Buizenversterkers
Penthode en beam tetrode
 

Een paar skoopbeelden van wat je te verwachten staat.
-

-

1

1b

2

3

4

5

6

Alle metingen zijn uitgevoerd met losgelegde tegenkoppeling. Door de tegenkoppeling kan het foutsignaal (dat meestal zeer kenmerkend is) vervormd worden, waardoor je de oorzaak van de fout moeilijker kan achterhalen. Vaak zijn er ook verschillen in signaalvorm tussen het primair en secundair van de outputtransformator. Als belasting wordt er een dummy load van 8Ω gebruikt (nooit een buizenversterker laten werken zonder belasting!)

Skoopbeeld 1
(ingangssignaal blokgolf van 1kHz, amplitude 1V top/top, meting op anode eindbuis, 1 divisie = 10V)

Om versterkerschakelingen te testen en een versterker te ontwerpen werd er gewerkt met een standaardschakeling (ECC83 en tweemaal PL508, de rastereindtrap van kleurentelevisies). Het basisschema staat onderaan de pagina.

Als uitgangstransformator had ik enkel een voedingstransformator van het "zachte" type, een soort kortsluitvaste beltransfo met een slechte magnetische koppeling tussen primair en secundair.

Alles leek redelijk normaal te werken in classe A, maar van zodra er overgeschakeld werd naar klasse AB begonnen de eindtrappen wild te oscilleren op het ogenblik dat de corresponderende pentode uit geleiding ging.

Als de eindtrap uit geleiding gaat, dan heeft die geen controle meer over de outputtransformator, die dan vrij begint te oscilleren (eigen frekwentie van 30kHz ongeveer).

Deze oscillaties kan je niet onderdrukken met een condensator tussen de anode en het stuurrooster van de buis: de buis is immers niet meer in geleiding. Ik heb redelijke resultaten bekomen door een boucherotfilter (4.7kΩ en 10nF) tussen de beide anodes van de eindbuizen, maar het is niet zeker dat deze oplossing altijd toegepast kan worden. Deze transformator kon gewoon niet gebruikt worden in classe AB.

Skoopbeeld 1b
(ingangssignaal blokgolf 1kHz 1Vtt, meting aan secundair, 1 divisie = 1V)

Als de parasitaire oscillaties onderdrukt kunnen worden (met een kleine condensator tussen beide anodes van de eindtrappen of tussen de anodes en de massa, eventueel met een weerstand in serie), dan bekomt men een dergelijk signaal. Het signaal is kenmerkend voor een versterker met een zeer beperkte bandbreedte.

Het loont de moeite niet om een schakeling te willen bouwen gebaseerd op een dergelijke transformator. Zelfs met een sterke tegenkoppeling zal het geluid tegenvallen omdat de fase sterk zal verlopen naargelang de frekwentie, waardoor de versterker de verschillende frekwenties min of meer zal versterken naargelang de faseverschuiving van de transfo.

De volgende skoopbeelden zijn geleverd met een goede outputtransformator.

Skoopbeeld 2
(ingang sinus 1kHz, amplitude 1Vtt, meting aan secundair, 1V/divisie)

Hier hebben we een asymmetrisch signaal. Dit kan veroorzaakt worden door buis waarvan de emissie teruggelopen is, een buis die verkeerd gepolariseerd is of een defekte of ontbrekende eindtrap. Hier ontbrak de schermroosterspanning van een eindbuis (defecte stopweerstand), waardoor die bijna niet meer versterkte.

Skoopbeeld 3
(ingang blokgolf van 100Hz 5Vtt, meting aan fase-omkeertrap, 20V/divisie)
Dit is een typische oversturing van een trap. Door de terugkoppeling en door vervormingen van het signaal ziet het skoopbeeld er nooit zo uit op de uitgang. Door de lage anodespanning (die nodig is om de volgende omkeertrap aan te sturen) zien we dat het signaal beperkt wordt in negatieve richting. Top tot top amplitude van het signaal op de anode van de voorversterkertrap: 70V.

Skoopbeeld 4, 5 en 6
(bloksignaal van 100Hz, 1kHz en 10kHz, 1Vtt, secundair outputtransformator, 1V/div)

Als je de drie skoopbeelden rechts bekomt, dan weet dat je goed zit. Om een degelijk beeld te bekomen heb ik een echte audiotransformator moeten gebruiken (2.2kΩ). Er is geen tegenkoppeling toegepast, met tegenkoppeling was de versterker eigenlijk minder stabiel dan zonder. Op het secundair heb ik een signaal van ongeveer 4Vp/p, wat bijna overeenkomt met de efektieve spanning (vermogen 2W op 8Ω). De versterker werkt in classe A.

We hebben eerst een bloksignaal van 100Hz. Deze vorm is normaal omdat de outputtransformator onmogelijk de laagste frekwenties kan weergeven. Het horizontale deel is eigenlijk een zeer lage frekwentie. Door de hoek te meten kan men de onderkant van de bandbreedte bepalen als men de frekwentie kent.

De tweede blok is bij een frekwentie van 1kHz. De vorm is nagenoeg perfekt. Niet meer aankomen, zo'n perfekte vorm zie je niet vaak! Er is geen spoor van parasitaire oscillaties te zien.

Bij 10kHz zijn de flanken niet meer zo steil. Dit is ook normaal, want de bandbreedte heb ik beperkt door kleine condensatoren van lage waarde te gebruiken op specifieke plaatsen. Er zijn verschillende plaatsen waar die condensatoren gebruikt kunnen worden. Om dit skoopbeeld te bekomen heb ik een condensator van 100pF moeten plaatsen tussen anode van de voortrap en de massa (met deze condensator was de versterker ook veel stabieler met tegenkoppeling). Ik kan je niet garanderen dat je een perfekt beeld zal bekomen met de condensator op dezelfde plaats: dit hangt af van de bouwwijze, van de gebruikte buizen, eindtransformator,... De belasting was zuiver omhs.

Flanksteilheid en anodeweerstanden

Het kan soms gebeuren dat één flank minder steil is dan de andere flank. Vaak wordt dit veroorzaakt door anodeweerstanden die een te hoge ohmse waarde hebben. Nemen we een eenvoudige versterkertrap met een te hoge anodeweerstand. Bij een positieve flank op het stuurrooster gaat de triode meer in geleiding, zijn impedantie daalt en de triode kan de volgende buis goed aansturen: de neergaande flank is scherp. Bij een negatieve flank op het stuurrooster van de triode gaat die minder in geleiding, zijn impedantie stijgt en de triode kan de volgende buis minder goed aansturen (capaciteiten van de verschillende buizen).

Bij een frekwentie van 10kHz is dit geen storend fenomeen: een blokgolf van 10kHz bevat immers veel harmonischen die buiten de bandbreedte van de versterker liggen. Zolang dat de vorm ongeveer identiek is zit je goed (een klein stukje plateau moet aanwezig zijn).

Vervang je de omhse belasting door een luidspreker, dan verandert de situatie. Hier is het aangeraden om enkel met sinussignalen te werken (al was het maar om het beschadigen van tweeters te vermijden). De dempingsfactor van een buizenversterker is niet erg hoog, waardoor de luidsprekerbox een eigen leven gaat leiden, en dat zie je ook op de skoopbeelden. Een blokgolf lijkt absoluut niet meer op een blokgolf, terwijl de versterker niet plots slecht geworden is. Uit het skoopbeeld van een blokgolf dat naar een luidsprekerbox gestuurd is kan je niets afleiden over de buizenversterker.

Schema rechts: algemene schakeling van een buizenversterker waar je kleine condensatoren kan plaatsen om de oscillaties te onderdrukken. Heb je oscillaties vooral bij sterke signalen, dan moet je de condensatoren eerder in de buurt van de eindtrappen plaatsen. De versterker in classe A gebruiken kan de oscillaties sterk reduceren.

Je plaats de condensatoren over de aansluiting van de primaire wikkelingn (beginwaarde 1nF), je kan ook experimenteren met een boucherot filter die een sterkere belasting vormt voor de hogere frekwenties en dus de oscillaties goed kan onderdrukken.

Als de oscillaties eerder optreden als er een tegenkoppeling gebruikt wordt, plaats een condensator van 47pF tussen anode en stuurrooster van beide eindbuizen. Dit is om de bandbreedte van de versterker te reduceren.

Ik heb het beste resultaat bekomen met een kleine condensator van 100pF tussen anode van de voorversterkertrap en massa. De condensator onderdrukt de versterking van de hoogste frekwenties, die niet correct door de outputtransformator verwerkt kunnen worden (er is een faseverschuiving, waardoor de tegenkoppeling eerder als meekoppeling begint te werken). Je kan ook experimenteren met een condensator en weerstand in serie zodat de faseverschuiving overeenkomt met de faseverschuiving van de transformatore, maar het is giswerk.

De laatste skoopbeelden zijn bij 1kHz, 3kHz en 10kHz van een versterker zonder en met correctienetwerk (geen eigen beelden). Mijn versterker dempt bewust meer bij 10kHz (ook te zien bij 1kHz) en ik heb bewust gekozen om de bandbreedte aan de onderkant van de frekwentieband te reduceren.

Je bouwt een versterker en je baseert je op je vorig ontwerp (zelfde buizen, zelfde uitgangstransformator), maar de eerste schakeling werkte goed en de tweede gaf een verschrikkelijk geluid omdat de versterker hoogfrekwent oscilleerde. De layout van de componenten kan een grote rol spelen en er is eigenlijk geen mirakeloplossing.

De uiteindelijke configuratie die gekozen werd en een goed geluid gaf is de volgende:

  • lichte tegenkoppeling van 10dB (outputsignaal wordt 3× kleiner met ingeschakelde tegenkoppeling)
  • kleine condensator van 100pF over de anode van de voortrap naar massa, anodeweerstand is 100kΩ
  • boucherotfilter over het primair van de outputtransformator (4.7kΩ en 10nF)

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

-