Buizenversterkers
Een eenvoudige, goed klinkende versterker met PCL86
SRPP

Een uitgewerkt voorbeeld van een SRPP balansversterker uitgerust met PCL86 buizen.
-

-

Deze schakeling is uitgerust met een paar PCL86 (monobloc). Er is ook een schakeling beschikbaar met een paar PCL805. Het probleem met de buizen uit de "P" reeks is dat ze allemaal een verschillende gloeispanning hebben: 13V voor de PCL86, 18V voor de PCL805, zelfs 27V voor de PL804. De PCL86 kan gevoed worden met een 24V transfo, voor de PCL805 moet je de spanning gelijkrichten met schottky diodes en goed filteren zodat je ongeveer 17V hebt.

De PCL86 bestaat ook in 6.3V uitvoering (ECL86), deze buis heeft verder dezelfde eigenschappen. De ECL werd in de betere platenspelers en enkele stereo radiotoestellen gebruikt.

De schakeling werd aangepast om de beste resultaten te leveren. De tegenkoppeling gebeurt via de cathode van de voorversterkertrap, dit is de enige manier om een correcte tegenkoppeling te realiseren met een buis met een zeer hoge versterking. De triode is ook in de tegenkoppeling opgenomen.

De schakeling werkt beter met een koppelcondensator tussen de twee triodes, want de triode van een PCL86 meeft moeite om meer dan 1.5mA te leveren. Zonder condensaor is er een te grote ongelijkheid tussen de twee uitgangen van de fase omkeertrap.

De stroom door de luidsprekertransfo is 5mA, dit is een waarde die laag genoeg is om geen saturatie te veroorzaken.

Er is een kleine condensator van 120pF bijgeplaatst om de schakeling perfect stabiel te maken. De bandbreedte wordt daarbij niet beperkt.

De bandbreedte gaat van 50Hz tot 22kHz ±3dB dankzij de tegenkoppeling, maar ook dankzij de zeer goede transformator van Visaton. Het vermogen is beperkt tot 3.4W (minder dan 0.1% vervorming). Een monobloc verbruikt 23W (7.6W gloeivermogen en 15.3W hoogspanning).

Rechts op de skoop het signaal op de anode van de eerste triode. Deze beuis vergelijkt het ingangssignaal (op het rooster) met het tegengekoppeld signaal (op de cathode). Er is wat meer uitleg over de tegenkoppeling op deze pagina.

Zolang de versterker niet overstuurd is, is het skoopbeeld een sinus. Eenmaal dat de versterker niet meer mee kan vervormt de sinus, in een poging de versterker te forceren het ingangssignaal te doen volgen.

Op deze manier is het zeer gemakkelijk na te gaan hoeveel vermogen een verterker kan leveren: het volstaat de vervorming van de correctiesignaal te meten. Zo bepaal je eenvoudig het RMS vermogen van de versterker. Het "muziekvermogen" ligt ongeveer 30% hoger.

Versterkingsfactor en tegenkoppeling

Zonder tegenkoppeling kan je met een signaal van 60mV rms aan de ingang een signaal van 70V rms op de uitgang bekomen (primair van de audiotransfo). Deze spanning komt overeen met het maximaal vermogen dat de versterker kan leveren zonder vervorming.

De gevoeligheid van de versterker is veel te hoog voor normaal gebruik, maar in plaats van de signaal te beperken door een spanningsdeler gaan we een tegenkoppeling toepassen. Zo kunnen we terzelfdertijd de gevoeligheid van de versterker verlagen en de vervormingen onderdrukken.

De tegenkoppeling vermindert de gevoeligheid van de versterker 3× (9.5dB) en verlaagt eveneens de vervorming (zolang de limieten van de versterker niet bereikt zijn). Een tegenkoppeling van 9.5dB is beperkt en onderdrukt niet de goede eigenschappen van de versterker, in tegendeel.

Meer informatie over de decibel is hier te vinden.

Transformatieverhouding

De uitgangstransformator dient om de impedantie van de versterker aan te passen aan die van de luidspreker, zodat de beste vermogensoverdracht mogelijk is. De gebruikte transformator is een Visaton TR84, een transformator voor sonorisatielijnen op 100V. Deze transformator is mede bepalend voor de goede eigenschappen van de versterker.

De primaire weerstand is 137Ω maar het is natuurlijk niet deze weerstand die de buizen zien. Met de transformatieverhouding wordt een luidspreker van 5Ω omgezet in een belasting van 2.8kΩ, en dat is juist wat een paar PCL86 graag zien. Indien men een 8Ω luidspreker gebruikt, dan is de getransformeerde impedantie 3.3kΩ en dat is te veel om een goede vermogensoverdracht mogelijk te maken.

De push pull SRPP schakeling kan met veel verschillende soorten transformatoren gebruikt worden. De permanente stroom is beperkt tot 5mA waardoor de transfo niet in saturatie kan gaan (vergelijk dat met de 38mA van een meer traditionele single ended versterker). Indien je een voedingstransfo zou gebruiken moet je en transformatieverhouding van 220V naar 10V gebruiken, maar je kan beter een Visaton kopen, want die zijn echt niet duur.

De PCL86 (en ECL86) werden specifiek ontworpen voor audio toepassingen in single ended en push pull toepassingen. De klemtoon ligt op de beste geluidskwaliteit. De versterker werd bijvoorbeeld in televisies gebruikt, en ik merkte een duidelijke terugval van de kwaliteit toen er overgestapt werd op transistorversterkers.

De triode heeft een hoge versterking van µ = 100, vergelijkbaar met de triode van een ECC83. De triode is goed zichtbaar op het tweede beeld is zichtbaar door de uitsnede in de anode. De versterking van de buis is zo hoog dat de tegenkoppeling nog wat verhoogd mag worden om de gevoeligheid aan te passen aan de moderne geluidsbronnen (CD en digitale bronnen).

Maar de buis heeft ook een nadeel: de buis is ontworpen voor een hoogspanning hoger dan 150V. De buis heeft een relatief kleine cathode die gemaakt is voor een maximale anodestroom van 55mA. Als men de schermroosterstroom van deze stroom aftrekt, dan heeft men 50mA bruikbare stroom. Ideaal moet de buis ingesteld worden op een anodestroom van 20 à 25mA, dan heeft men de maximale stroomzwaai, van 0 naar 50mA. Maar bij deze lagere ruststroom is de impedantie van de buis te hoog voor deze toepassing.

De buizen werden allemaal geregenereerd met een gloeistroom van 125% en een hoogspanning van 100V. De anodestroom werd ingesteld op 38mA. Skoopbeelden hebben aangetoond dat de buis beter presteert met een hogere belastingsweersatnd (tot 3.3kOmega;), wat te verwachten was met die beperkte anodestroom. Indien je een 100V lijntransfo zou gebuiken, gebruik dan de 4Ω luidsprekeraansluiting, zelfs al heeft de luidspreker een impedantie van 8Ω.

De pentode heeft ook een hogere versterking en kan aangestuurd worden met een spanning van 10V top-top (verstreking van 30×). Met de triode die ook een hoge versterking heeft is de totale gevoeligheid veel te hoog. Je kan tussen beide triodes een toonregeling plaatsen of een globale tegenkoppeling voorzien (maar niet beide!).

Eerste skoopbeeld:
Alle beelden zijn genomen met uitgeschakelde tegenkoppeling om duidelijk te zien hoe de versterker zich gedraagt. Het is beter een goed signaal te hebben vanaf het begin, dan proberen een vervormd signaal recht te trekken.

De amplitude van het signaal aan primaire zijde is 300V top-top met een voedingsspanning van 350V. In vergelijking met een transistorschakeling heeft men geen plotse begrenzing (zeer storend), maar een geleidelijke beperking van de spanningszwaai. De versterker kan dus gemakkelijk meer vermogen leveren dan wat aangegeven staat (maar dan met een stijgende vervorming).

De belastingsweerstand is 4.7Ω opde 4Ω uitgang, het vermogen bedraagt 8.5W, maar in de praktijk zal men niet boven de 4W gaan om de vervorming zeer laag te houden (minder dan 1% zonder tegenkoppeling).

Tweede skoopbeeld:
Als je zo'n skoopbeeld ziet, dan mag je zeker zijn dat je versterker perfekt werkt (spanningsmeting op het secundaire). Er is geen overshoot en de verticale flanken zijn mooi recht. De bangbreedte loopt van 50Hz tot 20kLz. De bandbreedt werd bewust beperkt bij 50Hz om geen vermogen te verliezen aan de zeer lage frekwenties.

Bij een blokgolfsignaal haalt men ene vermogen van 7W (RMS vermogen ligt hoger).

Een SRPP schakeling is veel stabieler dan een klassieke push pull versterker, maar het vermogen is lager, doorgaans 1/3 à 1/4 van het vermogen van een klassieke versterker met dezelfde buizen.

En lees verder: dezelfde schakeling uitgerust met een paar PCL805.

Publicités - Reklame

-