Buizenversterkers
Bijzondere effekten van de tegenkoppeling
Globale tegenkoppeling

Een van de effekten van een te sterke globale tegenkoppeling is de vermindering van de vermogensreserve van de versterker. Men gebruikt soms de benaming headroom voor vermogensreserve.
-

-

Een lampenversterker kan een bepaald vermogen leveren. Bij een stijgend vermogen stijgt ook de vervorming, minder of meer gradueel, naargelang de schakeling en de gebruikte buizen. Vaak wordt het vermogen van een versterker aangegeven door zijn vermogen bij een bepaalde vervorming, bijvoorbeeld 30W per kanaal bij minder dan 0.1% vervorming. De versterker kan doorgaans een hoger vermogen leveren: dit is zijn vermogensreserve. Door de stijging van de vervorming weet men dat de versterker zijn limieten bereikt.

De tegenkoppeling zorgt dat de vervorming binnen de perken gehouden wordt. Een versterker met tegenkoppeling heeft een hogere spanningsversterking, maar de extra versterking wordt gebruikt om de vervorming te beperken. Van zodra de versterker tegen zijn limieten loopt wordt het signaal afgeplat. Dit gebeurt heel geleidelijk, bij een buizenversterker is er geen echte clipping zoals bij een transistorversterker.

Maar de tegenkoppeling gaat de afplatting van het outputsignaal tegenhouden door de versterking op te voeren. In het begin lukt dit wel, totdat de limiet van de versterker bereikt wordt, en dan is er wel een zeer hoorbare en onaangename clipping.

Geel
Te versterken audiosignaal (ingang van de versterker)


Magenta
Overstuurde versterker met onaangename clipping


Cyan
Sturing van de eindtrap (roosterspanning)


Men ziet hier dat de versterker niet meer mee kan. Maar door de sterke tegenkoppeling worden de eindtrappen zwaarder aangestuurd, om toch een onvervormd signaal te leveren, wat natuurlijk niet onbeperkt lukt.

Men ziet dat de stuurspanning op het rooster van de eindtrap een positieve piek heeft. Daardoor gaat er een roosterstroom lopen, wordt de koppelcondensator anders gepolariseerd en het rooster wordt meer negatief. Er is een verschuiving van het werkpunt van de eindtrappen, van een classe AB naar een classe B, met een verhoging van de crossover vervorming. Dit is nauwelijks hoorbaar, want er zijn op dit ogenblik vervormingen in het signaal die meer hoorbaar zijn. 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 (te) 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.

Links een voorbeeld van een slechte tegenkoppeling (opgelet, de kleuren komen niet overeen....)

We hebben in het blauw het ingangssignaal van de versterker. In het geel het stuursignaal aan het rooster van één van de eindtrappen en in het magenta het uitgangssignaal van de versterker.

µHet uitgangssignaal (E) is zowel positief als negatief beperkt (meer merkbaar aan de positieve kant). Men merkt ook een lichte vorm van overnamevervorming (crossover).

Door de tegenkoppeling heeft men een overdreven stuursignaal. Dit is minder aanwezig bij de positieve uitsturing (C) dan de negatieve (D) omdat het rooster positief wordt en er een roosterstroom gaat lopen. maar in beide gevallen heeft de extra uitsturing geen effekt, de eindtrap werkt gewoon op zijn limiten.

De afbeelding is afkomstig van een ontwerpschakeling waarvan de stuurtrap een veel te sterke versterking had.

Op de tweede afbeelding heeft men drie gecombineerde skoopbeelden die aangeven wat er gebeurt als men het vermogen verhoogd. Magenta: ingangssignaal, groen: stuursignaal op het rooster van de eindtrap en geel: uitgangssignaal.

Op het eerste beeld zien we dat alles goed gaat: het uitgangsignaal is niet vervormd, en ook het stuursignaal heeft een correcte vorm, een teken dat de tegenkoppeling niet moet ingrijpen. De vorm is niet meer een perfecte sinus, maar dat is ook niet nodig.

Verhoog ik het vervogen, dan vervormd het signaal zeer snel, er is geen vermogensreserve. De eindtrappen gaan in redelijk harde clipping door de tegenkoppeling. Het stuursignaal heeft een positief plateau (veroorzaakt door de roosterstroom) en een negatieve piek. Door de tegenkoppeling die sterk ingrijpt probeert de versterker de sinus te handhaven, totdat de versterker niet meer mee kan.

Wordt het inganssignaal nog meer verhoogd, dan ontstaat er naast de clipping ook een overnamevervorming (crossover) door de polarisatie van de eindtrappen die meer en meer negatief wordt door de roosterstroom. De stijging van de vervorming gebeurt bij een verhoging van de inganspanning van slechts 2%, een teken dat de versterker geen headroom heeft.

Dit kan gebeuren bij de weergave van een muziekstuk met zeer lage frekwenties (bepaalde muziekstukken hebben subsonische tonen). Zelfs klassieke muziekstukken bevatten dergelijke passages, zoals de symphonie 101 in D groot van Haydn (andante), de klok. Zet het geluid van je versterker op een goed kamerniveau en luiter vanaf 2 minuten.

Deze opeenstapeling van vervormingen is zeer storend, maar het kan nog erger. Een eindtrap heeft doorgaans een "remote cutoff" waarbij de buis geleidelijk wordt dichtgeknepen bij meer negatieve roosterspanningen. En is een vermindering van de versterking (zuchtende versterker), maar de versterker blijft nog werken.

Bij versterkers voor een hoger vermogen worden de eindtrappen doorgaans gestuurd door middel van eene xtra buis, een drivertrap. Hier gebruikt men doorgaans een triode, en deze hebben doorgaans een "sharp cutoff", de triode wordt plots afgeknepen bij een negatieve spanning. Als het gevraagde vermogen daalt, dan zit de versterker nog in classe C en wordt er niets meer doorgegeven. Dit heet catacitor blocking.

Publicités - Reklame

-