Buizenversterkers
De eindtrap
Single ended

De single ended eindtrap wordt tegenwoordig gezien als een unicum: met een balanseindtrap kan men meer vermogen bekomen met dezelfde buizen, maar de schakeling is wat complexer en men heeft dubbel zoveel buizen nodig.
-

-

Met een single ended eindtrap kan men een theoretisch vermogen van 50% halen (in de praktijk is dat 30%). De eindtrap moet noodgedwongen in classe A werken en bij maximale uitsturing zijn er meer vervormingen. Deze schakeling heeft echter geen omkeertrap nodig.

Door het laag rendement van dergelijke schakelingen worden de afkortingen "SE" ook gebruikt om "Small Efficiency", "Super Expensive" en "Stupid Engineering" aan te geven.

De voortrappen van een lampenversterker moeten slechts een laag vermogen overbrengen, waardoor men bijna altijd kiest voor een single ended configuratie (asymmetrisch). De eindtrap levert echter het vermogen aan de luidspreker, en hier is er een hoger vermogen nodig, waardoor men vaak opteert voor push pull versterkers (balansversterkers).

De toestellen die door bepaalde bedrijven aangeboden worden zijn bijzonder duur omdat er een speciale outputtransformator gebruikt moet worden. Er is altijd een stroom die door de transfo loopt, waardoor er een permanent veld gecreŽrd wordt. Om de magnetische saturatie van de kern te voorkomen moet er een luchtspleet voorzien worden en daardoor daalt het rendement van de transfo. Naast de verplichte classe-A werking (die een laag rendement heeft) kan de transfo niet alle vermogen overbrengen naar de luidspreker. Vandaar dus het "stomme ontwerp".

Maar een dergelijke schakeling werd in de meeste radiotoestellen en televisies gebruikt, in de duurdere toestellen gebruikte men een SRPP schakeling. Het vermogen was (toen) voldoende.

Bij een single ended schakeling werkt de eindbuis altijd dicht bij zijn limieten om een voldoende vermogen te kunnen leveren. De anodestroom is altijd hoog. De netspanning moet zeer goed gefilterd worden vanwege de hoge stroom, maar ook omdat de schakeling asymmetrisch is en de brom niet kan onderdrukken.

Op de site van ontwerpers die dergelijke schakelingen verkopen lees je teksten zoals:

"Er is energie nodig om het magnetisch veld in de transfo om te keren, dit zijn de hystererisverliezen. De energie die nodig is om het veld om te keren komt van het signaal. Heel zwakke signalen komen dus niet door omdat de energie ervan gebruikt wordt om het magnetisch veld om te keren. Bij een single ended ontwerp moet het magnetisch veld nooit omgekeerd worden en verdwijnt dit probleem. Daarom kunnen single ended versterkers beter fijne details weergeven"

Volledig ongelijk hebben ze niet, maar dat was 70 jaar geleden, en zeker in versterkers die in classe AB werken, waarbij de versterker weinig vermogen heeft (lage ruststroom) "om het veld om te keren". Maar we leven niet meer in de jaren 1940, toen waren de audiotransformatoren eigenlijk gebouwd zoals voedingstransformatoren met minderwaardig kernmateriaal. Zo hebben de audiotransformatoren ook een slechte reputatie gekregen, terwijl dit zeker niet hoeft.

Push pull versterkers in classe A

Men kan dezelfde geluidskwaliteit van een single ended versterker bereiken met een hogere ruststroom, zodat een buis nooit geblokkeerd wordt. De aangehaalde hogere kwaliteit van een single ended versterker wordt veroorzaakt door de verplichte werking in classe A, niet door de feit dat we een single ended schakeling hebben.

Men weet dat SRPP versterkers een hoge geluidskwaliteit leveren: dit wordt veroorzaakt door het feit dat de eindtrappen altijd in classe A werken (en ook door de afwezigheid van een outputtransformator).

De ruststroom moet de helft van de maximale stroom die een buis moet kunnen leveren bedragen. Om je een richtwaarde te geven: bij een versterker die 20W moet kunnen leveren moeten de eindbuizen een ruststroom van 50mA hebben als de hoogspanning 300V bedraagt (de dissipatie bedraagt dan doorlopend 15W).

Men heeft de voordelen van de single ended schakeling, maar ook die van de push pull schakeling: een lagere vervorming dankzij de symmetrische constructie en ook een vermindering van de bromspanning door de betere CMRR (common mode rejection ratio). Het benodigd vermogen dat permanent gedissipeerd moet worden bij een classe A versterker kan over twee buizen verdeeld worden.

Maar laten we eens kijken hoe de ingenieurs het probleem aangepakt hebben.

Dit is de schakeling van een radio uit de jaren 1950. Toen moest de schakeling zo eenvoudig en zo goedkoop mogelijk zijn. Dus geen voedingstransfo, de radio was direct op het net aangesloten. Daardoor kon de radio ook op een gelijkspanningsnet aangesloten worden, of een 110/130V net (die bestonden nog volop in de steden). De buizen zijn van het Uxxx-type, buizen met een gloeistroom van 100mA. Men verliest 10W in de 950Ω weerstand, maar daardoor kan de fabrikant een transformator uitsparen.

De gelijkrichting is enkelzijdig en men heeft een sterke 50Hz brom. Maar de ingenieurs hebben een truc uit hun mouw gehaald om de brom ťn de permanente stroom in de transfo te beperken.

De audio eindtrap is een UL84, een buis die aangepast is om te werken met een lagere hoogspanning (het is zeker geen equivalent van de EL84!). De anodestroom is hoog (69mA), er is een dissipatie van 0.9W in het schermrooster en 11.1W op de anode. De buis wordt dus dicht bij haar limieten gebruikt, zoals in nagenoeg alle SE schakelingen. Er zou een relatief grote transformator met luchtspleet nodig zijn in een standaardschakeling.

Maar de transformator is speciaal: de hoogspanning komt toe op het midden van de primaire wikkeling. De stroom wordt in tweŽn gesplitst, een deel is de anodestroom, een deel is de voeding naar de rest van de ontvanger (en de g2-spanning). De anodestroom wordt daardoor gedeeltelijk gecompenseerd door de radiostroom, zodat de transfo kleiner uitgevoerd kan worden.

De schakeling heeft ook nadelen, er is een vermogenverlies, maar dat was niet zo belangrijk toen: bepaalde radiotoestellen hadden een eindtrap die slechts 1.5W kon leveren (met 10% vervorming). De verliezen zijn wisselspanningverliezen die optreden in de weerstand van 2.7kΩ, deze weerstand is eigenlijk een extra belastingsweerstand voor de pentode.

Maar zou het niet mogelijk zijn een systeem te ontwikkelen waarbij we een constante stroom door een tweede identieke primaire wikkeling sturen? De stroom wordt geleverd door een stroombron met een extreem hoge inwendige impedantie zodat de eerste primaire spoel niet gedempt wordt. De stroombron wordt gestuurd door de anodestroom van de eindbuis (de voorbeeldschakeling is niet volledig correct).

Daardoor is er geen permanent magnetisme meer, kan de luchtspleet vervallen en kan de transformator veel kleiner gemaakt worden (single ended versterkers leveren doorgaans niet zo'n hoog vermogen). Door het ontbreken van een luchtspleet heeft de transfo een hoge zelfinductie zodat de lage tonen ook goed weergegeven kunnen worden.

Maar de filosofie van de single ended schakeling is juist gebaseerd op het feit dat het magnetisch veld nooit omgepoold wordt. Het is namelijk het ompolen die verantwoordelijk is voor de vreselijke vervormingen die men bij balansversterkers aantreft. Wist u dat niet?



Rechts het schema van een moderne stereo single ended versterker met twee EL34 als eindtrap. Deze buizen zijn voorzien voor een maximale dissipatie van 25W, de versterker kan dus in het beste geval 10W leveren, maar in de praktijk komt men niet boven de 5W als men de vervorming laag wilt houden. Dit vermogen is voldoende in een normale luisterruimte.

Het is een Ultra Linearschakeling waarbij er een feed back is via het schermrooster. Er is geen globale tegenkoppeling.

Het eerste wat je op de foto merkt, dat zijn de zware outputtransformatoren, die nodig zijn bij een single ended versterker. De dubbele triode als voortrap wordt in parallel gebruikt, wat niet noodzakelijk is. De eindtrap wordt in het midden van de curve aangestuurd en een sterke stuursignaal is niet nodig.

De versterker werkt met een hoogspanning van 300V en met een cathodeweerstand van 500Ω wordt de eindtrap niet te zwaar belast. Zoals bij de meeste single ended versterkers zijn de even harmonischen duidelijk aanwezig op hoog vermogen, wat de klank "voller" maakt. Men kan de klankkleur wijzigen door de anodesstroom te wijzigen (via de cathodeweerstand): een hogere stroom geeft een nog vollere klank (maar meer rommelig door de intermodulatie) terwijl een lagere anodestroom een "koudere" klank geeft.

Luidsprekerkeuze

Een single ended versterker heeft doorgaans een laag vermogen en om een voldoende volume te halen is het noodzakelijk gevoelige luidsprekers te gebruiken. Zelf raad ik aan een full range luidspreker met whizzer te gebruiken: je hebt minder verliezen want er is geen filter en de versterker heeft een betere controle over de luidspreker. Hoe complexer de filterinstallatie (driewegs), hoe minder vermogen er overblijft om de luidsprekers aan te sturen.

Transformatorkeuze

De single ended transformatoren zijn zeer zeldzaam geworden en single ended complete versterkers zijn nogal duur. Hier is er meer informatie over transformatoren (algemene informatiepagina).

Men kan een andere transformator gebruiken, bijvoorbeeld een transformator voor 100V sonorisatie, maar de permanente stroom moet beperkt worden omdat de transfo geen luchtspleet heeft. Bij een lage stroom hoort ook een hogere uitgangsimpedantie zodat de overdracht van vermogen niet optimaal is. De primaire impedantie van een 10W 100V transfo is meestal 1kΩ, terwijl de impedantie van een vermogenbuis die met een lage stroom werkt een impedantie van 5kΩ heeft. Een hoog vermogen zal je niet halen, hoogstens 1 ŗ 2W met een lijntransfo van 10W.

Je kan echter een 100V sonorisatietransformator gebruiken in een parafeed schakeling: dit werkt uitstekend ! (zie lager).

Een voedingstransfo gebruiken E en I platen die kop aan staart gemonteerd zijn om de luchtspleet maximaal te beperken zodat het rendement van de transfo hoog is. Sommige voedingstransfo's kunnen gebruikt worden om de impedantie aan te passen, bijvoorbeeld in een srpp schakeling.

Bepaalde voedingstransfo's kunnen inderdaad als audiotransfo gebruikt worden, dit hangt af van de kwaliteit van de wikkeling. Er mag nooit een te hoge permanente stroom door de wikkeling lopen zodat de transfo niet gesatureerd wordt. Dit betekent dus een lage anodestroom en een zeer hoge anodespanning (om toch voldoende vermogen te halen). In een single ended schakeling wordt de uitgangsimpedantie van de buis dus redelijk hoog, waardoor men verplicht is een hoge transformatieverhouding te gebruiken, zoals een transfo 220V naar 6V.

Je beschikt over een symmetrische transfo afkomstig van een push pull versterker? Bouw dan een push pull versterker, dergelijke transformatoren zijn daarvoor ontworpen. Asymmetrisch gebruikt leveren deze transformatoren een nog lager vermogen dan een 100V sonorisatietransfo.

Je hebt een transformator uit een oude radio of televisie gesloopt? Opgelet, het kan de rastertransfo van de televisie zijn, die kan je niet gebruiken. Oude radio's hadden een "warme" en "ronde" klank, maar deze eigenschappen zijn in het toestel ingebakken door de ingenieurs, lees het artikel over Menno van der Veen, "Wat kan men leren uit lampenradio's". Besluit: de radio klinkt goed, maar het vermogen is beperkt en de vervorming hoog.

De EL84 die doorgaans gebruikt wordt in dergelijke lampenradio's is een klassieke pentode, dus met een hoge inwendige weerstand. Zelfs na de transfo blijft de impedantie hoog (meer dan 10Ω), waardoor de demping van de luidspreker slecht is. Maar door de resonantiefrekwentie van de weinig gedempte luidspreker heeft men volle (maar niet strakke) bassen.

Vanwege de hoge uitgangsimpedantie kan de buis niet in een hifi versterker gebruikt worden als er geen tegenkoppeling aanwezig is. De tegenkoppeling dient niet zozeer om de vervorming te verlagen, maar om de uitgangsimpedantie te verlagen en dus voor een betere luidspreker demping zorgen.

De parafeed schakeling is een elegante oplossing om de constante stroom in de outputtransformator te elimineren.

Parafeed versterker met PL504 (single ended)

Na lang aarzelen heb ik toch een single ended versterker met EL504 gebouwd om eens na te gaan of de geluidskwaliteit echt zo goed is. Het is geen klassieke single ended schakeling, maar een parafeed. De versterkertrap van een oude radio, dat is echt een achterhaalde schakeling waar er veel compromissen gedaan werden.

Waarom een single ended versterker?

De single ended versterker heeft een laag rendement, het rendement is maximaal 30% van de anodedissipatie. Maar esoterische puristen willen zelfs verder gaan, en een triode gebruiken in plaats van een beam tetrode of pentode. En een triode heeft een nog lager rendement van een tetrode!

Echte puristen zweren enkel bij de WE 300B, een triode die door Western Electric ontworpen werd, door de duitsers voor de tweede wereldoorlog gebruikt werd en nu massaal door de chinezen op de markt gebracht wordt. Het is een triode met een direct verhitte cathode (de enige manier om toen voldoende emissie te bekomen). Als je de caracteristieken bekijkt, dan heeft de buis een mooi lineair verloop. Via de link zal je twee schakelingen terugvinden.

Maar helaas, zo'n buis heeft ook wat nadelen. Dergelijke buizen gaan niet lang mee (zelfs niet de moderne uitvoering ervan,en zeker niet de chinese versie) en zijn bijzonder duur. Na een jaar normaal gebruik zijn de parameters zodanig verlopen dat de buis eigenlijk onbruikbaar geworden is. In een single ended configuratie werkt de buis namelijk altijd op maximaal vermogen, ongeacht de belasting.

Men heeft dus de nadelen van de single ended schakeling (laag rendement) gecombineerd met die van de triode (ook een laag rendement), waardoor men een zeer sterke stuursignaal nodig heeft (50V effectief). Men haalt een vermogen van ongeveer 5W en een vervorming van 5%.

Een lijneindtrapbuis daartegenover is gemaakt om continu drie jaar te werken in een kleurentelevisie, waarbij het niet ongewoon was dat de anode roodgloeiend werd door de dissipatie.

Publicitťs - Reklame

-