|
Indien een versterker zonder tegenkoppeling niet stabiel is, dan is dit een teken dat de schakeling waarop je je gebaseerd hebt niet goed is, dat het toestel slecht gebouwd werd (massalussen en andere fouten), dat er fouten gemaakt werden in de aansluiting of dat er onderdelen defekt zijn.
Als men een versterker bouwt, dan is het aangeraden om hem eerst te laten werken zonder tegenkoppeling, zo kan je zien of alles correct werkt. Het is onmogelijk een oscillerende versterker stabiel te krijgen door een tegenkoppeling, de fout (wat die ook mag zijn) zal steeds in de versterker aanwezig zijn en hem slecht doen klinken.
Oscilleerneigingen worden veroorzaakt door faseverschuivingen door koppelcondensatoren en vooral door de output transformator. De koppelcopndensatoren moeten een correcte waarde hebben: is de waarde te laag, dan ontstaan er fasefouten bij de lage frekwenties, is de waarde te hoog, dan verslechterd de blocking margin van de versterker. Voor de outputtransformator moet men een goed model kiezen met een strakke koppeling tussen primair en secundair. Faseverschuivingen treden dan enkel op bij ultrasone frekwenties.
Er zijn drie plaatsen waar men kan ingrijpen om oscilleerneigingen te onderdrukken. Ik toon hier een standaard versterker met voorversterkerpentode, cathodyne fase omkeertrap en push pull met polarisatie door cathodeweerstand.
- 1 Kleine condensator in de tegenkoppeling
- De meeste versterkers hebben een condensator met een lage waarde in de leiding van de tegenkoppeling. Daarmee wordt de fasefout van de outputtransformator gecompenseerd. De waarde van de condensator hangt af van de gebruikte transformator, maar ook van de aangesloten luidsprekers.
Luidsprekerboxen hebben een complexe impedantie die vaak gecompenseerd wordt in transistorversterkers door een parallele RC netwerk op de uitgang van de versterker (doorgaans R = 4.7Ω en C = 0.47µF). Men kan dezelfde waarde aanhouden voor buizenversterkers, hoewel dit niet vaak gedaan wordt bij lampenversterkers.
De condensator op de feedbacklijn heeft slechts een beperkte invloed op de bandbreedte en is daarom de oplossing die men eerst moet proberen. Ik kan echter geen standaard-waarde geven: dit hangt af van de elementen van de versterker.
Ik gebruik zelden deze vorm van stabilisatie omdat de waarde van de condensator experimenteel bepaald moet worden bij alle versterkers die ik bouw.
- 2 Kleine condensator in de voorversterker
- Deze condensator beperkt de bandbreedte van de voorversterkertrap. Door de bandbreedte te beperken beperkt men ook de oscilleerneigingen die meestal boven de 20kHz optreden. De schakeling gebruikt hier een serieweerstand van 47Ω, maar zijn invloed is zeer beperkt en de weerstand kan weggelaten worden.
De methode 2 kan de oscilleerneigingen perfect onderdrukken, maar als de oscillaties optreden rond 18 - 20kHz of lager, dan moet men de waarde van de condensator verhogen, wat een nadelige invloed heeft op de bandbreedte.
Een waarde van 100pF is normaal en beperkt de bandbreedte niet in het audiogebied. Het heeft trouwens geen zin om frekwenties boven de 25kHz te versterken, het enige wat je daarmee kan bereiken is dat je tweeters opgeblazen worden. Indien 100pF niet voldoende is, dan is het een teken dat de oscillaties op een lagere frekwentie optreden en je moet andere bijkomende maatregelen nemen.
- 3 Kleine condensatoren in de eindtrap
- In een klassieke lampenversterker zijn er twee trappen die het signaal versterken, en waar een correctie toegepast kan worden: de voortrap en de eindtrap.
Het is een oplossing die een betere stabilisatie biedt dan de vorige oplossing, maar je hebt twee condensatoren nodig per push pull kanaal. Men moet condensatoren gebruiken die geschikt zijn voor hoge spanningen en volkomen lekvrij zijn (minstens het dubbele van de hoogspanning). Indien je triodes als eindtrap gebruikt, dan zijn de condensatoren misschien overbodig door de interne capaciteit tussen rooster en anode.
De invloed op de bandbreedte is eerder beperkt, terwijl de stabilisatie in het algemeen goed is. De condensatoren werken als een lokale tegenkoppeling voor de hoge tonen, en we hebben gezien dat dit een goed systeem is. In sommige gevallen werkt die oplossing gewoon niet, en is de oscillatie verdwenen, maar het signaal is dan vervormd (te controleren met een oscilloscoop en/of vervormingsmeter)..
- 4 Kleine condensator ingang eindtrap
- Dit is een condensator die soms nodig kan zijn, de condensator moet enkel geplaatst worden op één van de eindtrappen. Sluit je de condensator op de ingang van de andere eindtrap, dan heb je juist een sterkere neiging tot oscillaties.
Ik weet niet goed hoe de condensator de oscilleerneigingen kan onderdrukken, maar het blijkt te werken (al het geval gehad bij twee versterkers). De condensator helpt om oscilleerneigingen te onderdrukken als de versterker op maximaal vermogen werkt.
Om een moeilijke versterker te temmen gebruikte ik een kleine condensator die ik op verschillende plaatsen in de schakeling aansloot, totdat de versterker stabiel werkte.
Bepaalde buizen hebben de neiging om spontaan hoogfrekwent te oscilleren (Barkhausen), vaak als de anodespanning onder de schermroosterspanning komt. De oscillaties kunnen geblokeerd worden door een kleine smoorspoel dicht bij de anodeaansluiting, waarde ongeveer 22µH. Dit werkt enkel als de smoorspoel zo dicht mogelijk bij de anode aansluiting geplaatst wordt.
Het zijn vooral beam tetrodes die daar last van kunnen hebben, maar één productierun kan daar meer last van hebben dan een andere.
Normaal worden er één of twee maatregelen toegepast (doorgaans 1 en 2). 3 wordt weinig toegepast en is nochtans zeer efficient.
Bypass output transformator
De outputtransformator veroorzaakt een faseverschuiving die aan de basis kan liggen van de instabiliteit van de versterker op bepaalde frekwenties. Men kan de tegenkoppeling betrekken op de primaire van de transfo, in plaats van aan secundaire zijde, zo kan men de faseverschuiving vermijden.
Bij single ended versterkers moet men de spanning voor de tegenkoppeling betrekken op de anode van de (enige) eindtrap, bij push pull versterkers op de anode van de correcte eondtrap. Gaat de versterker oscilleren (eerst testen met een dummy load), moet men de andere eindtrap gebruiken.
Omdat de signaalamplitude aan primaire kant veel sterker is, moet men de waarde van de weerstand aanpassen. Gebruikt men bijvoorbeeld een waarde van 22kΩ, dan moet men een waarde van 470kΩ gebruiken bij een tegenkoppeling vanaf de anode (primaire zijde van de transfo).
Door de feedbackspanning te betrekken op de primaire wikkeling van de outputtransfo is er geen correctie van de bandbreedte van de transfo. De uiteindelijke bandbreedte kan daardoor een bolle vorm krijgen met te zwakke bassen. Dit is te vermijden door de correcte zowel te betrekken aan primaire en aan secundaire kant.
De voorbeeldschakeling toont de drie vormen van tegenkoppeling:
- De normale feedback, betrokken aan de uitgang van de output transformator
- De alternatieve feedback, betrokken aan primaire kant, met verhoogde weerstandswaarde
- De gecombineerde feedback, betrokken aan de uitgang, behalve voor de hoogste frekwenties
Bij zowel de primaire als alternatieve feedback wordt er een condensator van lage waarde over de weerstand geplaatst, bijvoorbeeld 100pF voor de secundaire tegenkoppeling en 4.7pF voor de primaire tegenkoppeling. Dit is condensator 1 op de schakeling bovenaan de pagina.
De gecombineerde tegenkoppeling werkt als normale tegenkoppeling (meer lineaire bandbreedte), behalve op de hoogste frekwenties, waar de condensator een grotere rol gaat spelen.
Indien het niet mogelijk is de onstabiliteit weg te werken zonder de bandbreedte teveel te beperken, dan is de versterker blijkbaar inherent onstabiel. Verwijder de tegenkoppeling (opgelet, de versterker gaat sterker werken) en zoek waarom de versterker onstabiel is.
|
Bepaalde buizen hebben de neiging om spontaan hoogfrekwent te oscilleren (Barkhausen), vaak als de anodespanning onder de schermroosterspanning komt. De oscillaties kunnen geblokeerd worden door een kleine smoorspoel dicht bij de anodeaansluiting, waarde ongeveer 22µH. Dit werkt enkel als de smoorspoel zo dicht mogelijk bij de anode aansluiting geplaatst wordt.