Eindtrap met actieve load in stijl van Western Electric 91E

[Pjotr]

Magie Sander, Magie!!!

Nu is het wel zo dat die magie niet meer wordt als je hem op een patserige kist van een ton zet zoals deze WE 91E met allerlei toeters en bellen die er klankmatig niet toe doen voor de magie. Je zag/hoorde op de ZBA dagen veel meer magie met de 300B eigenlijk

[Ah!buis]

Nu ben ik natuurlijk geen kenner, maar wat is het met die 300B, vanwaar die obsessie van veel buizenliefhebbers voor deze buis?

Flinke Pa van over 30W, redelijk lineair, lage Ri en 6W gloei en trekt nog 130mA bij 100V.
Vind maar 's een andere triode die dat doet.
Een mooie is wel de EL504 in triode maar hoogstens Pa=24W.
Anne

[timpert]

Resultaat! Ik heb nog D2 aan de schakeling moeten toevoegen, omdat zonder die diode Q3 erg makkelijk kapot gaat. De schakeling ziet er nu zo uit:

De uitgang is belast met een General Radio 942A trafo (datasheet bijgevoegd) die is geconfigureerd voor 1650:8 Ohm. In werkelijkheid meet ik 1760:8 en als ik 'm met 4 Ohm belast meet ik 980:4 Ohm. Als je de in de datasheet genoemde Rdc waarden van de wikkelingen in acht neemt samen met de transformatieverhouding, klopt dit precies. Ik bereken het geleverde vermogen aan de hand van 1760 en 980 Ohm belasting uit de gemeten RMS wisselspanning op de anode. Vervorming heb ik ingeschat uit de FFT plot op mijn oscilloscoop, dus daar kan een dB fout in zitten. Maar desalniettemin zal de boodschap helder zijn...

Om te beginnen heb ik de schakeling als stroombron geconfigureerd door de gate van Q3 aan de halve voedingsspanning te hangen. Zo krijg ik 69 mA anodestroom en 150 mA anodespanning bij -72 V op het rooster. De driver heeft een versterking van 45 keer en produceert 140 Vpp bij < 1% vervorming. Omdat de 6080 niet heel lineair is, verwacht ik dat de eindbuis zal domineren in vervorming. Hiermee mat ik het volgende:

• Onbelast 200 Vpp op de anode, 2e harmonische -36 dB
• Belast 1760 Ohm, 164 Vpp/57 Vrms op de anode, 2e harmonische -26 dB, 1,85 W vermogen aan trafo
• Belast 1760 Ohm, 200 Vpp/69 Vrms op de anode, 2e harmonische -22 dB, 2,7 W vermogen aan trafo

Hierna heb ik bovenstaande schakeling hersteld zodat de actieve load een negatieve weerstand krijgt van -1540 Ohm. De eindbuis blijft gelijk ingesteld. Nu meet ik het volgende:

• Belast 1760 Ohm, 207 Vpp/72 Vrms op de anode, 2e harmonische -42 dB(!), 2,9 W vermogen aan trafo
• Belast 980 Ohm, 215 Vpp/75 Vrms op de anode, 2e harmonische -26 dB, 5,7 W vermogen aan trafo
• Belast 980 Ohm. 222 Vpp/79 Vrms op de anode, 2e harmonische -22 dB, 6,4 W vermogen aan trafo

De belofte van de schakeling was: verdubbeld uitgangsvermogen ten opzichte van de standaard SE configuratie bij ongeveer gelijke vervorming. Die belofte heeft de schakeling op mijn tafel zeker waargemaakt. Waarschijnlijk doordat de schakeling zelfs wat overcompenseert, want met 980 Ohm belasting ziet de buis 1/(1/980 - 1/1560) = 2635 Ohm belasting, en dat verklaart meteen de betere vervorming t.o.v. de normale belasting van 1760 Ohm.

Als de uitgangstrafo onbelast is aangesloten bokt de schakeling gemeen tijdens het opstarten, tenminste, bij vaste roosterspanning op de 6080. Dit komt doordat bij het opstarten de uitgangstrafo kort in verzadiging komt tijdens het opladen van de uitgangscondensator en door de negatieve weerstand vervolgens de ruimte krijgt om een lelijke negatieve uitzwieper te produceren. Als dit niet wordt opgevangen gaat de gate van Q3 zeker kapot, en mogelijk ook Q1 en Q2. Ik heb ze alle drie moeten vervangen, maar met D2 erbij is het niet meer gebeurd en start de schakeling zonder morren op. Je kan ook de bias vanaf 0 V geleidelijk opdraaien naar het werkpunt, want door de negatieve weerstand wordt de buis juist zwaarder belast naarmate je 'm verder afknijpt.

[Ah!buis]

Mooi resultaat
Dubbel vermogen is 't niet, zonder die neg weerstand komt er niet ver van 4W uit.
Nog naar geluisterd of enkel gemeten ? Ben nml benieuwd hoe de pieken eruit komen.
Om de fets niet te beschadigen beter altijd tussen gate en source zeners te zetten (bijv 12V).
Anne

[timpert]

Die 4W is inderdaad het theoretische vermogen, maar in de praktijk haal je dat bij lange na niet. De 6080 is bij hogere anodespanning zo krom dat je 'm niet afgeknepen krijgt. Dat zie je ook terug in de nulmeting: bij - 22dB tweede harmonische (8%) wordt maar 2,7 Watt geleverd. De 6080 is ook eigenlijk niet geschikt om in een SE uitgangstrap te gebruiken. Omdat de schakeling bij mij ietwat overcompenseert geven mijn metingen een wat te rooskleurig beeld, maar als je de schakeling precies zo instelt dat R=-2Rl zal je merken dat je exact twee keer zo veel vermogen krijgt bij gelijkblijvende vervorming.

Maar daar staat tegenover dat de demping veel verslechtert, die wordt minder dan de helft. De schakeling springt niet bij wanneer de aangesloten luidspreker zich capacitief of inductief gedraagt, en ook de niet lineaire tegen-EMF van de spreekspoel moet volledig door de triode worden opgevangen. Ik heb er nog niet naar geluisterd, maar ik verwacht een zeer uitgesproken "buizig" karakter. Maar dat moet wel op te lossen zijn met verstandig gebruik van tegenkoppeling.

[Ah!buis]

Die 4W is inderdaad het theoretische vermogen, maar in de praktijk haal je dat bij lange na niet. De 6080 is bij hogere anodespanning zo krom dat je 'm niet afgeknepen krijgt. Dat zie je ook terug in de nulmeting: bij - 22dB tweede harmonische (8%) wordt maar 2,7 Watt geleverd. De 6080 is ook eigenlijk niet geschikt om in een SE uitgangstrap te gebruiken.

Klopt wel, de buis is voor stabilisatie bedoeld, niet voor audio. Met een stuurtrap die voldoende kan leveren, vooral in de negatieve richting, en een hoop tegenkoppeling kom je wel een heel eind.
De 300B is een stuk vriendelijker.
Anne

[timpert]

Tot zo ver de WE91E. Ik zou nog iets met de 300B kunnen gaan knutselen, maar eerlijk gezegd ben ik wel tevreden met het geleerde. Het werkt zoals gedacht, de voorspelde 6W komt er inderdaad uit en het is ook stabiel. Mijn nieuwsgierigheid is voldoende gevoed. Ik laat de schakeling nog even in elkaar zitten, misschien dat ik nog een meting verzin (verzoekjes welkom) of een keer er naar luister.

Met een driver zoals van de "trans" door peterl (viewtopic.php?t=30061), of iets anders dat vanaf de anode of vanaf het hete eind van de UGT primaire tegenkoppeling pakt zou dit concept tot leuke resultaten kunnen leiden. Om het "kaal" toe te passen mist het net wat kwaliteit, maar daar denkt niet iedereen hetzelfde over. WE zelf durft er immers 17k5 (in de EU) voor te vragen. Maar dan heb je wel een kekke "kraak de kluis" volumeknop. Wie wil dat nou niet?

[Pjotr]

.............
Ik heb er nog niet naar geluisterd, maar ik verwacht een zeer uitgesproken "buizig" karakter. Maar dat moet wel op te lossen zijn met verstandig gebruik van tegenkoppeling.

Jawel maar een "buizig geluid" wil je ook als je met een 300B aan de slag gaat. Die wil je niet met tegenkoppeling plat gaan slaan.

'Twas een leuk experiment i.i.g. dat zeker!

[timpert]

Mwoah, ik zie meer redenen om een 300B te gebruiken dan alleen dat. Het is een tamelijk goed presterende triode die de eindtrap van nature al een dosis demping meegeeft. Dat kan je ook omzetten in extra fasemarge voor... zal ik het zeggen?... meer tegenkoppeling! Of moet ik nu even mijn mond gaan spoelen? Nee, dat doe ik niet.

[Ah!buis]

Aan de ander kant is die negatieve weerstand symmetrisch en zou je hem misschien kunnen spiegelen met een N-fet aan de anode.

Als je de neg weerstand spiegelt zou die aan de andere kant van de voeding moeten, krijg je een zwevende HS-voeding.
Op dezelfde plaats als hier wordt gedaan komt de aanstuurkant van de fet bij de anode 300B, de sturing moet dan mee lopen met de uitgangsspanning.
Na wat puzzelen kom ik op zoiets, met een zwevende hulpvoeding.
Anne

[Pjotr]

Vind hem wel netjes Anne. Zeker ook gezien de diverse "voltage swing". Die blijft zo lekker beperkt. Je zou de 40V kunnen vervangen door een zener en vanuit de B+ voeden met een stroombron van iets van 5mA. Of gewoon een weerstand met een elco over de zener. Is wat meer voltage proof. En volgens mij kun je met veel minder toe dan 40V.

[timpert]

Langs die lijn zat ik ook te denken, alle oplossingen met NMOSfet die ik heb gevonden hebben een zwevende hulpvoeding nodig. 15 tot 20 V zou genoeg moeten zijn, en de HV MOSFET kan je als cascode uitvoeren (gate bovenste MOSFET aan hulpvoeding) zodat je voor de onderste MOSFET een lief exemplaar met lage werkspanning en kleine ingangscapaciteit kan gebruiken. De stroom door het geheel kan je dan een stuk lager kiezen zonder verlies van bandbreedte.

[SSassen]

@Jurgen,

Deze had je ook vast al gevonden, maar ik post toch even de links, da's wellicht interessant voor andere geïntresseerden.

Onsemi FQP3P50
https://www.tme.eu/en/details/fqp3p50/t ... rs/onsemi/

Microchip VP2450N3-G
https://www.tme.eu/nl/en/details/vp2450 ... -supertex/

[timpert]

Die had ik inderdaad ook al gevonden. Even vlug zoeken bij Mouser levert een flinke lading N-MOSFETs die geschikt zijn tot 4,5 kV (!). Veel daarvan zijn ook geschikt voor lineair (DC) gebruik, dus als de NMOS variant goed wil werken kan je helemaal los gaan met welke gekke triode je maar wil, zolang het er maar een is met lage inwendige weerstand. Niet dat ik ambieer om iets met een 212E te gaan maken, maar toch is het leuk om te weten dat het kan...

Het zou wel grappig zijn als we op dit forum er in slagen om een betere variant te ontwikkelen dan WE heeft gemaakt.

[SSassen]

P.s. die zwevende hulpspanning is toch geen probleem? Klein 2VA printtrafotje, zeg 2x15V, gelijkrichten, afvlakken en wellicht iets van stabilisatie (RC, RC+zener of een RC+zener+transistor), kost je een paar euro en dan ben je klaar.

[SSassen]

Het zou wel grappig zijn als we op dit forum er in slagen om een betere variant te ontwikkelen dan WE heeft gemaakt.

Oh jazeker, alleen ben ik persoonlijk meer geïnteresseerd in het zo lineair mogelijk maken van de overdrachtsfunctie van een buizenversterker want daarmee wordt de vervorming ook gelijk stukken lager en ben je die typische buizenklank (veel 2e harmonische vervorming) kwijt. Maar goed, daarmee schop ik veel buizenliefhebbers vast tegen 't zere been, die vinden dat juist het recept wat een buizenversterker zo goed doet klinken.

[Pjotr]

Die volg ik niet Sander. Waarom zou je een buizenversterker willen, en zeker met een 300B, die niet vervormd en niet naar buizen klinkt? En dan ook nog eens begraven onder siliciumplakjes? Daarvoor zijn toch zat alternatieven?

Radford heeft ooit 100W studioversterkers gemaakt met buizen en heel lage vervorming, cross coupled ingansstage enz. Prachtig ding voor destijds jaren '80, over de 10K Engelse ponden. Commentaar in de pers "Klinkt als transistor, daar hoef je niet zoveel geld voor neer te leggen"

[SSassen]

Die volg ik niet Sander. Waarom zou je een buizenversterker willen, en zeker met een 300B, die niet vervormd en niet naar buizen klinkt? En dan ook nog eens begraven onder siliciumplakjes? Daarvoor zijn toch zat alternatieven?

Het is off-topic (sorry Jurgen), maar waarom niet? Waarom ontwerpen uit de jaren '50 en '60 blijven herkauwen, met geen, of lang niet genoeg, tegenkoppeling om de belasting goed onder controle te hebben. Nee, de uitdaging is juist om eens een buizenversterker te bouwen die niet onder doet voor een uitstekende transistorversterker, dat is niet een kwestie van moeten, maar een kwestie van kijken wat mogelijk is, dat maakt het voor mij interessant.

[Pjotr]

Tja, alles kan. Alleen is dat geen progressie: Net zoiets als antiek gaan pimpen met poedercoatinglak. Anyway het WE91 ding werkt zoals het werkt, dat hoeven we niet meer aan te tonen.

[timpert]

Mij gaat het om alternatieve wegen naar Rome te verkennen. Als je doel is om met lage vervorming audio te versterken dan zijn er tegenwoordig genoeg alternatieven die dit voor de fractie van de prijs van een (hybride)buizenversterker doen. Maar het gaat hier om de sport, er zijn ook mensen die honderden kilometers fietsen terwijl je sneller en comfortabeler op je bestemming komt met de trein. Motto van deze hobby moet natuurlijk zijn: "waarom makkelijk doen als het ook moeilijk kan?".

Maar laten we on topic blijven. Deze schakeling gaat je niet helpen, maar ook niet beletten, om de vervorming ver onder de waarneembaarheid te krijgen. Je bespaart wel op eindbuizen bij gegeven klasse A uitgangsvermogen, terwijl de gebruikte eindbuis wel nog volledig z'n stempel op de klank blijft drukken. Omdat de transformatieverhouding omlaag kan ontstaat de mogelijkheid om deze breedbandiger te maken. Dat laatste helpt wel als je veel overall tegenkoppeling wil toepassen. Je kan er met wat creativiteit werkelijk alle kanten mee op, en dat maakt 'm zo interessant.

[Pjotr]

Zeker, als je het mooie open SE karakter van een 300B wilt behouden prima. Daar is niks mis mee. Dan win je aan verdubbeling aan uitgangsvermogen. Maar dan zou ik er verder geen tegenkoppeling tegenaan gooien. De praktijk heeft laten horen dat dan het geluid "dicht" slaat. Of je moet heel veel gaan tegenkoppelen en dan ben je het 300B karakter weer kwijt.

[timpert]

P.s. die zwevende hulpspanning is toch geen probleem? Klein 2VA printtrafotje, zeg 2x15V, gelijkrichten, afvlakken en wellicht iets van stabilisatie (RC, RC+zener of een RC+zener+transistor), kost je een paar euro en dan ben je klaar.

Ik vind voedingsspanningen die vol signaal voeren nooit zo elegant, hoewel het zeker goed kan werken. Maar ik heb al wat op een envelop zitten krabbelen, en ik zie kans om de hele stroomspiegel enkele honderden uA te laten trekken bij voldoende bandbreedte. Daar kan je heel goed met een bootstrap in voorzien, ben je helemaal van de zwevende voeding af.

[Pjotr]

.......... ben je helemaal van de zwevende voeding af.

Dan moet je tegen de B+ gaan spiegelen. Kan, maar heb je weer PNP nodig die 700V (of meer) aan kunnen... Overigens zie ik niet dat de gate capaciteit sowieso een probleem zou kunnen zijn. De variatie in Vgs is maar klein voor de benodigde stroomzwaai. Wat hier dan telt is dV/dT tussen gate en source.

[Ah!buis]

De hulpspanning van 40V kan nog wel iets omlaag maar niet veel.

NegR.png (35.56 KiB) 131 keer bekeken

Bij max stroom verlies je 15V over de sourceweerstand.
Doe daar 4V voor de sturing bij krijg je 19V op de collector, min 2,4V geeft 16,5V over de 8k2.
De 8k2 bij de emitter krijgt dezelfde stroom (+basisstroom) en daar verlies je dan ook 16,5V.
Totaal 19+16,5= 35,5V met nog wat voor de transistor (2V ?) geeft 37,5V voeding nodig, afgerond 40V.
Kan wel lager door de 100Ω kleiner te nemen maar dan wordt de Vgs een steeds groter deel van de stuurspanning en het verband met de uiteindelijke stroom vager. Kan misschien, vertrouw 't niet zomaar.
Ook die 8k2 kan mogelijk groter ( Ciss = 180pF ) voor minder stroom maar daar is niet zoveel winst te halen.
Die zwevende voeding mag niet teveel capiciteit bijdragen, komt parallel met de UGT.
Anne

[Pjotr]

Kweenie hoor Anne, je moet het ook gehoormatig beoordelen. Beetje HV fet heeft een steilheid van pak'm beet 3S. Voor een zwaai van 150mA heb je dan 50mV_pp nodig. R_source kan best wat kleiner jaar mijn idee.