30 Watt* Audio Versterker met Buizen
Hoeveel Watt versterker nodig voor je huiskamer?
Voor we begonnen met deze audio versterker met buizen heb ik me eerst de vraag gesteld hoeveel Watt nodig is voor een huiskamer?
EL84 of EL34 in de eindtrap dat was de sleutelvraag. Hoeveel vermogen moet een versterker bezitten om je huiskamer vol muziek te kunnen zetten?
Het antwoord daarop zit in drie factoren:
- Hoeveel geluidsdruk wil je hebben. Genoeg voor een luide weergave of moeten de buren ook luid meegenieten?
- Welke luidsprekers ga je gebruiken?
- Hoe groot is jouw huismaker.
1. Geluidsdruk
Voor beleving van luide muziek weergave heb je een geluidsdruk nodig van 90 dB en voor zeer luide muziek 100 dB.
2. Luidsprekers
Je kunt luidsprekers kopen die 30 Watt geluid kunnen verwerken voor een prijs van enkele tientjes. Belangrijker dan het vermogen is echter de gevoeligheid van die luidsprekerbox. Is dat bijvoorbeeld 86 dB en vind je ook een box met een gevoeligheid van 95 dB (die duurder zal zijn) neem dan die laatste.
Voor een geluidsdruk van 100 dB zal die 86 dB luidspreker ongeveer 30 Watt versterkervermogen nodig hebben. Die 95 dB speaker heeft hiervoor aan 10 Watt ruim voldoende.
3. De omvang van je kamer
De oppervlakte van een kamer speelt een rol evenals de hoogte maar ook de indeling en hoe vol is hij gemeubileerd. Als vuistregel mag je aannemen dat voor een zeer grote woonkamer, meer dan 50 m2, je vijf dB extra vermogen nodig hebt.
Conclusie: Ik gebruik twee Klipsch 500 boxen in combinatie met de Audio Versterker met Buizen. Die luidsprekers hebben een gevoeligheid van 93 dB. In combinatie met een 10 Watt Audio Versterker met Buizen levert dat meer dan voldoende geluid op.
Het werd dus een Push Pull met EL84.
Let op!
Deze versterker levert 10 Watt sinusvermogen, dat is 40 Watt Piek Muziekvermogen. Dat laatste is de aanduiding die je meestal op commerciële versterkers aantreft.
Deze audio versterker met buizen levert veel geluid en op met ook nog eens hoge kwaliteit en daarbij het warme ouderwetse buizengeluid.
Kwaliteit
Ontwerp
Op deze pagina lees je over het ontwerp en welke keuzes je kunt maken.
! De praktijkervaringen en de daaruit voortkomende eindschema's vind op de bouwpagina !
Mijn radio experimenten vorderen gestaag en de tijd van kleine projectjes lijkt voorbij. Daarom voldoet de 4 Watt versterker en de universele voeding niet meer. Beide behoeven een upgrade. Als eerste volgt hier de versterker.
Deze versterker met twee EL84’s in de eindtrap kan bij de gegeven voedingsspanning zelfs 14 Watt produceren. Ik heb hem terug gemanaged naar 10 Watt omdat ik daarmee een nog hogere kwaliteit kan bereiken.
Het schema is geïnspireerd door Menno van de Veen maar ik heb er enkele kleine wijzigingen op toegepast. Een grote wijziging is het gebruik van een eindtransformator. Ik maak gebruik van een trafo die mij door AliExpress is geleverd.
Het is een push-pull trafo met een RAA van 8k en twee UL aansluitingen. Die UL staat voor Ultra Lineair en die instelling gebruiken we.
Het schema
Het definitieve schema vind je verderop.
De EL84 eindbuizen instellen
Pentode, Ultra Linear of triode?
De EL84 kun je instellen als triode. Hiertoe verbind je het schermrooster (9) met de anode (7). De triode instelling levert het mooiste buizengeluid op maar het uitgangsvermogen is dan niet meer dan een watt of 5 à 6.
In de penthode instelling kan vrij makkelijk 14 à 15 Watt worden geproduceerd. Dit gaat wel gepaard met wat meer vervorming en het mooie ‘buizen geluid’ wordt minder mooi. Het gaat al wat meer als een transistor/IC versterker klinken.
De Ultra lineair aansluiting biedt een tussenweg. Het geluid gaat weer wat richting triode terwijl het vermogen toeneemt. De via Ali bestelde Chinese uitgangstrafo biedt zo’n UL aansluiting en daar maak ik dankbaar gebruik van.
A of AB klasse?
Ook hier kiezen we weer en compromis. A klasse levert de hoogste kwaliteit op maar kost veel stroom. Zonder signaal gebruikt de versterker net zoveel stoom als met maximale uitsturing. Daarbij komt dat de levensduur van je buizen hiermee korter wordt.
Klasse B sturing kent die nadelen niet maar levert veel vervorming op.
We gebruiken Klasse AB. We stellen de buizen in op klasse A waarbij het maximale vermogen wordt bereikt door naar klasse AB te gaan. We bereiken dat door met de trimmerweerstanden bij het stuurrooster van de eindbuizen die laatste bij een anode spanning van ongeveer 330V op 40mA ruststroom in te stellen. Dat is 36 mA voor de anode (Ia) en 4 mA voor het schermrooster (Vg2).
Die 40mA meet je door de spanning over de kathode weerstanden te meten. Je regelt met de trimmer die spanning op 0,4V. Zet de trimmer halverwege voordat je begint!
Dit doe je voor beide eindbuizen. Als je dat netjes doet is het bromgeluid in de speakers tot een absoluut minimum gedaald. Hoor je toch nog wat brom? Meet dan eens de spanning tussen de beide kathodes. Die moet nul komma nul zijn! Is dat niet zo dan zorgvuldig bijregelen totdat dit wel zo is.
De spanning op de beider stuurroosters zal dan ongeveer 14V zijn. De aangevoerde NRS (NRS- Negatieve Rooster Spanning) is hier dus veel hoger dan nodig. Mijn voedingstrafo levert die spanning. Heb je een trafo die ongeveer 20V levert dan is dat prima.
De fase draaier instellen
De fasedraaier is uitgerust met twee weerstanden van 22k ohm. Heb je geluk dan levert dat aan de kathodekant een even sterk signaal op als aan de anodezijde van die ECC82 buis.
Dat is wel belangrijk want je wilt dat allebei de eindbuizen een even sterk (doch in fase tegengesteld) signaal krijgen. Is dat niet het geval dan krijg je vervorming.
Die vervorming of de afwezigheid daarvan stel je als volgt vast.
Sluit een blokgolf generator aan op de versterkeringang en een oscilloscoop op de luidspreker aansluitingen. Sluit die luidsprekeraansluitingen af met een weerstand van 4 of 8 ohm (bijvoorbeeld 5 weerstanden van 22ohm 1 Watt parallel).
Haal de tegenkoppeling los van de luidspreker trafo.
Voer nu langzaam de generator spanning op tot bijna volle uitsturing van de versterker. Doe dit nooit met je luidsprekers want die verniel je hiermee!
Op de uitgang, op je scoop moet nu nog steeds en blokgolf zichtbaar zijn. Is die blokgolf vervormt zoals op de onderstaande afbeelding rechts overdreven is weergegeven dan behoeft het fase draaier circuit enige bijstelling.
Hiertoe vervang je de 22k weerstand in de anode door de in het schema getekend schakeling. Met die schakeling kun je nu de fasedraaier zo instellen dat er een mooie blokgolf uit de versterker komt. De eindtrap is dan in balans 😊
Breng de tegenkoppeling weer aan. De piekjes moeten nu wegblijven. Komen ze terug dan zijn er andere maatregelen bij de anode van de ECC81 nodig. Een voorbeeld van die maatregelen zie je bij de voorversterker.
De versterkingsfactor en kwaliteit instellen
Deze eindversterker is voorzien van een terugkoppelmechanisme. Met dat mechanisme kun je de versterkingsfactor regelen en ook de vervorming in de versterker elimineren. Hoe werkt dat?
Vervorming elimineren
Een versterker die audio signalen versterkt produceert daarbij vervorming. Het uitgangssignaal wordt groter maar ook anders, vervormt. We zagen daar bij de instelling van de fasedraaier al een voorbeeld van.
Maar daar kun je wat aan doen.
Door het uitgangssignaal te vergelijken met het ingangssignaal wordt het verschil tussen die twee zichtbaar. Door nu het uitgangssignaal via een weerstand af te zwakken tot het niveau van het ingangssignaal kun je vervolgens die twee signalen van elkaar aftrekken. Het resultaat is dan het verschil tussen die twee. Juist ja. De vervorming.
Sturen we nu die verschilspanning, die vervorming, in tegenovergestelde fase de ingang van de versterker in dan voeden we de versterker dus weer met vervorming. Alleen is deze vervorming in tegenfase met de vervorming die de versterker produceert.
Die twee tegengestelde vervormingssignalen heffen zodoende elkaar op.
Zo wordt het signaal aan de uitgang vervormingsvrij gemaakt. Hoe de vervorming van het uitgangssignaal wordt teruggekoppeld op de ingang des te minder vervorming komt er nog uit die uitgang.
De praktijk van tegenkoppeling in de audio versterker met buizen
Het ingangssignaal wordt aangelegd op het rooster van de ECC81. Het uitgangssignaal komt vanaf de secundaire kant van de luidsprekertrafo via weerstand Rt terug naar de kathode van die buis.
De spanningsdeler van RT en Rk zorgen er samen voor dat niet het volle uitgangssignaal wordt teruggekoppeld, dat sterke signaal zou de ingang wegblazen, maar slechts een klein deel.
De ECC81 ziet nu een signaal op de kathode verschijnen dat in tegenfase is met het signaal dat op het stuurrooster staat. Die twee signalen trekt de buis van elkaar af en het verschil wordt versterkt bij de anode afgegeven.
De terugkoppeling, de tegenkoppeling berekenen
De grootte van de terugkoppelweerstand berekenen in deze audio versterker met buizen. Hoe gaat dat in zijn werk?
We beginnen bij de eindtrap. De spanningsversterking hier is niet groot. Om 10 Watt in een 8 ohm luidspreker te pompen heb je een spanning nodig van (10/8) * 8 = 8,9V.
We willen de eindversterker met 0,5 V uitsturen. Dan is de versterkingsfactor 8,9/0,5= 17,8 maal. We maken daar een rond getal van 20 maal.
Het benodigde ingangssignaal is dan 8,9/20 = 0,44V.
Nieuwe versterkingsfactor Vn = 20. Voor de berekening van de terugkoppeling hebben we de oude versterkingsfactor nodig. Hoe groot is die Vo?
Bekijken we de datasheet van de ECC81. Die kan bij een anodespanning van ruim 100V een versterkingsfactor van 62 halen. Dat wordt veel want ons ingangssignaal van 0,44V wordt dan al 44V. Te veel voor de aansturing van de ECC82.
De eindtrap die begint bij de ECC82 heeft voor maximale aansturing en zonder terugkoppeling een ingangssignaal nodig van ongeveer 1,2V. De versterkingsfactor is hier de uitgangsspanning gedeeld door de ingangsspanning = 8,9/1,2 = 7,4.
De ECC81 hebben we wat gedempt zodat die versterking van 62 maal niet gehaald wordt. De kathode is niet ontkoppeld (geen condensator over Rk) en daarmee zakt de versterking al 50%.
De anode weerstand is relatief klein wat minder versterking geeft terwijl de Rk relatief groot is wat de stroom door de buis lager maakt. Het resultaat is dat deze buis ongeveer 14 keer versterkt.
De totale versterking Vo is dan 7,4 * 14 = 103,8
De formule voor de Rt berekening is:
Vn= Vo / 1 + Vo * (Rk /( Rt + Rk))
20= 103,8 / 1 + 103,8 * (1,8 /( Rt + 1,8 ))
De uitkomst hiervan is dat Rt = 42 kilo-ohm voor een gewenst ingangssignaal van 0,44V.
De praktijk
In de praktijk spelen er meer zaken waardoor er andere waardes voor de condensator en de weerstand uitkomen: Zie: DIY de bouw van een 10 watt audio versterker.
Andere ingangsspanningen
Kiezen we en ander ingangsspanning dan volgt daar uit een andere versterkingsfactor Vo. De berekening blijft verder gelijk.
Willen we een ingangsspanning van 0,2V dan is een Rt nodig van 150k.
Willen we een ingangsspanning van 1V dan is een Rt nodig van 15k.
Je ziet dus dat hoe kleiner de terugkoppelweerstand is des te groter de terugkoppeling is en des te kleiner de versterking wordt in het deel van de versterker dat binnen de terugkoppeling valt.
Omgekeerd, hoe groter de Rt des te kleiner de terugkoppeling en des te groter de versterkingsfactor. Maar hiermee wordt ook de demping op de vervorming minder. In de praktijk zoek je dus naar een optimum tussen versterkingsfactor en vervorming.
Let op!
Sluit je de terugkoppel lus aan op de verkeerde draad van de luidspreker uitgang dan krijg je mee-koppeling in plaats van tegenkoppeling. De versterking neemt nu enorm toe en waarschijnlijk gaat de versterker resoneren, piepen.
De hoogspanning instellen
De hoogspanning instellen voor deze audio versterker met buizen vergt iets meer aandacht.
Zoals je op het schema ziet heeft de fasedraaier met ECC82 een spanning van 280V nodig om netjes te kunnen werken volgens de voorgaande berekeningen. De ECC81 heeft hierbij 250V nodig.
De grootte van de weerstanden die in de voeding voor deze spanningsdaling moeten zorgen is afhankelijk van de spanning V1 die je voeding levert. Ik ben bij dit schema uitgegaan van 380V maar de praktijk moest nog uitwijzen of dat klopt.
In de praktijk blijkt 340V een realistische spanning voor de EL84.
Uitgaande van die 340V moet voor de ECC82 een spanningsreductie van 60V worden gerealiseerd. Nu kun je die weerstand berekenen als je weet wat de stroom is die de beide buizen achter die weerstand gaan afnemen.
Ook hier zal de praktijk nog moeten uitwijzen wat die stroom precies zal zijn maar op basis van de karakteristieken van de beide buizen en de gekozen instellingen neem ik aan dat de ECC81 1,2 mA zal treken, de voorversterker ECC82 ongeveer 2,1 mA en de fasedraaier 3,6 mA. Samen 6,9mA.
De voorschakelweerstand wordt dan 60V/6,9mA = 8,7kohm. De voorschakelweerstand naar de ECC81 wordt nu 30V/1,2mA= 25k.
Let op!
Ga je nog meer schakelingen voeden, bijvoorbeeld een extra voorversterker met regelcircuit dan heb je twee opties.
- Of je voedt die extra circuits rechtstreeks uit de V1. In de voeding is dat punt aangeduid met Vx. De grote van de voorschakelweerstand is afhankelijk van het stroomverbruik van je voorversterker.
- Of je takt de voeding van die circuits af bij V3 of V4. Maar dan moet je die voorschakelweerstanden opnieuw berekenen!
De voeding
De voeding voor een 10 watt audio versterker met buizen heeft toch nog wel wat meer om het lijf dan een voedinkje voor een eenvoudig 4 watter met 2 buisjes.
Ik benoem de bijzonderheden en afwijkingen.
Het schema
Lees hierna de DIY bijdrage voor de details.
De voedingstrafo
De voedingstrafo heb ik besteld bij https://www.ringkerntrafo.nl. Zij bieden een keur aan mogelijkheden.
Stand-by
Om te beginnen zie je dat de hoogspanning apart inschakelbaar is. De functie hiervan is dat de gloeidraden van de buizen warm worden nadat je de versterker hebt ingeschakeld. De hoogspanning verschijnt pas in deze audio versterker met buizen als je de stand-by schakelaar aanzet.
Het is een goede gewoonte om die hoogspanning uit te zetten als de versterker stand-by moet staan, dus snel operationeel moet zijn. Ook bij het opstarten is het een goede gewoonte om de hoogspanning pas in te schakelen nadat de buizen warm geworden zijn.
Led-signaal lampjes
Alle schakelaars zijn dubbel uitgevoerd. De tweede schakelaar dient voor het inschakelen van een led signaal lampje dat je laat zien dat een functie actief is. Deze ledjes worden gevoed door de 6,3V voor hen gelijk te richten.
Dat gelijkrichten is nodig of je moet ouderwetse gloeidraadlampjes op de kop kunnen tikken. De ledjes werken namelijk prima op 6,3V wisselspanning maar ze produceren daarbij ook schakelpiekjes die als storing in je audio terecht kunnen komen.
Stoorsignalen in het 230V Net
Helaas is het zo dat ons huidige lichtnet sterk vervuild is met allerlei stoorsignalen. Die stoorsignalen dringen via de voedingstransformator je audio versterker met buizen binnen.
De condensatoren van 200nF die je aan de secundaire wikkelingen van de hoogspanning en de 40V ziet dienen om die stoorsignalen af te voeren (kort te sluiten) naar de massa.
De hoogspanning
De hoogspanning voor de voorversterkertrappen wordt door een extra smoorspoel gevoerd. Een smoorspoel biedt een extra rem op overgebleven rimpelspanninkjes na de gelijkrichter.
De weerstanden voor 280V zijn berekend op een afnamestroom van 380V en 6 mA. De praktijk moet nog uitwijzen wat het echt moet zijn. Kent jouw voorversterker een ander stroomgebruik dan moet je die weerstand daar aan aanpassen.
Negatieve roosterspanning voor de eindbuizen
Deze spanning betrek ik uit de 40V aansluiting van de transformator. Anders dan je gewend bent ligt nu de plusspanning aan massa. De minspanning heb je nodig voor de stuurroosters.
Fantoomspanning
Helaas hebben we voor die condensator microfoon een positieve spanning van 42Vtot 48V nodig.
Deze microfoons bevatten naast de trilplaatcondensator ook kleine versterkertjes uitgerust met FETs. Die hebben een plus spanning nodig en kunnen niet met een negatieve fantoomspanning overweg.
Er zijn meerdere types condensatormicrofoons en hun stroomverbruik loopt uiteen van 1 tot 10 mA.
De spanning herleiden we van de 340V spanning via een weerstand van 33kohm 10 Watt. Deze weerstand zal ongeveer 3,5 watt vermogen opnemen maar door een 10Watt weerstand te nemen lopen we hier geen enkel risico.
De Zener stabiliseert het op 47V en gebruikt maximaal 10 mA en verbruikt daarbij maximaal 0,5 Watt vermogen. De Zener kan 1,3 Watt verwerken.
De elco is feitelijk overbodig maar heb ik toegevoegd om 300% zeker te stellen dat er werkelijk geen enkel rimpeltje brom meer op de fantoomspanning zit.
Aarding van de 6,3V gloeispanning
Aarding en daarmee het elimineren van brom in je versterker is hier toegepast door beide aders met behulp van weerstanden van 100 ohm met massa te verbinden.
Wat ontbreekt er aan deze 10 Watt audio versterker met buizen
Je ziet dat deze eindversterker geen volumeregeling bezit en ook een regeling van de klankkleur ontbreekt.
Deze functie heb ik toebedacht aan de voorversterker. Het schema met toelichting vind je via deze link: Voorversterker voor audio power versterkers.
Deze voorversterker ga ik op hetzelfde chassis als de eindversterker monteren met wel wat extra voorzieningen t.b.v. gebruik in zendapparatuur.
De bouw ervaring en de praktijk
De bouw ervaring en de praktijk van de 10 Watt audio versterker met buizen.
Het chassis van André van Beynum is binnen. Dertig bij achttien bij zes. Daar moet zowel de eindversterker als de voorversterker inclusief de voedingen op kunnen passen. Het afschermblikje is een Hammond 1444-8 van Mouser.
We beginnen met een bouwtekening. Met de Audio Dynamiek Compressor heb ik ervaren dat grotere projecten makkelijk uit de hand kunnen lopen qua ruimte gebruik.
Dat tekenen doe je niet voor niets. Ik heb het ontwerp twee keer aan moeten passen om alles netjes in het chassis te krijgen. Gelukkig bestond het ontwerp toen alleen nog in Powerpoint.
Het chassis is nu van alle gaten voorzien. Zie je op tegen dat werk of heb je daar de ruimte of het gereedschap niet voor dan maakt André die gaten er graag voor je in.
Click op de afbeelding voor een grotere weergave.
Wordt vervolgd in DIY, de bouw van een 10 Watt Audio Versterker.
-
Koos Overbeeke
Terug van 10 Watt audio versterker met buizen naar Audio
Reactie van Site volgers
Kees-Jan
Koos, 30 Watt is dat een typefout? Verderop spreek je over 10 Watt!
..Koos
Goede vraag Kees-Jan. Nee, die 30 Watt is geen typefout maar een knipoog naar wat ik in de markt zie.
Dat is wat veel om hier uit te leggen Ik heb er een artikel van gemaakt. Kijk even naar Uitgangsvermogens in Audio Versterkers