inleiding
|
|
Geloso versterkers zijn mooie buizenversterkers. De basis is erg goed en als deze, naar huidige maatstaven van veiligheid worden geüpdate (...), zijn het perfecte versterkers. De toegepaste trafo's zijn érg goed en de toegepaste buizen zijn gangbaar. De meest bekende uitvoeringen zijn de G.1040-1 en de G.3227/220 of G.3227-A. Deze drie hebben dezelfde buizen, namelijk twee ECC83 buizen als voorversterker, één ECC81 als fasedraaier en twee EL34's voor de push-pull mono eindtrap. De "/220"of "-A" geeft alleen aan dat de ingangsspanning vast is op 220VAC of dat er ook een andere spanning gekozen kan worden, voor de rest zijn er tussen de twee 3227 modellen geen verschillen. Het grootste verschil tussen de 1040 en de 3227 is de bias instelling van de eindtrap. De 1040 is "auto biased" en de 3227 is "kathode biased". Ofwel, bij de 1040 is de kathode van de eindbuizen verbonden met de massa en is er een negatieve spanning gekoppeld aan het stuurrooster om de gewenste instelling te krijgen. Waarbij er bij de 3227 modellen een weerstand tussen de kathode en de massa hebben. In de praktijk zijn dit twee weerstanden parallel. Dit zal in dit artikel verder worden toegelicht.
|
|
reparatie
|
|
Alvorens de nieuwe aanwinst in de vorm van een G.3227/220 in gebruik te nemen, is de versterker geïnspecteerd. In de basis lijkt alles in orde en met een aangesloten is de versterker ingeschakeld. Het uitgangsvermogen leek erg beperkt te zijn en er trad snel vervorming op. Omdat er geen referentie of ervaringen is met hetzelfde model, hoeft dit niet opmerkelijk te zijn. Echter begon, bij volle insturing, één van de twee kathode weerstanden te roken. Dit klopt niet en daarop is een onderzoek gestart.
|
|
symptomen
|
De symptomen die waargenomen zijn, zijn als volgt:
 rokende kathode weerstand;
vervorming in audio;
beperkt uitgangsvermogen.
Deze symptomen hoeven niet met elkaar verband te houden, maar het is verstandig om mogelijke afwijkingen in beeld te houden. De rokende kathode weerstand is uiteraard een goed aanknopingspunt voor het vinden van de storing.
|
|
meting
|
Een rokende weerstand duid op overbelasting. Omdat het een 1W weerstand is, moet er dus een redelijk grote stroom lopen om de overbelasting te realiseren. Opmerkelijk is dat het uitgangsvermogen beperkt is. Dit lijkt tegenstrijdig, dus meten is verstandig om een stap verder te komen. Er is een vermogensweerstand aan de luidspreker aansluiting aangesloten om het effect van de luidspreker te elimineren. Dan zorgen de karakteristieke eigenschappen van de luidspreker niet voor invloed op de meting. Daarbij is het ook een stuk stiller tijdens het meten. ;-) Met een signaalgenerator is een 50mVpp sinus van 1KHz op de ingang aangesloten. De oscilloscoop is met twee kanalen aangesloten. Het eerste kanaal is "over" de kathode weerstanden aangesloten en het tweede kanaal is aangesloten op de weerstand aan de luidspreker aansluitingen.
De versterker is opgewarmd en de hoogspanning is ingeschakeld. Op het eerste kanaal is goed te zien dat er een gelijkspanning is van 33,2VDC. Dit is de bias spanning dat het werkpunt van de buis bepaalt. Op kanaal twee is het versterkte signaal zichtbaar dat naar de luidspreker zou gaan. Als de volume knop dicht staat, is er geen versterking meetbaar. Als de volume knop verder open wordt gedraaid, wordt de versterking zichtbaar.
Nu de signalen zichtbaar zijn, kan het onderzoek beginnen. De volumeknop wordt tot maximaal opengedraaid. De bias spanning op kanaal 1 stijgt sterk tot wel 38,4VDC. Er is geen referentie met een soortgelijke versterker, dus of dit afwijkend gedrag is, is niet goed te beoordelen. Ook is duidelijk zichtbaar op kanaal 2 dat de vervorming zeer sterk wordt. De sinus krijgt een "crossover" afwijking. Dit is aannemelijk omdat als de bias spanning verandert, het werkpunt wordt verlegd en de buizen niet meer in het lineaire gebied werken. Daarbij is de uitgangsspanning op kanaal twee nog steeds beperkt. Dit samen duid op een vreemde situatie. Na een tiental seconden begint ook de (reeds eerder aangekleurde) 1K kathode weerstand licht te roken. Wanneer de volume knop wordt dicht gedraaid, is de rook/overbelasting meteen weg. Kortom, tijd voor nader onderzoek aan deze kathode weerstand(en). De meest logische stap is om de geblakerde 1K weerstand los te solderen en te onderzoeken. Deze blijkt 998 Ohm te zijn, zelfs ondanks de overbelasting. Kortom, goed in orde. Omdat er een tweede 160 Ohm weerstand is geplaatst, is deze meteen verdacht. Bij het doormeten van de losgesoldeerde 160 Ohm weerstand blijkt de weerstand oneindig hoog te zijn! Aannemelijk is dat dit de oorzaak is van de symptomen. Om dit beter te kunnen beoordelen is de kleine schakeling doorgerekend.
|
|
schakeling
|
De schakeling waar de problemen lijken te zijn is hieronder vereenvoudigd weergegeven. Er is een condensator tussen de kathode en de massa weergegeven. Dit is van invloed op de toonregeling. Bij een zekere frequentie verandert de impedantie van de condensator waardoor een gewenste toon correctie kan optreden. Deze condensator is niet relevant voor deze analyse en is daarom hierna niet meer genoemd. De twee componenten die overblijven zijn de twee weerstanden die parallel staan geschakeld tussen de kathode en de massa.
|
|
analyse
|
Hieronder is de calculatie geplaatst van de analyse. In de basis is het vereenvoudigde schema doorgerekend. (Stap 1) De twee weerstanden van 160 Ohm en 1K zijn vereenvoudigd tot één weerstand. De "vervangingswaarde" is ongeveer 138 Ohm. (Stap 2) Er hoort ongeveer 23,6VDC over deze weerstand(en) te staan zodat de stroom van (23,7V / 138 Ohm = ) 171mA bepaalt kant worden. Omdat doorgaans ongeveer 84mA per EL34 wordt gerekend, is 171mA in het totaal aannemelijk. Dit resulteert in een warmteontwikkeling van (23,6V * 171mA = ) 4W in de twee weerstanden samen. (Stap 3) Omdat de weerstanden parallel staan, is de spanning over beide weerstanden gelijk, ofwel 23,6VDC. De weerstand is bekend, dus de stroom en vermogen kunnen worden bepaald per weerstand. Door de 160 Ohm weerstand loopt 147,5mA stroom en dit resulteert in 3,48W aan warmte. De weerstand is een 6W uitvoering, dus 58% van het maximum vermogen wordt maar gebruikt. Prima. Door de 1K weerstand loopt (in theorie) 23,6mA stroom en dat resulteert in 557mW aan vermogen. Voor deze 1W weerstand komt dit neer op 55,7% van het maximale vermogen. Wederom is de marge van ongeveer een factor twee prima te bestempelen. Tot zover de theorie, nu de praktijk.
Gebleken is dat de 160 Ohm weerstand geen stroom meer doorlaat waardoor de weerstand oneindig hoog wordt. Dit heeft effect op de schakeling, zoals aangetoond zal worden. De basis schakeling is wederom getekend. De 160 Ohm weerstand is nu echter virtueel niet meer aanwezig omdat de weerstand oneindig hoog is. De 1K weerstand werkt wel naar behoren. Gemeten is dat de spanning over de weerstand(en) 35,6VDC is. De spanning en weerstand zijn dus bekend. (Stap 1) De vereenvoudiging is simpel, de "vervangingswaarde" is dus 1K. (Stap 2/3) Omdat de spanning van35,6VD en de weerstand van 1K bekend is, is de stroom van (35,6VDC / 1K = ) 35,6mA is met een vermogen van (35,6V * 35,6mA = ) 1,267W! Deze waarden verklaren de symptomen. De stroom is veel te weinig, dus het lage uitgangsvermogen wordt hiermee direct verklaard. Ook is het goed voor te stellen dat 1,267W door een 1W weerstand overbelasting, verkleuring en rook oplevert. Het lage vermogen is als symptoom inderdaad terug te leiden naar de oorzaak van een kapotte weerstand. De weerstand werkt op 126,7% van het maximale vermogen, dus dat gaat niet goed. Doordat de gezamenlijke weerstand van 138 Ohm opgelopen is tot 1K, is de stroom lager en verandert de bias spanning. Als gevolg van de andere bias spanning is de versterking buiten het optimale gebied verlopen en is er vervorming ontstaan, dit was duidelijk op de scoop zichtbaar. Aannemelijk is dat de weerstand door ouderdom kapot is gegaan. Weerstanden falen zelden, maar de betreffende 160 Ohm weerstand wordt vrij warm en deze versterkers zijn gebouwd en gebruikt om langdurig aan te staan. Mede gezien de leeftijd is falen van de weerstand wel te verklaren.
|
|
oplossing
|
|
Bij wijze van test zijn zes weerstanden van 820 Ohm parallel geplaatst om de gewenste waarde te benaderen. (De originele waarden waren bij de gewenste vermogens niet voor handen.) Hieruit is gebleken dat na inschakelen de ongewenste fenomenen verdwenen zijn. De vervorming is verdwenen en het vermogen is zoals gewenst. De bias spanning is in rust 23,6VDC, bij vollast stijgt de spanning wel iets, maar is niet zorgwekkend en wordt als een eigenschap van het ontwerp gezien. Bij eerstvolgende gelegenheid worden er twee weerstanden met de oorspronkelijke waarden terug geplaatst. Te overwegen is om de versterker om te bouwen naar "auto bias", maar dat is een modificatie voor later...
|
|
aanvullende meting
|
Er is van de gelegenheid gebruik gemaakt om het ingangssignaal van de EL34 eindbuizen te meten. Met een sinus als ingangssignaal is de amplitude van beide signalen identiek, dus mooi in balans. Om de vervorming te zien is er een zaagtand signaal gekozen als ingangssignaal. De lijnen horen mooi recht te zijn. Bij vollast zijn de lijnen zo goed als recht, dus is er bijna een lineaire versterking. Goed genoeg voor de toepassing in ieder geval. Daarbij wordt de versterker zelden op vollast gebruikt en bij lagere volumes is de vervorming minder. Mogelijk is door het gegenereerde signaal te verrekenen met het gemeten signaal de vervorming nauwkeuriger te bepalen, maar dat is nu niet relevant en mogelijk een test voor later...
|
|