Verslagen Radiocafé

Verslag 22 februari 2011: Loftin-White schakeling

Ook dit keer was ons zaaltje, door onze NGG vrienden omgedoopt tot Vintage Audio Salon, weer geheel bezet. Met andere woorden er kon niemand meer bij. Deze keer een verhandeling over het koppelen tussen twee buizen om de versterking te vergroten. We noemen dat een cascadeschakeling. In hoofdzaak behandelen we hier trioden en schakelingen uit een lang verleden die toch weer zo nu en dan de kop op steken in moderne ontwerpen.

Allereerst, hoe ontstaat versterking van een signaal in een triode en wel het verband dat tussen roosterspanningverandering en anodespanningverandering bestaat, als daarbij geen verandering van de anodestroom optreedt. De anode vormt met de kathode een kleine condensator. Vermenigvuldigen wij de capaciteit hiervan met de spanning tussen de anode en kathode, dan krijgt deze de lading die beide elektroden opnemen. Ook het rooster vormt eveneens met de gloeidraad een kleine condensator en als wij deze capaciteit vermenigvuldigen met de spanning tussen rooster en kathode dan verkrijgen wij de lading van deze elektroden.

Het rooster ligt dichterbij de kathode dan de anode met gevolg dat de rooster-kathode capaciteit, Cgk groter is dan de anode-kathode capaciteit, Cak. Als wij nu de roosterspanning bijvoorbeeld iets verhogen neemt daardoor de lading toe van Cgk. Willen wij een gelijke lading verandering tussen anode en kathode, dan zal de anodespanning veel meer moeten toenemen dan de verhoogde roosterspanning en wel evenveel als de capaciteit van Cgk groter is dan die van Cak. Stel dat er een anodespanningsverandering optreedt en we de ladingtoename willen tegenwerken door een roosterspanningverandering dan zou de roosterspanning even veel malen kleiner moeten zijn dan dat Cgk groter is. De verhouding van de anodespanningverandering noemen we de versterkingsfactor. Die we schrijven als (g). Zou een anodespanningverandering 10 x zo sterk zijn als een aangeboden roosterspanningverandering dan is de versterking 10.

Barkhausen heeft hieruit het verband samengesteld dat de versterking  = steilheid x inwendige weerstand of g = S x Ri.  Alhoewel dat slechts geldt voor het meest steile deel van de karakteristiek. In de staart wordt de versterking steeds minder.

Deze avond was de lezing niet zozeer gericht op de werking van de triode maar hoe twee buizen met elkaar te koppelen. We noemen dat in cascade schakelen.

Zonder meer de anode van de voorgaande buis met het rooster verbinden van de volgende buis is niet mogelijk. Alhoewel we later zullen zien dat met een door Loftin en White bedachte kunstgreep dit toch mogelijk is. Maar in eerste instantie werd daar de weerstandskoppeling voor gebruikt, met een anodeweerstand en koppelcondensator. De inwendige weerstand en anodeweerstand vormen een spanningsdeler Ra / Ri + Ra welke vermenigvuldigd moet worden met de versterkingsfactor.

Met een Ra gelijk aan acht maal Ri is dat al 89%. Nog groter maken van Ra heeft weinig zin en ook de anodespanning neemt af door het grotere spanningsverlies over de anodeweerstand Ra. Vandaar dat men liever een transformator gebruikte waarmee een koppeling wordt verzorgd tussen beide buizen  zonder dat de anodespanning van de voorgaande buis het volgend rooster kan bereiken.

De lage gelijkstroomweerstand van de primaire zorgt voor voldoende anodespanning. Een schakeling waar al direct patent op werd aangevraagd door SFR, wat voor andere fabrikanten betekende daar rechten voor te moeten betalen. Wat weer zorgde voor diverse schakelingen om het patent te omzeilen. Een voorbeeld van zo'n trafo uit een ver verleden zien we op deze foto.

Deze laagfrequent trafo is gemaakt met gelakte ijzerdraadjes zoals gebruikelijk bij bloemenhandelaren om stelen recht te doen houden, het zogenoemde bloemendraad dat al voorzien is van een isolerende groene verflaag. Dit draad wordt door het spoelhuis geschoven en de uitstekende einden worden terug over de spoel gevouwen. In het midden met afbindtouw vastgebonden. Op de foto middels twee koperen beugels. Een systeem dat lange tijd gebruikt is en zeer goed werkt daar het een kern geheel rondom is dat in tegenstelling met de moderne mantelkern. Zelfs Lissen gebruikte dat nog in de jaren dertig, een in een rond bakelietenhuis gemonteerde laagfrequent trafo. Een trafo met een hoog rendement!!  We zien op deze foto ook de bekende Philips 4003 nog met de originele doos.

Een trafo die met gemak frequenties van 50 tot 10000 perioden onverzwakt weergeeft en zodanig klein van afmeting is dat hij gemakkelijk in elk ontvangtoestel kan worden ingebouwd. Daarbij nog diverse van andere fabrikaten. Ook twee stuks Philips weerstandskoppelingen type 4001.

Volgens Philips een ideaal koppelelement voor LF-versterking echter niet zo krachtig als de Philips LF-transformatoren met hun 1 op 3 wikkelverhouding. Deze bevatten een paar weerstanden en condensatoren om de koppeling te verzorgen tussen twee buizen.

Het doel van deze avond was het bespreken van de Loftin-White schakeling.

We zien op deze onderstaande foto het meest eenvoudige schema van een dergelijke versterker.

Waarin wordt gebruikt een 2A3 als eindtriode en als voorversterker een 6SL7, waarvan beide systemen parallel zijn geschakeld. De anoden zijn direct verbonden met het rooster van de 2A3. De spanning gemeten aan de anoden  gevoed door de weerstanden van 47 kOhm is 105 volt. Deze positieve spanning staat ook op het rooster van de eindtriode. Echter over de weerstand van 2500 ohm, die het midden van de gloeidraadwikkeling van 2,5 volt verbindt met aarde, staat 150 volt. De gloeidraad is hiermee 45 volt positiever dan het rooster. Het rooster is dus ten opzichte van de gloeidraad 45 volt negatief. 

Dit vereist wel een extra hoge voedingsspanning van 400 volt en een extra gloeistroomwikkeling voor de eindtriode. De weerstand van 2500 ohm moet gemakkelijk 10 watt kunnen verwerken en een 20 watt weerstand is wenselijk. Deze weerstand wordt ontkoppelt met een elco van 47 uF. Tegenkoppeling over deze weerstand zou wel erg groot zijn en ongewenst. De inwendige weerstand van de 2A3 is 800 ohm. Zien we de buis als een wisselstroombron dan wordt de meeste energie afgegeven als de belastingsweerstand gelijk is aan de Ri van 800 ohm. De buis zou dan 50% van het opgenomen vermogen kunnen afgeven. Echter vanwege sterk optredende tweede harmonischen wordt gekozen voor minstens 3,5 keer de Ri van 800 ohm  en dat wordt dan een aanpassing van 2800 ohm. Het afgegeven vermogen is dan  ongeveer 25% en 3,5 watt.

Dit is wel de meest eenvoudige uitvoering de Morrison Micro 3,5 triode amp. Nu is een 2A3 geen buis die je eventjes snel kan vinden voor een goedkope prijs. De vraag dan ook is er geen mogelijkheid om wat meer recentere buizen te gebruiken. Een leuk voorbeeld is hier op het bord getekend met een ECC82 en EL86.

Ook hiermee is een leuke versterker te bouwen volgens hetzelfde principe. Een EL84 kan ook, maar een EL86 is veiliger, vanwege de hoge spanning tussen gloeidraad en kathode. We hebben het voordeel dat we in dit schema dezelfde gloeistroomwikkeling kunnen gebruiken. De ingang heeft een regelbaar Ronette correctiefilter en is via een condensator van 0,02 uF met het rooster van de EF86 verbonden. En er is een extra toonregeling in de tegenkoppeling aangebracht. De anode, gevoed door een weerstand van 1 Mohm, is verbonden met het rooster van de EL86. Ook deze is voorzien van een kathodeweerstand die zo groot is gekozen is dat de juiste negatieve voorspanning wordt bereikt.

Opvallend dat het schermrooster via een weerstand van 0,7 Mohm en overbrugd met een condenstor van 0,1 uF is verbonden met de kathode van de eindbuis. Een schakeling die al heel lang geleden werd toegepast in 1930 door de Franse firma Telecamit in zijn radio T40 waarbij een E442 en een C443 in een Loftin-White schakeling worden gebruikt. Beide E442 buizen krijgen in dat toestel hun schermroosterspanning vanuit aftakkingen op de kathodeweerstand van de C443. Een toestel dat veel opzien baarde en werd gezien als een geweldige vooruitgang wat betreft de geluidskwaliteit.

Een versterker volgens bovenstaande schema met een EL84 was aanwezig in ons radiocafé en René haastte zich na de voordracht daarmee enige platen te laten horen.

Wel opvallend dat al die moderne bouwsels al zeker tachtig jaar geleden zijn ontworpen en nu weer opnieuw tot leven komen. De aandacht was in ieder geval bijzonder groot tijdens de demonstratie alhoewel de LP keuze niet altijd bij iedereen in de smaak viel. Gelukkig is er een grote voorraad aanwezig en wist René uiteindelijk toch wat goede muziek te laten horen uit de 9710 luidsprekers die opgesteld staan in onze ruimte.


Piet van Schagen