200 Watt PA Versterker met 6550 buizen
Dit project, een 200 Watt PA Versterker met 6550 buizen begon vanuit de behoefte aan een modulatie versterker met power zodat een stevige zender riant met Class C Amplitude Modulatie kan worden gevoed. De projecttitel was ook eerst:
‘Modulatie versterker met 6550 buizen’
Maar,
Als je zo’n power versterker gaat bouwen dan is het toch zonde als je hem niet ook kunt gebruiken voor Podia, Verenigingsavondjes, Buurt- en/of Straatfeestjes of tienerfuifjes etc. Dus een 200 Watt PMPO Versterker (PMPO= Peak Momentary Power Output).
Voor dat laatste is natuurlijk wat meer kwaliteit nodig. Voor een zender op de korte golf is de kwaliteit van een audio versterker veel minder spannend.
Deze versterker maken we daarom Multi inzetbaar. Hij is ook heel goed bruikbaar als spraak en muziek versterker op een feestavond, buurtfeest of als gitaar/muziekinstrument versterker.
Voor de korte golf komt er een aparte voorversterker met spraakbandfilter (300-3400Hz) en compressor bij. We concentreren ons nu op de hoofdversterker.
Een jongensdroom realiseren
Ingangsgevoeligheid 150 mV. Uitgangsvermogen tot 200 Watt top piek vermogen of 75 Watt continu muziek vermogen. Het verschil tussen PMPO, muziekvermogen en sinus- of RMS-vermogen lees je in zin en onzin over uitgangsvermogens in audio versterkers.
Ik houd het in deze beschrijving verder bij PMPO vermogen.
Bij het ontwerp van de versterker lag de focus op kwaliteit tegen zo laag mogelijke kosten. Om die kosten te drukken heeft o.m. de voeding een in deze tijden minder bekende constructie.
Ook de aansturing va de 6550 eindbuizen is kosten besparend en toch van hoge kwaliteit. Bij beide aspecten zullen we daarom iets langer stilstaan.
De Voeding voor deze 200 Watt Versterker
Het schema van deze voeding behoeft enige toelichting. De bedoeling is het om serieus geld te besparen op trafo kosten.
We hebben 475V hoogspanning (gelijkspanning) nodig met een stroomsterkte van toch wel 300mA. Een 373HX trafo kan daar makkelijk in voorzien maar kost ruim 250 Euries.
De transformator die we gebruiken is de 373BX van Hammond. Die trafo kan 700V hoogspanning (wisselspanning) leveren met maximaal 200 mA stroomsterkte.
Nu is die hoogspanning van 700V opgebouwd uit twee delen van 350V. Kiezen we nu zo’n 350V wikkeling en richten we die met een diode gelijk dan levert dat na een afvlak circuit met stevige condensatoren wel ongeveer 480V op.
Maar de trafo levert dan maximaal slechts 200mA stroomsterkte.
Slimme voeding voor de 200 Watt PA Versterker
We schakelen ook de andere wikkeling van 350V in en richten die ook gelijk met een enkele diode. Die tweede wikkeling wisselt zijn positieve pulsen af met de eerste wikkeling. Dat levert een mooiere gelijkspanning op. Ongeveer overeenkomstig de gelijkspanning die je krijgt met een diode brugcel aangesloten op één 350V wikkeling.
Overigens is dit niets bijzonders. 70 jaar terug deed men het op dezelfde wijze maar dan met een dubbele diode buis.
Het voordeel dat ik zoek is dat beide wikkelingen om de beurt maar voor 50% van de tijd worden belast. Dat moet het mogelijk maken de transformator met een wat hogere stroom te belasten dan de door de fabriek opgegeven 200mA.
We mikken op 350V (wisselspanning) 300 mA met korte pieken tot 400mA. We besparen nu €100 aan trafokosten.
Het schema van deze 200 Watt PA Versterker met 6550 buizen
Werk het die goedkopere trafo?
Het antwoord ja of nee afhankelijk van het gezichtspunt dat je kiest.
Het criterium voor ja is dat de voeding voldoende spanning en stroom levert.
De gloeispanning is geen probleem. De trafo kan de gevraagde gloeistroom makkelijk leveren.
De hoogspanning is net voldoende. Er treedt wel enig verlies in de trafo op bij deze belasting. Die hoogspanning zakt naar 450 Volt gelijkspanning. Niet ideaal maar wel voldoende.
Bij de inzet als gitaarversterker of als modulator in een kortegolf zender kan zeker vol vermogen worden gespeeld.
Ook als spraak en muziek versterker kan urenlang met vol vermogen worden gewerkt.
Het schema met spanningen en stromen bij inzet 373BX transformator
Hitte ontwikkeling in de transformator
Zo’n 200 Watt PA Versterker produceert de nodige warmte. De sleutelvraag is dan of onze voedingstransformator niet te heet wordt?
We vragen veel van de voedingstransformator, het maximale. Misschien teveel?
We hebben onze 200 Watt PA Versterker met 6550 buizen vier uur lang op vol vermogen laten spelen (de buren waren even niet thuis 😊). De vraag was daarna hoe heet wordt de trafo?
En hoe heet mag de trafo worden.
Uit ervaring van service monteurs weet ik dat commerciële versterker bouwers/leveranciers ook altijd een zo krap mogelijk voedingstransformator installeren. Dat is natuurlijk om kosten te besparen en de versterker zo scherp mogelijk geprijsd op de markt te kunnen zetten.
Die servicemonteurs hanteren als vuistregel dat je 5 seconden je hand op de transformator moet kunnen leggen. Kan dat niet dan wordt hij te heet.
Een conservatieve benadering is dan dat je 10 seconden je hand op de transformator moet kunnen keggen. Ik kan je vertellen dat de transformator behoorlijk heet wordt. Maar ik kan wel 20 Seconden mijn handen op de trafo houden. Dat gaat dus wel goed.
Intensieve inzet op vol vermogen
Ben je bijvoorbeeld een diskjockey en wil je frequent avonden lang op vol vermogen spelen dan beveel ik je aan om de 373HX transformator te installeren.
Let dan op. De weerstanden in de voeding die voor 350V en 280V richting voorversterkers moeten zorgen moeten dan opnieuw worden berekend en krijgen een iets hogere ohmse waarde dan je nu in het schema ziet!
Voor minder intensief gebruik en als modulator in AM zenders kan de 373BX prima voldoen.
De 373BX maximaal benutten
Deze trafo biedt ook een 50V uitgang aan die je kunt gebruiken voor de negatieve roosterspanning van je eindbuizen. Vaak gebruikte ik voor die roosterspanning een aparte kleine transformator. Maar ook die kosten gaan we besparen.
Hoe?
Eenvoudig. Die 50V komt niet uit een aparte wikkeling maar is afgetakt van een 350V wikkeling. Dat heeft tot gevolg dat je die 50V met een enkele diode moet gelijkrichten. Met een brugcel krijg je problemen.
Het nadeel van die enkele diode is een flinke rimpelspanning na gelijkrichting.
Gelukkig nemen die roosters en hun weerstanden voor de juiste instelling van de 6550 buizen nauwelijks stroom op. Twee milliampère is het wel ongeveer. Met twee flinke condensatoren en een zenerdiode is die spanning rimpelvrij te realiseren.
Afstemmen en stabiliseren van voedingsspanningen
De negatieve roosterspanning wordt met een Zenerdiode van 62 V 1,3 Watt gestabiliseerd. De schakeling kan zo maximaal 10mA stroom leveren. Dat is veel meer dan voldoende.
Het stroomverbruik van de voorversterkertrappen in deze 200 Watt PA Versterker valt met de gekozen instellingen vrij aardig te benaderen. De weerstanden in de voeding zijn afgestemd op die afnamestroom en zorgen zodoende voor de juiste spanning.
De spanning voor een extern aan te sluiten extra voorversterker of filterschakeling heb ik gekozen op 280V. Maar je weet nooit wat iemand met een voorversterker voor stroomgebruik gaat afnemen.
De gekozen schakeling is daarom gestabiliseerd op 280V en 10 mA. De meeste met buizen uitgeruste voorversterkers zullen niet meer dan 5 à 6 mA vragen. Daarin kan dus worden voorzien. Twee degelijke chassisconnectoren en een stevige vierdraads kabel met vergrendelbare stekkers zorgen voor de verbinding.
Het schema van de voeding voor de 200 Watt PA Versterker
De voeding naar de voorversterker wordt via een stevige vierdraads SpeakOn kabel gekoppeld. Hiermee krijg je een degelijke en veilige verbinding.
Om vergissing met de luidsprekeraansluiting te voorkomen komt er een waarschuwing bij de chassis connector: Pas op hoogspanning voor voorversterkers? Ook wordt de connector voorzien van een Red Sealing.
De eindtrap van deze 200 Watt PA Versterker
De 6550 buizen kunnen in een push-pull schakeling samen tot 250 Watt opgenomen vermogen komen. Dan stuur je ze wel aan tot hun limiet en daar ben ik geen voorstander van. 200 Watt vind ik mooi en is genoeg voor mijn doelen.
Zoals je al bij het voedingsschema zag kiezen we voor een vaste negatieve roosterspanning.
Je kunt ook negatieve roosterspanning krijgen door kathodeweerstanden op te nemen. Weerstanden met een waarde van een paar honderd ohm.
Zo’n schakeling met kathode weerstanden is de meest bedrijfszekere maar…
Het grootste nadeel van die schakeling is vermogensverlies. Bij deze 6550 buis moet je toch al snel aan 5 watt vermogen per buis denken dat in die kathode weerstanden verloren gaat.
Dat is dus samen 10 watt vermogen die je liever bij je luidsprekers ziet uitkomen. Toch?
We kiezen daarom voor een vaste negatieve roosterspanning. Die roosterspanning leggen we aan op de klassieke manier. Een regelbare weerstand, een 12 stappen-potentiometer waarmee we de roosterspanning instellen.
In de kathode aansluiting nemen we nog wel twee heel kleine weerstandjes op van 10 ohm. Die weerstandjes helpen je om de kathodestroom te meten.
Die kathodestroom stellen we zo in dat er in rust maximaal 75 mA door de buis gaat (je meet 750 mV over de weerstand van 10 ohm). Je hebt daarvoor een negatieve roosterspanning nodig van 48 tot 52 Volt.
Monteer die kathode meetweerstanden zo dat je er goed bij kunt met je meetpennen!
De kathode-kathode spanning moet dan 0,00V zijn!
Beide roosters, stuurrooster en schermrooster, zijn aangesloten via weerstanden van 220 ohm. Zogenaamde Gridstoppers.
De aansluitdraad tussen de weerstand en de aansluiting op de buisvoet moet zo kort mogelijk zijn. Niet meer dan 2 à 4 mm. Deze weerstanden hebben als functie om oscillatie van de buis te voorkomen. In geval van nood kun je ze groter kiezen tot ongeveer 1200 ohm.
De weerstand aan het schermrooster kun je ook goed gebruiken om de schermroosterstroom te controleren. In rust zo’n 5 mA over een R van 220 ohm is ongeveer 1 Volt.
Zeer stabiele vaste negatieve roosterspanning
Je kunt ook een IC gestuurde modules kopen die gegarandeerd levenslang je buizen op de juiste roosterspanning houdt. Zo’n module kost echter minimaal €180,- .
Daar begin ik niet aan. Maar voor een hifi enthousiast kan dit een aantrekkelijke optie zijn in relatie tot bijvoorbeeld een 2*30Watt stereo versterker.
De drivertrap fase draaier
De fasedraaier van deze 200 Watt PA Versterker heeft een zware taak. Hij moet die twee zware 6550 eindbuizen stevig weten aan te sturen. Daar is ongeveer 50V signaal voor nodig (100V piek-piek).
Voor versterkers met dit vermogen zie je vaak dat er na de fasedraaier een buffertrap nodig is om de eindbuizen goed aan te kunnen sturen. Ook zie je schema’s waarbij die fasedraaier twee trioden nodig heeft.
Hier kiezen we een ontwerp dat je niet vaak ziet maar dat in de gouden buizentijd van de vorige eeuw vaker werd gebruikt. Hij is relatief goedkoop is omdat hij slechts één deel van een ECC82 gebruikt en ook nog eens zeer effectief met een hoge kwaliteit. Verderop laat ik zien dat de discussies die je over deze schakeling op Internet tegenkomt worden veroorzaakt door gebrekkig inzicht.
Het principe van deze fasedraaier in deze 200 Watt PA Versterker met 6550 buizen is eenvoudig. De ene 6550 eindbuis wordt aangestuurd vanuit de anode van de ECC82 en de andere 6550 eindbuis ontvangt het 180° omgekeerde signaal vanuit de kathode van die ECC82 triode. Een zogenaamde Cathodyne Phase Inverter.
In de 30 watt audio versterker met EL84 gebruikten we een soortgelijke schakeling. Die ECC82 triode fasedraaier wordt daar echter rechtstreeks aangestuurd vanuit de andere triode in de ECC82 buis.
Die schakeling werkt goed maar heeft als nadeel dat hij nauwkeurig ingesteld moet worden en gevoelig is voor spanningsveranderingen bijvoorbeeld als gevolg van veroudering van de buis.
Daarnaast was de opbrengst, het uitgangsvermogen van die schakeling wat aan de lage kant. Daarom nu een gewone koppeling tussen deze twee trioden en een effectievere buisinstelling zodat er meer aanstuurvermogen naar de 6550 buizen uit komt.
De eerste ECC82 triode moet bij volle uitsturing een signaal van 50V leveren aan de tweede triode die nu als fasedraaier functioneert. Dat lukt. Uit de fasedraaier komt een signaal van ongeveer 48V (96 Volt piek-piek).
De rooster bias (negatieve voorspanning) van de fasedraaier krijgen we in deze opzet met behulp van een extra kathodeweerstand van 1 kOhm. Die weerstand wordt voor het audio signaal ontkoppelt met een forse condensator.
Deze opzet zorgt voor een aanmerkelijk hoge drive richting eindbuizen van deze Cathodyne Phase Inverter. De condensator parallel aan dat weerstandje van 1 kOhm is zwaar over gedimensioneerd.
Die over dimensionering zorgt ervoor dat die I kOhm weerstand niet optelt bij de 22 kOhm van de fasedraaier.
Cathodyne Phase Inverter
Kijk je rond op Internet dan vind je talloze discussies over de cathodyne phase inverter schakeling. Sommigen claimen dat het een slechte schakeling is en anderen claimen dat hij perfect werkt.
De sprekers van een slechte schakeling roepen dat de output impedantie van de anode en van de kathode niet gelijk zijn en dat daarom de schakeling niet goed kan werken. Anderen zeggen dat beide impedanties wel gelijk zijn en dat het perfect werkt.
Wie hebben gelijk?
Het lijkt erop dat beide kampen met protagonisten gelijk hebben. Het hangt er maar van af welke optiek je kiest. Ken je de gelijkenis van de Blinde Mannen die een Olifant beschrijven? Die gelijkenis leerde ons dat de uitkomst van een waarneming afhangt van waar je naar kijkt.
Ik ga het eenvoudig houden.
Elke fase-omvormer heeft twee uitgangen en er zijn drie manieren om de uitgangsimpedantie ervan te bekijken en te berekenen.
-
Je kunt beide uitgangen beschouwen ten opzichte van aarde. Je krijgt dan twee cijfers van ongebalanceerde uitgangsimpedanties.
Kijk je vanuit een gelijkstroom optiek naar de anode dan wordt de impedantie ten opzichte van aarde bepaald door de buis plus de kathode weerstand. Kijk je naar de kathode dan wordt die impedantie alleen bepaald door de kathode weertand.
Tussen die twee zit een aanmerkelijk verschil namelijk de impedantie van de buis. Collega’s die zo kijken hebben daar gelijk in. Maar, …
-
De tweede manier van kijken is door beide uitgangen ten opzichte van elkaar te vergelijken. De impedantie tussen die twee wordt gevormd door de impedantie van de buis.
Die impedantie van de buis wisselt wel iets onder invloed van de versterking die de buis op enig moment demonstreert. Maar die impedantie is altijd gebalanceerd en gelijk tussen die twee uitgangen.
-
De derde manier van kijken is vanuit een wisselstroom optiek. Interessant want ons geluidsignaal is immers een wisselstroom!
Wat veel mensen zich niet realiseren is dat voor wisselstroom de pluslijn in je versterker is kortgesloten naar aarde of massa, het chassis, de min lijn in je versterker. Grote condensatoren in de gelijkstroom voeding zorgen voor die “kortsluiting”.
Op de afbeelding links zie je dat uitgebeeld. Dan zie je ook dat voor wisselstroom de lijn van anode naar aarde (de blauwe lijn) bij gelijke weerstanden RA en RK dezelfde impedantie heeft als vanuit kathode naar aarde.
Conclusie over deze Cathodyne Phase Inverter
De conclusie over deze Cathodyne Phase Inverter in onze 200 Watt PA Versterker met 6550 buizen is dan ook dat hij uitstekend werkt en geen kritische instellingen kent.
Kortom een heel effectieve en kwalitatief goede schakeling. Collega’s die daar twijfels over hebben kennen niet het hele ‘plaatje’.
Actieve Baxandall klankregeling 12dB
Peter Baxandall’s was een Engelse ingenieur die begin jaren ’50 een bas- en treble control-circuit’ ontwikkelde dat sindsdien praktisch de standaard is in hifi-systemen.
Een passieve variant van deze toonregeling paste ik toe in de 30 Watt* Audio Versterker met Buizen.
Zo’n passieve variant kan tonen tot 6 dB (400%) verzwakken of sterker doorgeven. Als de regeling goed werkt ontstaat in de ‘middenstand’ van de potentiometers een nagenoeg neutrale doorgifte van het signaal.
In deze 200 Watt PA Versterker gaan we een actief filter toepassen. Met zo’n filter kun je bepaalde tonen versterken of verzwakken met 12 dB (1600%).
De praktijk is anders.
De eerste halve ECC83 had ik geschakeld als kathodevolger. Die kathodevolger levert geen versterking op maar wel de lage uitgangsimpedantie die nodig is om deze toonregeling optimaal te laten werken.
Deze toonregeling lijkt wel wat op passieve toonregelingen met dit verschil dat waar normaal de massa aansluiting volgt hier nu een koppeling is aangebracht met de uitgang van het tweede deel van de ECC83.
Hier vindt dus tegenkoppeling plaats over de toonregeling waardoor een sterker effect en minder vervorming optreedt.
Die tweede halve ECC83 versterkt wel normaal waardoor er uiteindelijk nog een heel kleine signaalwinst overblijft.
Maar…
Deze actieve Baxandall klankregeling kost te veel
Onze 200 Watt PA Versterker heeft met deze actieve Baxandall regeling een ingangsgevoeligheid van 1 à 2 Volt.
De Baxandal toonregeling levert bij een 100O HZ signaal ongeveer 12 DB demping. De tweede helft van de ECC83 weet dat signaalverlies wel te compenseren maar overall levert dit niet de capaciteit op die ik van deze versterker verwacht.
Ik schakel daarom over op een normale versterkerschakeling met de eerste ECC83 triode. Om de uitgangsimpedantie van deze schakeling toch zo laag mogelijk te houden beperken we de anode weerstand tot 47K-ohm.
De voedingsspanning van de ECC83 gaat van 280V in de eerste opzet naar nu 350V.
Het effect is zoals verwacht. De ingangsgevoeligheid zakt naar 150mV. De toonregeling werkt iets minder extreem. De hoge tonen kunnen ongeveer 6 dB worden opgehaald en de lage tonen met ruim 9 dB.
Is dat nuttig?
Niet echt. Wanneer je de versterker zachtjes laat spelen kun je die bassen lekker ophalen. Maar hé, hoe vaak laat je zo'n versterker zachtjes spelen?
Als je de volumeknop open draait en de bas staat ook vol open dan wordt dat soms teveel van het goede.
Bij een volgende gelegenheid bouw ik weer gewoon een passieve Baxandall.
Bouwdetails
Bouwdetails van deze 200 watt PA Versterker zijn opgenomen in het artikel DIY 75 Watt PA Versterker Bouwen.
Het verschil en de overeenkomst tussen 75 Watt en 200 Watt lees je hier
Het resultaat
Deze 200 Watt PA Versterker doet wat hij belooft. Een krachtig geluid. Met de gekozen compromissen waarmee ik de kosten wat drukte komt 200 Watt PMPO er niet helemaal uit.
Maar de versterker voldoet heel goed met ook een goede kwaliteit geluid. Bij maximaal vermogen blijven beide trafo's binnen de limiet van hun mogelijkheden. In de gelijkspanningsvoeding zorgen grote elco's voor een rimpelloze voedingstroom.
De schakeling, het ontwerp van deze versterker blijkt prima te werken en kan ook vol continu maximaal geluid leveren.
Wil je dat volle vermogen er hele avonden continue uit halen dan raad ik je aan te investeren in een zwaardere voedingstrafo dan ik in dit project heb gedaan. Ook als je de versterker intensief wilt gebruiken raad ik die zwaardere voedingstrafo aan.
Tot slot een kort videootje waarin je deze krachtpatser kunt horen.
-
Koos Overbeeke.
Terug van 200 Watt Versterker met 6550 Buizen naar de radio amateur Audio
PS,
Meer vermogen halen uit deze 200 Watt PA Versterker met 6550 buizen? Dat kan, wel tot 25% meer en binnen de specificaties van deze buizen. Meer Weten? Ga naar uitgangsvermogen van een buizen versterker.
Ben jij een hifi enthousiast en wil je de kwaliteit van dit geluid toch nog een paar procent verbeteren? Dan kan ook. Je leest er alles over in het artikel hoe werkt de fasedraaier.
Reactie van Site volgers
Jeroen
Beste Koos, die weerstand van 0,05 ohm in de gloeistroomleiding, wat doet die daar? Die mag ik toch wel weglaten?
..Koos
Goeie vraag Jeroen, Het antwoord op je vraag vind je in het artikel: Levensduur van dure radio buizen verlengen
