Buizenversterkers
Aurora hybride versterker HFSA-01
Aurora

Ik ben niet de enige die hybride versterkers gebouwd heb: dit is een (korte) bespeking van de Aurora HFSA-01, een versterker met op-amps in de voortrap en EL84 als eindtrap.
-

-

De Aurora HFSA-01 is een hybride versterker met getransistoriseerde voortrappen en eindtrappen uitgerust met 4 EL84. Een paar EL84 kan een vermogen van 14W leveren, bij mijn ontwerpen heb ik gemekt dat het vermogen een beetje te krap is voor een normale luisterruimte. De EL84 klinkt een beetje te mager in een living, ik mis kracht en controle in de lage tonen. De EL86 geeft wat meer vermogen (15W per kanaal), maar de optimale buizen voor een dergelijke schakeling zijn de EL508 (pagina waar je een volledig uitgewerkte schakeling kan terugvinden).

In de versterker worden russische EL84 gebruikt. Indien je Putin niet kan uitstaan, kan je de russische EL84 vervangen door de europese versie van JJ Electronic.

De sturing gebeurt met een paar OPA604A, dit zijn speciaal door HP gemaakte op-amps op basis van specificaties van Burr Brown. Deze op-amps worden gebruikt in hoogwaardige hifi versterkers.

Ik heb de versterker zelf niet getest (de versterker wordt verkocht aan een prijs van 3500€), dit is echter wat ik geleerd heb bij het bouwen van eigen versterkers en herstellen, testen en verbeteren van andere buizenversterkers.

Op-amps: ja, maar...

De gebruikte op-amps zijn van de hoogst mogelijke kwaliteit. Toch gebruik ik nooit op-amps voor de sturing van mijn eindtrappen:

  • De sweep van deze op-amps is beperkt tot 24Vpp (8.5Vrms), dit is voldoende om de eindtrappen in classe A te sturen, maar te weinig als de versterker ingesteld is in classe AB.

    Zelf gebruik ik hoogspanningstransistoren die een spanningszwaai hebben van minstens 120Vpp (42Vrms), dit is voldoende om de meest ongevoelige tetrode correct te sturen (PL519 en EL509S), en dus ook uitstekend presteert met buizen die genoegen nemen met een lagere drive. Ik zie op het blokkenschema dat de eindtrappen ultra lineair geschakeld worden (lokale tegenkoppeling) waardoor er een sterkere drive nodig is.

    Een kenmerk van transistoren en op-amps, is dat als de maximale uitstuurbaarheid bereikt wordt de trap abrupt begint te clippen, en dat klinkt akelig.

  • De versterkingsfactor bedraagt minstens 80dB (50dB bij 40kHz). Dit betekent dat de open loop versterking zeer groot is (10.000×), en er een sterke tegenkoppeling gebruikt moet worden om de versterking tot een geschikte waarde te brengen (0.5Vrms ingangsspanning naar 11Vrms op de luidspreker).

    Puristen houden niet van een overdreven tegenkoppeling bij buizenversterkers, die de klank doods, steriel en onnatuurlijk maakt. Hoewel ik meestal niet akkoord gaat met wat reviewers van esoterisch materiaal vertellen, moet ik ze hier wel gelijk geven.

  • De vervorming van de op-amp is beperkt tot minder dan 0.01%. Dit zijn uitstekende waarden, maar eigenlijk niet nodig in een buizenversterker waar de eindtrappen een vervorming van 3% hebben (tegenkoppeling uitgeschakeld).
Mag er dan nooit een op-amp gebruikt worden in een buizenversterker? Niet noodzakelijk: ik gebruik een ouderwetse LM741 in een voortrap. De slew rate van deze op-amp bedraagt 0.5V/Ás, en dit blijkt een ideale waarde te zijn om de storingen te onderdrukken die boven de grens van het gehoor liggen. Door deze op-amp in de voorversterker te gebruiken beperk ik de slew rate van de volledige versterker (zie skoopbeeld onderaan de pagina). Dit heeft als gevolg dat uitslingeringen in de uitgangstransformator uitgesloten worden want plotse spanningssprongen zijn niet meer mogelijk. De versterker met een voortrap met LM741 klinkt beter dan een versterker met getransistoriseerde voortrap.

De LM741 verbetert als het ware de werking van de versterker door spikes op het ingangssignaal te onderdrukken, terwijl je zonder eindversterker het verschil niet hoort tussen een transistorvoorversterker en een voorversterker met LM741.

In de versterker zelf (binnen de lus van de tegenkoppeling) gebruik ik nooit op-amps, want de hoge versterkingsfactor van de op-amp gekoppeld aan de faseverschuivingen van de outputtransformator maken dat de versterker moeilijker onder controle te houden is. Dat probleem hadden ze al met Williamson versterkers waarbij de open loop versterking aan de hoge kast was.

Bespreking van de schakeling zelf

Ik heb niet het schema van de versterker, ik kan mij enkel baseren op het blokkenschema. Daar zijn bepaalde zaken opgevallen.

De eindtrappen werken blijkbaar met een self bias schakeling, dus een automatische polarisatie door middel van cathodeweerstanden. Dit systeem werd in de jaren 1950 veelvuldig gepromoot bij zelfbouwkits (Mullard...) omdat er geen afregeling nodig is (de schakeling is zelf-corrigerend).

Maar deze schakeling heeft als nadeel dat het werkpunt verschuift naargelang de belasting. De dissipatie in de buis is maximaal als de buis geen vermogen moet leveren, en de ruststroom moet eigenlijk ingesteld worden om rekening te houden met de maximaal toegestane dissipatie. Als de versterker een hoog vermogen moet leveren, dan is de dissipatie lager, maar het vermogen wordt beperkt door de ruststroom, die ingesteld werd als de versterker geen vermogen moest leveren. De polarisatie door middel van cathodeweerstanden betekent dat de eindtrappen permanent op maximaal vermogen werken (12W dissipatie), wat de levensduur van de eindtrappen niet ten goede komt. Ik heb enkele versterkers uit de jaren 1950 verbeterd door een polarisatie door negatieve spanning te voorzien, met een verhoging van het vermogen met 10%.

Self bias schakelingen worden tegenwoordig enkel nog gebruikt bij single ended versterkers, waar ze hun plaats verdienen en veel beter presteren dan een negatieve voorspanning.

Een ander punt is de plaats waar het signaal voor de koptelefoon betrokken wordt, namelijk op de uitgang van de bufferversterker, na de tegenkoppeling. Nu is er een plaats waar je zeker nooit een signaal mag aftakken, en dat is binnen de lus van de tegenkoppeling.

De plaats waar de vervorming het hoogst is, is namelijk na de comparator die het ingangssignaal vergelijkt met het uitganssignaal. Het signaal na de comparator bevat immers een gesuperponeerd component dat de vervorming in de eindtrappen compenseert (of probeert te compenseren, als de eindtrap overbelast wordt).

Het skoopbeeld rechts (andere versterker) toont dit perfect aan: we hebben in het geel het ingangssignaal, in het paars het uitgangssignaal (hier afgetapt op de anode van een eintrap) en in het blauw het signaal na de comparator.

We merken dat het outputsignaal afgeplat is aan de bovenkant. EÚn van de eindtrappen heeft een verminderde emissie, waardoor het maximaal vermogen niet gehaald wordt. De tegenkoppeling gaat dit proberen op te lossen door de driverspanning te verhogen. Het blauwe signaal heeft een extra top om de vermindering van de versterking van de eindtrap te compenseren, en dit is het signaal dat we naar de koptelefoon willen sturen!

De koptelefoon aansluiten binnen de feedback loop is dus de meest slechte plaats om een koptelefoon aan te sluiten. Je kan de koptelefoon aansluiten op de output van de transformator (met een verzwakker) of door enkele wikkelingen van de secundair te voorzien voor een koptelefoon, dit is juist buiten de lus van de tegenkoppeling. Of eventueel na de volumeregeling, met een extra op-amp om de koptelefoon aan te sturen (er bestaan speciaal ontwikkelde op-amps die specifiek gemaakt zijn voor koptelefoons zoals de 4556).

Verouderde look

De versterker heeft een ouderwetse look zonder zichtbare eindtrappen. De constructie lijkt deftig, met de outputtransformatoren aan de voorkant, bijna tegen het frontpaneel.

Er zijn twee kleine houten paneeltjes aan de zijkant, die eigenlijk niet bijdragen tot een geslaagde look, in tegendeel, die houten strips geven een cheapo look aan de versterker (een look zoals de eerste amerikaanse en japanse transistorversterkers uit de jaren 1960). Deze "Solid State" versterkers hadden heel slechte eigenschappen en het loont zelf niet de moeite om dergelijke versterkers te herstellen.

PublicitÚs - Reklame

-