Buizenversterkers
Koptelefoonversterkers met triodes
Koptelefoon

Er bestaan specifieke koptelefoonverstrekers die uitgerust zijn met twee triodes als eindtrap.
-

-

70 jaren geleden bestonden er al koptelefoonversterkers (of versterkers voor kleine luidsprekers) met een dubbele triode ECC40. Let op de originele schakeling met zijn eigenardige weerstanden!

De koptelefoonversterkers met buizen hebben doorgaans geen uitgangstransformator. Om aan de lage uitgangsimpedantie te geraken gebruikt men een cathodevolger. Er zijn verschillende mogelijkheden:

  • De SRPP is de meest gebruikte schakeling omdat de eindtrap ook de amplitude versterkt.

  • De kathodevolger van White heeft zeer goede eigenschappen maar heeft een extra triode nodig.

  • De circlotronschakeling is een symmetrische push pull schakeling in cathodevolger configuratie.
De circlotronschakeling wordt hier verder niet besproken omdat er naar mijn weten geen koptelefoonversterkers met een circlotron bestaan. De schakeling is redelijk complex en heeft een symmetrische uitgang die niet compatibel is met de meeste koptelefoons met gemeenschappelijke massa.

De twee andere schakelingen zijn asymmetrisch, met een uitgang die ten opzichte van de massa gereferenceerd wordt. Tegenwoordug gebruikt men de benaming "singled ended", dit klinkt geleerder.



De theoretische basis van deze schakelingen staat hier. Dit is met name belangrijk om de werking van de schakelingen te begrijpen en de waarde van de componenten te bepalen.

We bespreken hier enkele concrete schakelingen. De parameters van de triodes staan hier vermeld. Wat betreft de keuze kan de koptelefoons zal men de voorkeur geven aan een koptelefoon met een zo hoog mogelijke impedantie, de koptelefoon wordt namelijk stroomgestuurd. We gaan een berekening uitvoeren voor een impedantie van 32Ω en 500Ω.

En van de eigenschappen van deze "push pull" versterkers (zowel de cathodevolger van White als de SRPP), is dat die verplicht in classe A moeten werken. De stroom door een buis mag nooit nul worden, anders verliest de buis de controle over de andere buis. Het rendement kan dus nooit hoger worden dan 50% en het beschikbaar vermogen is hoogstens gelijk aan de dissipatie in n van de buizen.


SRPP schakeling

De eerste schakeling is een SRPP die een halve ECC82 als voorversterker gebruikt en een ECC88 als vermogenstrap. De twee trappen versterken het signaal: ieder trap heeft een versterking van ongeveer 20×. De totale versterking is veel te hoog en men had beter een tegenkoppeling voorzien. Het ingangssignaal van 200mV aan de ingang wordt een signaal van 80V aan de uitgang, ene teken dat de ontwerper zijn schakeling niet getst heeft.

De ECC88 is een buis die oorspronkelijk ontworpen werd als VHF versterker in cascodeschakeling in bepaalde televisies. De buizen die in hoogfrekwente toepassingen gebruikt worden werken met een relatief hoge stroom om de ruisbijdrage te beperken. Een kenmerk van die buis is dat de anode-cathodespanning beperkt moet worden tot 130V (in een cascodeschakeling vormt dit geen probleem). In deze schakeling wordt de sweep daardoor beperkt tot 60V piek tot piek, dus 20V effektief. Dit is ruim voldoende om een koptelefoon volledig uit te sturen, zelfs een hoogohmig model.

Deze eerste schakeling heeft dus twee limieten: de maximale sweep van 20V effektief en de maximale stroom van 25mA. Met een koptelefoon van 32Ω veroorzaakt de stroom ene spanningsval van 0.8V, dus ene vermogen van 20mW. Met een koptelefoon van 500Ω bekomt men een spanningsval van 12.5V, dus een vermogen van 300mW.

Iedere triode ontwikkelt een vermogen van 1.5W, wat zeer dicht light bij de maximale waarde van de buis.

De impedantie van de koptelefoon moet dus zo hoog mogelijk zijn, want dan wordt het beschikbaar vermogen ook hoger, maar niet hoger dan ongeveer 800Ω, want dan wordt de maximaal toegestane sweep de beperkende factor.

Cathodevolger van White

De tweede schakeling is een White cathodevolger, de schakeling die het meest aangewezen is in deze toepassing. De schakeling heeft een lage uitgangsweerstand, maar de impedantie blijft ook constant ongeacht de amplitudevariaties, wat niet het geval is met een klassieke cathodevolger.

Hier gebruikt men opnieuw een halve ECC82 gevolgd door een ECC99. Enkel de eerste trap versterkt het signaal (ongeveer 20×). Het ingangssignaal moet al een hoge amplitude hebben want de versterking is beperkt tot 3.3× door de tegenkoppeling. De vermogenstriodes verhogen de amplitude van het signaal niet.

De ECC99 is een moderne triode die ontworpen werd om gebruikt te worden in toepassingen waar een standaard triode niet voldoende is (bijvoorbeeld sturing van de eindtrap op het schermrooster). De maximale dissipatie bedraagt 3.5W.

De schakeling geeft de effektieve spanningen niet aan, men moet dus de spanningen benaderen door een simulatie. Met een cathodeweerstand van 330Ω heeft men een anodestroom van 14mA en een roosterspanning van -4.5V. De dissipatie van iedere triode is dan 2.1W.

De schakeling heeft echter een duidelijk probleem. Zoals vele schakelingen is die ontworpen door iemand die nooit met buizenversterkers gewerkt heeft. Dit merkt men aan de anodeweerstand die een waarde van 105Ω zou moeten hebben (rekening houdend met een steilheid van 9.5mA/V). De persoon die de schakeling ontorpen heeft, heeft gewoon dezelfde waarde gekozen als voor de cathodeweerstand. Zie hier! Een symmetrische schakeling! We hebben nochtans in de inleiding gezien dat de waarde van de weerstand niet vrij gekozen mag worden.

Om rekening te houden met de spanningsversterking <1 kiest men best een anodeweerstand van 120Ω in plaats van de berekende waarde van 105Ω.

De sweep van deze schakeling is zeer hoog en men kan zeer hoogohmige koptelefoons aansturen (meer van 500Ω). Maar om een sweep van 15V te bekomen heeft men een ingangssignaal van 5V nodig, en dus heeft men een extra voorversterkertrap nodig (als de tegenkoppeling behouden blijft).

Tweede versie cathodevolger van White

Een schakeling die de nadelen van de andere schakelingen niet heeft. De schakeling is wat complexer, maar heeft een voldoende versterking en tegenkoppeling.

De voorversterker gebruikt de twee triodes van een ECC83, dit deel heeft een theoretische versterking van 3500× die hier beperkt wordt door de tegenkoppeling. De waarde van de weerstand van 10kΩ mag aangepast worden om de gewenste versterking te bekomen.

De tweede trap heeft een bootstrap, een kneep die in veel verschillende schakelingen toegepast wordt, zoals in een circlotronsschakeling. De buis heeft daardoor een grotere sweep, die ook meer lineair is. Dankzij de condensator van 10F wordt de dynamische weerstand van de anodeeerstand zeer hoog.

De vermogenstrap is de klassieke emittervolger van White. Volgens de berekeningen heeft men een anodeweerstand nodig van 1.5Ω die men kan bereiken door een parallelweerstand van 1kΩ (dat is de roosterweerstand van de onderste eindtrap). De voedingsspanning bedraagt 300V, de stroom is 14mA (bepaald door de cathodeweerstand van de onderste eindtrap). Eventueel kan de weerstand van de stuurtrap aangepast worden om een uitgangsspanning te hebben op de halve voedingsspanning.

*
Houd men ook rekening met de lichte spanningsverzwakking van de cathodevolger, dan moet de complete anodeweerstand een waarde van ongeveer 120Ω hebben. De roosterweerstand krijgt dan een waarde van 1MΩ en de koppelcondensator kan verlaagd worden tot 0.22F.

Voeding

Zoals in alle single ended schakelingen moet de filtering zeer goed gebeuren, want de netbrom wordt niet onderdrukt door een symmetrische constructie van de eindtrap. In tegenstelling met een push pull schakeling blijft de ruststroom altijd identiek, de brom blijft dus ook altijd constant, zelfs als de versterker op zeer laag volume speelt.

De voedingstransfo moet een electrostatisch scherm hebben tussen primair en secundair om de netstoringen tegen te houden (die zijn meer hoorbaar in een koptelefoon). Men moet ook kleine condensatoren van 10 nF naar massa voorzien om de schakelklikken van de diodes in de voeding te onderdrukken.

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

-