Buizenversterkers
Outputtransformator
 

De impedantie van de outputtransformator bepaald hoe goed het vermogen wordt overgebracht van de eindtrap naar de luidspreker. We bespreken ook de verschillende types transformatoren die gebruikt kunnen worden.
-

-

Impedantie

De impedantie van de transfo moet aangepast worden aan die van de eindtrap. De impedantie van de eindtrap is geen vaste waarde, maar hangt af van de anodestroom. Men heeft bijvoorbeeld een voeding die 300V gelijkspanning levert (in plaats van de 350V die ideaal is voor de betreffende versterker). Om de versterker efficient te gebruiken kan men daarom de anodestroom verhogen (binnen de grenzen van de buis natuurlijk). De EL509 kan met een hogere anodestroom en lagere spanning werken. Ook buizen uit de KT-reeks kunnen met verschillende stroom/spanning-combinaties werken.

Door de nominale stroom van de eindtrap te wijzigen, wijzigt ook de uitgangsimpedantie van de eindtrap. Moet men daarom een andere transfo kopen?

Niet noodzakelijk: de transfo is eigenlijk maar een impedantieomvormer, en een verschil van 20% met de ideale impedantie heeft nauwelijks gevolgen. Luidsprekers hebben een impedantie die verloopt van 3Ω tot 12Ω naargelang de frekwentie. Veel audiotransformatoren hebben een secundair met meerdere aftakkingen. De transfo links heeft aftakkingen op 16Ω, 8Ω en 4Ω.

Gebruikt men een paar EL34 met hoge spanning en relatief lage stroom (hoge impedantie), dan zal men de luidsprekers aansluiten op de 4Ω uitgang. Gebruikt men een paar EL509 met een hoge stroom en relatief lage spanning, dan zal men de luidsprekeruitgang van 8 of zelfs 16Ω gebruiken. Het is dus niet noodzakelijk een transformator te kopen die perfect voorzien is voor een bepaalde buis, want bij een andere instelling van de eindtrappen is de perfecte match al niet meer mogelijk.

Een push pull eindtrap die in classe AB werkt heeft doorgaans een hogere impedantie dan eenzelfde versterker die in classe A werkt (minstens dubbel zo hoog). Bij een werking in classe AB is er slechts één eindtrap die het vermogen levert (de andere buis is afgeknepen). Bij een werking in classe A leveren beide eindbuizen hun vermogen, en de stroomstijging door één buis wordt gecompenseerd door de dalende stroom in de andere buis. Beide eindbuizen leveren permanent stroom, wat de uitgangsimpedantie verlaagt.

Dit om aan te geven dat de impedantiewaarden die bij vermogensbuizen vermeld worden gerust met een korreltje zout genomen mogen worden en enkel van toepassing zijn als de buizen met precies dezelfde instellingen gebruikt worden.

Met een skoop kan men nazien welke aansluiting het meeste vermogen levert met de laagste vervorming. Men doet de test op verschillende frekwenties, en zeker ook op een lage frekwentie, bijvoorbeeld 100Hz, want het meeste vermogen moet overgebracht worden op deze lage frekwenties.

Om op een eenvoudige manier te achterhalen of er geen mismatch is, doen we testen met belastingsweerstanden van 4Ω, 5Ω, 6Ω,... en iedere keer meten we het vermogen vooraleer er vervormingen optreden.

  • Indien het maximaal vermogen bereikt is bij een weerstand van 5Ω op de transfo-uitgang 8Ω, dan kan men de transfo-uitgang van 16Ω gebruiken met een luidspreker van 8Ω of de versterker meer in classe AB laten werken.
  • Indien het maximaal vermogen bereikt wordt met een belastingsweerstand van 18Ω op de 8Ω uitgang, dan moet de 4Ω uitgang van de transfo gebruiken, of de ruststroom van de eindtrappen verhogen (indien mogelijk).

Aangepaste transformator

We bespreken enkel transformatoren die in push pull versterkers gebruikt worden. Single ended versterkers hebben zeer spacifieke outputtransformatoren nodig.

Een typische push pull transformator (balanstransfo) wordt rechts door het eerste schema voorgesteld. Deze specifieke transfo (schema) heeft ook een 100V uitgang.

Sommige balanstransfo's worden bifilair gewikkeld en zouden getekend moeten worden volgens het tweede schema.

Met een bififair gewikkelde primair is men zeker van een goede magnetische koppeling tussen beide wikkelingen, maar de impedantie van beide spoelen is ook identiek. Het betreft hier niet enkel de ohmse weerstand, maar ook de zelf-inductie van de spoel.

Bij een bifilaire wikkeling speelt de capacitieve koppeling tussen nabijgelegen wikkelingen echter een grotere rol. De eerste groene wikkeling ligt naast de eerste rode wikkeling (aangesloten op de hoogspanning, dus een vaste spanning). Er bestaan wikkelmethodes om deze nadelige effekten te onderdrukken.

Een voorbeeld van een moderne, hoogwaardige balanstransfo staat links: we hebben beide primaire wikkelingen dicht bij de kern, los van elkaar gewikkeld om capacitieve koppeling te vermijnen, maar naast elkaar gelegd om eenzelfde impedantie te hebben op alle frekwenties.

Daarboven wordt de secundaire wikkeling gelegd met de nodige aftakkingen.

Bij de bouw van je buizenversterker, indien je over een aangepaste transformator beschikt, dan moet je die gebruiken. Vergeet niet dat je twee identieke uitgangstransfos nodig hebt voor een stereoversterker.

Indien de transformator ontworpen is voor een andere buistype (andere primaire impedantie), dan kan je misschien de werkingsparameters van de vermogensbuizen aanpassen. Dit gaat gemakkelijker met een reeks PL504 die zowel met een hoge spanning van meer dan 300V (en een lagere stroom) kan werken, als een lagere spanning en een hogere stroom (en dus een lagere inwendige weerstand).


Eerste skoopbeeld met een beltransformator,
Tweede skoopbeeld met een aangepaste ringkerntransfo

Bepaalde buizen werken beter in ultralinearschakeling (zoals de EL34), maar dan is er een aangepaste transformator nodig met extra aansluitingen. Een eindtrap met een reeks PL504 heeft geen ultralinearschakeling nodig, maar ik heb geen testen uitgevoerd met alle mogelijke combinaties. Indien je de werkingscurves bekijkt en je merkt de typische tetrodeknik, dan is de ultralinearschakeling in de meeste gevallen meer aangewezen.

De transformatoren voor ultralinearmontage hebben een extra aansluiting op 20% en/of 43% (de anode zijnde 100% en de voeding 0%). De aansluiting op 43% geeft de minste vervorming en de aansluiting op 20% een hogere vermogen.

Een aansluiting op 100% (eigenlijk een triodemontage) geeft een nog lagere vervorming, maar met een zeer laag vermogen. Bij dit laag vermogen dat gehaald kan worden geeft een pentodeschakeling of ultralineairschakeling een even lage vervorming, met als voordeel dat je een hoger vermogen kunt halen, maar met een hogere vervorming.

Voedingstransformator

Een voedingstransfo is nooit bifilair gewikkeld, dat heeft geen nut bij een voedingstransfo. Bij een transfo met twee 110V wikkelingen wordt eerst de eerste 110V wikkeling gelegd, dan de tweede 110V wikkeling, en uiteindelijk de secundaire wikkeling. De eerste 110V wikkeling (dicht bij de kern) heeft een lagere ohmse weerstand, maar een hogere zelf-inductie. Een voedingstransfo kan als test gebruikt worden, maar niet in de uiteindelijke versterker.

Het vermogen van de transfo moet ongeveer het dubbele zijn van het vermogen van de luidsprekers. Je hebt een transformator met twee 110V wikkelingen nodig (dus 110V + 110V) en de transformatorverhouding moet 20:1 zijn, dus 110V+110V naar 12V 100VA voor een paar PL504. Al de testen die ik uitgevoerd heb zijn gebeurd met deze combinatie om geen dure aangepaste transformatoren te moeten kopen voor testen.

Gebruik je een voedingstransformator, dan moet je een push-pull montage gebruiken zodat de constante stroom door één wikkeling de constante stroom in de andere wikkeling tegenwerkt, zodat er geen constant magnetisch veld ontstaat die de transfo zou kunnen satureren.

Het gebruik van een voedingstransformator is niet perfekt (de bandbreedte op -6dB loopt van 30 tot 15kHz), maar beter dan ik verwacht hebt. Het is een testopstelling om verschillende combinaties uit te proberen. Zelfs in de beste omstandigheden is het echter een noodoplossing (gehoormatig).

De kwaliteit van een transfo wordt eerst bepaald door de bandbreedte (een beltransfo heeft een zeer beperkte bandbreedte). De kwaliteit kan verder verhoogd worden door een strakke koppeling tussen de drie wikkelingen (primair eerste buis, primair tweede buis en secundair). En pas als laatste is de aanpassing van de impedantie van belang.

Ringkerntransfo

Indien je de mogelijkheid hebt, gebruik een paar ringkerntransfos: ze hebben een hoger rendement (kortere spoelen en dus minder koperverliezen) en een betere magnetische koppeling tussen primair en secundair (betere dempingsfactor en vermogensoverdracht).

Maar ringkerntransfo's worden niet al te vaak gebruikt: de goede eigenschappen van de transfo's kunnen ook problemen veroorzaken. De ohmse weerstand van de transfo is lager, waardoor een verschil in anodestroom tussen beide buizen snel tot magnetisatie van de kern kan leiden. Dit wordt ook veroorzaakt door de kortere magnetische weg. De flux blijft in de kern: er zijn dus minder verliezen, maar verkeerd ingestelde eindtrappen veroorzaken ook sneller problemen die zelfs kunnen leiden tot kernsaturatie. Ringkerntransfo's zijn niet geschikt voor single ended ontwerpen wegens het ontbreken van een luchtspleet.

Indien je het beste wenst, bespaar niet op de outputtransformatoren, maar koop ringkerntransformatoren die aangepast zijn aan de beschikbare outputbuizen (of koop aangepaste vermogensbuizen).

Iedere transformator heeft een kenmerkende primaire impedantie (opgelet: die wordt ook door de impedantie van de luidspreker meebepaald). Kijk naar de eigenschappen van de buizen om de uitgangsimpedantie te achterhalen, de impedantie hangt af van de anodestroom en de spanning op g1 en g2.

De eigenschappen van de buis (waaronder zijn impedantie) zijn beschikbaar op de site die de buizen verkopen (nieuw gefabriceerde buizen). Hierboven zie je de eigenschappen van de EL509 die door Svetlana gemaakt worden. De buis kan in pentode-modus werken, in normale triode-modus (anode en g2 samen verbonden), maar ook in een alternatieve triode-modus (g1 en g2 samen).



Spijtig genoeg wordt er niet aangegeven bij welke stroom de impedantie geldt. Dit is totaal verschillend van de documentatie die je kon krijgen van de originele buisfabrikanten (Philips en Mullard, zie hiernaast). Daar staan alle parameters vermeld, en ook de beste parameters voor een bepaalde combinatie. Je weet dus direct welke instelling de buis moet hebben: voedingsspanning, stuurspanning, impedantie audiotransformator, enz. Het betreft de instellingen van een EL34 in balanseindtrap. Doorgaans zal je de buis instellen om een vermogen van 20W te leveren, dan is de vervorming (zonder tegenkoppeling) lager dan 1%).

Buizenversterkers, dat is geen rocket science. De buisparameters kunnen verlopen (ouderdom van de buis), maar er kunnen ook sterke verschillen zijn tussen de opeenvolgende productieruns. Maar een buizenversterker kan probleemloos werken met buizen die niet 100% volgens de norm werken, je moet enkel de instellingen controleren voor de versterker in gebruik genomen wordt.

Publicités - Reklame

-