Verslagen Radiocafé

Verslag 11 januari 2011: Minatuurversterkertje met twice-grid geschakelde PF86

Het miniatuurversterkertje met een in een twice-grid geschakelde PF86 als eindbuisje, dat ik meebracht naar ons radiocafé in Wormerveer, bleek al snel die avond iedereen verbaasd te doen staan.

Het voor een transitroncircuit ontworpen buisje in een tv-circuit, leent zich bijzonder goed voor een twice-grid sturing. Met nauwelijks 0,4 watt vermogen en aangesloten op een Isophon luidsprekertje van 4,5 inch kon het op gemak het zaaltje van een kwalitatief en redelijk geluid voorzien. De beschrijving is te vinden op onze website bij het verslag radiocafé van 14/12/2010

Het idee ontstond tijdens het meten van de wisselspanning over de spreekspoel van een luidspreker in een oud radiotoestel met een AL4 als eindbuis dat op normale huiskamergeluidssterkte speelde. De meter wees nauwelijks in de pieken 1,5 volt wisselspanning aan. Met de luidspreker in dat toestel die een spreekspoelimpedantie van 4 ohm heeft, kom je dan op 0,56 watt. Vrijwel bijna vergelijkbaar met het maximum uitgangsvermogen van het versterkertje.

Een staande piano, normaal bespeeld, geeft slechts een akoestisch vermogen af van 0,2 watt. Nemen we aan dat een luidspreker met de daarbij behorende uitgangstrafo een rendement hebben van 5% dan is een uitgangsvermogen van 4 watt van een eindtrap ruim voldoende om ook 0,2 watt akoestisch vermogen te kunnen opbrengen. Denkelijk is men daar vroeger ook van uitgegaan, vandaar dat de meeste oude radio's met de bekende 9 watt eindbuizen zijn uitgerust die ongeveer 4 watt nuttig vermogen afgeven. Maar gezien de meting over de spreekspoel wordt dit vermogen nauwelijks gebruikt. Toch is er de vraag of een kleine balans in klasse A met het hier gebruikte PF86 als eindbuisje niet dat beetje extra zou kunnen geven. Vandaar deze avond op een Amroh-proefchassis een zelf fasedraaiende twice-grid balansschakeling met de PF86 buisjes.

Eventueel stereo? Voor dat laatste moet je twee dezelfde versterkertjes bouwen. Zelf heb ik het idee dat stereo leuk is om treintjes heen en weer te horen rijden of andere leuke effecten. Maar eigenlijk meer is uitgevonden voor de handel om in plaats van één nu het dubbele te kunnen verkopen. Zover mij bekend luisteren muziekliefhebbers toch liever mono. Een eenvoudige balansversterker in elkaar te zetten is niet zo moeilijk. Mijn eerste keus was een schema dat vroeger wel werd gebruikt in een Long Tailed Pair.

Een bekende schakeling daarin gebruikt en die we vaak tegen komen is dat van figuur 1. We kunnen om deze schakeling beter te begrijpen de primaire van de uitgangstrafo vervangen door twee weerstanden van 100 kohm. Het rooster van B1 wordt gestuurd, de kathodes hebben een gezamenlijke weerstand en het rooster van B2 ligt aan aarde. Stel dat we het rooster van B1 positiever maken dan zal de anodestroom van B1 toenemen. Dit betekent dat ook door de kathode weerstand Rk  meer stroom zal vloeien met gevolg een toename van de spanning over deze weerstand. Hierdoor wordt het rooster van buis B2 negatiever met gevolg dat de anodestroom van B2 afneemt. De buizen werken dus in tegengestelde richting.

Echter de toename van de spanning over de kathodeweerstand werkt de toegevoerde positieve spanning aan het rooster van B1 tegen. B1 ondervindt dus een tegenkoppeling. Stel dat er op een bepaald moment tijdens het sturen van een wisselspanning aan het rooster van B1 er een spanningstoename van 1 volt plaats vindt over Rk. Dan zal het rooster van B2 dan 1 volt negatiever worden met gevolg dat de anodestroom van B2 met S2 (de steilheid van de buis) afneemt. De toename van de totale kathodestroom (Ia1 + Ia2 ) door Rk  om 1 volt verhoging te verkrijgen is 1 volt gedeeld door de kathodeweerstand  = 1/Rk. Dan moet Ia1 toegenomen zijn met  1/Rk + S2.   Van enige evenwichtige balanswerking kan hier dus nauwelijks gesproken worden.

Het is mijnheer Schmit die in 1930 een verbeterde schakeling ontwierp. De beide roosters worden via de normale roosterweerstanden naar het knooppunt van de kathodeweerstand en koppelweerstand gebracht. Het rooster van B2 wordt voor wisselspanning geaard met een condensator van 0,1 uF. Beide trioden krijgen nu hun vaste negatieve voorspanning. Er is echter één maar aan verbonden, de ohmse waarde van de koppelweerstand moet minstens 10 keer zo groot zijn als die van de kathodeweerstand.

De schakeling is bekend als de Schmit fasedraaier. Deze werd bijvoorbeeld ook toegepast door Jennings Muscal Industries in de VOX AC30 gitaarversterker. De kathodeweerstand is daar voor de ECC83 1,2 kohm en de koppelweerstand 47 kohm. Het voordeel van deze schakeling is dat gelijktijdig B1 en B2 aangestuurd kunnen worden. Jennings deed dit door aan B2 het tremelo- of vibratosignaal aan te sturen. Echter de grote koppelweerstand van 47 kohm maakt het onmogelijk deze schakeling nog als balanseindtrap te kunnen gebruiken of we zouden met een erg hoge anodespanning moeten gaan werken.

Maar ondanks alle wijzigingen en veranderingen blijft de uitgangsspanning zeker 10% ongelijk van een dergelijke fasedraaier en moet door correctie van de anodeweerstanden een zuivere balansaansturing gevonden worden. Daarbij blijft de vraag; geldt dat voor elk aangeboden signaal? Gelukkig dat bij ongelijke aansturing van de eindbuizen de balansuitgangstrafo zich daar weinig van aantrekt en als het ware de zaak weer recht trekt. Ik heb daarom gekozen voor de schakeling die ik eerder beschreef in het RHT 3/1992.

Hier wordt de stuurspanning voor B2 afgenomen van het schermrooster van B1. Het is mogelijk de hiervoor benodigde schermroosterweerstand zo groot te maken dat de wisselspanning gemeten aan het schermrooster gelijk is aan de toegevoerde wisselspanning aan B1.

Dat is echter haast niet te doen. Daarom heb ik in deze schakeling met de twee PF86's in een twice-grid schakeling (waarbij het stuurrooster doorverbonden met het vangrooster) een iets grotere weerstand gebruikt van 3700 ohm en via een condensator van 0,47 uF en een 500 kohm regelaar waarvan de loper is verbonden met het rooster van B2. De buisjes hebben een gezamelijke kathodeweerstand van 150 ohm die overbrugd kan worden via een schakelaar met een ontkoppelelco.

Om de buizen zuiver in balans te brengen wordt een sinusvormig signaal toegevoerd. De scoop wordt verbonden aan de gezamelijke kathodeweerstand dan de eindbuisjes. De schakelaar moet open staan. Met de regelaar wordt nu het punt gezocht waarbij de scoop slechts een rechte lijn geeft en geen sinusvormige beelden. B2 versterkt dan evenveel als B1 ondanks de geringe tegenkoppeling van B1 door de schermroosterweerstand. Als de wisselstromen over de kathodeweerstand, die tegengesteld daar doorheen lopen, gelijk zijn heffen zij elkaar op. Is dit juiste punt gevonden met de potentiometer dan kan de schakelaar de elco weer over de kathodeweerstand schakelen om eventuele verschuivingen bij hoge insturing recht te trekken.

Denk niet: "Ik doe het wel even op gehoor"; want dat lukt niet. Als B2 meer signaal krijgt dan B1 dan ontstaat cascadewerking en klinkt het harder maar enige zuivere balanswerking is ver te zoeken en de vervorming neemt toe. Om de eindtrap voldoende te kunnen uitsturen met een kristal pick-up is nog een PF86 als triode geschakeld en als voorversterker gebruikt.

Het gehele proefchassis bevat dus drie stuks televisiebuisjes PF86. Men was natuurlijk uiterst nieuwsgierig of dit wel erg simpele versterkertje enig redelijk geluid zou kunnen voort brengen. Het schema is zo eenvoudig dat men nauwelijks kan geloven dat daar wat van te verwachten valt. Maar men zal daar straks met ongeloof van opkijken. Tijdens de demonstratie was het geluid krachtiger en steviger vergeleken met het eerste ontwerp met een enkele buis als eindtrap.

Het afgegeven vermogen is met een anodespanning van 250 volt tegen de 0,9 watt en is ruim voldoende voor het zaaltje, de volumeregelaar moest zelfs enigszins bescheiden opengedraaid worden om ook nog onder elkaar wat te kunnen bepraten.

Wel moet ik opmerken dat de ruimte van het radiocafé akoestisch ideaal genoemd mag worden. De twee PF86's in de eindtrap leveren samen bijna 0,9 watt. Het vermogen lijkt weinig maar met het luidsprekerkastje dat wij gebruikten met twee in seriegeschakelde hoogwaardige 4 inch luidsprekertjes met nog de echte alnico magneten hebben samen een impedantie van 16 ohm. De balansuitgangstrafo die eigenlijk bedoeld is voor twee maal ECL82, heeft een  impedantieverhouding van 1125. Met 16 ohm belast aan de secundaire geeft dat een belastingsimpedantie van 18000 ohm tussen de anoden. Nodig voor de juiste aanpassing om het maximum aan vermogen te verkrijgen.

Toch zijn naderhand de grote speakerboxen met 9710 luidsprekers van Philips er in serie op aangesloten, de kwaliteit was nu beter te beoordelen. Niet te vergeten de goede akoestiek van de radiocaféruimte. Opvallend was tijdens de demonstratie, waarbij enige plaatjes werden gedraaid door de aanwezige leden van het NGG, de kwaliteit van deze versterker, die ondanks het gemis van een toonregeling een mooi warm en vol geluid produceerde. "Heeft dat te maken door de het toepassen van de twice-grid schakeling?"; moeten velen gedacht hebben, want buizenvademecums werden geraadpleegd of ook echte eindbuizen daarvoor geschikt zouden zijn.

Nou dat valt tegen, alleen zo te zien de EL34, PL83 en buizen zoals de EF80 hebben een naar buiten uitgevoerd vangrooster en is te proberen of deze ook geschikt zouden zijn voor deze schakeling. Verders moeten we het doen met de hier gebruikte PF86 waarvan er zeer veel zijn en nu met deze schakeling misschien gered worden van een rustplaats in een container. Het vermogen lijkt gering maar als we er van uitgaan dat met 20 watt een heel voetbalveld bestreken kan worden, vraag ik mij af waarom audiofielen twee maal 40 watt in de huiskamer als een minimum beschouwen. Maar in ons radiocafé bleek 0,9 watt ruim voldoende om tijdens de pauze van wat leuke muziek uit de platenvoorraad van het NGG te genieten.

In ieder geval een leuk versterkertje dat met slechts weinig onderdelen is na te bouwen om zelf wat te experimenteren.

Piet van Schagen