|
hoofdtelefoon versterker PL500
|
inleiding
|
|
Heb je al je eigen buizenversterker willen bouwen, maar is het te complex, te duur of te gevaarlijk? Dan is dit je kans! Het is ook mogelijk om een buizenversterker te maken voor hoofdtelefoons. Het voordeel hiervan is dat het gewenste vermogen vrij laag is, waardoor de voedingsspanning ook vrij laag kan blijven. In plaats van 250V werken PL500 en PL504 buizen al op 24V. 24V is een veilige spanning, dus ook voor de onervaren bouwer zonder risico te realiseren. Daarbij is de geluidskwaliteit opmerkelijk goed!
|
|
de buis
|
De toegepaste buis is een PL500 of een PL504. Dit is een onverwoestbare buis die grote stromen en hoge spanningen aan kan. Het verschil tussen de PL500 en de PL504 is dat de PL504 iets nieuwer is en wat meer vermogen aan kan. De PL504 kan 16 tot 20W aan! Omdat voor een hoofdtelefoon versterker ongeveer 1W nodig is, maakt het niet uit of er een PL500 of PL504 wordt toegepast in dit ontwerp.
Oorspronkelijk zijn deze PL500/PL504 buizen toegepast als "lijn buizen" in kleuren tv's. Deze buis zorgde ervoor dat de beeld lijnen werden "geschreven". Daar is een robuuste buis voor nodig. De buis kan tot 7.000V aan en een stroom van 250mA! Weliswaar voor korte duur, maar een EL34 is er niets bij... Kortom, een oordegelijke buis die met deze toepassing niet versleten zal worden.
Voor de technici onder ons staan de gegevens uit het buizenboek hieronder weergegeven.
|
|
ontwerp
|
|
Er zijn twee ontwerpen voorgesteld. Het ontwerp met een uitgang transformator is iets moeilijker en duurder omdat er een extra component nodig is, maar de kwaliteit wordt ook beter. Het goedkopere eenvoudigere alternatief is zonder uitgang transformator en daarbij moet er een 600 Ohm hoofdtelefoon aangesloten worden op het circuit.
|
|
werking
|
Om inzicht te krijgen in de werking is hier een beknopte uitleg van de werking van de schakeling. De kathode van de buis is verbonden (al dan niet via een weerstand) aan de massa. Dus de spanning is nagenoeg nul. De anode wordt gevoed met een positieve (hoog)spanning. Er is een gloeidraad aanwezig in de buis die de kathode verhit. Het resultaat is dat er vrije elektronen rond de kathode zweven door de verwarming. Elektronen (de basis van stroom/spanning) zijn negatief geladen. Omdat de anode positief is (een tekort aan negatieve elektronen) verplaatsen de elektronen zich naar de anode om deze "te neutraliseren" zodat het verschil in spanning teniet wordt gedaan. Echter worden er nieuwe elektronen toegevoerd door de voedingsspanning zodat de verplaatsing van elektronen niet op houdt. Dat is stroom.
De stroom stroomt door de eind/luidspreker/audio transformator. Als de stroom constant is, varieert het magnetisch veld in de eind transformator niet en dan is er geen spanning aan de secundaire kant. Ofwel de kant van de luidspreker. In deze toestand is er niets te horen.
Het is de bedoeling dat er iets te horen is, dus moet het te versterken signaal aan worden geboden aan de buis. Het te versterken signaal gaat door een 1uF condensator om gelijkspanning tegen te houden. Het audio (wisselspanning) komt er wel doorheen. De 10K weerstand zorgt ervoor dat de buis niet gaat oscilleren en het ingekomen signaal iets dempt. Doordat er nu een wisselspanning op het onderste rooster (g1) staat, zal de stroom elektronen worden gestuurd tussen de kathode en de anode. Naar mate het rooster richting de nul Volt gaat, zal de stroom elektronen tot nul worden gereduceerd. Als de sinus van het audio signaal meer positief (minder negatief) is, zal de stroom elektronen groter zijn. Met andere woorden: het kleine audio signaal zal de grote stroom met elektronen sturen. Daardoor verandert de stroom. Doordat de stroom door de eind transformator nu varieert door het audio signaal, ontstaat er een wisselend magnetisch veld in de eind transformator. Aan de secundaire kant ontstaat nu ook een spanning dat de luidspreker voedt. En dan is het versterkte audio hoorbaar.
|
|
triode, tetrode en pentode
|
Zoals de werking van de buis hierboven beschreven is, is het als een triode. Oftwel een buis met een kathode, rooster en anode. Echter is het een pentode buis omdat er twee roosters extra zijn aangebracht. Een pentode is efficiënter, maar ten opzichte van de triode iets meer vervorming. Vandaar dat bij voorversterkers triodes worden gebruikt omdat een grote versterking bij weinig vervorming gewenst is, de eindbuis (pentode) hoeft eigenlijk alleen maar vermogen te leveren om een luidspreker te voorzien van voldoende vermogen.
De triode was de eerste versterker buis dat ontworpen is. Echter bleek deze een manco te hebben. Een te laag rendement. Door het toevoegen van een tweede rooster (g2) met hoogspanning erop, worden de elektronen versnelt en "schieten" harder op de anode wat het voordeel heeft dat het rendement hoger wordt. Dit type buis is een tetrode. Helaas ontstaat hier weer een ander nadelig effect. De elektronen schieten zo hard op de anode, dat deze soms terugkaatsen van de anode en alsnog belanden op de anode. Dit zorgt voor een soort "schaduw" effect. Om dit tegen te gaan is er een derde rooster toegevoegd. Het derde rooster is gekoppeld aan de massa (evenals de kathode). De elektronen die door het tweede rooster versnelt worden, schieten door het derde rooster naar de anode. Omdat het derde rooster negatief is, kaatsen de elektronen niet terug. Dat is het gewenste resultaat. Een hoger rendement zonder neveneffecten. De elektronen hebben zoveel snelheid dat deze door het derde rooster schieten en niet worden tegengehouden. Dit heeft met de fysieke bouw van de buis te maken.
|
|
ontwerp 1: met uitgang transformator
|
In de theorie hierboven is de werking al verklaard, dus hoeft dat niet verder toegelicht te worden. Het enige dat enige toelichting behoeft is de eind transformator. Om de buis goed te laten werken, is er een impedantie van 600 Ohm nodig aan de primaire kant van de eind transformator. Aan de secundaire kant is 4, 6 of 8 Ohm nodig, afhankelijk van het type luidspreker. Of 32 Ohm dat bij een hoofdtelefoon gebruikelijk is. Voor het reken gemak nemen we een gewenst luidspreker weerstand van 6 Ohm. De primaire kant dient 600 Ohm te hebben. De impedantie verhouding is dan 1:100 (600/6=100). Om de wikkelverhouding te bepalen, wordt de wortel van 100 genomen en dat is 10. (100^0,5=10) Omdat de wikkelverhouding gelijk is aan de spanningsverhouding, dient de spanning verhouding ook 1:10 te zijn. Dus een trafo van 240 naar 24 Volt is geschikt. (240/24=10) Omdat het hier om een klein vermogen gaat, is een kleine misaanpassing acceptabel. Dus een 1:10 trafo (240V naar 24V) geschikt voor toepassing voor 4, 6 en 8 Ohm.
Voor een 32 Ohm hoofdtelefoon: 600 Ohm / 32 Ohm is een impedantie verhouding van 1:18,75. De wikkel-/spanningsverhouding is van 18,75^0,5 (wortel twee) is 1:4,33. Dus een transformator van 240V naar 55V zou hier ideaal zijn.
Het is in te denken dat het gepuzzel met trafo's te veel werk is voor het toepassen aan een hoofdtelefoon. Daarom is er een alternatief ontwerp hieronder beschreven zonder eind transformator.
|
|
ontwerp 2: zonder uitgang transformator
|
Het ontwerp is iets anders omdat er geen eind transformator is. De hoofdtelefoon is wel mooi 600 Ohm (zoals verlangd door de buis), maar dan loopt de anode stroom door de hoofdtelefoon dat kan leiden tot doorbranden van de hoofdtelefoon, dus is niet gewenst. Vandaar dat er met en 10uF condensator de hoofdtelefoon is ontkopeld van het gelijkspanning component. De condensator geeft alleen het geluid door (wisselspanning) en niet de anode spanning (gelijkspanning). Als er een 600 Ohm hoofdtelefoon is, zou ik dit ontwerp kiezen. Het is eenvoudiger en even doeltreffend. Let er op dat de hoofdtelefoon wel is aangesloten als er een signaal versterkt wordt. Als er een connector wordt toegepast met een schakelaar zou dat mooi zijn. Dan zou de schakelaar het ingangssignaal kunnen onderbreken zodat de versterker beschermd is tegen overbelasting door het ontbreken van de weerstand van de hoofdtelefoon.
|
|
mijn bouwsel
|
Hieronder staat het resultaat van een avond bouwen. Weliswaar niet erg "designy", maar wel doeltreffend. Uiteindelijk merkte ik dat ik vrij veel 50 Hz brom het audio signaal had, dus qua realisatie was er zeker ruimte voor verbetering. Maar de versterker werkte na enige aanpassingen prima.
|
|