Hybride buizenversterker.

[mtb]

Geïnspireerd door de McIntosh MA252 en in vervolg op de buizenachtige versterkers, heb ik een aardige hybride versterker ontworpen met een triode-ingang en een transistoreindtrap:

De versterking is ca. 30x (+30dB) zonder tegenkoppeling en het maximale uitgangsvermogen is ruim 30W in 4Ω.
Met een vrij hoge ruststroom van ca. 350mA (14W rust in twee eindtorren) blijft ie in klasse-A tot 1W@4Ω, 2W@8Ω en bij hogere impedanties rond de resonantiefrequentie van de luidspreker uiteraard nog meer, voor een zuivere/buizenachtige bas.
Door de uitgangssignalen van de triode-fasedraaier te spiegelen, krijgen we een symmetrisch push-pull uitgangssignaal en als je voor de eindtorren T8/9 een Hfe>50x gebruikt, kunnen de stroomspiegels met gewone BC5'jes uitgevoerd worden, die nog geen 200mW dissiperen.
Voor een redelijke hoge uitsturing gebruiken we Sziklai-paren, die het voordeel hebben dat alleen de eindtorren warm worden en niet de stuurtorren T6/T7, zodat we geen temperatuurcompensatie nodig hebben voor de ruststroom en dus ook geen last hebben van thermische vervorming.
Het zou net (niet?) met BD131/2 of TIP31/2 moeten kunnen voor de eindtorren T8/9, maar veiliger zijn de goed verkrijgbare en goedkope BD243/4.
Met de kathode-staartstroombron T5 (en de niet getekende P1) stellen we de ruststroom in en met P2 regelen we de uitgangsgelijkspanning op nul.
Met R16 aan Vo i.p.v. aan massa koppelen ca. 10dB (3x) terug, zodat we een versterking van ca. 20dB (x10) overhouden, wat voldoende is bij een lijn-ingang van 1Veff, maar hij zal meer transistorachtig gaan klinken.

[Ah!buis]

Heb je wat meer gegevens van die Intosh kunnen vinden dan
Ik dacht dat ze een IC-versterker met buizen hadden.
Dat omkeren van de fase kan toch zonder meer stroom ?
Anne

[mtb]

Nee, ik heb niet meer gegevens van de McIntosh, maar ik vond het wel een leuk idee, alhoewel niet nieuw.
Jouw spiegel scheelt inderdaad zo'n 10mA, maar ik hou de triode-belasting/spiegels liever symmetrisch, ook voor een eventuele BTL uitvoering.

[Ah!buis]

Nee, ik heb niet meer gegevens van de McIntosh,

Jammer

Jouw spiegel scheelt inderdaad zo'n 10mA, maar ik hou de triode-belasting/spiegels liever symmetrisch, ook voor een eventuele BTL uitvoering.

Zoiets

Anne

[John P]

Ik heb er geen verstand van maar het lijkt mij een leuk ontwerp. Ik denk dat voor algemeen gebruik een vermogen van 50- 60 watt meer appeal heeft, maar als daar de simpelheid mee verdwijnt lekker op 30 watt houden. Wat voor voedingsspanning hoort hier bij? Kun je ook met de hoeveelheid terugkoppeling spelen?

[mtb]

Ik heb Anne's stroomspiegels bekeken, maar zo is ie niet echt symmetrisch (ook de BTL-versie niet), je mist ergens een Vbe:

@John P, de voedingsspanning is +/-20V (staat in het schema als Vcc en Vee) en voor normaal huiskamergebruik is 10W ruim voldoende, je kan dit zelf testen met de APL, zie mijn onderschrift.

[Ah!buis]

Ik heb Anne's stroomspiegels bekeken, maar zo is ie niet echt symmetrisch (ook de BTL-versie niet), je mist ergens een Vbe

Was ook maar "zoiets" niet grondig onderzocht.
Al eerder wat met buizen vooraan voorgesteld http://forum.zelfbouwaudio.nl/viewtopic.php?f=7&t=23195
Met <verderop> ook nog door Peter (Pjotr), maar die zette er nog transistors bij .
Anne

[mtb]

Hierbij een nabouwvriendelijkere uitvoering:

We gebruiken een stevige gestabiliseerde (SMPS) standaardvoeding van 24Vdc en een uitgangselco (C4), zodat we geen last hebben van DC op de uitgang.
Hij levert ruim 10W in 4Ω en de bandbreedte is 20Hz tot 20kHz -1dB, maar die kan verruimd worden door C3 en C4 aan te passen.
Met R15 aan V(fb) wordt de versterking ca. 10x i.p.v. 30x met R15 aan massa, de bandbreedte wordt groter en hij zal transistorachtiger gaan klinken.
Met P1 stellen we de ruststroom in op ca. 350mA voor klasse-A werking tot 1W (veel meer heb je toch niet nodig, zie mijn onderschrift).
Met P2 kan je 'm afregelen voor symmetrisch klippen, V(d) staat dan op ca. 12V.
Er is nog een 40W BTL-versie mogelijk en een met instelbare tegenkoppeling met gelijkblijvend volume, dus wordt vervolgd!

[mtb]

Versterkers met uitgangselco's zijn berucht om hun in/uitschakel-blop en daar wordt vaak moeilijk over gedaan, alsof je luidsprekers dat niet zouden kunnen hebben, maar dat valt allemaal wel mee:

Na een halve seconde is hier de buis voorgegloeid (in de praktijk duurt dit veel langer!), ik heb dit gesimuleerd door voor T5 een stroombron te nemen, die geschakeld wordt.
Eén seconde daarna, als alles opgeladen is, wordt ie uitgezet en zoals je ziet blijft de uitgangsspanning binnen +/-3Vp en je APL zal even groen/geel oplichten.
Ik heb D2 toegevoegd zodat T7 het niet moeilijk krijgt bij het uitschakelen.
Met een echte T5 is het uitschakelgedrag veel gelijkmatiger, zodat je ook geen harde tik hoort.

[johan283]

Geïnspireerd door de McIntosh MA252 en in vervolg op de buizenachtige versterkers, heb ik een aardige hybride versterker ontworpen met een triode-ingang en een transistoreindtrap:
HTA2.PNG
De versterking is ca. 30x (+30dB) zonder tegenkoppeling en het maximale uitgangsvermogen is ruim 30W in 4Ω.
Met een vrij hoge ruststroom van ca. 350mA (14W rust in twee eindtorren) blijft ie in klasse-A tot 1W@4Ω, 2W@8Ω en bij hogere impedanties rond de resonantiefrequentie van de luidspreker uiteraard nog meer, voor een zuivere/buizenachtige bas.

Hoe bepaal je nou wanneer een versterker uit klasse A gaat?
In welke klasse komt de versterker dan? Wordt dat dan klasse AB

[mtb]

Bij klasse-A blijven de eindtorren in geleiding en bij klasse-B geleiden ze maar een halve periode, zie bijv. https://www.hifi.nl/artikel/1860/Versterkerklassen.html.
Met een ruststroom Ir blijven ze tot 2*Ir geleiden, daarboven beginnen ze uit te schakelen:

We noemen dit AB, omdat ze niet helemaal uitgaan.
De maximale uitgangsstroom I(Ls) in klasse-A is 2*Ir en het maximaal A-vermogen is dus Pa=Io²*Rl=(2*Ir)²*Rl/2 hier dus 1W @0A35@4Ω.

[mtb]

Versterkers met uitgangselco's zijn berucht om hun in/uitschakel-blop en daar wordt vaak moeilijk over gedaan, alsof je luidsprekers dat niet zouden kunnen hebben, maar dat valt allemaal wel mee:

Als je dit toch 'storend' vindt, kan je de IDO gebruiken.

[mtb]

De 40W BTL-uitvoering (zonder uitgangs-elco's!) is ook 'af':

Hij is super-symmetrisch, maar je moet de uitgang Vo- tegenkoppelen via R34 op Vi en de bronimpedantie(Rser) van Vi moet gelijk zijn aan R15 om een uitschakel-plop te voorkomen!
De versterking met tegenkoppeling bedraagt ca.20x (+26dB) en de bandbreedte is 10Hz tot 40kHz -1dB, maar kan veranderd worden door C1,3,5 aan te passen.

[SSassen]

Als je nu gewoon de staart van je stroombron op de dubbel triode loskoppelt op het moment dat de AC spanning wegvalt heb je ook geen uitschakelplop, mits je niet nog ergens allerhande capaciteiten hebt zitten die zich via de belasting ontladen.

[mtb]

Bedankt, dat is inderdaad ook een oplossing om een uitschakel-plop te voorkomen.
Ik ga uit van een stevige gestabiliseerde (SMPS) standaardvoeding van 24Vdc en heb dus alleen de netwisselspanning!
Maar met een opto-coupler is dit wel te doen:

De opto-transistor kom in serie met T5 en P1 aan massa en schakelt de staartstroom I(T5) binnen 0,1 sec. na het wegvallen van de netspanning uit, de 24Vdc blijft langer hangen, zodat je niks hoort.
Verbind de massa links (netspanning!) niet aan die van de massa rechts van de versterker!

[Ah!buis]

De opto-transistor kom in serie met T5 en P1 aan massa en schakelt de staartstroom I(T5) binnen 0,1 sec. na het wegvallen van de netspanning uit, de 24Vdc blijft langer hangen, zodat je niks hoort.

Lijkt me niet zo'n goed idee, er is al haast geen spanning meer over voor die T5.En om er dan nog iets mee in serie te zetten
Anne

[mtb]

Ik kom op -1,27Vgk en die geeft T5 juist voldoende ruimte!:

De opto-transistor komt via P1 aan massa en 0,2Vc kan geen kwaad, je moet alleen P1 wat lager instellen.
Maar het kan ook sjieker als je een symmetrische uitgangsspanning hebt van een (Op-Amp) voor/regel-versterker DC-gekoppeld op de ingang:

Ik heb een 'academisch' model gebruikt voor de voorversterker, maar het klopt wel!

[mtb]

Als we de symmetrische ingangsspanning V(i+,i-) met 2V5 (Vr) optillen, hebben we geen (ont)koppelcondensatoren (C1,5) nodig en sturen we de buizen strakker aan met gelijkspanning:

Zo'n ingangsspanning kunnen we makkelijk zelf maken vanuit een standaard asymmetrische ingangsspanning met een goede audio-Op-Amp:

Hij trekt maar een paar mA en dus kunnen we de 5Vc makkelijk maken met een zenerdiode of TL431 via een weerstand van 2k2Ω aan 24Vb.
Het zijn in feite twee ingangen, die hier doorverbonden zijn, maar kunnen ook gebruikt worden voor een Eco(nomisch/logisch) Surround Systeem, maar daarover later meer!

[Ah!buis]

Om nu de ene koppel-C te vervangen door een ander
De luidspreker zit al niet aan massa, nu de voeding nog, weg koppel-C
Anne

[mtb]

Dat zou kunnen als je een symmetrische ingangsspanning hebt, maar het wordt wel raar met een 'zwevende' 24Vdc.
Ik vervang twee C's (C1 en C5) door één en heb meteen een gewone hoogohmige ingang!

[Ah!buis]

Och, zwevende voeding is niet zo ongewoon. Een circlotron heeft er twee.
Met symetrisch ingang blijven de kathodes op dezelfde spanning. Als je één ingang aan massa legt komt de helft van de andere ingang op de kathodes, is daar wel (spannings)ruimte voor ?
Anne

[mtb]

Met symetrisch ingang blijven de kathodes op dezelfde spanning. Als je één ingang aan massa legt komt de helft van de andere ingang op de kathodes, is daar wel (spannings)ruimte voor ?
Anne

Ja hoor:

Gemeten bij bijna de volle uitsturing, de transistor-eindtrap heeft voldoende versterking om de buizen en T5 voldoende ruimte te geven.

[mtb]

Hierbij nog een meer buizenachtige uitvoering met maar 4 transistoren:

De uitgangselco is vervangen door Vo-, ook met oog op een BTL-uitvoering.
We hebben een stevige 12Vdc referentie nodig met bijv. een TL431, om de onbelaste openloop-versterking met R12 te beperken en stabiel te houden.
De (DC-)tegengekoppelde versterking is bijna 10x en het oversturingsgedrag ziet er uit als een buizenversterker.
De buizen hebben nog geen 16Vak ruimte, maar ze worden ook wel lager gebruikt!
Door de hoge Ci (1n3F!) van de MOSFET's valt de bandbreedt wat tegen: 20Hz-20kHz @-2dB, maar is nog voldoende.
Als je aan complementaire MOSFET's kunt komen met een lagere Ci en Vgth, wordt het uiteraard allemaal een stuk beter!

[mtb]

Met twee torretjes (T5 en T6) als emittervolgers erbij wordt het meteen een stuk beter:

We moeten zelfs de bandbreedte met C5 binnenboord houden en kunnen dus ook dikke MOSFET's blijven gebruiken.
Deze (150W!) MOSFET's lijken wat overdreven, maar kosten slechts ca. €1,50 bij EOO en je kan op het koellichaam besparen.

[mtb]

Hierbij een uitvoering met maar één ECC82 voor ruim 2x10W-stereo of 1x40W-BTL:

We gebruiken een Cathodyne(Kangoeroe)-fasedraaier voor meer buizenklank, die zowel niet-inverterend (stereo) als inverterend (BTL/2) gebruikt kan worden.