Het probleem van de balansversterker is de outputtransformator. Wil je een deftige transformator, dan betaal je gemakkelijk meer dan honderd euro. Op ebay vindt je veel transformatoren uit afbraaktoestellen. Van deze transformatoren kan je de eigenschappen niet meer terugvinden: dergelijke transformatoren zijn onbruikbaar in een stereoversterker. Fabrikanten van versterkers en radio's (de duurdere: de normale radio's hadden een single ended eindtrap) gebruikten verschillende types transformatoren tijdens de produktie zodat de kans klein is dat je twee identieke outputtransformatoren op de kop kan tikken.

Een alternatief op de balansversterker is de SRPP versterker die vroeger veel gebruikt werd om 800Ω luidsprekers aan te sturen in televisies en betere radio's. Een dergelijke versterker kan gemakkelijk aangepast worden om te werken met moderne luidsprekers en de kost van de dure transformator komt te vervallen. Een ander alternatief is de circlotronschakeling, maar die heeft een complexe voeding nodig.

Hier ook gebruik ik buizen die ik in grote aantallen heb: de PCL86 en PCL805. De PCL86 is vergelijkbaar met de EL84, maar met een extra triode en een gloeispanning van 13V. De maximale toegestane belasting is ook wat lager. De PCL805 is eigenlijk een rastereindtrap van zwart-wit televisies, maar ik heb gemerkt dat die zeer goed presteert in bepaalde toepassingen waar een hogere stroom gewenst is (en een lagere hoogspanning om de maximale dissipatie niet te overschrijden). Door de hogere stroom die mogelijk is (vooral bepaald door de veel grotere cathode) is deze buis een goede kandidaat voor een classe AB werking.

Voor de testversterker met PCL805 heb ik mij gebaseerd op de volgende schakeling. Ik heb zowel gewerkt met een vaste negatieve voorspanning voor de eindtrappen als met één en twee cathodeweerstanden. Voor de testen werd de terugkoppeling uitgeschakeld.

Stroommeting één uitgang Minderwaardige transformator Ringing Nieuwe balanstransformator Driehoekspanning Push pull met PCL805 en leds in de buisvoeten

Stroommeting op de anode van één van de eindbuizen
Als de buis in geleiding is daalt de spanning (anodestroom meting door weerstand, zonder aangesloten transfo). Men ziet goed de vervorming door de werking in classe AB, maar in tegenstelling met transistoren is er geen scherpe overgang tussen geleidend en niet-geleidend. De bedoeling is de roostervoorspanning zodanig in te stellen dat dat de vervorming van de twee buizen elkaar compenseren.

Sinus signaal op de uitgang
Een duidelijk probleem met balanstransformatoren van onbekende oorsprong: de transformator die "geschikt is voor EL84, EL34, 6V6, 6L6,..." (vul de lijst zelf aan) kan niet meer dan een paar watts overbrengen. De meting is over een 4.7Ω belastingsweerstand. We bekomen 11W, maar met een heel storende vervorming. Een dergelijke vervorming die veroorzaakt wordt door de transfo die in saturatie gaat kan nauwelijks gecompenseerd worden door een terugkoppeling.

Met een PCL805 levert de versterker een vermogen van 9.5W (vervorming >1%) bij een voedingsspanning van 270V.

Spijtig dat ik (nu meer dan 20 jaar geleden) mijn buizenversterkers van de hand heb gedaan. In naam van de wetenschap heb ik dan maar besloten een dure balanstransformator te kopen van een gerenomeerd merk om de testen verder te doen. Stay tuned (81.83.9.93).

Ringing
In vergelijking met een SRPP schakeling met een 100V sonorisatietransformator is er ook een sterke ringing aanwezig, veroorzaakt door de bijna afgeknepen pentode. De pentode die niet in geleiding is heeft geen controle meer over zijn wikkeling en uitslingeren is mogelijk als de transfo van slechte kwaliteit is.

Dit probleem kan opgelost worden door middel van een boucherot filter, die normaal bedoeld is om de impedantie van de luidspreker te lineairiseren, maar die hier gebruikt kan worden om de ongewenste oscillaties te onderdrukken (RC snubber). Per wikkeling (anode) een weerstand van 1kΩ en een condensator van 10nF naar massa.

Test met andere balanstransfo
En uiteindelijk is mijn (dure) balanstransformator toegekomen en kunnen de testen verder plaatsvinden.

De PCL805 werkt normaal met een hoge stroom (in vergelijking met de PCL86). Er is echter een manier om de PCL805 te temmen, en dat is zijn G2-spanning te verlagen tot ongeveer 145V. Deze ingreep wordt ook toegepast bij lijneindtrappen zoals de PL504. Deze laatste buis is omgetoverd tot een uitstekende audiobuis met voldoende vermogensreserve.

De PCL805 kan zowel met een g2-spanning van 145V werken als een hogere spanning (te compenseren door een stuurroosterspanning die meer negatief is), de buis heeft geen echte sweet spot in deze schakeling (zie mogelijke instellingen lager).

Hier is opgevallen (en dat is ook te zien aan het skoopbeeld van een halve eindtrap, zie hoger) dat de overgang van "geleidend" naar "niet geleidend" heel geleidelijk is. Er is geen duideliojk gedefinieerde ca lsse A of classe AB werking. Het is moeilijk de versterker in classe AB te laten werken, het enige dat men bekomt is dat de versterking van de pentode lager wordt. Verandert men de roostervoorspanning, dan verandert men het uitgangssignaal: de eindtrap werkt zoals een buis met variabele steilheid (EF85). Door de stuurroosterspanning te veranderen kan men het uigangsvermogen variëren in een grootte-orde van 1 naar 10. Dat is hier echter niet het doel, maar het geeft wel duidelijk aan dat de buis een kromme caracteristiek heeft.

Het is hier belangrijk een vaste g2-spanning te gebruiken, niet een spanning die afgeleid is van de hoogspanning en verlaagd wordt door een g2-weerstand. Als men geen vaste spanning gebruikt, dan variëert de spanning naargelang de muziekinhoud en is de schakeling niet stabiel. Het is zelfs zo dat de totale stroomopname hoger ligt als er geen signaal versterkt wordt!

Aangezien de vaste spanning de helft van de voedingsspanning moet bedragen, kan men best een transformator gebruiken met middenaftakking, bijvoorbeeld een transfo die secundair 110 + 110V levert (een scheidingstransfo van 50VA is ideaal). De g2-stroom is beperkt en een enkelvoudige gelijkrichting en filtering met een elko van 47µF is voldoende.

Bij een anodestroom van 30mA zit men zeer dicht bij de maximale dissipatie van de buis en is een ruststroom van 25mA aangeraden, het verlies aan vermogen is beperkt. De stroom wordt ingesteld door de stuurrooster voorspanning.

Driehoekspanning
Het eerste skoopbeeld is met de nieuwe transformator, en men ziet direct dat de sinus (output) goed de sinus (ingang) volgt. Een driehoeksignaal is bijzonder moeilijk weer te geven met een buizenversterker. Driehoeksignalen worden doorgaans niet gebruikt om versterkers te testen, men is gewoon blokgolven en sinussen te gebruiken. Met een driehoek kan men goed zien of een versterker lineair werkt.

Dit signaal hier is zeer goed (terugkoppeling uitgeschakeld): test maar eens je buizenversterker met een driehoeksignaal en je zal versteld staan hoe vervormd het signaal is.

Conclusie PCL805
Het is moeilijk een sweet spot voor deze versterker te vinden. Bij een werking in classe AB is er een sterkere ingangsignaal nodig (extra voortrap nodig) want de versterking van de tetrode is laag. Het hoogste vermogen wordt dan bekomen met een roostervoorspanning van -20V en g2 instellen voor een ruststroom van 9mA.

Bij een werking in classe A heeft men een normale stuurspanning nodig (voorspanning -13V en anodestroom van 30mA bij 250V). Men kan ook een polarisatie door de cathodeweerstand gebruiken, maar dan verliest men 10% vermogen door de autobias (verschuiving van het werkpunt).

De schakeling met cathodeweerstand verplicht om een classe A instelling te gebruiken, waardoor het maximaal vermogen beperkt is (in de praktijk iets van een 7W).

Men kan een kleine led inbouwen in de noval en magnoval buisvoeten. De led licht op als de versterker ingeschakeld is.

Meer foto's van de PCL805 zijn hier te vinden.

Instellingen voor de push pull versterker

Bij een negatieve roostervoorspanning van -20V is de buis minder gevoelig en heeft een sterke drive nodig van 14.4Vrms. Er is ook een lichte werking in classe AB2 met de stuurspanning die tot +1V stijgt (minimum -38V, waarbij de buis nagenoeg afgeknepen is).

Bij deze instelling heb je een extra voorversterkertrap nodig, want de triode van de PCL805 kan het signaal onvoldoende versterken om aan de nodige sweep te geraken.

Het voordeel van deze instelling is de hogere gevoeligheid van de tetrode, een stuurspanning van 7.5Vrms is voldoende, maar de eindtrappen werken nu in een classe die dichter bij de classe A ligt met een veel hogere constante dissipatie.

Het is natuurlijk mogelijk een compromis-instelling te gebruiken. Metingen van de vervorming gebeuren met uitgeschakelde tegenkoppeling, en men moet rekening houden met het feit dat met ingeschakelde tegenkoppeling de gevoeligheid van de versterker sterk daalt.

De uitleg over de push pull versterker met PCL86 staat hier.