Transistoren voortrap: BF422 Triodes drivertrap: ECC81

4- Cascodeschakeling met transistors en triodes

De cascodeschakeling met transistor BSS38 en triode ECC81 kan een onvervormd signaal leveren van 100Vpp (bij een hoogspanning van 208V). Bij 110V beginnen er vervormingen op te treden, maar in tegenstelling met een transistorschakeling is dit geen harde clipping maar een softe beperking van de amplitude. Zo'n vervorming is niet hoorbaar in de praktijk: zo'n hoge spanningszwaai van 110V top-top (40V effectief) is de maximale stuurspanning van een paar PL519, buizen die in classe AB2 gestuurd kunnen worden, waarbij de anodestroom kortstondig tot 1A kan oplopen.

De collectorspanning bedraagt 20.5V, de anodespanning 120V voor een hoogspanning van 208V (negatieve spanning na filtering bedraagt 6.3V). De uitgangsimpedantie is een beetje hoger in vergelijking met de transistorschakeling, met de bandbreedte die beperkt is tot 20kHz met een belasting van 10pF. Dit vormt in de praktijk geen bezwaar, een EL509 heeft een roostercapaciteit van 3pF.

Met een BSS38 bedraagt de versterking 280×. De versterking is hoger dan met de schakeling met enkel transistoren, waardoor we een sterkere tegenkoppeling kunnen toepassen. Als de triodes nog koud zijn is er geen collectorspanning en als de triodes in geleiding zijn is de spanning beperkt tot 15% van de anodespanning, waardoor de BC546 gebruikt kan worden (audiotransistoren met een hoge gain). Met een paar BC546B bedraagt de totale versterking 820×. De stroomversterking van een BC546B is dan ook driemaal die van een BSS38. Maar zelfs met een paar BSS38 presteert de schakeling al uitstekend.

In een cascodeschakeling moet de transistor nu de volledige stroom leveren (1.5mA per transistor) waardoor de gemeenschappelijke emitterweerstand verlaagd werd. De meeste transistoren presteren beter bij een dergelijke stroom. Door het betrekken van de roosterpolarisatie op de anode bekomt men een goede stabilisatie van het werkpunt, zelfs met transistoren die een verschillende versterking hebben.

Iedere schakeling bevat kleine verbeteringen ten opzichte van de voorgaande schakeling. Hier wordt bijvoorbeeld de polarisatiespanning voor de triodes betrokken uit de negatieve voorspanning (hier -6.3V). Deze ingreep beperkt de invloed van de negatieve spanning op de werkpunt van de schakeling. Als de spanning meer negatief wordt, dan verhoogt de stroom in de transistor. De triode krijgt ook een hogere stroom waardoor de anodespanning zakt. Door de roosterspanning te doen dalen wordt dezelfde triodestroom behouden. Deze ingreep kan ook toegepast worden bij de andere schakelingen, waarbij de waarde van de twee weerstanden aangepast wordt.

Deze schakeling heeft de hoogste impedantie van alle hier getoonde schakelingen en is minder geschikt om zware buizen aan te sturen. Deze buizen hebben "vermogen" nodig (hoge sweep en interne capaciteiten tussen rooster en cathode, maar vooral tussen rooster en anode (de befaamde millercapaciteit)).

Rechts de schakeling die één ECC83 vervangt. De extra transistor was geschakeld als stroombron, maar het bleek een verkeerde keuze te zijn, de correcte manier van aansluiten is met twee aparte weerstanden voor de emitters en koppeling via een elko.

Deze schakeling is de laatste uit de reeks, en ik heb eens de moeite genomen om de schakeling volledig uit te werken voor een complete versterker. Componenten werden verplaatst, zenerdiodes werden bijgeplaatst voor de beveiliging van de onderste transistoren (BC546B), enz. Het is nog steeds dezelfde schakeling, een differentiële versterkertrap als ingang die de basis van een dubbele cascode vormt. De 150V dient hier enkel als stand-by/mute signaal

Zelf uitproberen!

Om zware eindbuizen aan te sturen kiezen we voor een anodeweerstand van 56k. De anodespanning zetten we op 150V zodat we een spanningsval hebben over de weerstand van 100V. De anodestroom wordt dus 1.8mA, een geschikte waarde voor een ECC81. De dissipatie in de weerstand bedraagt 180mW, een metaalfilmweerstand van 1W is voldoende. De anodedissipatie van de triode bedraagt 225mW, ruim binnen de safe operation area.

We willen een collectorspanning van 25V, dit is ook de cathodespanning. De roosterspanning moet dus 23V bedragen. We laten een stroom vn 100µA lopen in onze spanningsdeler. De onderste weerstand moet een spanning hebben van 41V (23 + 18V), de weerstand moet dus een waarde van 410k hebben (afronden naar 390k). Over de bovenste weerstand zit 127V, weerstand wordt dus 1.27M (afronden naar 1M). Er loopt geen roosterstroom.

Door de transistor loopt er ook en stroom van 1.8mA, we hebben 18 - 0.6V over de emitterweerstand die dus 9.66k moet bedragen (afronden naar 9.1k). We moeten eigenlijk nog de spanningsval over de base-weerstand in rekening brengen, maar onze transistor heeft een stroomversterking van 470, de basisstroom is zeer laag en de spanningsval beperkt, 125mV voor een basisweerstand van 33k.

Het signaal komt binnen via de basis van de transistor, terwijl de emitters gekoppeld zijn (verschilversterker).

De vorm van het signaal op de uitgang is de typische curve van het laden van een condensator via een weerstand met waarde != 0, de condensator is hier het stuurrooster van de outputbuis. De neergaande flanken zijn steiler dan de opgaande flanken, want in het eerste geval is de triode meer in geleiding (lagere impedantie) en kan de condensator sneller geladen worden.

Een bloksignaal wordt gebruikt om de bandbreedte van een versterker te controleren (testen met een lage en hoge frekwentie) en om de stabiliteit van de versterker na te gaan (geen overshoot en geen gedempte oscillaties). De voorversterker hier heeft al zijn punten!

Een versterker kan perfect lijken te werken met een sinussignaal of een blokgolfsignaal, maar het is met een driehoeksignaal dat de vervormingen echt zichtbaar worden. Hier ziet men dat de versterking daalt als de amplitude groter wordt (zowel positief als negatief), de rechte lijn buigt af.

De vervormingen die hier optreden zijn onpare vervormingen, ze treden identiek op als het signaal positief en negatief gaat (vervormingen in spiegelbeeld ten opzichte van de spanning in rust). Dit is eigen aan symmetrische versterkers.. De vervormingen zijn veel meer aanwezig als men een niet-symmetrische versterker gebruikt, daarom gebruikt men symmetrische versterkers in de eindtrap (push pull).

En wanneer gebruikt men een sinussignaal dan?
Een sinussignaal wordt gebruikt om het vermogen dat een versterker kan leveren te meten, vooralleer dat de vervormingen optreden. Een muzieksignaal bestaat uit talrijke sinussen met verschillende frekwenties en amplitudes.