Voorversterkertrap

De triode van de buis heeft een wat lagere versterking dan de triode van een PCL86 of van een ECC83. De tetrode heeft ook een rela tief lager versterking. Dit vormt in het algemeen geen probleem, de moderne bronnen hebben een signaal van hoge amplitude en de totale versterking is voldoende om de luidspreker volledig uit te sturen.

Maar als je een tegenkoppeling wenst bij te plaatsen is de totale versterking nu wel te laag. Wat kan je doen? Een extra ECC83 bijplaatsen? Een enkele buis is voldoende voor een stereoversterker. Dit is trouwens de oplossing die vroeger gebruikt werd, zelfs nadat de transistoren op de markt waren gekomen. De transistoren hadden toen slechte eigenschappen en waren veel duurder dan de buizen die ze zouden moeten vervangen. De transistoren OC70 waren niet bijzonder goed, maar ze hadden een doorzichtige plastieken behuizing met een laagje verf. Door het laagje verf weg te krabben had je een deftige fototransistor. Maximale stroom 50mA, stroomversterking 30X, maximale dissipatie 125mW... De fototransistoren werden verkocht als OCP70 voor een veelvoud van de prijs van een OC70.

Voor een kleine voorversterker is het tegenwoordig eenvoudiger van een op-amp of enkele transistoren te gebruiken. Deze eerste schakeling wordt gevoed door de negatieve voorspanning van de eindtrappen (-30V). Een extra filter is aangewezen om de rimpel te onderdrukken (weerstand van 1k en elko van 1000µF). Indien je geen negatieve roostervoorspanning gebruikt kan je de gloeispanning gelijkrichten met een spanningsverdubbelaar. Je hebt minimum 15V nodig om een voldoende amplitude op de uitgang te hebben. Dat haal je nipt met een spanningsverdubbelaar op 6.3V.

De versterker heeft een gain van 10X en het signaal op de uitgang is maximaal 21Vpp (7.45Vrms) bij een voedingsspanning van -15V. Het is gemakkelijk de gain van de versterker te wijzigen zonder dat de goede eigenschappen van de schakeling verloren zouden gaan. Om een gain van 5X te bekomen plaats je een weerstand van 15kΩ over de bestaande weerstand van 15kΩ (met een ontkoppelcondensator van 10µF in serie) en voor een gain van 20X plaats je een extra weerstand van 1.5kΩ over de weerstand van 1.5kΩ, hier ook met een elko in serie (100µF).

De keuze van de transistoren is niet kritisch, je kan bijvoorbeeld een BC157 of BC557 gebruiken als voortrap (versterkingsclasse A, B of C speelt geen rol) en een BC148 of BC548 voor de tweede trap. Hier ook speelt de versterking van de transistor geen rol door de sterke tegenkoppeling. De uitgangsimpedantie is relatief hoog en de schakeling kan enkel gebruikt worden om een triode aan te sturen met roosterweerstand van 150kΩ of meer of de volumepotmeter van 1MΩ.

De voorversterker die hierboven getoond wordt is ideaal om de amplitude van het signaal wat te versterken, vooral als je eigen ontwerpen maakt en de gain wat te laag lijkt. Bij een standaard-versterker met een ECC83 en twee EL84 (voortrap, cathodyne fase omkeertrap en eindtrap) kan een extra voorversterker nodig zijn als er tegenkoppeling toegepast wordt. Een versterker met een hoger vermogen (met EL34 of EL509) heeft een meer uitgebreidere stuurtrap nodig (Williamson schakeling), deze schakeling heeft een hogere versterking en heeft normaal geen extra transistor voorversterkertrap nodig.

De tweede schakeling heeft een lagere uitgangsimpedantie en kan gebruikt worden om een toonregeling te sturen (een dergelijke schakeling heeft een relatief lage ingangsimpedantie).

De voeding van deze schakeling komt van de gelijkgerichte gloeispanning (diodebrug en elko van minstens 1000µF). De spanning bedraagt dan ongeveer 8V, het verbruik is ongeveer 1.5mA. De collectorspanning van de tweede transistor moet 4V bedragen om een zo groot mogelijke sweep te hebben.

De maximale sweep bedraagt 2Veff en de versterking is ongeveer 10×. Is de sweep te beperkt, dan kan de gloeispanning verdubbelen of indien beschikbaar de cathodevoorspanning van de eindtrappen gebruiken (extra filteren). Men kan de gain wijzigen door de waarde van de weerstand van 1k te veranderen: met 2k heb je en gain van 5× en met 510Ω is de gain 20×.

De keuze van de transistoren is niet kritisch, kies small signal transistoren met een gain hfe van 100 à 250×. Je kan ook ruisarme transistoren gebruiken zoals de BC549B en BC559B, maar echt nodig is dit niet, want de signaalamplitude is reeds voldoende.

Het kan soms interessant zijn om een op-amp te gebruiken in plaats van transistoren. Door de sterke tegenkoppeling is de uitgangsimpedantie laag. Zelfs een gewone LM741 heeft goede eigenschappen en het is niet nodig om een speciale audio op-amp te selecteren zoals de LM833. Een LM833 is ideaal om zeer zwakke signalen te verterken, maar als de signaal gewoon wat versterkt moet worden is een LM741 ruim voldoende.

Een op-amp gebruiken als signaalversterker heeft als extra voordeel dat de slew rate beperkt en symmetrisch is (0.5V/µs voor een LM741). De blokgolf heeft een frekwentie van 10kHz en dergelijke signalen komen niet voor in de natuur. De op-amp beperkt automatisch de bandbreedte tot 500kHz. De versterker moet dus geen signalen versterken die door de transfo toch niet doorgestuurd kunnen worden.

Vervangen van triodes door transistoren in het versterkergedeelte

Een transistorschakeling is echter een stroomversterker en geen spanningsversterker. De ingangsimpedantie is laag en het signaal is vervormd als er geen extra maatregelen genomen worden: je kan niet zomaar een triode vervangen door een hoogspnningstransistor. Daarom dat je ook zeer weinig schakelingen kan vinden waar er transistoren samen met buizen gebruikt worden.

Om de volledige voorversterker te vervangen door transistoren moet het ontwerp gewijzigd worden, anders is de vervorming te groot. Twee voorbeelden waar het wel gelukt is is de push pull versterker pet PL504 en een SRPP versterker met PL508.