Testversterker single ended met
PL504/EL504 in stuurroosterschakeling
(standaard schakeling)

De PL504 en EL504 zijn sweep tubes met aparte eigenschappen. Dit zijn buizen die voorzien zijn om hoge stroompieken te leveren. In een schakeling waar een constante stroom geleverd wordt presteren deze buizen minder goed. En een single ended versterker is een typische schakeling waar een constante stroom door de buis loopt. De PL504 is geen slecte buis, in tegendeel, je moet die gewoon correct gebruiken. En ik heb de oplossing voor jullie.

De buis kan een hoge stroom leveren, zelfs met een lage voedingspanning, maar dat is niet optimaal voor de output transformator, die liever werkt met een lagere anodestroom (en eventueel een hogere voedingspanning). Zo vermijden we dat de transformator in saturatie gaat, wat heel snel kan gebeuren met een sweep tube.

Voor de PL504 maakt het niet veel uit, hoge stroom of hoge spanning, een sweep tube kan beide probleemloos aan. Om ervoor te zorgen dat de buis optimaal werkt in een single ended versterker moeten we de schermroosterspanning verlagen. Dit heeft tal van voordelen:

• De buis werkt meer efficiënt, want er loopt minder stroom verloren via het schermrooster (in dit geval loopt er 0.6mA weg via het schermrooster.

• We hebben een hogere versterking, want de stuurroostervoorspanning wordt lager (-11.57V): we hebben genoeg aan een wisselspanning op het rooster van 4.596Veffectief (12.9V top-top)

• De vervorming is minder (maar een tegenkoppeling is nochtans aangeraden)

Zonder tegenkoppeling Met tegenkoppeling DC anodespanning in magenta met probe 10:1

De ECC83 die we als voortrap gebruiken heeft een versterkingsfactor van 60× en de tetrode een versterkingsfactor van 42×. Ik had je toch gezegd dat de PL504 een heel speciale buis was?

De triode is normaal geschakeld, we proberen een zo hoog mogelijke spanning over de buis te hebben met een stroom van ongeveer 1mA (hier 182V en 0.9mA), de ECC83 presteert dan optimaal. De tegenkoppeling komt toe op de cathode.

De tetrode heeft een schermroosterspanning van 82.7V, en is dat gewoon perfect. Met een hogere schermroosterspanning komt het slecht karakter van de buis naar boven en uiteindelijk halen we een lager vermogen als we de schermroosterspanning verhogen (stabilisatorbuis OA2 van 150V). Het is aangeraden de schermroosterspanning te stabiliseren met een 85A2 zoals in dit voorbeeld. De bleederweerstand van 3×5.6kΩ dissipeert in totaal meer dan 3W en je gebruikt best drie weerstanden van 2W.

Rechts een skoopbeeld van de signalen zonder enige vorm van tegenkoppeling (ingangsignaal van 65mVeff). We zien echter dat de sinus niet echt mooi is (veel even harmonischen). De top is boller en de onderkant is spitser, een teken dat de buis gemakkelijk meer stroom had kunnen leveren.

Het is altijd nuttig om de versterker te testen zonder tegenkoppeling, dan zie je wat er mogelijk niet optimaal is aan je ontwerp. Met een tegenkoppeling wordten de fouten geneutraliseerd, totdat de tegenkoppeling de fout niet meer kan corrigeren, maar wat je dan ziet zal je niet helpen om de ontwerpfout weg te werken.

Bij het tweede skoopbeeld zie je iets bijzonder, ik heb namelijk de anodespanning gemeten (met een 10:1 probe want we hebben een spanningszwaai van 554V en dat is best veel voor de skoop).

We zien dat de anodespanning tot 20V gaat! In feite gaat de anodespanning zelfs tot 9V, want we hebben een cathodespanning van 11.57V! De lage saturatiespanning is eigen aan de sweep tubes. De PL504 is een glazen mosfet, maar zonder de gevoeligheid voor statische ontladingen.

De uitgangsimpedantie van de EL504 bedraagt 8kΩ, dit wordt mede veroorzaakt door de relatief lage anodestroom van 29.1mA (dit om de outputtransformator niet in saturatie te brengen). De dissipatie door de PL504 is dan ook laag, namelijk 8.6W, terwijl de buis 16W kan dissiperen. Dit is zeker bevorderlijk voor de levensduur van de eindtrap!

Het audiovermogen bedraagt 3.35W, wat normaal is: het audiovermogen van een single ended schakeling is altijd minder dan de helft van het gedissipeerd vermogen op de anode (rond 1/3 voor pentodes). Hier halen we een rendement van 39%, wat uitstekend is. Het wijzigen van een werkingsparameter verhoogt de vervorming op hoog vermogen en verlaagt dus het rendement van de versterker.

De skoopbeelden zijn heel goed en je zou denken dat je een perfecte versterker hebt. Maar met een blokgolf heb ik sterke gedemte oscillaties omdat de versterker geen frekwentiebeperking heeft. De frekwentieband loopt rechtdoor tot 50kHz.

Ik heb geen ultra lineair schakeling toegepast, ik weet uit ervaring dat het op niets gaat uitdraaien, want de schermroosterspanning wordt dan te hoog. De stabilisatie van de anodestroom die je met de stabilisaterbuis bekomt gaat dan volledig verloren.

Testversterker Single ended met
EL504/PL504 in schermroostersturing
(enhanced triode)

Een andere mogelijkheid is te werken met een sturing op het schermrooster. Het normale stuurrooster leggen we zomaar aan de massa en we behouden de cathodeweerstand die de stroom door de buis gaat stabiliseren.

Voor de schermroosterstroom moeten we enkele milliampères voorzien, waardoor de tweede triode van de ECC83 ongeschikt is. Maar we hebben een minder bekende buis, de ECC832, die twee verschillende triodes aan boord heeft:

• een ECC83 als voortrap (aansluitingen 8-7-6) en
• een ECC82 als drivertrap (aansluitingen 3-2-1).

De drivertriode heeft een lage spanningsversterking (maar een hoge steilheid), dit merken we aan de roostervoorspanning van -21V. De cathodeweerstand van 75kΩ is nodig om de spanning naar beneden te trekken (de tetrode trekt zeer weinig stroom bij een lage schermroosterspanning). Zonder die weerstand hebben we een asymmetrische werking boven de 1kHz.

We gebruiken hier ook een relatief lage schermroosterspanning. Door de verhouding van de twee 2.2MΩ-weerstanden te wijzigen kan men de schermroosterspanning veranderen.

De anodeweerstand van 1kΩ gebruik ik om de schermroosterstroom van de PL504 te meten. Deze metingen werden gedaan zonder de cathodeweerstand van 75kΩ, de belasting zijnde enkel het schermrooster van de PL504.

Om de eindbuis aan te sturen hebben we een merkbaar hogere spanning nodig, namelijk 23V. De cathodevolger geeft op zich ook een wisselspanningsverlies van 3.5V.

De gemiddelde stroom door het schermrooster is zeer laag: volledig uitgestuurd hebben we een stroom van 1.33mA, bij een zeer lage uitsturing is de stroom gedaald tot 0.28mA (cathodeweerstand verwijderd). Het zijn dus vooral de spanningspieken die een hogere schermroosterstroom veroorzaken.

Omdat de PL504 een hogere uitsturing nodig heeft is de algemene versterking veel lager. Als de tegenkoppeling uitgeschakeld is hebben we nu een spanning nodig van 348mV op de ingang om een redelijk onvervormde uitgangspanning van 5.380V te hebben (met de normale schakeling hadden we genoeg met 65mV). De tegenkoppeling bedraagt 8.3dB. We kunnen de hoge versterking van de voortrap goed gebruiken.

De stroom door de eindtrap is gestegen tot 35.6mA, met een anodedissipatie van 10.4W. Nog steeds een zeer veilige waarde.

Het eerste skoopbeeld toont dat de anodespanning niet meer zo laag kan geraken, de minimale anodespanning bedraagt 54V. We zien ook een begin van vervorming, die beter zichtbaar is met een driehoeksignaal. Met een driehoeksignaal kan je eigenlijk geen metingen doen (sinus: vermogen, blokgolf: uitslingering) maar vervormingen worden extreem zichtbaar.

Zonder tegenkoppeling

Met een sturing op het schermrooster hebben we nog minder vervorming (zonder tegenkoppeling), maar we hebben een voortrap die een hoge versterking kan leveren. Hier is de tegenkoppeling zeer laag (8.3dB), want we hebben weinig reserve. Eventueel een PCL80 gebruiken als voortrap (pentode) en driver (triode) in plaats van een ECC832. Met een ECC82 of ECC83 werkt de schakeling trouwens niet goed.

Gedempte oscillaties onderdrukken

De oscillaties worden snel gedempt, een teken dat de versterker is zijn geheel wel in orde is: de oscillatie wordt niet versterkt door de tegenkoppeling.

Men kan de opslingering vermijden door een Boucherot filter (je kan ook de naam Zobel netwerk aantreffen), te plaatsen tussen de anode van de eindtrap en de massa (of te plaatsen over de primaire wikkelingen van de transfo). De condensator beperkt de werking van de filter tot de hoogste frekwenties en de weerstand dempt de oscillaties. De waarde van de onderdelen hangt af van de gebruikte transfo, ik heb hier een filter met een weerstand van 1.5kΩ en een condensator van 1.2nF in serie. Beide onderdelen zijn nodig, alléén een condensator kan het opslingeren nog versterken en een weerstand alleen verzwakt alle frekwenties.