Het was in 1966 dat de gitarist Levinus Jongmans bij mij aan de deur kwam met een defecte VOX AC30 versterker met de vraag of ik hem kon repareren. Met bewondering heb ik deze versterker toen bekeken, een toentertijd duur geval waar 2800 gulden voor neergeteld moest worden. Heel wat anders dan de Teisco versterker die ik in 1963 gebruikte in Duitsland tijdens optredens in het kwartet van Willem van der Zanden voor de Amerikaanse militairen, waarin ik als trompettist en gitarist optrad. Een kofferversterker met twee maal 6V6 in balans en twee 6 inch luidsprekers. Er kwam toch nog een behoorlijk geluid uit en was zelfs voorzien van een tremolo. Maar is toch niet te vergelijken met deze VOX AC30. Het defect was gauw hersteld.

De volgende dag werd ik gebeld door de Firma de Waal , een muziekhandelaar en importeur van het merk in de Bilderdijkstraat te Amsterdam. Het ging over de AC30 en ik dacht dat ding is er zeker alweer niet in orde. Maar integendeel de man zat omhoog want hij kon geen reparateur vinden die dergelijke apparatuur kon maken. De tv-reparaties 's avonds bij de mensen thuis zette ik verder uit mijn hoofd en ben sindsdien verder gegaan met versterkerreparaties. Ik had het voordeel dat ik zelf al jaren gitaar speelde in diverse bands en de problemen van andere gitaristen met hun versterkers kon begrijpen als het niet naar hun zin klonk.

De Vox AC 30 versterker heeft vier EL84 in klasse A in balans met slechts een kathodeweerstand van 50 ohm ontkoppeld met een elco van 25 uF. Het nadeel van klasse A is dat de versterker flink warm wordt. Boven in de kast zijn dan ook koelgleuven aangebracht. Het voordeel is dat niemand het in zijn hoofd haalt om zijn glas bier er op te zetten. Een van onze aanwezigen vertelde op deze avond, dat hij voor iemand zijn AC 30 had voorzien van vaste negatieve roosterspanning en de kathodes had geaard zodat de versterker in klasse AB stond. Nou de gitarist was er niet blij mee en het moest weer in de oude staat terug gebracht worden. Hetgeen dus duidelijk maakt dat muzikanten anders over geluid denken dan een audiofiel. Klasse A heeft trouwens ook de minste vervorming.

In hetzelfde jaar importeerde dezelfde firma het merk Marschall, een gitaarversterker van 50 watt de JTM45 met twee buizen KT88 in klasse AB. Al spoedig werden het vier eindbuizen en later vervangen door EL34 buizen. Omdat KT88 buizen de immense trillingen van de luidsprekerkasten niet kunnen verwerken en het mica waarin de onderdelen geklemd zijn ruimte gingen vertonen. Nu zijn het niet de eindbuizen die het vermogen leveren maar de voeding van de versterker. Het is te vergelijken met een automotor, daar praat je ook niet over de grote van de kleppen maar over de cilinderinhoud. Niet voor niets dat Engelsen een buis 'valve' noemen, wat vertaald klep betekent.

In 1973 werd ik medewerker van Haarlem Electronics, ook bekend onder de naam HELIOS. Een naam die door klanten werd gezien als de afkorting: “Herrie en lawaai is ons streven”. Het was de importeur van Fane luidsprekers en daar ontwikkelde ik de 100 watt Fane versterker. Een eindtrap met vier EL34 buizen die zodanig zijn geschakeld dat per twee in balans staande buizen een aparte voeding wordt gebruikt. De versterker heeft dan ook twee voedingstrafo's. Met een driestandenschakelaar kan of met 50 watt worden gewerkt of met 100 watt, in de derde stand staan twee eindbuizen ingeschakeld en als het ingangsignaal groter wordt, schakelen de beide andere buizen er automatisch bij. Deze versterker is dan ook bijzonder geschikt voor studiowerk, we noemen dit klasse H.

De versterkers werden gebouwd op een sociale werkplaats in Haarlem en dat gebeurde erg precies en netjes. Een leuk gezicht in de werkplaats een hele rij chassis te zien die aan het begin nog slechts buisvoeten hadden en op het eind uitgroeiden tot een volwaardige versterker. In de winkel viel het een aantal jongens van een band op dat er twee zware voedingstrafo's op het chassis staan, dat ontlokte de uitroep “Dubbele Power” dat hebben wij dan ook gelijk gebruikt in onze advertenties.

Met deze klasse H versterker komen we op het punt waar deze lezing over gaat, namelijk klasse D. Denk niet dat D voor digitaal staat maar het is de logische volgorde van A.B.C.D enzovoort. Wat is klasse D, dat is een versterker waarbij de verliezen tot een minimum worden teruggebracht. Met een klasse AB kom je met volle uitsturing op een rendement van 70 %, de rest is verlies. Een enkele triode geeft met moeite 25 % rendement de rest wordt opgestookt in warmte. Klasse D wordt al vele jaren toegepast in schakelende voedingen voor het regelen van elektromotoren. Zoals bij voorbeeld in Ward Leonard Lift installaties als bekrachtigingsgenerator voor de shuntvelden van de gelijkstroom compound machines.

De belangrijkste voordelen van de techniek zijn de geringe warmteontwikkeling in de eindtransistoren en het hoge rendement. Het principe van klasse D is dat de eindtrap zeer snel schakelt tussen de positieve en negatieve voedingsspanning. De puls – pauze verhouding van dit schakelen bepaalt de gemiddelde stroom door de luidspreker. Het gaat dus om een schakelende versterker die met pulsbreedtemodulatie werkt. Het ingangssignaal wordt vergeleken met een zaagtand en een comparator schakelt dan de eindtrap naar een positieve of negatieve voedingsspanning.

Figuur 1.

Voor het samenstellen van het P.W.M ( Pulse Width Modulation = impulsbreedte modulatie ) (figuur 1) moet dit gebeuren met een schakelfrequentie die tenminste tien keer hoger moet zijn dan de hoogste frequentie van het audio ingangssignaal. De breedte van de rechthoekige impulsen varieert op deze wijze mee met de grootte van het ingangssignaal. Er is dus nodig een zaagtandgenerator. Een niet te ingewikkelde en toch goed af te regelen is de Ic L8038 De frequentie en de duty cycle van de zaagtand kan met twee uitwendige potentiometers geregeld worden. Voor een comparator die het zaagtandsignaal en het ingangssignaal omzet in een PWM-signaal kan een LM311 gebruikt worden. Via een driver wordt dit signaal toegevoerd aan twee in balans geschakelde eindtorren (meestal Mosfets).

Figuur 2.

Het uitgangssignaal kan niet direct aan de luidspreker toegevoerd worden. Daar is een laagdoorlaatfilter voor nodig van hoge kwaliteit en aangepast aan de impedantie van de luidspreker (figuur 2). Dat betekent dat alleen luidsprekers gebruikt kunnen worden met een gelijke impedantie als die van de uitgang van de versterker. Maar hier komt dan toch een probleem om de hoek kijken. De impedantie van een luidspreker die gegeven wordt bij 800 hertz loopt op met het stijgen van de frequentie en kan wel 60 ohm worden. Reden dat dergelijke eindtrappen het meest geschikt zijn voor de lage frequenties. Deze gebruiken ook bij een normale versterker de meeste energie. Vergelijk het met de pijpen van een kerkorgel. Een Prestant van 16 voet die 32 hertz laat horen heeft vele malen meer lucht nodig dan een Mixtuur pijpje dat 2200 hertz blaast en toch klinken ze even hard.

Voor frequenties boven de 200 hertz kan dus een normale ouderwetse versterker gebruikt worden. De klasse D schakeling is niet van de laatste tijd, maar voor audio is het niet verder gekomen dan boemgeluiden in sommige autos. De oorzaak is te vinden in de transient respons of wel de benodigde snelle stijgtijd van de halfgeleiders, die net niet de 90 graden halen. Buizen zijn al zondermeer niet geschikt, alhoewel buizentesters het ons doen willen geloven. De kwaliteit wordt niet alleen bepaald door de stijgtijd maar ook de inschot en doorschot zijn belangrijke factoren die de kwaliteit beïnvloeden, terwijl tevens de amplitude karakteristiek over de gehele bandbreedte constant moet zijn.

Voordeel is dat de eindtrap telkens vol belast wordt en daardoor vrijwel geen verliezen kent, theoretisch zou 100% rendement mogelijk moeten zijn. In de praktijk haalt het ongeveer een rendement van ruim 90%. De eindtrap kan dus klein gekozen worden. Twee eindtorren die op een spanning van 12 volt zijn aangesloten en 4 ampère verbruiken leveren in zo'n D klasse schakeling een nuttig vermogen van ruim 40 watt zonder overdreven warm te worden.

Oei, dat is een moeilijke vraag.

Na deze lezing ging Gyula nog even verder over de instelling van de Mosfets in de eindtrap met het sturen van PWM-signalen en vervolgde met een verhandeling over de werking van een transistor, vergelijkbaar met die van de zendamateurcursus van de VERON. Daarom hierbij een uittreksel uit het cursusprogramma zoals wij dat doceren op de zendamateuropleiding.

Als we een transistor willen gebruiken dan is een schakeling zoals in (figuur 3) een mooi voorbeeld om de werking te verklaren. De weerstanden R1 en R2 vormen een spanningdeler die een spanning afgeeft aan de basis en daarbij een stroom aan de basis van de transistor toevoert. We noemen dat de basisruststroom en omdat deze vloeit naar de basis noemen we dit de basisruststroom die we aanduiden met Ib. De spanning tussen basis en emitter is afhankelijk van de grootte van de basisstroom, doch nagenoeg constant. Deze bedraagt circa 0,3 volt bij een germanium transistor en circa 0,7 volt bij een silicium transistor. Een eigenschap van de transistor is, dat als er een stroom loopt tussen basis en emitter er een veel grotere stroom loopt van de collector naar de emitter. We noemen dat de stroomversterking die we aanduiden met Hfe.

Figuur 3.

De collector stroom noemen we Ic. We kunnen hieruit de volgende formule samenstellen dat wordt dan: Ic = Hfe x Ib. De stroom door Re de emitterweerstand is Ie = Ib + Ic. Hieruit volgt dat Ie = (Hfe + 1) x Ib. Met de juiste keuze van R1 en R2 wordt de basisspanning ingesteld. Re dient voor de juiste instelling van de collectorstroom. Wordt een transistor namelijk warm dan willen dat de basis- en collectorstroom toenemen wat een defect raken van de transistor kan betekenen. We kunnen twee eenvoudige maatregelen nemen om dit te voorkomen. ( A..)

Als de stroom door de emitter toeneemt, zal de spanningsval over Re ook toenemen. Met gevolg dat de stroom door de basis afneemt en de stroom Ie weer iets kleiner wordt. We noemen dit stroomtegenkoppeling waardoor een stabiele instelling wordt bereikt. ( B..) Ook R2 helpt daarbij, als we weerstanden R1 en R2 zodanig groot kiezen dat de stroom 10 keer zo groot is als de te verwachten basisstroom, dan zal deze laatste weinig invloed uitoefenen op de spanningsverdeling tussen deze twee weerstanden en heeft een kleine verandering van Ib ook weinig invloed meer.

De ingestelde spanningswaarde wordt als het ware vastgehouden. Plaatsen we parallel aan R3 een condensator met voldoende grote capaciteit die de spanning constant kan houden gedurende korte tijd, dan zal als er een wisselstroom door signaalsturing gaat lopen de spanning over Re constant blijven. De transistor is door deze twee maatregelen dan vast ingesteld op zijn werkpunt.

Piet van Schagen