Testen met voedingstransformatoren in plaats van aangepaste single ended transformatoren met luchtspleet

In een versterker dient de output transformator enkel om de impedantie aan te passen tussen de vermogenseindtrap (een beam tetrode of een pentode) en de luidspreker. De meeste eindtrappen hebben een impedantie van 4kΩ en de luidspreker een impedantie van 8Ω. De transformatieverhouding moet dus 22.5× zijn. Hebben we een voedingstransformator van 230V, dan zou de secundaire spanning 10V moeten bedragen (9V is ook goed). 9V komt overeen met de transformatieverhouding van de meeste audio transformatoren voor single ended eindtrappen. Voor een zwakke eindtrap kan de spanning wat lager zijn, bijvoorbeeld 6V.

De testen die hier gedaan worden is om na te zien of een gewone audiotransformator ook gebruikt kan worden in een kleine lampen audio versterker: de normale SE transfo wordt vervangen en de schakeling wordt niet aangepast (indien nodig wordt enkel de impedantie aangepast).

Een audiotransfo die geschikt is voor single ended toepassingen heeft een luchtspleet om saturatie van het ijzer tegen te gaan. Maar bij dergelijke lage vermogens en lage stromen wil ik eens controleren of een normale kleine voedingstransfo ook gebruikt kan worden.

Rechts, een eerste transfo om te testen met een zwakkere versterker (minder dan 1W audiovermogen). De transfo is geschikt voor een vermogen van 1.2VA. De transformatieverhouding bedraagt 38.3×, een luidspreker van 8Ω geeft dan een primaire impedantie van 12kΩ (wat de pentode als impedantie ziet). Dit is een geschikte waarde voor een kleine pentode die daardoor minder belast wordt en op een hogere spanning gebruikt kan worden (en een lagere stroom om de maximale dissipatie niet te overschrijden). Door de lagere stroom hebben we in ieder geval minder kans op kernsaturatie.

Een nadeel van een kleine transfo is dat de ohmse weerstand van de wikkelingen hoog is: 3.43kΩ aan primaire kant en 6.5Ω aan secundaire kant. Daardoor gaat al 50% van het vermogen verloren aan joule verliezen.

De tests hebben uitgewezen dat deze transfo niet geschikt is, er zijn teveel parasitaire oscillaties. Bij een aangepaste single ended transfo worden de wikkelingen zodanig gelegd dat er weinig parasitaire capaciteiten zijn, zodat de transfo niet ongecontroleerd gaat oscilleren (ringing). De oscillaties zijn storend en kunnen niet weggewerkt worden.

Het eerste skoopbeeld is een sweep van 20Hz tot 20kHz. De test gebeurt met een ingeschakelde tegenkoppeling die in theorie de vervorming zou moeten verminderen. We hebben een asymmetrisch verloop (de bovenkant is niet gelijk aan de onderkant). Zo'n versterker zal heel veel even harmonischen produceren. We zien een dergelijke curve bij een balans eindtrap waarvan één eindbuis defekt is. Hier komt de vervorming omdat de transfo een eigen leven gaat leiden en de pentode dit niet kan corrigeren.

Een tweede skoopbeeld geeft de weergave van een blokgolf weer. Hier ook zien we dat de positieve amplitudes verschillend zijn van de negatieve amplitudes. Er is ringing aan de positive uitzwaai. Dit zien we ook op de sweep als de generatorfrekwentie overeenkomt met de eigen oscillatiefrekwentie van de transfo.

Het horizontaal gedeelte is niet mooi horizontaal, wat duidt op een vermindering van de lage tonen. De berekening van de bandbreedte aan de hand van blokgolven is hier te zien. Korthom, deze transfo is onbruikbaar (maar de transformatieverhouding is wel goed voor een kleine versterker).

De tweede voedingstransfo heeft een uitgangspanning van 12V, dus een transformatieverhouding van 19.2×. Als we een luidspreker van 16Ω aansluiten aan secondaire kant komt dit overeen met een impedantie van 5.9kΩ, wat een goede impedantie is voor de meeste audio pentodes zoals de ECL86 die ontworpen is voor kleine single ended versterkers in radiotoestellen en televisies.

Een ECL83 (kleine audio eindtrap) levert echter het meeste vermogen bij een primaire impedantie van 8.75kΩ. Met deze transformatieverhouding en eindbuis is de meest optimale impedantie van de luidspreker 27Ω. In deze meest ideale situatie halen we een vermogen van 950mW.

De ohmse weerstanden zijn 500Ω aan primaire kant en 2Ω aan secundaire kant, er zal dus minder vermogen verloren gaan door de joule verliezen. Het is een transfo geschikt voor 8.5VA, deze transfo zou dus in theorie gebruikt kunnen worden met de meeste single ended eindtrappen.

De sweep met deze transfo is duidelijk beter. Bij de weergave van een blokgolf zien we hier ook oscillaties en die zijn ook te zien in de sweep. De horizontale delen zijn meer horizontaal, we hebben een goede bassweergave.

Met deze transfo is de weergave van sinussen en driehoeken duidelijk beter, we halen een vervormingsfactor van minder dan 1% met een sinus op 400Hz en een vermogen van 800mW.

Laatste skoopbeeld: de weergave van een blokgolfsignaal van 400Hz met een echte single ended outputtransformator. Er zijn geen parasitaire oscillaties (die kunnen eenvoudigweg onderdruk worden met een eenvoudige filter), de positieve en negatieve signaalhelften zijn gelijk.

De signaalamplitude is verschillend omdat de transformatieverhouding anders is: het signaal werd aan secundaure zijde gemeten met de correcte belasting: 27Ω voor de voedingstransfo van 8.5VA en 10Ω voor de SE transfo.

Met de voedingstransfo kan de versterker een hoger vermogen leveren dan met de SE transfo (het verschil is ongeveer 10%, minder dan 100mW). Dit komt waarschijnlijk door de grotere SE transfo (met meer ijzer). Er is vermogen nodig om het ijzer te magnetiseren, en dit vermogen kan niet naar de luidspreker gaan.

Er is een andere pagina waar ik de skoopbeelden van een versterker met voedingstransfo bespreek. Hier worden er zwaardere eindtrappen gebruikt en bij een hogere anodestroom is het resultaat van de ijzersaturatie beter zichtbaar (de vervorming stijgt eigenlijk met de anodestroom). Bij deze skoopbeelden is de tegenkoppeling ook uitgeschakeld om de vervorming beter te tonen.

Conclusie