Buizenversterkers
Gestabiliseerde voeding schermroosterspanning
Voeding

Bepaalde buizen (straalbundel tetrodes) werken best met een verlaagde schermroosterspanning. Ze hebben dan een hogere gevoeligheid en een betere lineariteit. De instelling van de eindtrappen hangt zeer sterk af van de schermroosterspanning (veel meer dan van de anodespanning). Het is daarom zinvol de schermroosterspanning te stabiliseren.
-

-

Schermroosterspanning instellen
(zonder gestabiliseerde voeding)
De instelling van de schermroosterspanning is zeer belangrijk voor bepaalde types straalbundel tetrodes zoals de EL500, EL504, EL508, EL509, EL519 (en corresponderende P-versies). Maar ook moderne buizen zoals de KT77 en EL509S hebben baat bij een dergelijke stabilisatie. De KT88 kan werken met een anodespanning van 700V terwijl de schermroosterspanning op 250V gehouden moet worden.

De correcte waarde van de schermroosterspanning is zeer belangrijk, zeker als je een hoog vermogen wilt halen. Danzij de stabilisatie van de schermroosterspanning haald deze versterker een vermogen van 150W met slechts één paar PL519, de schakeling met PL519 staat halverwege op de pagina.

De schermroosterspanning bepaalt in grote mate het werkpunt van de eindtrap, in sommige versterkers worden de beam tetrodes zelfs gestuurd via hun schermrooster. Het is daarom geen slecht idee om deze spanning te stabiliseren.

Bij een buizenversterker moet er feitelijk maar één spanning gestabiliseerd worden, en dat is de schermroosterspanning van de eindtrappen, zeker als men het maximaal vermogen uit de buis wilt halen.

Bij een aantal ontwerpen worden er transistoren gebruikt (en meer bepaald mosfets), maar het is natuurlijk veel leuker daarvoor een buis te gebruiken die zeer geschikt is, namelijk de ECL805 of PCL805.

Het is een buis die specifiek ontworpen is als rastereindtrap: de buis kan een hoge spanning verdragen (terugslagpuls) en een hoge stroom leveren met een relatief lage spanning tussen cathode en anode.

De triode werkt als comparator en krijgt een referentiespanning op zijn cathode en (een deel van) de uitgangsspanning op zijn rooster. Men kan een zenerspanning van 24 à 80V gebruiken, men moet dan de spanningsdeler aanpassen als men een andere waarde dan 24V zou gebruiken. Met de aangegeven componenten gaat het regelbereik van 70V tot 175V.

Als de uitgangsspanning van de stabilisator zou stijgen, dan daalt de anodespanning van de triode en dus ook de spanning die de tetrode levert. De weerstand van 820k verhoogt de schermroosterspanning als de anodespanning lager wordt, en verzekert zo dat de versterker altijd zijn nominaal vermogen kan leveren. Als de correctie te sterk is, dan mag de waarde van dee weerstand verhoogd worden naar 2.2MΩ.

De tetrode is als cathodevolger geschakeld. De buis heeft een maximale dissipatie van 9W en kan een anodestroom van meer dan 50mA leveren (voldoende om 4 PL504 of PL508 te sturen). Voor PL509 en PL519 moet men één stabilisatorbuis voorzien per kanaal.



*
Voor de betrouwbaarheid moeten er twee siliciumdiodes 1N4148 aangebracht worden tussen de cathode en het rooster van triode en tetrode (anode aan roosterkant). Deze diodes zorgen ervoor dat er geen te hoge spanning komt tussen cathode (verbonden met de min) en rooster (verbonden met de plus) als de buis nog koud is. In normale werking is de diode omgekeerd gepolariseerd en geleid niet meer. Meer informatie over de anti flashover diode is hier terug te vinden.

Bij een hoogspanning van 250V blijft de uitgangsspanning nagenoeg constant tussen 9 en 30mA. Bij 300V bedraagt de spanningsval minder dan 1V en bij 337V (de maximale spanning die mijn voeding kan leveren) is de spanning constant op 3V na tussen 9 en 58mA. Bij een belastingsweerstand van 2.2kΩ is de toegelaten anodedissipatie echter overschreden: deze stroom mag slechts kortstondig aangehouden worden (geluidspieken). De maximale stroom bedraagt 60mA bij een uitgangsspanning van 150V en een hoogspanning van 300V.

De weerstand van 82kΩ kan aangepast worden aan de hoogspanning: bijvoorbeeld 75k bij een hoogspanning van 300V en 68k bij 250V.

Belastingsweerstand voor de test
Hoogspanning15k10k4.7k2.2k
200V146.7 (9.8mA)146.6 (14.6mA)136.0 (28.9mA)106.9 (48.6mA)
250V142.2 (9.5mA)142.2 (14.2mA)141.2 (30.0mA)135.7 (61.7mA)
300V136.1 (9.1mA)136.1 (13.6mA)135.2 (28.7mA)133.2 (60.5mA)
337V132.2 (8.8mA)131.9 (13.2mA)130.5 (27.7mA)129.2 (58.7mA)

Het is duidelijk dat de stabilisatie van de uitgangsspanning uitstekend is en dat de schakeling gebruikt kan worden in een professionele labo-voeding, enkel de maximale dissipatie van de PCL805 (en de daarbij horende maximale stroom) is aan de lage kant.

De dalende uitgangsspanning bij hogere voedingsspanning is speciaal voorzien om een correcte stabilisatie van het werkpunt van de eindtrappen te voorzien. Bij dalende hoogspanning (omdat de voeding zwaarder belast wordt) stijgt de uitgangsspanning lichtjes om het werkpunt van de eindtrappen stabiel te houden. Dit zorgt er ook voor dat de dissipatie in de eindtrappen niet overschreden wordt als de voedingsspanning hoger wordt (de netspanning kan gemakkelijk 10% veranderen).

De gestabiliseerde voeding met compensatie is in staat een versterker te redden die een te zwakke hoogspanningstransfo heeft (50VA voor 4 EL508). Op hoog vermogen zakt de spanning, en de schakeling kan dit opvangen zodat de eindtrappen een hogere stroom leveren bij een verlaagde spanning.

Als deze mogelijkheid ongewenst is, dan kan de weerstand van 820k verwijderd worden (of vervangen worden door een weerstand van hogere waarde).

De compensatie moet niet overdreven worden om laagfrekwente oscillaties van de hoogspanning te vermijden. Er is hier immers een positieve tegenkoppeling: als de hoogspanning zakt omdat er extra vermogen gevraagd wordt, dan stijgt de schermroosterspanning van de eindtrappen, waardoor de anodestroom nog meer stijgt.

De twee afbeeldingen recht tonen een kant-en-klare stabilisatorprint die zo in een versterker ingebouwd kan worden. De buis wordt eigenlijk aan de "onderkant" van de print gemonteerd zodat de pennetjes goed contact maken. De correcte weerstandsdeler wordt vooraf ingesteld zodat er geen afregeling nodig is (24kΩ en 270kΩ voor een schermroosterspanning van 200V bij 330V hoogspanning).

De PCL805 kan een spanningsverschil van 200V verdragen tussen gloeidraad en cathode (positieve cathode) et 315V in koude toestand. Het is dus niet nodig om een aparte 15V wikkeling te voorzien voor de gloeidraadspanning. Alle buizen uit de "P" reeks hebben een betere isolatie tussen gloeidraad en cathode, want de buizen zijn ontworpen om het gloeivermogen te bekomen uit een serieketen die direct met het net verbonden is. Gebruik dus geen buizen uit de "E" reeks (er bestaat ook een ECL805), want deze buizen zijn voorzien voor een maximale spanning van 100V, waardoor je een aparte wikkeling moet voorzien.

Skoopbeelden rechts:

  1. Het signaal op de uitgang met een amplitude van 4Vrms (vermogen van 3.2W)
    Het signaal is niet vervormd, maar vanaf een hogere amplitude ontstaat er vervorming (overname— of crossover vervorming). Dit is vreemd, want de ruststroom bedraagt 10mA (eindtrappen EL508, die voldoende hebben aan een ruststroom van 8mA om een perfecte sinus zonder vervorming te geven). Het is des te vreemder, want de overnamevervorming treed normaal vooral op bij zwakke signalen, niet bij sterke signalen.

  2. Het signaal op de uitgang met een amplitude van 8.4Vrms (vermogen van 14.1W)
    Er is een sterke vervorming aanwezig, alsof de stuurroosterspanning te negatief geworden zou zijn. Dit is niet het geval, de stuurroosterspanning bedraagt nog steeds -29V. De fout wordt echter veroorzaakt door de voeding zelf, die te zwak is: de hoogspanning zakt van 339V naar 272V en de schermroosterspanning van 208 naar 168V. Het is vooral die laatste spanning die voor de problemen zorgt, een lagere schermroosterspanning heeft hetzelfde effekt als een meer negatieve polarisatiespanning.

  3. Het signaal op de uitgang met een amplitude van 8.5Vrms (vermogen van 14.5W)
    Dit is een skoopbeeld met de speciale schermroostervoeding: de crossover vervorming is volledig verdwenen en het vermogen dat gehaald wordt zonder vervorming is hoger (enkel beperkt door de clipping, want de voedingsspanning zakt in elkaar).
Conclusie: dankzij de slimme schermroostervoeding kan de versterker werken met een lage ruststroom zonder overnamevervorming. De versterker klinkt nu veel ruimer alsof die 20% meer vermogen heeft, het is alsof je een turbo op je auto zou plaatsen.

De transformator wordt wel meer belast (125mA per kanaal in plaats van 110mA), maar dit vormt geen probleem want de extra belasting gebeurt slechts in pieken. Gemiddeld is de belasting 50mA per kanaal (de transfo is berekend voor 200mA (beide kanalen))

De volledige hoogspanning stabiliseren?

Ik heb zo'n goed resultaat bekomen dat de vraag automatisch rijst: waarom niet de volledige hoogspanning stabiliseren? In de praktijk is dit geen goede oplossing
  • Je verliest nogal wat vermogen.
    De hoogspanning moet hoger zijn, zodat er voldoende spanning overblijft om in de slechts mogelijke omstandigheden toch een stabilisatie te hebben. In het geval van een ontoereikende transformator zal dit het probleem niet oplossen, in tegendeel. Om een effectieve anodespanning van 300V te bewaren moet de hoogspanning 400V bedragen. Condensatoren voor 400V en meer zijn veel duurder dan elko's voor 350V.

  • Invloed van de anodespanning
    De anodespanning heeft minder invloed in een pentode of een tetrode want het schermrooster vormt een electrostatisch scherm tussen cathode en anode. De anodestroom stijgt natuurlijk met de anodespanning, maar veel minder dan indien de buis een ohmse weerstand zou zijn (de pentode en tetrode werken eigenlijk als een gestuurde stroombron).
De stabilisatie van de schermroosterspanning is echter nuttig, want de spanning is lager dan de anodespanning. De spanningsval is hier onvermijdelijk en men heeft een voldoende marge om een stabilisatie mogelijk te maken. De schermroosterstroom is doorgaans laag (Ig2 = 1.7mA voor Ia = 27mA bij een vermogen van 25% en Ig2 = 10mA voor Ia = 60mA op maximum vermogen). Men kan gemakkelijk de daling van de hoogspanning compenseren door de schermroosterspanning te verhogen zoals ik zelf doe.

Gestabiliseerde (labo)voeding

Wens je een dergelijke schakeling gebruiken als gestabiliseerde voeding, dan moet je vermogensbuizen kiezen die een hogere dissipatie hebben (en liefst ook nog goed werken met een beperkte spanning tussen cathode en anode). Een voorbeeld van zo'n labovoeding is de voeding van Philips die zelfs veel beter werkt (minder ruis en betere stabilisatie) dan een moderne getransistoriseerde voeding.

De schakeling staat op de pagina. Alternatieve buizen die je kan gebruiken zijn de EL509S (200mA per buis en een maximale anodedissipatie van 40W), EL34 (100mA per buis en maximale anodedissipatie 25W), EL504 (200mA en 22W) en EL84 (50mA en 12W). Deze buizen zijn te overwegen als je een losse gestabiliseerde voeding ontwerpt. Voor een gestabiliseerde voeding voor de schermroosters van de eindtrap volstaat een PCL805 (65mA en 9W) of een PCL86 (45mA en 9W).

Publicités - Reklame

-