Buizenversterkers
Voeding met smoorspoel
Choke

Je hebt een oude versterker met lampen van 50W te herstellen. Het is een push pull versterker die met een negatieve voorspanning van de eindtrappen werkt. Je bekijkt de schakeling en plots merk je dat er een elko ontbreekt...
-

-

Rechts zie je een normale voedingsgedeelte zoals die in de jaren 1950 gebruikt werd. De voedingstransfo heeft een middenaftakking en levert bijvoorbeeld 2 × 385V. Als gelijkrichter gebruikt men een dubbele diodebuis met direct verhitte cathode die een aparte wikkeling nodig heeft (de gloeispanning bedraagt doorgaans 5V). Buizen met een direct verhitte cathode hebben een hoger rendement, diodes met een indirect verhitte cathode worden gebruikt voor de detectie.

De waarde van de elko's bedroeg 16µF, in de jaren 1960 ging men naar 50µF. De waarde was echter te laag om de rimpel op de voedingsspanning adekwaat te onderdrukken. Trouwens, de diodes hadden een elkowaarde die niet overschreden mocht worden (maar daarover meer later).

Er is een redelijke spanningsval over de diode. Bij een stroom van 100mA moet men rekenen op een spanningsval van 50V. De spanningsval in de wikkelingen van de transfo en de smoorspoel zijn beperkt, hoogstens 10V in totaal.

We bestuderen het schema van onze versterker, en plots mrken we dat de eerste elko voor de smoorspoel ontbreekt. Hebben ze de condensator vergeten bij de fabricage? De versterker lijkt normaal te werken. We gaan dat allemaal in detail uitleggen, maar eerst keren we terug naar onze eerste schakeling.

De tweede figuur tont de stroom in de diodes. Als er geen belasting aangesloten is, dan is de stroom bijna nul en is er geen spanningsval, de spanning stijgt tot de topwaarde van de voedingsspanning, dus 540V in ons voorbeeld. Als de versterker stroom gaat trekken, dan zakt de spanning tot ongeveer 400V.

Het probleem is dat de gelijkrichtdiodes slechts een kort ogenblik in geleiding zijn, op het ogenblik dat de voedingsspanning hoger is dan de spanning over de elko. Hoe hoger de waarde van de elko, hoe minder de spanning zakt tussen twee ladingen, en hoe sterker de piekstroom moet zijn.

Om je een idee te geven: de stroompiek bedraagt ongeveer 1A voor een gemiddelde stroom van 100mA. De diode kan kortstondige stroompieken verwerken want tussen de pieken loopt er geen stroom en kan de anode afkoelen. De twee diodes geleiden om beurt zodat de belasting verdeeld wordt over twee anodes.

Dit is de reden waarom er bij de diodespecificaties niet enkel een maximale stroom en spanning vermeld staan, maar ook een maximale elkowaarde. Hoe hoger de waarde van de elko, hoe hoger de stroompiek bij een identieke gemiddelde stroom. Zelfs met een korte geleidingsfase is er een stroomlimiet die niet overschreden mag worden.

Een smoorspoel werkt zoals een zware draaideur. Er is energie nodig om die te doen draaien, maar eenmaal dat die draait is die moeilijk tegen te houden. Een smoorspoel die in serie met de voedingslijn geplaatst wordt heeft dus de neiging de stroom uit te middelen. De gemiddelde spanning wordt daardoor beperkt tot 0.64 van de piekspanning (de technische uitleg zou ons te ver brengen).

De smoorspoel stabiliseert de stroom tot een gemiddelde waarde waardoor de spanning ook redelijk stabiel is. De bufferelko aan de uitgang van de smoorspoel beperkt nog meer de rimpel. De lagere uitgangsspanning is geen ohmse verlies (die de smoorspoel zou doen opwarmen), maar het is het gevolg van de inductantie van de spoel die de stroom uitmiddelt.

Onbelast stijgt de spanning tot de topwaarde (540V in ons geval), om snel te zakken tot een gemiddelde waarde van 346V. Dit is een lagere spanning in vergelijking met een schakeling met twee condensatoren, maar de spanning zakt minder met de stijgende belasting.

Bij een schakeling met twee elko's wordt de gelijkrichter belast met een hoge piekstroom (1A), waardoor de weerstand van de transfo en de diode een grote rol spelen. Als de eerste elko ontbreekt, dan bedraagt de stroom een gemiddelde waarde (100mA) en de spanningsval is dus meer beperkt. Het is echter wel belangrijk dat er altijd een minimale stroom geleverd wordt, zodat de spanning niet kan stijgen tot de topwaarde, want het verschil onbelast/belast is veel groter met een schakeling zonder eerste elko.

Een voeding zonder eerste elko wordt vaak toegepast in hoogvermogen versterkers die in classe AB werken. Als het vermogen stijgt, dan stijgt ook de stroom, waardoor er een verhoogde spanningsval ontstaat. De spanningsschommelingen veroorzaken een verschuiving van de werkpunten waardoor er intermodulatievervorming ontstaat (invloed van de voedingsspanning op het audiosignaal). Als de spanningsschommelingen beperkt kunnen worden, dan is de intermodulatievervorming ook minder.

De "kritieke belasting" is de stroom die de versterker in rust opneemt. De minimale belasting moet hoger dan de knik zijn om een sterke spanningverandering te vermijden.

Maar we kunnen nog beter doen, we kunnen een systeem ontwikkelen waarbij de spanning met de belasting stijgt.

In tegenstelling met voedingstransformatoren hebben smoorspoelen een luchtspleet om te vermijden dat de spoel te snel in saturatie zou gaan. Smoorspoelen hebben veel wikkelingen waardoor er een sterk magnetisch veld opgebouwd wordt. Een smoorspoel wordt zodanig gebouwd dat die niet in saturatie kan gaan, want dan wordt zijn impedantie beperkt tot de ohmse weerstand van de draad, en die is zeer laag.

Als de stroom laag is, dan gaat de smoorspoel nooit in verzadiging (de rode curve ligt permanent onder de verzadigingsgrens). De impedantie van de smoorspoel is hoog en de uitgansspanning bedraakt ongeveer 0.64 van de piekspanning.

Als de stroom toeneemt, dan gaat de smoorspoel in verzadiging en zijn impedantie zakt kortstondig. Hoe hoger de belasting, hoe langer de tijd in verzadiging. Opgelet, de spanningscurve links is wat overdreven: de curve is nagenoeg vlak als de smoorspoel aan de belasting aangepast is.

Als de smoorspoel in verzadiging gaat, dan is zijn impedantie laag. Er is dus een sterke rimpel op de voedingsspanning. Maar dit valt niet zozeer op, want we hebben te maken met een symmetrische push pull en de rimpel is niet hoorbaar als de versterker op hoog volume speelt. De voorversterkertrappen zijn doorgaans asymmetrisch en dus wel gevoelig voor de rimpel op de voedingsspanning, maar die beschikken over een aparte filtering.

Een smoorspoel die berekend is om gecontroleerd in saturatie te gaan wordt een "swinging choke" genoemd. De "swinging" heeft betrekking op de zelf-inductie die schommelt naargelang de belasting. En zo, nu heb je weer iets bijgeleerd!

In moderne uitvoeringen gebruikt men siliciumdiodes die een hoge stroom kunnen leveren en een lage spanningsval hebben. De spanningsval over en siliciumdiode is lager dan de spanningsval over de wikkelingen van de transfo. Deze diodes hebben echter kleine condensatoren nodig om de schakelpulsen te onderdrukken, want de diodes gaan abrupt in en uit geleiding. Er is wat meer uitleg over het realiseren van een moderne hoogspanningsvoeding op deze pagina. Het vervangen van de diodebuis door siliciumdiodes staat ook uitgelegd.

Moderne schakelingen gebruiken condensatoren van hoge waarde, waardoor een smoorspoel niet meer nodig is.

Publicités - Reklame

-