Buizenversterkers
Bijzondere effekten van de tegenkoppeling
Globale tegenkoppeling

Bij een te sterke tegenkoppeling, of bij een versterker die oorspronkelijk niet voorzien voor een tegenkoppeling kan de versterker slechter werken dan zonder tegenkoppeling.
-

-

Dit artikel is een vervolg op de algemene tegenkoppeling, waar enkele problemen al besproken werden, namelijk de faseverschuiving die gecompenseerd moet worden om de versterker stabiel te laten werken.

Crossover

De tegenkoppeling kan zeer moeilijk de crossover vervorming onderdrukken (als de versterker in classe B in plaats van classe A werkt). Waarom? Om een werkende tegenkoppeling te hebben moet de versterker een reserver hebben. Tijdens de crossover versterkt de versterker bijna niet: de ene fase is al uit geleiding en de andere fase is nog niet in geleiding. Dit is het nagenoeg horizontale deel van de curve op de skoop.

Een op-amp heeft een voldoende versterking om het signaal dat naar de eindtransistoren gestuurd wordt ogenblikkelijk te corrigeren (de uitgangsspanning van de op-amp springt direct van +0.6V naar -0.6V), maar een lampenversterker heeft een lagere versterkingsreserve.

De instelling van de eindtrappen moet dus zorgvuldig gebeuren want de correctie door de tegenkoppeling is maar gebrekkig. Een locale tegenkoppeling kan hier helpen door de eindtrappen apart te corrigeren zonder de volledige versterker in de correctie te betrekken.


Invloed van de frekwentie

Een versterker zonder tegenkoppeling heeft een bandbreedte met een kromme curve. De tegenkoppeling zal de curve rechttrekken, maar dat heeft als gevolg dat de tegenkoppeling minder reserve heeft voor de uiteinden van de vermogensbandbreedte. Je kan een mooie sinus hebben op 400 of 1000Hz, maar de vervormingen zullen minder goed gecorrigeerd worden op hogere frekwenties.

De lagere tegenkoppeling op de hogere frekwenties, en dus de verhoogde vervorming is wel degelijk aanwezig, maar is in de praktijk niet hoorbaar want de harmonischen liggen buiten het gehoorbereik.


Vermindering van de blocking margin

Een lampenversterker kan kortstondig een hoger vermogen leveren dan zijn nominaal vermogen. Meestal gaat dit gepaard met een verschuiving van het werkpunt van de eindbuizen vanwege de roosterstroom die gaat lopen. De eindtrappen gaan dus in classe B werken in plaats van classe AB. Het effekt is nauwelijk waarneembaar omdat het vermogen maximaal is (de crossover vervorming is slechts een klein deel van het signaal). De overgang van classe AB naar classe B gaat meestal gepaard met een lichte vermindering van het uitgangsvermogen, een "zuchtende versterker" wordt dan gezegd.

Maar er gebeurt iets raars bij een versterker met een sterke tegenkoppeling. Als de eindtrappen tegen hun limieten aanlopen, dan zal de tegenkoppeling de eindtrappen proberen te "forceren" en dus een sterker signaal doorgeven (van de voortrap die de tegenkoppeling krijgt tot de eindtrappen). Dit sterker signaal zal de eindtrappen in classe C sturen, en dat is wel hoorbaar.

Men ziet goed de vorm van het correctiesignaal als de eindtrappen niet meer mee kunnen: er zijn positieve pieken die een roosterstroom zullen doen ontstaan in de eindtrappen, en dus de eindtrappen meer negatief zullen polariseren. Het effekt is aanwezig zowel bij een negatieve vaste roosterspanning als een polarisatie dooe een cathodeweerstand.

Het effekt kan ook optreden in een trap voor de eindtrap, dit is meestal een drivertrap met twee triodes (één triode per eindtrap). De stuurtrap heeft meestal een roosterweerstand van hogere waarde, zodat het effekt sterker zal optreden.

Veronderstellen we nu dat onze eindtrap in saturatie gaat, de sinus op de uitgang wordt lichtjes afgeplat. De terugkoppeling bedraagt 15dB en de stuurtrappen hebben een 20dB reserve en gaan nog niet in saturatie. (deze dB-waarden zijn normale waarden).

Eenmaal dat het niveau overschreden wordt waarbij de eindtrappen niet meer mee kunnen, dan wordt de volledige versterkingsreserve (15dB) opgebruikt om de clipping te onderdrukken. Onze 20dB reserve is dus in een trek verminderd tot minder dan 5dB.

Wat gaat er gebeuren als die reserve opgebruikt wordt? (en 4dB is echt zeer weinig als het orkest fortissimo speelt) De triode gaat gewoon blokkeren. We hebben de zuchtende versterker vervangen door een haperende versterker.

Deze hapering ontstaat vaak aan de stuurtriode van de eindtrappen: het signaal is hier al redelijk sterk maar de roosterweerstand heeft hier nog een redelijk hoge waarde. En de ontwerpers gebruiken zoals gewoonlijk een koppelcondensator van veel te hoge waarde.

Als de eindtrap overgaat naar classe B, dan is dat hoorbaar (meestal onder de vorm van een vermindering van de versterking). Maar het effekt is geleidelijk en van korte duur (eindtrappen hebben doorgaans een curve die lijkt op die van een remote cutoff pentode, dus met een verre afknijppunt). Maar als de stuurtrap overstuurd wordt, is dat veel sterker hoorbaar. De triodes hebben doorgaans een scherpere cutoff om een hoge versterking te halen. Gedurende een tiende van een seconde valt het geluid volledig weg.

Als men een te hoge tegenkoppeling gebruikt in een versterker die daar niet speciaal voor ontworpen is, dan haalt men eigenlijk de zuurstof van onze versterker weg. De marge die men heeft wordt meestal als "blocking margin" aangeduid en is de reserve die de versterker nog heeft eenmaal dat de eindtrappen de saturatie naderen. Bij een goed ontworpen lampenversterker is die marge zeer groot (bij een transistorversterker is de marge nul).

Op de selectiepagina van de triodes kan je nagaan welke triodes een hoge blocking margin hebben. Door locale tegenkoppeling toe te passen kan je ook de blokkeringsmarge van de versterker vergroten.

Capacitor blocking

Bij een zeer sterk signaal waarbij de buizen in classe AB2 gestuurd worden loopt er een roosterstroom waardoor de instelling van de buis verloopt, het stuurrooster wordt veel te nematief. Als de amplitude van het signaal wat lager wordt, dan kan de buis gewoon afgeknepen worden (cut off). Dit fenomeen heet capacitor blocking en treed eerder op met drivertrappen (die scherp afgesneden kunnen worden). Bij endtrappen is er een remote cut off zodat het effekt minder opvalt.

Het effekt is sterker aanwezig als men koppelcondensatoren met een te hoge waarde gebruikt, deze hebben meer tijd om zich te ontladen. Het effekt is ook meer aanwezig bij een sterke tegenkoppeling, want als een trap onderbroken wordt, dan zorgt de tegenkoppeling voor een extra sterke aansturing.

Dit is een voorbeeld van een slechte tegenkoppeling.

In het blauw het ingangssignal, geel het signaal op het stuurrooster van één van de eindtrappen en in magenta het signaal op d euitgang (belastingsweerstand 4Ω).

Het uitgangssignaal (E) is beperkt aan beide zijden, met een sterkere afplatting aan positieve kant.

De tegenkoppeling werkt niet aan de positieve kant (C) , want het signaal is zodanig weinig negatief dat er een roosterstroom ontstaat. Bij de tegenkoppeling aan negatieve kant (minder sterk aanwezig) gaat de stuurtrap goed in geleiding (D), vandaar de negatieve piek. Dit allemaal om een probleem proberen op te lossen die niet opgelost kan worden. Bij de tweede eindtrap hebben we een soortgelijk signaal, met een positieve stuurspanning die afgeplat is en een sterke negatieve piek.

De correctie kan hier niets meer uitrichten: de eindtrappen werken al op hun maximaal vermogen. Maar de twee correctiesignalen die een zeer sterke amplitude hebben storen de gelijkspanningsinstelling van de volledige versterker. Dit is geen commerciele versterker, maar testen die uitgevoerd werden met een versterker met dubbele cascode. De versterking binnen de tegenkoppellus was zo sterk dat de versterker zeer slecht klonk.

Publicités - Reklame

-