Buizenversterkers
Werkingsclassen
 

De instelling van iedere versterkerbuis bepaalt de werkingsklas van de betreffende versterkertrap.
-

-

De werkingsklassen van transistoren staan hier uitgelegd.


Polarisatie door cathodeweerstand


Polarisatie door negatieve spanning

Er bestaan 3 grote werkingsclasse van versterkers: A, B en C. De werkingsklasse wordt bepaald door de polarisatie van de buis (gelijkstroominstelling).

Classe A
Dit is de meest gebruikte instelling. De buis is zodanig gepolariseerd dat die in het midden van zijn curve werkt. De buis is altijd in geleiding, en als het signaal te sterk is ontstaat er clipping aan de positieve en negatieve toppen van het signaal.

Deze instelling wordt gebruikt in de voorversterkertrappen en in de vermogenseindtrap van een single ended versterker (één vermogensbuis). Bepaalde symmetrische push pull versterkers zijn ook zodanig ingesteld dat ze in classe A werken: daardoor zijn er geen overnamevervormingen (crossover) en is de schakeling doorgaans eenvoudiger.

De instelling wordt meestal bereikt door een cathodeweerstand met een lage waarde, zodat er een spanningsval over de weerstand is, die juist voldoende is om de buis in het midden van zijn curve te laten werken (dit is ook geldig voor vermogensbuizen). De weerstand wordt meestal ontkoppeld door een elko zodat de weerstand de versterking van de trap niet vermindert, zie eerste schakeling rechts.

De instelling door een cathodeweerstand is automatisch en er moet niets afgeregeld worden.
Microfoon voorversterkertrappen en voortrappen in lampenradio's hebben vaak een polarisatie door een lekweerstand van hoge waarde (zie link hierboven: polarisatie van de buis).

Classe B
Bij deze instelling is de buis slechts in geleiding tijdens het positieve deel van het ingangssignaal. Deze instelling wordt enkel gebruikt bij push pull vermogenstrappen waarbij een buis het signaal versterkt terwijl de andere buis afgeknepen is. De polarisatie is zodanig negatief dat de buis slechts in geleiding is gedurende 50% van de periode. Als er geen ingangssignaal is, dan zijn beide buizen op de limiet van de geleiding.

Met deze instelling is een hoog rendement mogelijk (theoretisch maximum van 78%). Het verbruik is laag als er slechts een zwak signaal versterk moet worden.

De classe B instelling werd enkel gebruikt bij sonorisatieversterkers die een hoog vermogen moeten leveren, en waarbij de geluidskwaliteit niet zo belangrijk is (spraaktoepassingen).

Classe AB
De classe B geeft een merkbare vervorming als de ene buis in geleiding gaat terwijl de andere afgeknepen wordt (overnamevervorming). Er is een gat waarbij beide buizen onvoldoende geleiden om de luidspreker correct te sturen. Bij een instelling in classe AB zijn beide eindtrappen lichtjes in geleiding als er geen signaal is. Het rendement is wat lager dan bij een classe B versterker.

Dit is de instelling die het meest gebruikt wordt in push pull versterkers: met deze instelling haal je het meeste audiovermogen met buizen van een bepaalde type.

De instelling in classe AB, B en C wordt altijd bereikt door een negatieve instelbare spanning.
Daardoor wordt de schakeling complexer (extra negatieve voedingsspanning) en de instelling moet nagezien worden wanneer de buizen vervangen worden. De cathodeweerstand van 1Ω maakt het mogelijk de stroom te meten.

Classe C
De classe C werd enkel gebruikt in versterkers van zendapparatuur. De buizen zijn in geleiding tijdens minder dan de helft van de periode. De eindtrappen moeten gevolgd worden door één of meerdere afgestemde kringen om de pulsen om te zetten naar een sinussignaal dat naar de antenne gestuurd kan worden.

Met deze instelling haal je een hoog rendement, wat ook nodig is bij zenders die een vermogen van meerdere kW hebben.

Deze instelling wordt niet gebruikt bij audioversterkers en wordt verder niet besproken.

Auto bias
In rust en bij een laag vermogen werkt de versterker in classe A, met de twee buizen in geleiding. Hoe meer het gevraagde vermogen stijgt, hoe meer de instelling naar classe AB verschuift.

Het is geen aparte instelling, maar het gevolg van een schakeling. Dit zijn de elementen die de auto bias in de hand werken:

  1. De polarisatie door een cathodeweerstand heeft het sterkste effekt. Als de stroom door de buis stijgt door het hoger gevraagd vermogen, dan stijgt ook de spanning over de cathodeweerstand.

  2. De koppelcondensator tussen drivertrap en eindtrap wordt meer opgeladen bij een hoger vermogen. De effekten 1 en 2 versterken elkaar.

  3. In bepaalde versterkers wordt de spanning over het schermrooster bereikt door een weerstand. Als de buis op een hoger vermogen werkt, dan stijgt de schermroosterstroom eveneens, met als gevolg een lagere schermroosterspanning en versterking van de buis.

De auto bias heeft zowel voor- als nadelen:

  • Voordelen
    De versterker werkt in classe A op lage vermogens, daar waar de crossoververvorming het meest optreedt. In een classe A instelling is er geen crossover vervorming.

    De versterker gaat automatisch over in classe AB bij een hoger outputvermogen, zodat de dissipatie in de buis beperkt wordt.

    Het systeem is zelfinstellend en zorgt ervoor dat de eindtrap niet beschadigd kan worden.

  • Nadelen
    In bepaalde, slecht ontworpen versterkers wordt het maximumvermogen bepaald door de dissipatie in rust. Op vol vermogen dissipeert de versterker minder en het beschikbaar vermogen is ook lager. De ruststroom bedraagt bijvoorbeeld 45mA in rust (dissipatie van 16W per buis) om over te gaan naar 38mA op vol vermogen.

    De overgang van classe A naar classe AB geeft een typisch effekt dat storend wordt éénmaal dat je het opgemerkt hebt, het "zuchten" van een lampenversterker. .

Classe x1
Iets dat de transistorversterkers niet hebben!
Men heeft het over classe AB1 of AB2, minder vaak over A1 of A2.

De classe "1" is als de polarisatie van het rooster altijd negatief blijft ten opzichte van de cathode, zelfs als het audiosignaal maximaal positief is. Er is dus nooit een roosterstroom (maximum enkele microampères).

Dit is de vaakst gebruikte instelling, en als die niet gespecifieerd is, dan werkt de versterkertrap in classe "1".

Er is geen speciale schakeling nodig, maar men moet ervoor zorgen dat het rooster nooit positief wordt. Op dit ogenblik wordt de koppelcondensator C sterker opgeladen (door de roosterstroom) en de buis gaat over in classe C met een sterke vervorming. Deze conditie kan gebeuren als er een zeer sterk vermogen gevraagd wordt, een vermogen die de versterker doorgaans niet kan leveren.

Als het gevraagd vermogen afneemt, dan verschuift de instelling weer naar zijn normale waarde door de ontlading van de condensator over de lekweerstand. Hoe groter de waarde van de condensator, hoe langer dat dit duurt (nog een reden om geen koppelcondensatoren van te hoge waarde te gebruiken).

Het effect is zichtbaar op de laaste skoopbeeld op de pagina over de gevolgen van de globale tegenkoppeling.

Classe x2
Bij deze instelling kan het rooster soms positief worden (enkel tijdens positieve pieken in het signaal). Daardoor kan de buis nog meer vermogen leveren.


De schakeling van een complete versterker die in classe AB2 werkt staat hier uitgelegd.
Om de werking in classe AB2 of A2 mogelijk te maken moet de drivertrap aangepast worden om de nodige stroom te kunnen leveren. Als men een normale configuratie gebruikt en men verhoogt de sweep om in classe AB2 te gaan dan bekomt met een afschuwelijke klank.

De extra triode levert de nodige stroom om de eindtrap in classe AB2 te laten werken. De gelijkspanningsinstelling van de eindtrap wordt nu verzorgd door de instelling van de drivertrap. Er is altijd een negatieve rustspanning nodig, zodat de drivertrap een negatieve voedingsspanning op zijn cathode moet hebben.

De koppelcondensator zit nu voor de drivertrap maar veroorzaakt geen verschuiving van het werkpunt, want het stuurrooster van de drivertrap blijft altijd negatief ten opzichte van zijn cathode en er loopt dus nooit een roosterstroom. Indien dit niet het bgeval is, dan is de buis defekt of versleten en kan die de nodige stroom niet meer leveren.

Bepaalde buizen zijn niet gemaakt om in classe AB2 te werken. Als het rooster positief is, dan verdwijnt de electronenwolk die normaal rond de cathode zit. Dit geladen wolk zorgt er normaal voor dat de ionen die altijd in de buis aanwezig zijn als die in werking is de cathode niet kunnen bereiken. Als de electronenwolk verdwenen is, dan ondergaat de cathode een ionenbombardement die op termijn de cathode kan beschadigen.

De buizen met een brede cathode (lijn en raster afbuiging) verdragen doorgaans beter een werking in classe AB2.

De buizen die via hun schermrooster gestuurd worden werken altijd in classe AB. Men zou zelfs moeten zeggen classe AB3, want er is altijd een roosterstroom. De schakeling die gebruikt wordt is vergelijkbaar met de schakeling die hier getoond wordt, maar het is meestal nodig om driverbuizen te gebruiken die een hoger vermogen kunnen leveren. Men kan bijvoorbeel de twee triodes van een ECC82 parallel schakelen.

En we sluiten af met een grafiek met enkele werkingsclassen.

De instelling AB1 wordt enkel gebruikt voor symmetrische trappen met twee buizen, waarbij één buis werkt als de andere afgeknepen is. Het stuursignaal moet doorgaans sterker zijn dan bij een werking in classe A1 om eenzelfde amplitude op de uitgang te bekomen aangezien de steilheid (mA/V) minder is met een negatievere voorspanning. Een signaal van 25V effectief is bijvoorbeeld nodig. Op deze plaats is de curve meer krom en de vervormingen zijn sterker aanwezig.

Din instelling A1 is de meest gebruikte: alle asymmetrische trappen gebruiken zo'n instelling (voorversterker en eindversterker met één buis). Ook push pull versterkers kunnen in classe A1 werken. Het werkpunt wordt op het meest rechtlijnige stuk van de curve gekozen. De buis is hier het meest gevoelig en een zwakker signaal volstaat om de buis volledig te sturen, bijvoorbeeld 10V effectief.

Met een isntelling A2 kan het rooster soms negatief worden bij positieve spanningspieken. Op dit ogenblik gaat het rooster in geleiding zoals een diode en de driverbuis moet voldoende stroom kunnen leveren. De buis levert nu zijn maximale stroom. Doorgaans zal men geen instelpunt kiezen op 0V zoals op de figuur, maar zal men een negatieve spanning gebruiken. Bepaalde buizen hebben een Ug1/Ia curve die in dit gebied opnieuw krom wordt.

De instelling AB2 (niet aangegeven) is vergelijkbaar met de curve AB1, maar de sturing is zo sterk dat de roosterspanning soms positief wordt. Deze instelling wordt vaker gebruikt dan de instelling A2. Het stuursignaal moet zeer sterk zijn (grootte orde: 45V effectief).

Publicités - Reklame

-