Buizenversterkers
Triode of pentode?
Eindtrap

Puristen zweren enkel bij het gebruik van triodes in de eindtrap. Maar wat is het verschil met een pentode?
-

-

Laten we eerst de vermogens- en vervormingscurves van een triode en een pentode vergelijken. Op het X-as laten we de impedantie van de outputtransformator variëren. K = Klirrfactor, Ra = anodeweerstand.


Triode


Pentode


Invloed van een even harmonische

Triode

Wat we merken is dat bij een triode we een optimale punt hebben met het maximum vermogen, terwijl de vervorming daalt als de impedantie stijgt. De oneven harmonischen zijn nagenoeg afwezig. Bij een triode hebben we dus verschillende mogelijke werkpunten, waarbij we een compromis kunnen vinden tussen vermogen en vervorming.

Pentode

Bij een pentode zien we dat het vermogen niet zo snel daalt bij een stijgende impedantie. Wat we wel opmerken is dat de vervorming een duidelijke dip heeft bij een bepaalde impedantie. Een pentode is dus meer kritisch wat de impedantie van de uitgangstransformator betreft. Men kan echter de impedantie van de transfo wat verlagen om de oneven harmonischen te verminderen (met een wat lager vermogen).

Beam tetrodes

Een beam tetrode zit ongeveer tussen de twee grafieken, maar we kunnen de dip enigszins verschuiven door de werkingsparameters van de tetrode aan te passen. Verhogen we de stroom (en verlagen we de anodespanning om de maximale dissipatie van de buis niet te overschrijden) dan kunnen we het dal naar een lagere impedantie verplaatsen en omgekeerd.

Dynamische impedantie

Een tetrode en pentode heeft een hogere dynamische impedantie dan een triode. Bij eindtrappen is een hoge impedantie niet aangeraden omdat de buis de luidspreker moeilijker onder controle kan houden (te lage demping). De luidspreker "kleurt" het klankbeeld door de eigen resonanties.

Men kan de hoge impedantie van de tetrode en pentode compenseren door een spanningstegenkoppeling zodat de dempingsfactor beter wordt.

Even harmonischen

Een triode geeft vooral even harmonischen, en die hebben bepaalde gunstige eigenschappen ten opzichte van oneven harmonischen.
  • Even harmonische horen we minder goed: een vervorming van 10% van een sinussignaal valt nauwelijks op: daarom ook dat bepaalde versterkers een vervorming hadden van 10% en toch redelijk goed klonken.

    Onze oren zijn gewoon niet gemaakt om even harmonischen op te merken. Het is zelfs zo dat muziek met even harmonischen "beter" klinkt dan muziek met een extreem lage vervorming. Als je een toets van de piano aanslaat met ingedrukte pedaal, dan gaan er meerdere snaren meetrillen.

  • Even harmonischen kunnen gemakkelijk onderdrukt worden door een goed ontworpen schakeling.

    Bij een single ended eindtrap kan men de hogere vervorming in de eindtrap gedeeltelijk compenseren door een omgekeerde vervorming in de stuurtrap. Dit kan men bijvoorbeeld bereiken door een "low loading" van de voortrap, waarbij men de voortrap dus op een lagere stroom dan normaal laat werken. De vervorming die daardoor onstaat is gelijkaardig aan de vervorming die in de eindtrap ontstaat, maar met een omgekeerde fase, waardoor beide vervormingen elkaar een beetje opheffen (een beetje maar, heb ik geschreven).

    Bij een push pull eindtrap (balanseindtrap) worden de even harmonischen van beide eindtrappen volkomen onderdrukt als de eindtrappen goed symmetrisch werken (zelfde signaalsterkte op de roosters, zelfde anodestroom, symmetrisch gewikkelde outputtransformator, enz).

Een vervorming door even harmonischen produceert een asymmetrisch signaal dat beter gecorrigeerd kan worden door een omgekeerde fout in de stuurtrap te doen ontstaan, of door een symmetrische eindtrap te gebruiken.

Intermodulatievervorming

Wat men echter vergeet, dat is dat even harmonischen intermodulatievervorming doen ontstaan. Harmonischen zijn natuurlijk aanwezig in de natuur, maar intermodulatie is dat niet. Een modulatie is de beïnvloeding van één signaal door het andere. Een diodemodulator gebruikt de niet-lineaire caracteristiek van een diode om mengprodukten te doen ontstaan. Maar een versterkerbuis moet zo lineair mogelijk werken, juist om intermodulatie tegen te gaan.

Wat is eigenlijk intermodulatie en hoe hoort men die? Intermodulatie is de storing van een signaal van hogere frekwentie (bijvoorbeeld een hoge noot uit een blokfluit) door een signaal van lage frekwentie (een lage toon uit een kerkorgel). De omgekeerde wisselwerking is er natuurlijk ook, maar de amplitude van het orgelsignaal is vele malen hoger dan die van de blokfluit zodat er van beïnvloeding in de andere richting geen sprake is.

Dit is symbolisch rechts voorgesteld met de lage noot van de kerkorgel in het blauw en de hoge noot van de blokfluit in het rood. De amplitude van het rood signaal verandert op de maat van het blauw signaal. De amplitude van de blokfluit variëert met het orgelsignaal. Bij een complex signaal (een volledig orkest) wordt daardoor het klankbeeld volledig vertroebeld, men hoort de individuele instrumenten niet meer, ze beïnvloeden elkaar. Het is alsof je bier en wijn in eenzelfde (cola)glas zou gieten.

Oneven harmonischen

Oneven harmonischen geven een ander beeld: het signaal blijft symmetrisch, maar wordt boven en onder afgeplat. Het is dan ook duidelijk dat een balanseindtrap deze vervorming niet kan onderdrukken door zijn symmetrische constructie, want de oneven harmonischen produceren een symmetrische fout.

Storen onpare harmonischen meer dan pare? Het is moeilijk te zeggen en iedereen heeft daar zijn eigen mening over. Alle harmonischen produceren intermodulatievervorming maar de intermodulatie bij oneven harmonischen heeft de dubbele frekwentie van de lage frekwentie en is meer waarneembaar omdat die niet "gedragen" wordt door een toon.

De zo kenmerkende klank van strijkinstrumenten wordt onder ander veroorzaakt door de oneven harmonischen. Maar in een versterker zijn alle extra harmonischen (pare en onpare) vervormingen van het oorspronkelijk signaal, maar even harmonischen kunnen gemakkelijker onderdrukt worden. Componenten die oneven harmonischen produceren (zoals pentodes) zijn dus "minder geschikt", maar hier ook kan de fout gereduceerd worden door een goed ontwerp, en meer bepaald door de eindtrap niet te dicht bij zijn limieten te laten werken.

Indien onpare harmonischen zo'n slecht imago hebben, dan komt het door de clipping, als de versterker plots tegen zijn limieten aanloopt. Het typisch voorbeeld is het bloksignaal, die enkel uit oneven harmonischen van de grondtoon bestaat.

Als de versterker begint te clippen (zelfs al is dat nog niet zichtbaar op een skoopbeeld) hoort men dat ogenblikkelijk door de massale toestroom van oneven harmonischen. Clipping ontstaat doorgaans bij signalen met een lage frekwentie (bijvoorbeeld 110Hz), maar de harmonischen liggen op frekwenties waarbij onze oren bijzonder gevoelig zijn.

Links

De intermodulatie wordt hier verder uitgelegd.

Nu is het zo dat triodeschakelingen vooral in single ended uitvoering worden gemaakt, daar waar de vervorming (en vooral de even harmonischen) minder goed onderdrukt worden. Eigenlijk zou een eindtrap met triodes veel beter presteren in een balanseindtrap, maar de commerciële ontwerpen zijn meestal single ended versterkers, wat heel sterke twijfels doet rijzen betreffende de geluidskwaliteit van de versterker. Dit is een voorbeeld van een single ended versterker met triode.

Een versterker met een pentode uitgang kan men gemakkelijk schakelen als een triodeversterker (zie triode, pentode, distributed loading en ultra linear). Daar leren we dat het vermogen van de versterker in triodeschakeling met een factor 3 verlaagd wordt (de versterker klinkt dus zwakker bij eenzelfde amplitude aan de ingang). Nu is het zo dat de versterker in pentodemodus geschakeld die op een lager niveau speelt dezlefde lagere vervorming haalt dan de versterker op maximaal vermogen in triodemodus. De triodemodus is dus niet nuttig. Wat wèl nuttig is, is de ultralineairschakeling, waarbij men de specifieke eigenschappen van de sturing op het schermrooster benut.

En wil je absoluut een versterker mét een triode-output én een single ended eindtrap, dan moet je gaan voor een enhanced triode schakeling.

Publicités - Reklame

-