Voor- en nadelen

Maar de versterker heeft een aangepaste balanstransformator nodig. Een goedkope transfo, of een transfo van onbekende origine kan de prestaties van de versterker sterk naar beneden halen. Maar een single ended versterker heeft een nog duurdere transfo nodig (met veel ijzer en een luchtspleet om saturatie tegen te gaan).

Indien je een buizenversterker zelf wilt bouwen, dan is een balansversterker misschien niet de meest aangewezen weg, omdat de prijs van een goede balansversterker hoog is. Ik zou je aanraden om eerder te beginnen met een serie push pull schakeling. Dit is ook een symmetrische versterker, maar die heeft geen dure balanstransfo nodig. De serie push pull gebruikt in de plaats een 100V lijntransfo die veel gebruikt wordt en zeer goedkoop is (sonorisatie van gebouwen, sportvelden, en dergelijke). De schakeling is meer stabiel dan een traditionele push pull versterker en heeft geen gepaarde eindtrappen nodig, maar het rendement is lager.

Skoopbeelden rechts

• Het ingangssignaal met een amplitude van 3V top-top (1V rms), dit is de maximale spanning voordat er oversturing optreedt. De frekwentie is 100Hz.

• Het uitgangsignaal van 30V top-top (10V rms). De aangesloten dummy load heeft een weerstand van 7.5Ω: de versterker levert hier een vermogen van 13.5W.

• Het signaal op één van de cathodeweerstanden van 1Ω (schakeling met negatieve roosterspanning).

De maximale spanning over de cathodeweerstand bedraagt 64mV, wat overeenkomt met een cathodestroom van 64mA per buis. De hoogspanning bedraagt 325V, maar de totale buisdissipatie bedraagt geen 20.8W (dit is de piekbelasting). Als een buis in geleiding is, dan daalt zijn anodespanning, wat de anodedissipatie nog verder beperkt.

Het tweede skoopbeeld toont opnieuw het ingangssignaal, nu met een amplitude van 1.8V top-top, maar hier worden de stromen over de twee cathodeweerstanden getoont. Het is duidelijk dat één buis in geleiding gaat als de andere afgeknepen wordt.

Wat hier goed te zien is, is dat één buis een hogere cathodestroom (en dus ook anodestroom) levert. Dit komt omdat één buis meer versleten is. Dit is de reden waarom men de raad geeft gepaarde buizen te gebruiken in balanseindtrappen.

Dit probleem kan niet gecompenseerd worden door de negatieve polarisatie aan te passen: beide buizen kunnen immers probleemloos een stroom van 6mA leveren (ruststroom). Een buis heeft echter een lagere emissie, waardoor de maximale stroom lager ligt.

Een verschil van 10%-15% is in de praktijk niet hoorbaar. De vervorming stijgt echter voordat het nominaal vermogen bereikt is. Een dergelijke fout kan enkel opgemerkt worden met een skoop. Als men de fout effectief hoort bij normaal gebruik, dan is de emissie met meer dan 30% teruggevallen.

Een versterker met cathodepolarisatie vangt het verschil in emissie gedeeltelijk op, als er twee onafhankelijke cathodeweerstanden gebruikt worden (samen met twee elko's van voldoende capaciteit). Bij een cathodepolarisatie werkt de versterker echter in classe A, met een lager outputvermogen.

Derde skoopbeeld: crossoververvorming bij het bereiken van het maximaal vermogen van de versterker. RMS spanning 9.17V, belasting 4Ω, vermogen 21W. Bij buizenversterkers heeft men, hoe vreemd het ook mag lijken, meer last van crossoververvorming bij hoge vermogens dan bij lage vermogens.

De reden is dat de belasting enorm stijgt op hoog vermogen, waardoor de hoogspanning (en de schermroosterspanning) zakt. Het schermrooster van pentodes en vooral van beam tetrodes werkt een beetje zoals een tweede stuurrooster: als de schermroosterspanning zakt, heeft dit eenzelfde effekt alsof de stuurroosterpolarisatie meer negatief zou worden.

Normaal wordt dit probleem opgelost door een zodanig hoge ruststroom te kiezen dat men nooit overnamevervorming kan krijgen, maar er is een betere oplossing, namelijk de schermroosterspanning te stabiliseren. Of nog beter, door de schermroosterspanning lichtjes te verhogen als de anodespanning daalt: zo bekomt men altijd het maximaal vermogen.

Het is heel gemakkelijk een bestaande versterker te verbeteren door zo'n ingreep toe te passen. Men kan daardoor de ruststroom verlagen tot 10mA of minder (de versterker wordt minder warm), terwijl het maximaal vermogen stijgt en de vervorming daalt.

De gebruikte kleuren zijn niet identiek zoals bij de andere voorbeelden:

• cyan: ingangssignaal
• magenta: uitgangssignaal op 8Ω
• geel: cathodespanning over 1Ω

Bij het eerste beeld hebben we een uitgangssignaal van 5Vtt, dus 1.77Vrms, voor een vermogen van 390mW. Dit is doorgaans het vermogen dat nodig is als men op laag niveau luistert (achtergrondmuziek).

Bij dit niveau blijven de twee eindtrappen in geleiding, met een maximale stroom van 22mA en een minimale stroom van 6mA (de ruststroom van de eindtrappen is ingesteld op 10mA). De stroom door iedere eindtrap is een sinus, wat aangeeft dat de stroom door beide eindtrappen symmetrisch stijgt en daalt.

Bij het tweede beeld hebben we een uitgangsspanning van 7Vtt, 2.5Vrms of 750mW. Dit is het vermogen dat nodig is als men normaal naar de muziek luistert. Bij hifi versterkers gebruikt men vaak de term het is de eerste watt die telt omdat men doorgaans op een vermogen van 1W naar de muziek luistert.

Bij dit niveau blijven de twee eindtrappen nog steeds permanent in geleiding, maar men begint een lichte vervorming van de stroom op te merken. De maximale stroom bedraagt 24mA en de minimale stroom 4mA. De stroom krijgt een vorm zoals een versterker die veel even harmonischen produceert. Door de symmetrische constructie worden de even harmonischen echter onderdrukt.

Bij het derde beeld hebben we een vermogen van 3.5W, dit is het maximaal vermogen van een oude lampenradio (uitgerust met één EL84). Dit is al redelijk luid: het is het vermogen dat normaal gehaald wordt bij sterke muziekpassages.

Men merkt hier dat de vorm van de stroom meer en meer op een halve sinus lijkt, behalve dat de overgang niet brusk is. De stroom wordt trouwens niet volledig onderbroken, maar er loopt nog steeds 2mA door de eindtrap die afgeknepen zou moeten zijn.

Hier bereikt de versterker zijn maximaal vermogen van 20W. De sinus op de uitgang is nog altijd even perfect, met een vervorming die onder de 0.5% ligt. In een luisterruimte is dat een vermogen dat normaal niet nodig is, maar om signaalpieken correct weer te kunnen geven moet de versterker zo'n vermogen wel kunnen leveren. Een versterker die 20W levert klinkt niet zo veel luider dan een versterker die 3.5W levert.

De halve sinus is nog meer duidelijk, maar er is nog altijd geen bruske overgang naar niet-geleiding. De stroom door de afgeknepen buis wordt hier wel kortstondig onderbroken.

En op een laatste pagina tonen we de werkingcurves van de pentodes (en tetrodes) bij een single ended en push pull versterker in classe A en classe AB.