Buizenversterkers
Vervangen van de gelijkricherbuis door een silicium diode
Voeding

Vroeger waren audioversterkers uitgerust met een gelijkrichterbuis. Kan men die buis vervangen door twee siliciumdiodes? Waarom worden sommige moderne buizenversterkers nog uitgerust met gelijkrichterbuizen?
-

-

Vervangen van de gelijkrichterbuis

In oude ontwerpen kan je zien dat de gelijkrichting door buizen gebeurt. Kan je de gelijkrichterbuis vervangen door een paar moderne siliciumdiodes?
Rechts zie je de curve van een EZ81, en gelijkrichterbuis die vaak toegepast wordt bij kleinere vermogens (monobloc met twee EL84). De buis bestaat uit twee diodes die samen 150mA kunnen leveren.

Wat je in de grafiek merkt is de helling van de curve: bij een stroom van 100mA is er een spanningsval van 15V. De inwendige weerstand van de diode is dus 150Ω. Indien je een oud ontwerp gebruikt, zal je de diodebuis dus moeten vervangen door siliciumdiodes en een weerstand van die waarde, anders loop je het risico dat de buizen op een te hoog vermogen werken. De rode curve is die van een siliciumdiode 1N4007.

Aanpassing van een bestaande versterker


Originele versie

Aangepaste versie

Indien je in een bestaand ontwerp de diodebuis vervangt door "solid state" diodes, dan moet je de weerstand in serie met de diodes plaatsen. Je kan terloops ook een extra bufferelko bijplaatsen tussen de diodes en de weerstand. Waarde van de bufferelko 100µF (originele elko's niet verwijderen), de weerstand van 150Ω moet een vermogen van 3W of meer hebben.

Siliciumdiodes schakelen zeer snel. Bij het schakelen ontstaan er oscillaties die in de luidspreker hoorbaar zijn als een soort geratel. De oscillaties worden onderdrukt door twee kleine condensatoren van 10nF naar massa (groen op de schakeling). Het is ook nuttig om in serie met de siliciumdiodes een draadgewonden weerstand van 10Ω 1W te voorzien om de stroompiek bij het inschakelen op te vangen.

De siliciumdiodes werken direct, ze moeten niet eerst opwarmen. Daardoor kan de voedinsspanning stijgen tot een waarde die veel te hoog is (onbelaste voeding), zeker voor de voortrappen. De versterker heeft doorgaans één enkele hoogspanning, en de lagere spanning voor de voortrappen wordt bereikt door middel van weerstanden. Aangezien er geen belasting is, kan de spanning in het voorversterkergedeelte sterk oplopen met risico op overslag in bepaalde buizen.

De beste oplossing is een tijdsrelais te voorzien die de hoogspanning pas na 25 seconden zal ingschakelen. Over de relaiscontacten wordt er wel een weerstand van 47 à 100kΩ 3W geplaatst zodat de elko's langzaam kunnen opladen (formeren). De spanning stijgt langzaam, totdat de buizen beginnen te geleiden. Uiteindelijk schakelt de relais en wordt de volledige spanning doorgelaten naar de versterker. De realis die de hoogspanning onderbreekt kan trouwens als mute funktie gebruikt worden.

In ieder geval moet er een flashover diode voorzien worden op bepaalde plaatsen, voornamelijk aan de fase-omkeertrap.

Moderne versterkers met gelijkrichterbuizen

Er wordt in bepaalde fora beweerd dat men diodebuizen moet gebruiken om de echte "ronde buizenklank" te bekomen. Dit is niet waar: past men de nodige voorzorgmaatregelen toe, dan klinkt een versterker met siliciumdiodes even goed als een versterker met diodebuizen (en meestal zelfs beter: zie lager)

Het is meer uit esthetisch oogpunt dat buizenversterkers uitgerust worden met een gelijkrichterbuis zoals de GZ34 die optisch goed past bij de EL34 eindtrappen. In heb in een chinees ontwerp een gelijkrichterbuis gezien die in parallel twee siliciumdiodes had. Waarschijnlijk was de gelijkrichterbuis te zwak en de spanningsval over de diode te hoog en werd het nominaal vermogen niet gehaald.

Inwendige weerstand van de gelijkrichterbuis

De gelijkrichterbuis (of de siliciumdiodes met serieweerstand) veroorzaken een spanningsval, die afhankelijk is van de belasting. In het geval van een classe AB versterker verandert de belasting met de muziekinhoud. Bij zeer sterke passages loopt de stroom op tot 10× de stroom in rust. Dit veroorzaakt een spanningsval, die op zijn beurt het maximaal vermogen beperkt.

De veranderlijke hoogspanning kan ook een pompend effekt in de hand werken (motorboating) bij versterkers die niet goed ontworpen zijn (koppelelko's van te hoge waarde).

Het is dus geen goed idee om gelijkrichterbuizen te gebruiken in versterkers die in classe AB werken. Als je een bestaand ontwerp zou willen aanpassen, dan is het beter de weerstand van 150Ω achterwege te laten en de instelling van de versterker aan te passen zodat de maximale dissipatie niet overschreden wordt. Bepaalde buizen werken zelfs beter in low loading (hogere voedingsspanning en lagere anodestroom).

Oscilloskoopbeeld gelijkrichting

  • cyan: uitgangspanning transfo
  • geel: gelijkgerichte spanning

Het is een enkelvoudige gelijkrichter (één enkele diode), de bufferelko wordt slechts éénmaal per periode weer opgeladen, dus om de 20ms. Tussen iedere lading wordt de elko ontladen door de belasting.

De rimpel van 20% wordt door de asymmetrische trappen opgevangen en versterkt, maar zijn effekt is beperkt in de eindtrap (als het een balanseindtrap betreft). De rimpel is op beide fasen van de audiotransfo aanwezig en wordt zo onderdrukt. De asymmetrische trappen moeten echter een extra filtertrap hebben (weerstand en elko).

Wat men ook ziet, is dat als de diode in geleiding is, de spanning over de transfo lichtjes zakt (het is geen sinus meer). De transfo moet zijn vermogen leveren tijdens de korte tijd dat de diode in geleiding is, dus als de voedingsspanning hoger is dan de condensatorspanning. Het begin en het einde van de geleiding is aangegeven door de twee pijltjes.

Op het einde van de geleiding van de diode ontstaat er een kleine hoogfrekwente gedempte oscillatie in de voedingstransfo (de kring wordt gevormd door de transfo en de capaciteit tussen de wikkelingen). De gedemte trilling is te zien aan de tweede pijl. Deze trilling is nauwelijks zichtbaar, maar bedraagt toch meerdere volts. Het is een radiofrekwent signaal dat opgepikt kan worden door de voortrappen, gelijkgericht en versterkt wordt door de rest van de versterker. De storing hoort men als een soort ratelgeluid.

De gedempte trilling kan onderdrukt worden door een kleine condensator van 10nF naar de massa, te gebruiken voor een enkelvoudige of dubbele gelijkrichting, één condensator per diode gebruiken.

Gelijkrichterbuizen hebben een hogere inwendige weerstand en produceren geen schakelgeratel. Maar het schakelgeratel kan ook onderdrukt worden door andere methodes, zodat je de gelijkrichterbuizen niet meer nodig hebt.

Publicités - Reklame

-