Buizenversterkers
Self inverting push pull
SIPP

Bij de Self Inverting Push Pull is er geen fase-omkeertrap nodig. De aangestuurde eindtrap zelf zorgt voor de sturing van de andere eindtrap.
-

-


Een moderne self inverting push pull


Vervanging van de LM317 door een discrete schakeling


Schakeling in gebruikt tijdens de tweede wereldoorlog


Philips schakeling gebruikt na de tweede wereldoorlog

Een ontwerp dat je niet zo vaak zal terugvinden is de SIPP schakeling, of Self Inverting Push Pull. Een SIPP versterker kan uiterst eenvoudig zijn (en toch een relatief hoog vermogen leveren): er is geen omkeertrap nodig en ook de drivertrap die misschien nodig is om zware buizen aan te sturen kan vervallen.

Er is n voorwaarde waaraan voldaan moet worden bij een SIPP versterker: de versterker moet noodgedwongen in classe A werken. De versterker is gebaseerd op de long tail fasedraaier of Mullardschakeling, maar gebruikt een extra die toen niet beschikbaar was: een constante stroombron.

Laten we de schakeling bespreken aan de hand van volgend schema. We beginnen met een series regulated push pull voortrap. De meeste triodebuizen hebben twee triodes, dus waarom ze niet allebei gebruiken. Men had hier evengoed een gewone voortrap kunnen gebruiken, maar een SRPP schakeling heeft een lagere vervorming, een lagere inwendige weerstand en een wat hogere versterking:

  • De lagere vervorming verkrijgt men omdat de twee buizen in een symmetrische schakeling zitten, waarbij de vervorming van de ene buis gedeeltelijk gecompenseerd worden door de andere buis.
  • Men heeft een lagere inwendige weerstand omdat het signaal afgetapt wordt op de cathode van de bovenste buis. Bij deze schakeling is een lagere inwendige weerstand niet echt nodig.
  • De belasting van de onderste buis (spanningsversterking) is de bovenste buis, die zich in deze schakeling gedraagt als een hoogohmige weerstand. De onderste buis wordt minder belast, waardoor de versterking kan stijgen, enkel gemiliteerd door de van de buis (spanningsversterking).
Men kan hier evengoed een cascodeschakeling gebruiken, of de tweede triode gebruiken voor het andere kanaal.

De eindtrap is een ultra-lineairschakeling, die een hoger rendement heeft dan een triodeschakeling en minder vervorming geeft dan een pentodeschakeling. Er wordt slechts n buis aangestuurd. De tweede buis wordt aangestuurd door de gemeenschappelijke cathode.

De schakeling werkt enkel goed, als de cathodeweerstand zich als een zuivere stroombron gedraagt. Dit kan men bereiken door de cathodeweerstand te vervangen door een LM317, een IC die oorspronkelijk ontworpen werd als (regelbare) spanningsbron, maar ook gebruikt kan worden als stroombron.

Als de spanning op het stuurrooster van V1 stijgt, dan verhoogt de stroom door de buis. Omdat de regelaar een constante stroom levert, dan moet noodgedwongen de stroom door de andere buis dalen, want het stuurrooster van V2 wordt op een vast potentiaal (0V) gehouden. De schakeling moet dus in classe A werken waarbij een buis nooit afgeknepen geraakt. De maximale stroom door een buis is ook beperkt door hetgeen de stroomregelaar levert. Een dergelijke schakeling heeft geen vermogensreserve zoals een echte buizenversterker.

Men kan de stroom instellen door de waarde van de weerstand van de regulator te veranderen met de formule:

I = 1.2 / R

Met een weerstand van 10Ω heeft men een stroom van 120mA (door beide buizen). Ziehier enkele bruikbare weerstandswaarden naargelang de gebruikte buis:

WeerstandVoedingsspanningDissipatie per buis
EL8418Ω300V10W
EL3410Ω350V21W
KT886.8Ω350V31W

Om een paar EL84 van stroom te voorzien volstaat een kleine koelplaat. Voor een paar par EL34 is een koelplaat met een oppervlakte van minstens 25cm2 nodig. Om een paar KT88 van stroom te voorzien gebruikt men best de "K" versie in TO-3 behuizing en gebruikt men de metalen kast als koelplaat.

Men zou een SIPP schakeling ook kunnen gebruiken als ideale faseomkeertrap in een "normale" versterker. Dit wordt weinig gedaan omdat bij een voortrap de ruisbijdrage van de regelaar duidelijk hoorbaar wordt. Men kan de ruis niet wegfilteren door een condensator over de regelaar te plaatsen, want dan is de schakeling niet meer symmetrisch (de cathode-gestuurde kant versterkt niet meer de hoge tonen).

De schakeling wordt soms ook CCS of Constant Current Source genoemd. Men kan de LM317 vervangen door een discrete schakeling, de LM317 is eigenlijk niet ontworpen voor zo'n taak en kan de stroom moeilijker stabiliseren bij een frekwentie van 10kHz. De schakeling rechts gebruikt een vermogens-mosfet en een bipolaire NPN transistor met hoge versterking. De groene condensator kan bijgeplaatst worden om de transistorruis te onderdrukken, een geschikte waarde is 1nF.

Danzij de eenvoudige opzet is de geluidskwaliteit uitstekend. Er is slechts n koppelcondensator nodig zoals bij een single ended versterker. Het vermogen is hoger dan bij een single ended eindtrap, maar komt niet in de buurt van een echte push pull versterker. Als men dicht bij de maximale uitsturing komt, dan verhoogt de vervorming sterk: de montage is geen echte push pull (waarbij de vervormingen beter onderdrukt worden), maar eigenlijk een single ended versterker die een hoger vermogen kan leveren.

De self inverting push pull is voor het eerst gebruikt tijdens de tweede wereldoorlog. Men zocht een manier om een versterker te bouwen met een voldoende vermogen, met zo weinig buizen als maar mogelijk was. Tijdens de oorlog waren de radiobuizen moeilijker verkrijgbaar. Een SIPP geeft een hoger vermogen dan een single ended versterker, maar minder vermogen dan een echte push pull die in classe AB gestuurd kan worden.

Slimmerikken hebben de fase-omkeertrap "ingebouwd" in de gestuurde pentode (of tetrode). Het signaal dat aan de bovenste pentode aangeboden wordt, veroorzaakt een veranderlijke anodestroom, maar ook de g2-stroom (schermrooster) varieert mee met de stuurroosterspanning. Door een weerstand van geschikte waarde te gebruiken is de amplitude van het signaal op het schermrooster identiek als de amplitude op de stuurrooster (maar omgekeerd in fase). Het signaal kan aan het rooster van de tweede buis aangeboden worden.

Er is ook een eenvoudige toonregeling voorzien via de tegenkoppeling. Deze versterker heeft geen ideale eigenschappen, en is eigenlijk ontworpen uit noodzaak. Men gebruikte toen nog een electrodynamische luidspreker (met "field coil") die men als extra smoorspoel gebruikt. Driemaal 8F als filter, da's zeer weinig.

Ook Philips gebruikte een dergelijke schakeling in zijn platenspelers (juist na de tweede wereldoorlog). Het was hier ook de bedoeling om een hoger vermogen te bekomen dan wat leverbaar was met een enkelvoudige EL41 zonder de kost van een extra omkeertrap. De triode is een EBC81, een diode-triode die gebruikt werd in goedkope AM radio-ontvangers. Bij deze schakeling gebruikt men eigenlijk een vorm van positieve terugkoppeling, waarbij het outputsignaal gebruikt wordt als cathodepotentiaal. Er is een negatieve voorspanning nodig voor de stuurroosters.

De eigenschappen van deze laatste versterkers zijn niet optimaal: er is een slechte bromonderdrukking en vervorming, want de eindtrappen werken niet op een symmetrische manier, de schakeling is eigenlijk een opgevoerde single ended schakeling.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's