Buizenversterkers
Williamson versterker
 

De eerste versterker die als "hifi" kon doorgaan was de versterker van Williamson. We geven een stukje geschiedenis, de kenmerken van een echte Williamson versterker en geven aan wat er overblijft van de Williamson versterker in de moderne buizenversterkers.
-

-

In het interbellum ontstaat er een standaardschakeling voor audioversterkers, de schakeling van Cocking. De schakeling is bedoelt voor bioscoopzalen en de geboden kwaliteit is ruim voldoende (de films hadden toen enkel een optisch spoor). De versterker bestaat uit een cathodyne fasedraaier, een long tail drivertrap en twee eidnbuizen (toen nog triodes). De buizen van toen, de bekende 300A en 300B van general Electric voldeden ruimschots. Eindelijk een versterker die geen transformator gebruikt voor de fasedraaing!

Het prinipe dat men toepast is een lage vervorming, die gaandeweg toeneemt als men meer vermogen nodig heeft. Een vervorming van 5% werd toen als zeer goed beschouwd, rekening houdend met het feit dat de geluidsbronnen uit die tijd een matig signaal gaven: 78 toerenplaten, AM radio en optisch geluid). De luidsprekers waren ook niet te best, het waren soms nog hoornluidsprekers zoals bij oude platenspelers. De Cocking versterker voldeed prima.

Het is pas na de tweede wereldoorlog dat men aan hifi begint te denken ("werkelijkheidsweergave" zullen de nederlanders zeggen). Williamson baseert zich op de schakeling van Cocking en voegt er een sterke tegenkoppeling aan toe. Om de verminderde versterking te compenseren moet er een voortrap bijkomen. De voortrap krijgt op z'n rooster het te versterken signaal en op zijn cathode een deel van het uitgangssignaal (tegenkoppeling). De buis werd eigenlijk als verschilversterker. Verder wordt de schakeling niet gewijzigd.

De bedoeling is een vervorming te bekomen van minder dan 0.1%, een kenmerk van een hifi versterker. Met de tegenkoppeling haalt men de vooropgestelde .1% en de journalisten in die tijd zijn verrukt: "de beste versterker die er bastaat!" Maar de versterker heeft ook talrijke nadelen:

  • Als men de versterker op een hoger vermogen laat spelen stijgt de vervorming zeer plots en valt dan des te meer op, maar Williamson heeft liefst een lage vervorming op lage en midden vermogens, dan een vervorming die gradueel stijgt met het vermogen.

  • De versterker gebruikt een globale tegenkoppeling en is in weze zeer instabiel. Men kan de versterker enkel goed doen werken door uitgekiende componenten. Het is vooral de outpittransformator die van zeer hoge kwaliteit moet zijn. Deze componenten waren moeilijk te verkrijgen na de tweede wereldoorlog.

  • Iedere trap is op zich geoptimalisseerd om een zo laag mogelijke vervorming te krijgen, maar de totale versterker is minder goed dan de afzonderlijke componenten. De versterker heeft oscilleerneigingen, zowel laag als hoogfrekwent:
    • De laagfrekwente oscillaties bleken afkomstig te zijn van de koppelcondensatoren, die samen met de volgende roosterlekweerstand allemaal eenzelfde kantelfrekwentie bleken te hebben. Daardoor ontstaat er een faseverschuiving bij lage frekwenties en de tegenkoppeling wordt eigenlijk een meekoppeling. De versterker oscilleert laagfrekwent op onhoorbare frekwenties.

    • De hoogfrekwente oscillaties ontstaan door de transformator die ook een faseverschuiving veroorzaakt. Het probleem kan men hier oplossen door een kleine R-C filter te gebruiken om de faseverschuiving tegen te gaan. De schakeling rechts heeft deze aanpassing.

  • We zitten op het einde van de tweede wereldoorlog en de fabrieken zijn nog niet omgebouwd naar (luxe) consuptiegoederen. Er zijn nog geen hifi geluidsdragers en de componenten die toen beschikbaar waren hadden toleranties van 20%, veel meer dan wat toegestaan is voor de symmetrische trappen van de versterker.

Er waren toen nog geen fabrikanten van hifi apparatuur, maar er was een ruime stock van militaire overschotten na de oorlog. Deze componenten moesten vaak aan zeer strikte normen beantwoorden.

De versterker werd eigenlijk gelanceerd door verschillende factoren die samengewerkt hebben. Williamson heeft zijn ontwerp publiek gemaakt en vrij van rechten, zodat iedereen zijn versterker kon nabouwen. talrijke magazines publiceerden de schakelingen en er waren al handelaren die de nodige componenten konden leveren.

In tegenstelling met de principes van Williamson gaat men de bandbreedte beperken om de hoogfrekwente oscillaties tegen te gaan. Dit is de eenvoudigste manier om de schakeling te temmen. men hoeft dan geen dure hoogwaardige outputtransformator te gebruiken.

De schakeling met beam tetrodes die als triodes geschakeld worden wordt vervangen door een ultra lineair schakeling zodat men een drievoudig vermogen kan bekomen met dezelfde componenten. Men moet hier echter een transformator gebruiken met extra aansluitingen voor de ultra lineaire montage.

Een paar jaren later lanceert Mullard zijn eigen versie van de hifi versterker (Mullard 5-10 en Mullard 5-20) die een totaal verschillend ontwerp gebruikt. De tegenkoppeling is minder sterk uitgevoerd. Mullard was een componentenfabrikant en de bouwkits waren een ideale manier om de omzet te verhogen in afwachting dat de commerciele productie op gang zou komen.

Men merkte toen op dat de Williamson versterker heel goed was als men de juiste componenten gebruikte, maar weinig stabiel bleek in normaal gebruik, als de componenten wat verlopen waren. Ik vraag mij af hoe de amateurs uit die tijd, met hun beperkte kennis van electronica er in geslaagd zijn om een werkende Williamson versterker te bouwen en het beest te temmen.

De amateurs (en later ook de commerciele fabrikanten) slagen er wel in de nadelen van de Williamsonschakeling te beperken. Een eerste ingreep is het plaatsen van een elko aan de cathode van de eindtrap, waardoor de uitgangsimpedantie van de buis verlaagd wordt. Toen de Williamsonschakeling ontworpen werd bestonden er nog een elko's, de hoogste waarde die men kom bekomen waren papiercondensatoren van 8µF. met eend ergelijke lage waarde kan men natuurlijk niets aanvangen en de originele schakeling had daardoor geen elko's in de signaalweg.

Een volgende stap is het overgaan van een polarisatie door de cathodeweerstand naar een polarisatie door middel van een neigatieve voorspanning., zodat een stabiele werking in classe AB mogelijk wordt.

Men gaat ook de bandbreedte van de versterker bewust beperken om overshoot en ringing tegen te gaan. Williamson wou de versterker stabiel maken door een dure transformator te gebruiken, maar dit is niet doenbaar als de massproductie start.

Van de Williamson schakeling kan men slechts enkele elementen overnemen: de typische schakeling met comparator-voortrap, de cathodyne fase-omkeertrap en de long tail stuurtrappen. Het blijft een standaard-ontwerp. Williamson ligt ook aan de basis van de 0.1% maximale vervorming die toegestaan is voor een hifi versterker (het was niet ongewoon dat consumertoestellen een vervorming van 10% hadden).

Sommige ontwerpers (van het esoterische genre) blijven zweren bij de uitgebreide bandbreedte van de versterker, maar dit maakt de versterker nodeloos duur en minder stabiel.

Na het ontwerp van zijn schakeling verloor Williamson alle interesse in zijn geesteskind, waarschijnlijk vanwege de vele brieven van versterkerbouwers die hun versterker maar niet stabiel kregen.

Publicités - Reklame

-