Buizenversterkers
Sturing op g2 (schermrooster)
 

De eindtrap wordt soms op zijn schermrooster gestuurd in plaats van op zijn stuurrooster.
-

-

De sturing op g2 (schermrooster) werd voor het eerste keer gebruikt bij gelijkspanningsversterkers.

Bij een klassieke sturing op g1 is de uitgangsspanning (op de anode) ongeveer 100V hoger dan de ingangsspanning (op het rooster). Iedere trap van de versterker verhoogt de nodige spanning met ongeveer 100V. In de praktijk zal men geen versterker bouwen met meer dan 3 trappen (met een voedingsspanning van 400V). Dit is voldoende om een signaal van 1mV voldoende te versterken om een relais aan te sturen.

Maar het schermrooster (g2) zit op een hoger potentieel, in theorie kan de spanning op het schermrooster ongeveer identiek zijn als de anodespanning. De anode van een trap kan dus direct gekoppeld worden met het schermrooster van de volgende trap. Omdat een sturing op g2 een zeker vermogen nodig heeft, wordt de spanningsversterking beperkt tot ongeveer 20× per trap.

In de praktijk is de schermroosterspanning 10 20% lager dan de anodespanning. Door de lagere schermroosterspanning loopt er minder stroom door het schermrooster waardoor de stuurtrap minder vermogen moet ontwikkelen. Bij een viertrapsversterker heeft men volgende spanningen:

  • Eerste trap: ingang op g1, uitgang (anode) op 60V
  • Tweede trap: ingang op g2 (60V), uitgang op 90V
  • Derde trap: ingang op g2 (90V, uitgang op 120V
  • Vierde trap: ingang op 120V, uitgang op 180V
Men heeft voldoende met een voedingsspanning van 300V voor 4 trappen in plaats van 400V voor 3 trappen.

Dergelijke versterkers zijn zeer moeilijk te stabiliseren. Een kleine variatie in de voedingsspanning veroorzaakt een grote afwijking op de uitgang. De versterker moet permanent ingeschakeld blijven. Men is snel overgestapt op AC versterkers, waarbij het te versterken signaal gemoduleerd wordt, de wisselspanning wordt dan versterkt door een normale versterker en het signaal wordt dan gedetecteerd.

De sturing op g2 werd definitief afgevoerd met de komst van de complementaire transistoren die geen koppelcondensatoren nodig hadden. Maar dan heeft men opgemerkt dat een sturing op g2 een veel lagere vervorming veroorzaakte dan een sturing op g1.

De pentodes die het meest geschikt zijn voor aansturing op g2 zijn deze met een hoge verhouding anodestroom/schermroosterstroom. Lijneindtrapbuizen zijn de beste kandidaten om aangestuurd te worden op het tweede rooster. Deze buizen hebben Vaak een constructie met de schermroosterwikkelingen in de schaduw van de stuurroosterwikkelingen en zijn geen echte pentodes maar beam tetrodes.

De schakeling is heel beperkt weergegeven.
De waarde van de componenten (voortrap en stuurtrap) staat aangegeven bij de versterker met EL509. Daar kan je ook het voedingsgedeelte en de beveiliging terug vinden.

Het signaal op de ingang is op CD niveau (500mV effektief).

Je merkt dan een buizenversterker heel eenvoudig kan zijn, en door het verplaatsen van een paar componenten kan er een versterker gebouwd worden die totaal anders klinkt.

Tegenkoppeling

De voorbeeldschakeling heeft geen globale tegenkoppeling, dit is ook niet nodig omdat we de vervorming onder de 1% kunnen houden zonder tegenkoppeling. Daardoor wordt de versterker ook stabieler.

Omdat er geen globale tegenkoppeling toegepast wordt, zijn er ook geen fasecorrectienetwerken nodig. Men heeft genoeg aan twee spanningsversterkende trappen (de voortrap en de eindtrap).

De geluidskwaliteit hangt nu in grote mate af van de uitgangstransformator, juist omdat er geen tegenkoppeling toegepast wordt om de transformator te lineariseren. Het is aangeraden een hifi ringkerntransformator te gebruiken (R = 2.4kΩ, 50W).

Omdat de eindtrappen in classe AB werken (zeer dicht bij de cut off) kunnen er oscillaties ontstaan bij de overname. Een eindbuis wordt namelijk bijna volledig afgesneden (wordt hoogohmig) waardoor er ringing kan ontstaan. Dit kan men best onderdrukken door een kleine condensator van 100pF (waarde proefondervindelijk te bepalen) aan te sluiten tussen anode en g2.


Werking van de tegenkoppeling

Aansturing op g2 (single ended eindtrap)

De g2-aansturing wordt vaker gebruikt als de lijneindtrap gebruikt wordt als single ended versterker (geen push pull). Door een dergelijke aansturing produceert de eindtrap veel minder vervorming.

De spanningszwaai voor een sturing op g2 is bijna identiek als voor een sturing op g1, maar er moet vermogen geleverd worden (een beetje zoals bij een transistorversterker).

Het totaal vermogen dat uit de eintrap gehaald kan worden met g2-sturing is ook ongeveer 10% lager dan het vermogen dat beschikbaar is met een gewone sturing op g1. In dit opzichte is een g2 sturing vergelijkbaar met een UL schakeling (ultralineair). De audio-eigenschappen zijn echter beter dan bij een UL schakeling.

Als stuurtrap kan men een EL84 gebruiken. De pentode wordt als triode geschakeld met gemeenschappelijke anode (cathodevolger). In een dergelijke schakeling loopt er door de stuurbuis een stroom van maximaal 35mA (25mA door de cathodeweerstand en maximaal 10mA door g2). In een dergelijke schakeling heeft men een anodedissipatie van ongeveer 5W in de EL84.

Aansturing op g2 (push pull eindtrap)

Het is echter ook mogelijk een push pull te bouwen met PL504 en sturing op g2. Door de push pull opstelling kan men een wat lagere ruststroom kiezen, de g2 stroom wordt dus ook wat lager, waardoor men een ECC82 als stuurtrap kan gebruiken (ook als cathodevolger geschakeld). De stroom door de stuurtriode wordt ingesteld op 10mA (5 voor de cathodeweerstand en 5 door g2). De cathodeweerstand bedraagt 27kΩ en de cathodespanning is ongeveer 130V. De anodedissipatie van de buis bedraagt 1.7W, we zitten onder de maximum dissipatie van 2.75W.

JJ Electronic (en bekende leverancier van audio-buizen) levert echter een ECC99 die ook een noval voet heeft (ondanks de kodering ECC99 die aangeeft dat men een B7G voet heeft). Dit is een vermogenstriode die een gemiddelde stroom van 18mA kan leveren en hier beter op zijn plaats is. De cathodeweerstand bedraagt hier 15kΩ. De anodedissipatie is ongeveer 2.9W (maximale dissipatie volgens de specs: 3.5W).

We kunnen stellen dat we de ECC82 kunnen gebruiken om een paar PL504 aan te sturen, terwijl we de ECC99 gebruiken om een paar PL519 aan te sturen.

De roosterspanning van de stuurtrap (en dus de g2 spanning van de eindbuis) moet instelbaar zijn tussen ongeveer 100V en 160V. Correct ingesteld is met een dergelijke schakeling een vervorming van minder dan 1% te halen. Maar het kan nog beter!

De g2 ingang geeft een zeer lineaire versterking, daarom dat we de eindtrappen aansturen via g2. Een sturing via g1 geeft meer vervorming. En nu komt de aap uit de mouw. We gaan namelijk een lokale tegenkoppeling toepassen van de anode van de eintrap naar g1 van dezelfde eindtrap.

Een signaal dat op g1 aangelegd wordt veroorzaakt een sterkere vervorming dan een signaal aangelegd op g2. Dus als we de tegenkoppeling (een tegenfase signaal) op g1 aanleggen is er een punt waarbij de (sterkere) vervorming van g1 de lagere vervorming op g2 precies tegenwerkt. Dit is natuurlijk theorie, maar in de praktijk zal men een hogere vermindering van de vervorming bekomen dan wat mogelijk is met een gewone lokale tegenkoppeling.

Afregelprocedure

De lokale tegenkoppeling (groen) is niet aangesloten. Met g1 stelt men de versterker in met een relatief lage anodestroom van 30mA voor de PL504 en 50mA voor de PL519 (hoogspanning van 300V). Dankzij de gunstige eigenschappen van de g2-sturing kan men de buis dichter bij zijn cut-off gebruiken (dus een meer negatieve g1 spanning).

Men stelt nu de g2 spanning in om de vervorming te minimaliseren (trimmer van 100kΩ). De exacte waarde hangt af van de uitgangstransfo en de voedingsspanning en er is een wisselwerking tussen g1 en g2 (beginwaarde g2 = 150V). Bij een bepaalde combinatie zal je een minimale vervorming bekomen, zowel bij lage signaalamplitudes (overnamevervorming in classe AB) als bij sterke signalen (oversturing). Over het ganse bereik moet men streven een vervorming van minder dan 1% te halen.

Heeft men teveel vervorming bij lage signaalsterktes, dan moet de anodestroom wat verhoogd worden, heeft men teveel vervorming bij sterke amplitudes, dan moet de anodestroom gereduceerd worden.

Men kan nu de vervorming nog verder omlaag brengen door een lokale tegenkoppeling bij te voegen (dit is het groene deel). De waarde van beide weerstanden moet proefondervindelijk bepaald worden, een goede beginwaarde is een weerstandswaarde 100× hoger dan de weerstand van 1kΩ naar de condensator (negatieve voorspanning).

Grafische uitleg:

  • A: de vervorming die ontstaat als men een signaal op g2 aanlegt.
    Dit is de vervorming die men heeft zonder tegenkoppeling

  • B: de vervorming die ontstaat als men een signaal op g1 zou aanleggen.
    Dit is een virtuele vervorming, aangezien men geen signaal op g1 aanlegt.

  • C: de tegenkoppeling (negatief signaal) wordt op g1 aangelegd, waardoor men een zwakkere orange vervorming bekomt.
    Zwakker dan B omdat de tegenkoppeling ook zwakker is, en omgekeerd omdat het een tegenkoppeling betreft (negatief signaal).

  • D: het resultaat: de vervorming van het signaal wordt onderdrukt door de tegenkoppeling, die een hogere, maar omgekeerde vervorming veroorzaakt.
    De tegenkoppeling mag dus veel zwakker zijn, en er is een punt waarbij beide vervormingen elkaar nagenoeg opheffen.

Men moet bewust zijn van het feit dat de lokale tegenkoppeling zeer beperkt kan zijn (3 6dB), waardoor het effekt op het klankbeeld minimaal is. De correcte waarde van de lokale tegenkoppeling wordt bepaald door de vervorming te meten (beide weerstanden van een kanaal samen vervangen). In tegenstelling met een normale tegenkoppeling verhoogt de vervorming opnieuw bij een te hoge tegenkoppeling. Er komt immers een punt waarbij de vervorming op g1 (zwakke tegenkoppeling) de lage vervorming op g2 overtreft.

Deze tegenkoppeling op g1 kan niet toegepast worden bij een normale schakeling van de eindbuis, want dan wordt g1 reeds gebruikt als signaalingang. Een dergelijke tegenkoppeling zou de ingangsimpedantie van de eindtrap te ver naar beneden halen, waardoor de stuurtrap de eindtrap onmogelijk volledig zou kunnen uitsturen. Aangezien we hier het signaal toevoeren aan g2 speelt de lage ingangsimpedantie van g1 geen rol.

De sturing op g2 en de lokale tegenkoppeling op g1 kunnen de intermodulatievervorming onder de 1% brengen (iets wat zeer moeilijk is met buizenversterkers die altijd een nogal rommelig geluid geven).

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

-