Buizenversterkers
De eindtrap
PCL86

Een versterker in push pull configuratie met een PCL86. Dankzij de triode in de PCL86 kan een volledige stereoversterker gebouwd worden met slechts 4 buizen.
-

-

De PCL86 (of ECL86) is een triode-beam tetrode die specifiek als audioversterker ontworpen werd.

De buis werd vaak gebruikt in televisies uit de jaren 1960 - 1970 als audio eindtrap in een single ended montage of in een SRPP montage (samen met een PL84). De gloeistroom werd geleverd door een serieketen die direct op de netspanning aangesloten werd (300mA).

Mono platenspeler

De buis bestaat ook in 6.3V uitvoering (ECL86) die gebruikt werd in de betere platenspelers. Het was de opvolger van de ECL80 en de ECL82. De buis kon een hoger vermogen leveren met een lagere vervorming.

Het is de schakeling van een mono platenspeler. Men probeert de kosten te beperken door een enkelvoudige gelijkrichter (de vorige uitvoeding had een dubbele gelijkrichterbuis EZ80). Een dubbele gelijkrichter is balangrijk want die kan de rimpel beter onderdrukken. Rimpel is sterker hoorbaar in een asymmetrische versterker zoals hier, bij eeen symmetrische (push pull) versterker worden de common mode storingen beter onderdrukt.

De schakeling heeft enkele bijzonderheden, zoals de vreemde schakeling van de uitgangstransfo. Dit is een schakeling die gebruikt werd bij Philips en Telefunken. De reden van deze vreemde schakelwijze is te vinden op de pagina over de single ended versterkers.

De tegenkoppeling is ook redelijk complex en werkt zowel in op de cathode van de eindtrap (locale tegenkoppeling) als op het rooster van de triode (globale tegenkoppeling over de ganse versterker). De globale tegenkoppeling zorgt ook voor een loudness funktie.

De versterker levert geen hifi, maar is ontworpen om een beperkte bandbreedte zo goed mogelijk weer te geven. Dat is ook de reden van de koppelcondensatoren van 10nF die de bandbreedte aan de onderkant beperken en de condensator van 1nF over het primair van de transfo. Deze werkwijze zorgt ervoor dat er geen vermogen verloren gaat in de laagste tonen, dit toch niet weergegeven kunnen worden. Er zijn wel bassen aanwezig, maar dit komt door een extra versterking van de mid-lage tonen (ook Bose heeft dit systeem later gebruikt in zijn Accoustimass systemen).

Versterker

van radio

Philips
22RB564


Lampen werden nog steeds gebruikt in de jaren 1970. Transistoren bestonden er al, maar ze waren duurder en minder betrouwbaar. En de enorme stocks aan buizen moesten nog weggewerkt worden.

Let hier ook op de vreemde schakeling van de voeding aan de transformator: de spanning komt toe via +1 en gaat naar de andere delen van de radio via +2. De radio heeft een enkelvoudige toonregeling met vermindering van de hoge tonen.

Standaard hifi versterker

Er valt niet veel te zeggen over dit versterker die 10W per kanaal kan leveren. Je kan nagenoeg de schakeling zo overnemen om zelf een versterker te bouwen.

De triode heeft de kenmerken van een (halve) ECC83: een hoge versterking maar een lage steilheid. De voortrap krijgt zijn tegenkoppeling op de cathode, de fasesplitter is een cathodyne. De stroom door de cathodyne is juist een beetje meer dan 1mA en dat is ook het maximum dat de triode kan leveren zonder te vervormen.

De eindtrap heeft een polarisatie door een gemeenschappelijke cathodeweerstand, dat was standaard bij de ontwerpen uit die tijd, maar het beperkt het maximaal vermogen dat de versterker kan leveren. De versterker werkt in classe A met een ruststroom van 35mA per buis en een dissipatie van 10W.

Merk ook de lage waarde van de condensatoren: koppelcondensatoren van 22 en 100nF en elko's van 40µF. In de eindtrap is een hogere waarde ook niet echt nodig want de versterker werkt in classe A: als de stroom door één buis stijgt, daalt de stroom door de andere buis, waardoor de gemeesnchappelijke cathodespanning redelijk constant blijft.

Wat aan de versterker gewijzigd kan worden: overgaan van een cathodepolarisatie naar een polarisatie door een negatieve spanning. Men kan daarvoor de gloeispanning gebruiken: verdubbelen en een trimmer voor alle pentodes gebruiken. Iedere cathode heeft enkel nog een meetweerstand van 1Ω naar massa. Men kan blijven werken in classe A, maar men kan beter overgaan naar classe AB met een ruststroom van 8 à 10mA.

De stopweerstanden aan de roosters hebben ook een te hoge waarde, de volgende schakeling doet het beter in dat opzicht.

B&O hifi versterker

Als het een versterker van Bang & Olufsen is, dan moet het goed zijn! De schakeling vertoont veel gelijkenissen met de vorige schakeling, en toch is die anders. De voortrap gebruikt dezelfde anodeweerstand als de vorige schakeling, maar het betreft hier een floating parafase samen met de tweede triode.

De eindtrap heeft gescheiden cathodeweerstanden, ontkoppeld met slechts 25µF. Stuurrooster en schermrooster hebben beide een stopweerstand, zo moet het zijn. Twee kleine condensatoren van 8pF beperken de bandbreedte aan de hoge kant en er is een dubbele RC-filter over de uitgang om faseverschuivingen te compenseren waardoor er verder geen ingrepen nodig zijn.

De bandbreedte van de versterker wordt aan de lage kant bewust beperkt door de kleine koppelcondensatoren van 10 en 22nF en de ontkoppelcondensatoren van 25µF.

Wat aan de versterker gewijzigd kan worden: overgaan naar een gemeenschappelijke cathodeweerstand (maar dit vergt gepaarde buizen) of een individuele negatieve voorspanning met meetweerstand op de cathode.

Zou je zelf deze versterker bouwen, dan zou ik een floating parafase niet aanraden: de correcte werking en balans hangt sterk af van de grbruikte transfo (merk dat er geen frekwentie en fasecorrigerende onderdelen aanwezig zijn in de tegenkoppeling).

Moderne versterker

Dit is een moderne versterker met twee PCL86, de schakeling is ooit in Elektuur verschenen. Voor een eindversterker heb je in totaal 4 zulke buizen nodig. De hoogspanning wordt geleverd door een transfo van 175V (gelijkgericht 250V). De pentode van de PCL86 heeft een lagere maximale dissipatie dan die van de EL84, maar de buis is geoptimaliseerd voor een lagere voedingsspanning. Dit is een buis die single ended gebruikt wordt in de audiotrap van televisies uit de jaren 1960 en 1970.

Deze schakeling gebruikt een parafase fasedraaier. Vertrouwt u de boel niet, dan kan u een andere fasedraaier (cathodyne) gebruiken met een anode- en cathodeweerstand van 47kΩ en een roosterpolarisatieweerstand van 1.5kΩ.

Om oscilleerneigingen te voorkomen moet de voorversterkertriode samen gebruikt worden met de onderste pentode in de schakeling (in fase uitgang) en de tegenfase uitgang met de bovenste pentode. Doet u dat niet, dan kan de versterker ongecontroleerd gaan oscilleren.

De schakeling dateert van de jaren 1980-1990, toen men de buizenversterkers ging herontdekken. Men wou toen "hifi" eigenschappen bij lampenversterkers. De koppelcondensatoren van 470nF hebben een veel te hoge waarde, je kan die gerust vervangen door condensatoren van 47nF. De versterker zal beter werken omdat er geen vermogen verloren gaat in het versterken van frekwenties die toch niet doorgegeven kunnen worden door de uitgangstransfo. Deze eindtrappen zijn gewoon te zwak om laagfrekwente signalen correct te kunnen versterken.

De eindtrappen gebruiken een gemeenschappelijke cathodeweerstand in plaats van een weerstand voor iedere cathode. Als de versterker op hoog vermogen speelt dan verschuift het werkpunt automatisch (autobias).

Bij een autobias haalt men niet het maximaal vermogen uit de versterker: als men de buis instelt om het maximaal vermogen te kunnen leveren, dan wordt de ruststroom te hoog bij stille passages, de maximale dissipatie wordt dan overschreden. Maar de autobias is de eenvoudigste instelling en hoeft niet afgeregeld te worden.

Voor ik het zou vergeten: die extra condensator C3 van 220nF is voor niets nodig als je goede elko's gebruikt. Het is een trend die overgewaaid is uit de hoek waar esoterische audiofreaken zich schuilhouden. Er zijn ook geen voorzieningen getroffen tegen de fasefouten die veroorzaakt worden door de uitgangstransfo. Het is typisch een schakeling die ontworpen is door een ingenieurke aan zijn tekentafel. Van de drie schakelingen is dit de slechtste.

Eigen schakeling

Dit is mijn versie met triodes-pentodes ECL86/PCL86. De versterker gebruikt een gemeenschappelijke cathodeweerstand voor de polarisatie van de eindtrappen en een kleine negatieve voorspanning om de anodestroom door beide buizen te egaliseren. Ik had toen enkel recuperatiebuizen van verschillende fabrikanten met uiteenlopende eigenschappen. Dit is uiteindelijk ook de reden geweest dat de versterker niet zo goed presteerde.

Normale voortrap, normale cathodyne, normale eindtrap. De gemeenschappelijke condensator van 220nF over de cathodes van de eindtrappen heb ik maar bewaard hoewel zijn nut meer dan twijfelachtig is.

De frekwentiebeperkende condensator van 1nF over de anode van de voortrap heb ik kunnen vermijden toen ik een degelijke balanstransformator heb gekocht. Met een goede transfo waren er geen uitslingeringen meer bij impulssignalen (blokgolven).

Je kan deze schakeling gebruiken met moderne ECC83 buizen en EL84 buizen in de eindtrap. Deze buizen worden tegenwoordig nog gefabriceerd, terwijl ECL86 en vooral PCL86 buizen waarschijnlijk allemaal versleten zijn. Voor de negatieve voorspanning kan je de gelijkgerichte gloeispanning gebruiken (met een trimmer voor iedere buis).

Een paar berekeningen

De outputtransformator heeft een ohmse weerstand van (bijvoorbeeld) 150Ω. We kunnen geen klassieke belastingslijn tekenen zoals voor een voortrap, want als de buis maximaal uitgestuurd zou worden, dan zou de anodestroom honderden milliampères moeten bedragen. De belastingslijn is daarom bijna vertikaal en stopt bij 100mA.

In tegenstelling met een voortrap gaat men de buis ook anders instellen: men stelt de anodestroom in om de maximale dissipatie niet te overschrijden, zonder rekening te houden dat de anodespanning op de helft van de voedingsspanning komt te staan. Doorgaans is er maar een spanningsval van een paar volt over de transfo.

De buis wordt ingesteld op een geschikte stroom zonder rekening te houden dat de anodespanning op de halve voedingsspanning komt. We hebben hier een voedingsspanning van 230V (dat is ook de schermroosterspanning). Er is een spanningsval van 15V over de transfowikkeling voor een anodestroom van 100mA, dit is de rode belastingslijn.

We laten de buis op 40mA werken om onder de maximale belasting te zitten. We hebben een spanning tussen anode en cathode van ongeveer 218V (rekening houdens met de transfoweerstand en cathodeweerstand). De anodedissipatie bedraagt dan 8.75W.

De transfo heeft een impedantie van 2.5kΩ (één wikkeling). Het is een transfo die geschikt is voor de bekende EL84. Bij een stroomverandering van 35mA heeft men een spanningszwaai van 87.5V. De anodespanning kan dus variëren van 136.5 tot 311.5V.

De hogere anodespanning als de buis geen stroom levert komt door de push pull werking van de andere buis. Als die in geleiding gaat, dan verlaagt zijn anodespanning, en door een hefboomwerking verhoogt de anodespanning van de andere buis.

We merken dat de dissipatie hoger ligt dan de limiet als de buis meer in geleiding is. We verminderen daarom de anodestroom tot 35mA.

Een betere impedantie voor deze buis zou 5kΩ zijn. Dergelijke transformatoren zijn echter moeilijker te vinden, maar men kan een 8Ω luidspreker aansluiten op de 4Ω uitgang van de transfo, en men bekomt hetzelfde effekt.

Op basis van de schakeling hierboven heb ik een testschakeling ontworpen om verschillende combinaties uit te testen. Dit is de vergelijkende test PCL86 PCL805. Het vermogen dat opgegeven wordt wordt zeker niet gehaald, dit heeft oa. te maken met het feit dat ik oude buizen gebruikt: dit fenomeen is sterk merkbaar bij de PCL86 die origineel al een beperkte cathodestroom heeft.

Zou je een voedingstransformator gebruiken als eindtrap transformator, moet de verhouding zijn 110+110V primair naar 12V secundair, 10VA à 20VA. Deze configuratie met een ringkern voedingstransfo als uitgangstransformator is getest met een paar PCL805 en werkt uitstekend (schermroosters op 150V, anodespanning 250V en ruststroom 40mA). In het algemeen is een voedingstransformator echter niet geschikt als balanseindtrap, maar met een ringkerntransfo kan het wel lukken.

De PCL86 kan ongeveer 3.5W leveren in een single ended configuratie, 7W in een push pull in classe A en tot 10W in classe AB (met een aangepaste ringkern audiotransformator).

Omdat ik over veel PCL805 buizen beschikte (en mijn PCL86 buizen onvoldoende gepaard waren om een stereo push pull versterker te bouwen) heb ik de bovenste versterker ook gebouwd met PCL805 buizen (opgelet, de buizen zijn niet pen-compatibel!).

De triode heeft eigenschappen tussen de ECC81 en ECC83 (spanningsversterking van µ = 60 en steilheid S = 5.5mA/V) en de pentode moet werken met een hogere roostervoorspanning van -18V. De cathodeweerstand moet een waarde van 390Ω hebben. De gloeispanning bedraagt 18V in plaats van 13.3V.

De PCL805 is eigenlijk het kleine broer van de PL504 en werd gebruikt als rastereindtrap in zwart-wit televisies.

Transformator hoogspanning
220V gelijkgericht geeft 305V, en dit is een geschikte spanning. De middenaansluiting is ideaal om het schermrooster van een PCL805 van spanning te voorzien (standaard push pull schakeling met balanstransformator).

20VA is limiet voor een monobloc: een normale push pull of een serie push pull. Voor een stereoversterker is 50VA aangeraden.

Gloeispanning

De gloeispanning van een PCL86 bedraagt 13.3V, maar de buis zal evengoed functionneren met 12.6V. Een meer correcte spanning kan bekomen worden door de gloeispanning van 6.3V te verdubbelen, je kiest elko's met een lagere waarde zodat de filtering minder is (begin met tweemaal 330µF). Je zal wat moeten experimenteren met de waarde van de elko's. Kies exemplaren er voor schakelende voedingen die de hoge stroom kunnen verdragen.

De PCL805 heeft 18V nodig volgens de specificaties, en hier is een spanningsverdubbelaar met elko's van hoge waarde nodig op de 6.3V. Dankzij de grotere cathode is er reeds voldoende emissie vanaf 14V. Je kan ook een aparte 24V transfo gebruiken en de spanning verlagen met een serieweerstand 20Ω 3W. Of een 12V transfo gebruiken en de spanning gelijkrichten en filteren.

Oscillaties onderdrukken

En nog een laatste tip: wordt de versterker in classe AB gestuurd, dan kunnen er gedempte oscillaties ontstaan bij de overgang van de ene pentode naar de andere. Of er oscillaties ontstaan hangt af van verschillende factoren: de gebruikte luidsprekers (filters van tweeter en woofer), maar vooral de gebruikte outputtransformator en zijn plaatsing ten opzichte van de buizen. Parasitaire oscillaties kunnen ontstaan als men geen hoogwaardige balanstransformator gebruikt.

Deze parasitaire oscillaties kunnen onderdrukt worden door een kleine condensator van 10 à 47pF te plaatsen tussen de anode van de pentode en de anode van de stuurtrap (in dezelfde buis). Beide pentodes moeten de condensator krijgen. De invloed op de geluidskwaliteit is niet merkbaar, enkel de frekwenties boven 20kHz worden onderdrukt. In deze specifieke schakeling leek een boucherot filter beter te werken (4.7kΩ + 4.7nF in serie over de primaire van de outputtransfo).

Ik heb de PCL86 buizen gebruikt in een simplexschakeling, een stereo push pull versterker met de helft van de buizen.

Publicités - Reklame

-