Frame grid
Buizen met spanrooster
 

Buizen met een spanrooster hebben het stuurrooster dat om een metalen frame gemonteerd is in plaats van opgehangen tussen twee koperen staafjes
-

-

De buizen met een spanrooster (frame grid) zijn op de markt gekomen begin janren 1960. De eerste toepassingen waren hoogfrekwent (UHF tuners), maar de buizen werden later ook in andere toepassingen gebruikt waar een hoge versterking nodig was. Door de hoge versterking is het ruisfactor beter dan met een klassieke buis. Buizen met een spanrooster hebben een roosterdraad die veel dunner is (ongeveer 10m in plaats van 100m), de wikkelingen liggen op kortere afstand van elkaar en de draad is strakker aangespannen. Het rooster ligt dichter bij de cathode om de electronenstroom beter te controleren. In middenfrekwent toepassingen waar vroeger 3 buizen nodig waren kon men nu de middenfrekwent keten bouwen met slechts twee buizen.

Het spanrooster wordt enkel gebruikt voor het stuurrooster. De zeer dunne draden kunnen de hogere stroom van een schermrooster niet aan.

Een buis met een spanrooster is bijvoorbeeld de PCC89 (dubbele VHF voorversterker triode voor cascodeschakeling), PCF86 (mengtrap), EF183 en EF184 (middenfrekwent). Een kenmerk van een triode met spanrooster is de kleine rechthoekige indeuking in de anodeplaat ter hoogte van de cathode. De indeuking is maar een paar millimeter groot voor hoogfrekwente buizen, maar is ongeveer een centimeter breed bij een E83CC-S.

Om een voldoende versterking te hebben bij dergelijke hoge frekwenties moeten de parasitaire capaciteiten zo laag mogelijk zijn. De electrodes moeten dus uiterst klein zijn in vergelijking met normale buizen. Om een voldoende versterking te bekomen met buizen met kleine electrodes moet men een spanrooster gebruiken. De afstand tussen cathode en anode is ook veel kleiner om de looptijdverschillen beperkt te houden (veroorzaken ruis).

5 beelden rechts:
5 voorbeelden van stuurroosters: een normale stuurrooster, een klassieke spanrooster (met kader bestaande uit molybdeen, een zeer sterk metaal) en twee gemengde roosters (klassieke rooster met koperen houders maar met steunplaatjes aan beide kanten van de houders)

Het laatste rooster heeft ook een molybdeen frame. De draad heeft een laagje goud om secundaire emissie tegen te gaan.

Rechts:
De afstand tussen twee draadjes bedraagt 60m en de dikte bedraagt 6.5m. Dergelijke draden zijn niet te zien met het blote oog.

vergelijking met een standardbuis

De EF183 en EF184 zijn vervangingen van de EF80. Deze buis werd in de eerste televisies gebruikt, als voorversterkerbuis voor VHF, als middenfrekwent trap en zelfs als video-uitgangstrap in goedkoere televisies. De EF184 en EF183 werden als vervanging gebruikt, de EF183 als regelbuis (AGC), de EF184 als steile pentode. De bandbreedte bij televisie moest veel groter zijn om het signaal onverminkt te kunnen doorlaten (6MHz bandbreedte bij televisie in plaats van 300kHz bij FM radio). De versterking is lager als de bandbreedte groter moet zijn. De middenfrekwentie ligt ook hoger bij televisie: ongeveer 30MHz in plaats van 10.7MHz bij FM. Het was dus nodig buizen met een hoge versterking te gebruiken, om niet verplicht te worden meerdere buizen achter elkaar te moeten gebruiken.

De EF184 zoals alle buizen met oneven getal heeft een variabele slope en wordt gebruikt voor de automatische gainregeling. De EF184 heeft een steile slope.

In radiotoestellen die uitgerust zijn met een EF89 kan men die vervangen door een EF184 met een hogere versterking (vooral merkbaar op de FM band). Alle buizen vanaf de EF80 zijn pincompatibel met elkaar.

Steiheid
EF80 Origineel (televisie) 7.0mA/V
EF89 Origineel (radio) 4.4mA/V
EF183 Frame grid (televisie) 12.5mA/V
EF184 Frame grid (televisie) 15mA

Rechts:
Zicht op een VHF triode PC900. De twee anodeplaten komen dicht bij het rooster en de cathode om een hoge stroomdichtheid te bekomen, waardoor de werkspanning beperkt is tot 200V. De buis heeft een zeer hoge steilheid van 20mA/V bij een anodestroom van 16.5mA. De zijkanten van de anode zijn nodig om de warmte te dissiperen. De blauwe vormen zijn electrostatische schermen om de invloed van de anode op de andere electroden te beperken. Om de ruis te beperken werd de buis gebruikt om zijn maximale stroom, compatibel met de maximale dissipatie van de anode.

Spanroosters bij audioversterkers

Wat is de bijdrage van buizen met spanroosters op audio-gebied? Zeer beperkt. Er zijn een paar vermogenpentodes met spanroosters gebouwd (EL520 en EL503) om een hoger vermogen te kunnen halen uit een standaardschakeling (dus zonder dat er extra voorversterkerbuizen nodig waren). Deze buizen konden aangestuurd worden met een effektieve spanning van 25V zoals een EL34 (in plaats van 40V) om het maximaal vermogen te halen. De buizen hadden een hogere vervorming en werden enkel gebruikt voor geluidsversterking in bioscopen en feestzalen, nooit voor hifi toepassingen.

Een kenmerk van frame grid buizen is dat de roosterdraden zeer dun zijn en strak aangespannen worden, waardoor de resonantiefrekwentie van de draden hoger komt te liggen (rond de 20kHz). Dit zou men als voordeel voor audiobuizen kunnen aanhalen, maar microfonie vormt enkel een probleem als de buis zeer zwakke signalen moet versterken (enkele mV maximaal).

Rechts:
Voorbeeld van een UHF buis met een andode aan n kant om de parasitaire capaciteit nog verder te verminderen. Het stuurrooster is normaal (het is een tetrode).

Telefunken (TFK) heeft een kleine serie E83CC-S met spanrooster gebouwd voor meetversterkers. Dit is een speciale versie van de welbekende ECC83, met de "S" die aangeeft dan men uitzonderlijk te maken heeft met een spanrooster (Spanngitter). Ook Tesla heeft deze buizen in beperkte mate geproduceerd. Deze buizen werden nooit voor audiotoepassingen ontworpen, ze waren trouwens veel te duur voor audioversterkers, waar men enkel standaardbuizen gebruikte. Het is pas veel later dat de frame grid buizen door audiofreaks ontdekt zijn geweest.

Slimmerikken bieden de standaard ECC83 aan in verschillende uitvoeringen:

  • De E83CC is de professioneel uitvoering van de buis (doorgaans gebruikt in de eerste computers). Deze "SQ" buizen (special quality) waren gegarandeerd voor 10.000 werkuren, maar tegenwoordig is dit geen referentie meer.
  • De E83CC-S (met spanrooster) wordt aangezien als "de beste versie" van de ECC83.

De eigenschappen van een ECC83 liggen vast, en een spanrooster is niet nodig om deze eigenschappen te halen. De buizen met echte spanrooster hebben afwijkende eigenschappen en kunnen normaal niet zonder meer in de plaats van gewone buizen ingezet worden. Door hun hoegere versterkingsfactor hebben de buizen oscilleerneigingen en een hogere vervorming bij sterke signalen. Deze spanroosterbuizen kunnen enkel gebruikt worden als voorversterkertrap, zeker niet als stuurtrap.

Omdat de electrodes zo dicht bij elkaar moet de voedingsspanning beperkt worden tot ongeveer 160V. Indien je een versterker hebt met een voedingsspanning van 400V, dan zal je ofwel een gescheiden voeding moeten bouwen, ofwel via bleederweerstanden de spanning verlagen tot een veilige waarde (ook als de buizen nog koud zijn).

Recente buizen

De kennis over de fabricage van de buizen is verloren gegaan in de loop der jaren. De fabrikanten hebben nooit patenten aangevraagd, maar hebben geheime samenstellingen vastgelegd en de eigenschappen constant verbeterd. Indien een fabrikant een patent aanvraagt, dan moet de samenstelling publiek worden gemaakt (en kunnen buitenlandse firma's de buizen goedkoper namaken). Omdat er geen brevetten neergelegd werden, is het moeilijk de exacte samenstelling van de cathode te bepalen.

Als men overgestapt is op transistoren werden de machines om de buizen te bouwen afgevoerd en vernietigd en is iedereen overgeschakeld op transistoren (veel heeft dit niet geholpen: de meeste fabrikanten hebben de overstap niet overleefd): Mullard in Engeland, MBLE in Belgi,... Alle bedrijven werden door Philips overgenomen om ze te laten doodbloeden.

Nieuwe fabrikanten hebben zich gespecialiseerd in het reproduceren van bekende buizen: ECC83, EL894, EL34, enz. De eigenschappen van de buizen kunnen sterk afwijken van de norm, en n productierun kan verschillende resulaten opleveren bij de volgende productierun. Het is zelf zo erg dat beide triodes van een dubbele triode (twee triodes in n enkele buis) verschillende parameters kunnen hebben. Bij een standaard testprocedure waarbij de buis eerst 10 minuten opgewarmd wordt en dan belast wordt, zijn er stroomverschillen van meer dan 10% voor de twee triodes van dezelfde buis.

Maar in het algemeen is het beter moderne buizen te kopen, dan NOS stock (originele, niet gebruikte buizen). De voorraad NOS buizen is aan het slinken en de prijzen swingen de pan uit, terwijl deze buizen oorzpronkelijk niet ontworpen waren om meer dan 50 jaren gestockeerd te worden. Sommige NOS buizen werken een 50-tal uren en moeten dan vervangen worden (teveel lucht in de buis, electrodes die niet meer goed vastzitten, enz.)

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

-