Vanderveen PR20HE bouwdoos
 
  Inleiding
Wat maakt buizenversterkers zo bijzonder? Zijn dat de buizen of de transformatoren of is er nog iets anders aan de hand? In 2004 startte ik een onderzoek waarbij de invloed van de schematuur van de versterker centraal stond. Hiervoor ontwikkelde ik een soort universele versterker plus uitgangstransformator en voeding. Alleen door het verleggen van wat draden ontstonden totaal verschillende versterkers met vermogens van 5 tot ongeveer 80 Watt, inclusief single ended en balans en andere speciale koppelingen. Zie voor meer details 1) tot en met 5). In dit artikel bespreek ik de versterker die als beste en krachtigste uit mijn onderzoek naar voren kwam. Het is de 73 Watt project-20 versterker. Na extra fijnafstemming ontstond hieruit de luxe high end versie van dit artikel, de PR20HE-S2.
 
 


De audio schematuur
In figuur 1 is de schematuur van de versterker afgebeeld. De ingang links is gebalanceerd en bedoeld voor koppeling aan bijvoorbeeld een voorversterker met gebalanceerde XLR uitgang.
klik voor vergroting
Figuur 1: Audio schematuur van de VDV-PR20HE

Met een kleine wijziging kunnen ook asymmetrische ingangen op de "+in" ingang aangesloten worden. Zie daartoe de aanwijzingen voor R3 en R7 in het schema.
De long-tailed ingangsversterker met de ECC81 functioneert tegelijk ook als fasedraaier. In de gemeenschappelijke kathode is met R6 een stroombron gesimuleerd, waarbij de grote negatieve spanning Vn = -72 V effectief wordt gebruikt.
Tussen de twee anodes van de ECC81 kan een capaciteit C1 (100pF/500V zilver mica) geplaatst worden om het frequentiebereik van deze stuurtrap enigszins te beperken. Hierdoor valt bij metingen een restresonantie in de universele uitgangstransformator bij ongeveer 90 kHz minder op. Je hoort echter de invloed van C1 niet, dus hij mag ook rustig weggelaten worden.
Na deze voorversterking en fasedraaiing gaat het signaal via de condensatoren C3 en C4 naar de eindbuizen. De schakeling is geoptimaliseerd voor de befaamde EL156 eindbuizen. Deze hebben een maximale anodedissipatie van 50 W. Hierdoor is het mogelijk om grote ruststromen (veel klasse A) door deze eindbuizen te sturen. Maar de beroemde 6550-C eindbuizen van Svetlana (Pa,max = 40 W) doen het hier ook uitstekend; zie de meetgegevens voor meer details.
De ruststromen door de eindbuizen worden met de 10-slags potentiometers P12 en P13 ingesteld, die een negatieve voorspanning naar de stuurroosters sturen. In de kathodeleidingen zijn de twee weerstanden R17 en R18 opgenomen, waarop testpunten zijn aangebracht. Over elk van deze weerstanden moet 50 mV staan voor een optimale ruststroom van 50 mA per eindbuis. Met een externe voltmeter zijn deze spanningen gemakkelijk te meten en zo nodig met P12 en P13 bij te stellen.
De anodes van de eindbuizen zijn rechtsreeks op de primaire wikkeling van de universele VDV-GIT80 uitgangstransformator aangesloten. Deze staat ingesteld op een effectieve primaire impedantie Zaa = 8 kOhm. Zie 6) voor meer technische gegevens en 9) voor de verkrijgbaarheid. De hoogspanning op de middenaftakking bedraagt V0 = 720 V. De schermroosters G2 krijgen via hun beveiligingsweerstanden R16 en R19 een hoogspanning van V1 = 360 V aangeboden. Deze hoge spanningen zijn niet zo gebruikelijk, maar verklaren alvast wel waarom deze versterker zoveel vermogen kan leveren.
Met de hier gegeven getallen kan de anodedissipatie per eindbuis worden berekend. Deze bedraagt 720 V maal 50 mA en dat levert Pa = 36 W op. Dit is een veilige waarde met de garantie voor een lange levensduur van de eindbuizen. Maar stel dat iemand nog meer klasse A instelling wenst waarbij beide eindbuizen voortduren tegelijk in bedrijf zijn? Dan geldt Pa,max = 50 Watt gedeeld door V0 = 720 V en dat levert Io,max = 69,4 mA op. Ik raad deze hoge waarde niet aan wegens een sterk verkorte levensduur van de eindbuizen.
De kathodes van de eindbuizen zijn op een bijzondere manier gekoppeld aan de secundaire wikkeling van de uitgangstransformator. De middenaftakking (pin-2, blauwe aansluitdraad) ligt aan aarde, zodat de stroom door de eindbuis via de bijbehorende secundaire wikkelhelft naar aarde kan afvloeien. Door deze schakeling verschijnt per eindbuis een deel van de uitgangspanning tussen diens kathode en stuurrooster. De effectieve spanningsversterking neemt hierdoor af. Dit is een sprekend voorbeeld van locale kathodetegenkoppeling (CFB = cathode feedback). Het gevolg is dat de dempingsfactor drastisch toeneemt terwijl de harmonische vervorming in de eindbuizen plus transformator stevig wordt onderdrukt.
Aan de secundaire kant van de uitgangstransformator kunnen luidsprekers van 4, 8 en 16 Ohm aangesloten worden. Let er op dat dit altijd is ten opzichte van secundair tap-1, de zwarte draad.


Figuur 2: Pinnummering van de ECC81 en de EL156/6550-C

In figuur 2 is de pinnummering van de gebruikte buizen weergegeven. De nummering van de EL156 en 6550-C is gelijk, dus rechtstreekse vervanging is mogelijk.

Voorkom brom met goede aarding
In het schema zijn twee aansluitingen voor aarding getekend, met de nummers 1 en 2. Deze zijn wel door een enkele draad met elkaar verbonden, maar als men hier goed oplet, dan kunnen bromproblemen bij de nabouw worden voorkomen. Aarde-1 hoort bij de eindbuizen en de hoogspanningsvoeding en hier lopen de grote stromen van de eindbuizen. Aarde-2 hoort bij het gevoelige ingangscircuit rondom de ECC81. Als men de versterker bouwt moet er voor gezorgd worden dat de grote stromen door de eindbuizen bij aarde-1 lopen en niet door aarde-2 gaan. Anders gezegd: de aarde-2 van R1,3 en C2 moet één sterpunt zijn dat vervolgens met een aparte draad verbonden wordt met aarde-1. De aansluitingen van C5,6,P12,13 en secundair tap-2 gaan naar het aarde-1 sterpunt. Vanaf hier gaat er een aparte draad naar de voeding. Op deze manier wordt voorkomen dat de grote stromen door de eindbuizen bij de gevoelige ingangsbuis terechtkomen. Aarde-2 is bij de ingang verbonden met de metalen kast, terwijl aarde-1 zwevend van de kast is, er niet mee is verbonden. Ook hierdoor worden reststromen in het aardecircuit voorkomen.

De voeding
De schakeling van de voeding staat in figuur 3. Deze is opgebouwd rondom de universele voedingstransformator VDV-POW80. Zie 7) voor aanvullende details en 9) voor de verkrijgbaarheid.

Klik voor een vergroting
Figuur 3: Voeding van de VDV-PR20HE

Primair kunnen hierop netspanningen van 100 V (Japan), 115 V (Amerika) tot 230 V (Europa) worden aangesloten. In het schema wordt de optimale primaire zekering per netspanning aangegeven. De aarde van het lichtnet wordt direct met bijbehorende kartelringen en soldeerlip uiterst stevig aan de metalen versterkerkast gekoppeld. Tussen de primaire en secundaire is een effectief aardscherm aangebracht (geel-groene draad) dat eveneens aan de hiervoor besproken kastaarde gekoppeld moet worden.
Secundair zijn twee volledig gescheiden hoogspanningswikkelingen van 270 V aanwezig die elk afzonderlijk gelijkgericht en gebufferd worden. Tevens hebben ze elk een zekering en een gecombineerde stand-by schakelaar S2. Na uitschakeling van S2 worden de 330 uF buffer elco's redelijk snel ontladen door de hierover geplaatste 100 kOhm weerstanden. De gelijkgerichte hoogspanningen bedragen elk 360 V. Door serieschakeling komen de gewenste spanningen van V0 = 720 V en V1 = 360 V beschikbaar.
De derde wikkeling van 50 V levert na gelijkrichting en buffering de noodzakelijke negatieve spanning Vn = -72 V. Deze negatieve spanning is bewust niet gezekerd, omdat hij hoe dan ook altijd aanwezig moet zijn. Zou Vn wegvallen, dan blazen de eindbuizen zichzelf per definitie op, en dat kan nooit de bedoeling zijn.
De gloeidraadspanning van 6,3 V wordt door de vierde wikkeling geleverd. Deze is kunstmatig door twee extra 100 Ohm weerstanden in het midden geaard, vlak bij de ingangsbuis bij aarde-2.

Meetgegevens
De belangrijkste meetgegevens staan in onderstaande tabel. De meeste gegevens spreken voor zich. Het is interessant om naar de -3dB vermogensbandbreedte te kijken. Deze wordt op -3dB van het maximum uitgangsvermogen gemeten, dus bij 36 Watt. Aan de laagfrequente kant begint de zachte kernverzadiging in de uitgangstrafo net onder 18 Hz. Boven 18 Hz is er geen vuiltje in de lucht. Bij 73 Watt uitgangsvermogen begint de kern onder 18??2 = 25 Hz verzadigd te raken. Als we op normaal luisterniveau van 2 Watt in de huiskamer het frequentiebereik meten, dan ligt de -3dB ondergrens bij 4 Hz. Deze extreem lage frequentie wordt bereikt omdat de primaire zelfinductie van de VDV-GIT80 zo groot is (Lp,max > 1000 H).
Aan de hoogfrequente kant is het -3dB bereik consequent ongeveer 26 kHz, onafhankelijk van het uitgangsvermogen! Deze begrenzing wordt gevormd door de lekinductie Lsp en de interne capaciteit Cip van de uitgangstransformator en niet door de buizenschakeling. Deze metingen komen volledig overeen met mijn oorspronkelijke ontwerpeis van de VDV-GIT80, waarvan het -3dB bereik voldoende boven 20 kHz moet liggen. Het is mogelijk om dit bereik sterk te vergroten door mijn ringkern transformator VDV-4070CFB toe te passen, dan met een enkelvoudige secundaire belasting van 8 Ohm.
De uitgangsimpedantie Zuit is afhankelijk van de ruststroom en het type eindbuis. Hij is zo laag omdat kathodetegenkoppeling wordt toegepast. Deze versterker zal de meeste dynamische luidsprekers meer dan voldoende te dempen voor een strakke en snelle laagweergave.
De ingangsgevoeligheid ligt op 2 Vrms, dus de meeste CD spelers kunnen deze versterker volledig uitsturen. Een extra voorversterker is dan niet nodig, hoogstens een extra volumeregelaar van bijvoorbeeld 100 kOhm logaritmisch aan de ingang. Neem voor de symmetrische ingangsschakeling een stereo potentiometer die de plus- en miningangen gelijk regelt.
De bromspanning aan de uitgang bedraagt 3 mVtt waarvan 2 mVtt wordt veroorzaakt door rechtstreekse instraling van het magnetische lekveld van de transformator van de voeding in de uitgangstransformator. Dit kan verminderd worden door deze trafo's nog verder van elkaar weg te zetten, maar deze 2 mVtt is in mijn optiek voldoende gering. De buizenschakeling levert dankzij de zorgvuldige aarding slecht 1 mVtt extra bromspanning en dat is heel weinig. Ruis is overigens onhoorbaar, zelfs met het oor pal tegen de luidspreker.

VDV-PR20HE meetgegevens
EL156
EL156
6550-C
eenheid
Ruststroom Io per eindbuis
40
50
40
mA
V0
726
716
728
V
V1
363
358
364
V
Va1 bovenste EC(C)81
199
199
199
V
Va2 onderste E(C)C81
196
196
196
V
Vn
-72
-72
-72
V
Vg1 eindbuizen (indicatief)
-23
-22
-43
V
P-max @ 1kHz
71
73
75
W
-3dB vermogensbandbreedte
18 - 26
18 - 26
18 - 28
Hz - kHz
-3dB frequentiebereik @ 2 W
4 - 27
4 - 27
7 - 27
Hz - kHz
Z-uit aan 4 Ohm uitgang
2,5
2,3
3,5
Ohm
V-in asymmetrisch @ 70 Watt
2,0
2,0
2,5
Vrms
Bromspanning aan uitgang
4
3
4
mVtt

 

Over de bouwdoos
De bouwdoos bevat naast de uitvoerige handleiding alle componenten zoals buizen (ECC81 en 2 x 6550-C Svetlana), trafo's, montagebordjes, weerstanden en condensatoren en .... noem maar op. Alleen de bovenplaat van de kast wordt geleverd. De reden hiervoor is dat men -of- die kast zelf gaat maken (goedkoop) -of- bestelt bij Personal Audio Concepts (behoorlijk prijzig, zie www.addonamp.eu). Velen willen hun eigen vorm aan de versterker geven, bijvoorbeeld een rand van hout, of van graniet of ... Deze keuzes laat ik bewust aan de zelfbouwer over. Door de levering van de voorgeboorde bovenplaat, waar alle componenten precies op passen, kan ik garanderen dat de elektronica vlekkeloos zal werken. Dan is daarna de zelfbouwer vrij om zijn unieke uiterlijk aan de versterker te geven. Tot 15 maart 2009 is er 10% inteken korting op de prijs. Zie "order" voor meer details. Levering van de bouwdoos vindt na 15-3-09 plaats. Let op: de genoemde prijzen zijn per kanaal, per eindversterker dus. Voor stereo-weergave heeft men er twee nodig.



foto 2


 

Bronnen
1) www.mennovanderveen.nl ; het project
2) www.aes.org ; paper 6347 Barcelona 2005
3) AudioXpress January 2006, pp. 6 - 19
4) Menno van der Veen: "High-End Buizenversterkers 2"; hfdst 9
5) zie 1) project 28: de uitdaging
6) zie 1) project 8: de VDV-GIT80
7) zie 1) project 9: de VDV-POW80
8) www.addonamp.eu
9) www.mennovanderveen.nl ; transformatoren
10) Voor nadere vragen: info@mennovanderveen.nl