde van de uitgangscondensator verlaagd worden. Een waarde van 100µF zou voldoende moeten zijn voor een hoogohmige koptelefoon. Omdat er nauwelijks faseverschuivingen optreden (geen outputtransformator) moeten er geen specifieke maatregelen genomen worden om de versterker stabiel te maken als men de tegenkoppeling inschakelt.

Indien de voedingsspanning boven de 300V zou uitkomen kan men de cathodeweerstanden van de eindtrappen wat verhogen. 330 en 390Ω worden 390 en 430Ω. Bij een voedingsspanning van 300 of 350V heeft men in beide gevallen een anodedissipatie van 4.5W per buis, ver onder de limiet van 8W. De versterker kan een vermogen leveren van 2W met een vervorming lager dan 0.1% aan een hoogohmige koptelefoon.

Nog een kleine opmerking: als je voor het eerst de koptelefoon op de versterker zal aansluiten zal je een lichte ruis horen. Dit is volkomen normaal, je zou de ruis ook horen met een luidsprekerversterker als je op minder dan een meter van de luidspreker zou staan. De ruis kan verminderd worden door de tegenkoppeling, maar kan niet totaal onderdrukt worden.