DIY De bouw van een 10 Watt audio versterker

 

 

 

 

 

DIY 10 Watt Versterker

De bouw van een DIY 10 Watt Versterker is nog een heel karwei. Na montage van de grote onderdelen (zie foto hierboven) volgden de kleinere onderdelen waarna het bedraden en de montage van weerstanden en condensatoren kon beginnen.

Ik besloot eerst de hoofdversterker af te bouwen en te testen en daarna pas de voorversterker toe te voegen. Een werkwijze die ik je kan aanraden want er valt nog het een en ander bij te regelen, zo bleek.

 

De voeding van je project

Nog een tip: bij zo’n omvangrijk bouwproject maak je gemakkelijk een vergissing. Een spanning die niet op de verkeerde buisaanluiting zit of een kortsluiting die je over het hoofd zag. Deze foutjes kunnen flinke schade veroorzaken.

Gebruik een Variac voor je DIY projecten

 

Een Variac gebruiken

Schade door foutjes voorkom je met behulp van een Variac. Met zo’n apparaat kun je de netspanning regelen die naar je project gaat. Begin met je project te voeden met 50V op de 220 V aansluiting.  Ruik en kijk of er niets geks gebeurt en check de spanningen op een aantal plaatsen. Er moet ongeveer 1/5 van de spanning die je normaal verwacht aanwezig zijn.   

Gaat dat goed dan regel je de spanning rustig op naar 100V en daarna naar 150V. Op dit punt controleer je nog een keer goed of alles klopt. Als dat zo is kun je de Variac doorzetten naar 200 V. Opnieuw een check en daarna kan hij er tussenuit en kun je jouw project rustig aan de 220 netspanning hangen.

Je gebruikt hem niet zo vaak, zo’n Variac. Maar bij bouw en reparatieprojecten kan hij een hoop ellende voorkomen. Je schaft hem voor een paar tientjes aan en die kosten verdienen zichzelf terug.

 

 

Bescherming van de ECC82 nodig!

De fase-omkeertrap wordt rechtstreeks uit de anode van de voorliggende triode gevoed. Hier ontbreekt de gebruikelijke koppelcondensator.

Bij de gehanteerde instellingen kan dit en je ziet dat het rooster een negatieve voorspanning van ongeveer 7 Volt krijgt ten opzichte van de kathode.

 

Een risico voor deze DIY 10 Watt Versterker

De schakeling werkt prima maar bevat een risico voor deze DIY 10 Watt Versterker.

Bij inschakeling van de voeding en je vergeet de stand-by schakelaar aan te zetten is er direct hoogspanning beschikbaar terwijl de gloeidraden van de buizen nog koud zijn.

Op dat moment, er loopt nog geen stroom door de buizen, staat er ongeveer een spanningsverschil van ongeveer 280V tussen het rooster en de kathode van de fasedraaier.  

Die hoge spanning kan leiden tot een beschadiging van die buis als gevolg van vonkoverslag waarbij kathode materiaal op het rooster neerslaat.

Uiteindelijk zal de buis hierdoor minder goed gaan functioneren.

Een diode als oplossing voor dit euvel

 

Een diode als oplossing voor dit euvel

Ik heb een diode tussen de kathode en dat rooster geplaatst. Die diode is in geleiding als de buis koud is en beperkt de spanning tussen rooster en kathode tot ongeveer +0.6V.

Zodra de trioden warm worden en gaan geleiden ontstaat er een spanningsverschil van -5 à -7V over de triode en gaat deze sperren (wordt zeer hoogohmig).

Doordat de diode spert heeft hij geen invloed op het audio geluid. Ik nam voor die diode een 1N4148 omdat ik die had liggen en in de sperrichting over een zeer lage condensator capaciteit beschikt.

In koude toestand van de buizen is de stroom door de diode maximaal 2,5 mA. Die stroomsterkte kan deze diode goed aan.

 

 

De testopstelling van je DIY Versterker

Om te beginnen heb ik vier 10 cm afstandsbussen (stand-off-spacers) op het chassis gemonteerd. Meer dan een jaar terug heb ik bij AliExpress in allerlei maten een zak van die dingen gekocht en daar heb ik op allerlei momenten en toepassingen al veel plezier van gehad.

afstandsbusjes monteren

 

Die afstandsbussen maken het mogelijk dat ik het chassis compleet gemonteerd met buizen ondersteboven zet waarna ik de spanning aan kan zetten en rustig allerlei metingen kan doen.   

testopstelling van je DIY 10 Watt Versterker 

 

 

Te hoge spanning!

De voedingstrafo die ik had uitgezocht vanwege de aanwezigheid van een 40V wikkeling die ik voor negatieve roosterspanning kan gebruiken levert op de hoogspanning 290V. Na gelijkrichting levert dat ongeveer 380 V gelijkspanning op.

Die 380V wilde ik ook aan de EL84 buizen voeden maar tijdens mijn eerste testen (met de Variac) bleek dat mijn buizen al bij 180V Variac-spanning ongeveer 50mA stroom consumeerden.

De negatieve roosterspanning was op dat moment ongeveer -5V. Over die roosterspanning verderop meer.

Zo’n hoge kathode stroom (gemeten 0,5V over de 10 ohm kathode weerstanden) had ik niet verwacht. De Datasheet van de EL84 er maar eens bij gepakt.

Schrikken!

De tabellen en grafieken eindigen allemaal bij 300V anode spanning. De maximale anode spanning wordt wel aangeduid met 500V maar daar prestatie en instellingen gegevens aan toevoegen, daar wagen geen van de fabrikanten zich aan.

 

Welke voedingsspanning voor DIY 10 Watt Versterker

We gaan de voedingspanning terug brengen naar 335V. Na de eindtrafo moet dat iets meer dan 300V op de anodes van de EL84 opleveren.

Om die spanning te realiseren gebruik ik twee smoorspoelen van 5H en een weerstand van ruwweg 220 ohm 25 Watt. Die 25 Watt realiseer ik door 5 weerstand van 5 Watt te gebruiken die samen 220 ohm opbrengen.

De warmteopbrengst in deze weerstand is bij 120 mA stroomafname ruwweg 3,2 Watt. In theorie kun je dat dus ook met 1 weerstand van 5 Watt oplossen. Vergis je niet, 3 watt in een weerstandje van 1 cm lengte en 4 mm dik levert op dat kleine oppervlak een forse hitte op.

Die weerstand moet daar tegen kunnen, is daarop gebouwd, maar zo’n straalkacheltje heb je toch liever niet in je versterker zitten.

Daarom vijf weerstanden. Die produceren samen even veel warmte maar tonen ieder voor zich geen straalkachel ambities. Door de spreiding loopt de temperatuur op één plaats niet meer zo hoog op.

 

Keuze voedingstrafo

De les achteraf is dat ik voor deze DIY 10 Watt versterker beter een trafo had kunnen uitzoeken die wat minder hoogspanning aanbiedt aangevuld met een wikkeling voor de negatieve roosterspanning (NR-spanning). Uiteindelijk heb ik de 3N604 trafo besteld om dit issue definitief en netjes op te lossen.  

3N604 trafo

voeding voor 10 watt audio versterker met buizen versie 2.1

 

! Het schema van de voeding voor deze DIY versterker met buizen verandert hierdoor op meerdere punten iets (weerstand waardes).

Klik op de afbeelding hiernaast voor een grotere weergave !

 

 

De hoogspanning op de fasedraaier

Het is belangrijk dat de spanning die aan de ECC82 wordt aangeboden in deze DIY 10 Watt Versterker nagenoeg 280V is.

Waarom is dat belangrijk?

Je ziet dat de anode van de eerste triode koud gekoppeld is met het stuurrooster van de tweede triode. Meestal zie je dat voor die koppeling een condensator en een roosterlekweerstand wordt gebruikt.

In de schakeling die wij toepassen heeft die anode bij een voedingsspanning van 280V een spanning van 73 à 75 V.

De kathode van de tweede triode zal ongeveer 79 à 80 V meten. Dat levert samen een negatieve roosterspanning op van 5 à 7 V.

 

Kleine afwijkende voedingsspanning

Zou je nu een voedingsspanning van 270 V bezitten, een afwijking die normaliter prima zal werken, dan gaat het nu fout!

De anode spanning van de eerste triode zakt ongeveer 9V naar 65V. De kathode-roosterspanning van de tweede triode bedraagt nu ongeveer 15V. Die buis zal niet veel meer doen.

Omgekeerd voeg je 290 V toe dan zal de anodespanning stijgen naar ongeveer 82 V. 

De kathode-roosterspanning is nu positief i.p.v. negatief en dit zal de buis op den duur doen opblazen.

Het is daarom van belang die 280 V goed in te regelen!

 

Balans in de Fasedraaier

Voor een goede vervormingsarme geluidsweergave is het van belang dat de fasedraaier goed in balans is.

Zie hiervoor ook mijn aantekening op het schema en mijn aantekeningen over de fasedraaier in Audio Versterker met Buizen.

Je kunt voor de weerstanden in de fasedraaier natuurlijk 1% tolerantie weerstanden gebruiken. Dan zal het met die balans wel goed zitten.

Ik gebruik echter voor mijn DIY 10 Watt Versterker normale 10% tolerantie weerstanden uit mijn weerstandenmap. Dus was er sprake van een spanningsverschil over de anode weerstand en de kathode weerstand.

In mijn situatie moest ik een weerstand van 1,5 Mega-Ohm parallel schakelen aan de anode weerstand om een mooie balans te verkrijgen. Spanningsmetingen over de weerstanden en de blokgolf meting bewezen dat het nu goed zat.

 

 

De negatieve roosterspanning instellen

Die NR-spanning had ik ingeschat op ongeveer -8V. Dat bleek een vergissing. Om de eL84 op 40mA ruststroom ingesteld te krijgen moest ik op de middenpoot van de trimpotentiometer toch wel -14V aanleggen.

Geen probleem gelukkig, de 40V of 30V wikkeling levert spanning genoeg maar de weerstand instellingen moest ik toch wat bijstellen omdat ik eerst ingeschat had dat 10V op de trimmer ruim voldoende zou zijn.

Bij de 3N605 trafo die slechts 310V aan de luidsprekertrafo aanbied was een volt of 11á 12 op het stuurrooster voldoende om op 40mA ruststroom uit te komen.

Als je denkt dat die spanningen goed staan (0,4 V op beide kathodes) check dan nog even de spanning tussen die twee kathodes. Die moet 0,000 V zijn. Als dat zo is staan de EL84's mooi in balans. Zo niet dan de NRS op beide buizen nog een beetje bijregelen.

 

 

De tegenkoppeling

In de beschrijving van deze Audio Versterker met Buizen liet ik zien hoe je met tegenkoppeling de kwaliteit van je geluid verbetert en de versterkingsfactor kunt bepalen. Maar hier zit meer aan vast blijkt bij de bouw van deze DIY 10 Watt Versterker.

Zodra je gaat tegenkoppelen verbeter je weliswaar de kwaliteit van de versterker maar je beïnvloedt ook de klank van het geluid en je loopt het risico op oscillaties. Die oscillaties vallen uiteen in twee categorieën:

  1. Motorboten, oscillaties met een zeer lage frequentie.
  2. HF-Middengolf, oscillaties tussen de 100kHz en 2 MHz.

Op onderstaande afbeelding zie je hoe de versterker omgaat met een blokgolf signaal van 1000Hz en 400Hz. Blokgolf signalen zijn de moeilijkst hanteerbare signalen voor elk analoog audio systeem.

Let op!

Voor je de signaal generator een blokgolf op je DIY 10 Watt Versterker laat zetten moet je wel eerst je luidsprekers loskoppelen en een dummy load (gewoon zware weerstanden die 4 of 5 of 8 ohm vertegenwoordigen) aansluiten. Je luidsprekers zijn niet tegen een blokgolf bestand. Je eindbuizen niet tegen een openstaande eindtrafo.

 

Blokgolf door de DIY 10 watt audio versterker zonder tegenkoppeling Over de stoorsignalen die je ziet verderop meer.

Je ziet dat de versterker het er lang niet slecht vanaf brengt. Probeer het maar eens uit. De meeste versterkers laten een veel sterker vervormd signaal zien. In dit geval zie je dat vooral de lage frequentie blokgolven afwijkingen laten zien.

 

 

De klankkleur van buizenversterkers

De DIY 10 Watt Versterker aangesloten op een boomboom 80. Die laat mijn Spotify van de telefoon afspelen en ik krijg dat warme buizengeluid te horen waar dit soort versterkers een faam aan danken.

Een warm geluid zoals in de jaren 50 en 60 die houten kasten klonken waar een enorme luidspreker in zat en waarmee je naar de Middengolf luisterde.

Dat geluid.

Vervolgens breng ik een tegenkoppeling aan volgens het schema; 33k en 68pf van de luidspreker naar de kathode naar van de ECC81.

Het geluid wordt een stukzachter maar ook gaat de kwaliteit vooruit.

Het geluid wordt een stukzachter maar ook gaat de kwaliteit vooruit

 Over de stoorsignalen die je ziet verderop meer

Je ziet op de afbeelding hoe een blokgolf van 200Hz nu keurig uit de versterker komt.

Maar, het geluid van onze DIY 10 Watt Versterker wordt een stuk droger, het mooie warme geluid is weg.

Het warme buizen geluid ontstaat voor een belangrijk deel in de uitgangstransformator. Vooral in de lage tonen produceert die harmonische signalen. Het zijn die harmonische signalen die voor een belangrijk deel zorgen voor dit warme geluid.

 

Het effect van deze tegenkoppeling is nog erger

De DIY 10 Watt Versterker gaat motorboten.

Motorboten is een plof plof geluid. Het geluid ontstaat doordat er oscillaties ontstaan met een heel lage frequentie.

 

Enkele experimenten

Graag wil ik dat warme geluid terug in mijn DIY 10 Watt Versterker. En dat motorboten moet weg. We gaan de terugkoppeling verkleinen. We beginnen met een weerstand van 100kohm zonder condensator. Dat levert motorboten op met een plus harmonische signalen op van ongeveer 1,5Mhz.

Een kleinere weerstand van 47kohm doet dat ook. De frequentie is nu 1,2 MHz. Je kunt een aanwijzing hiervoor zien in onderstaande afbeelding. Zie de puntjes die rood omcirkeld zijn.  

tegenkoppeling zonder condensator

 

 

Het definitieve schema van de

DIY 10 Watt versterker

Klik op het schema voor een grotere weergave!

DIY 10 watt hifi audio versterker met el84

 

 

Toelichting op Zonnepaneelstoringen

Je ziet op die afbeelding (op alle afbeeldingen) meer en sterke stoorsignalen maar die hebben gelukkig met de versterker niets te maken.

De zonnepanelen op ons dak produceren helaas een sterk stoorsignaal rond de 600kHz.

Gevoelige scoop

De Owon oscilloscoop is als hij kleine signalen zichtbaar moet maken, dus een gevoelige ingang heeft, gevoelig voor dit soort EMC storingen. Dat zie je hier.

Overigens doet Solar Edge, de fabrikant van deze PV installatie/stoorapparatuur, al ruim een jaar onderzoek naar deze storingen en in dat jaar zijn al flinke verbeteringen gerealiseerd. Klaar is het, zoals je ziet, nog niet.

 

We proberen een condensator van 68pF parallel aan de weerstand en dat heft de oscillaties op. Maar blokgolven met een frequentie van 5000Hz of hoger komen nu sterk afgerond uit de versterker. We proberen stapje voor stapje steeds kleinere condensatoren. Bij 10 pF is het resultaat naar tevredenheid.

Met een Rt van 47kohm en 10pF zien we onderstaand resultaat.

terugkoppeling met condensator 10pf in de DIY 10 awtt versterker

 

Belangrijk hierbij is dat het motorboten weg is en ook de HF oscillaties zijn weg. Het warme geluid dat we zoeken is weer in redelijke mate aanwezig.

De versterker doet wat hij moet doen.

P.s. bij 310 V op de EL84 in plaats van de eerder gebruikte 340V zien plaatjes er net wat strakker uit dan in bovenstaande afbeelding. Blijkbaar voelden die buizen zich toch niet helemaal lekker bij die hogere spanning.

In een volgend artikel volgen mijn wederwaardigheden met de bouw van een voorversterker. Op basis van mijn ervaring met deze DIY 10 Watt Versterker ga ik die voorversterker eerst op een testchassis bouwen en uittesten.

Pas wanneer hij helemaal Oké is ga ik hem in de hoofdversterker inbouwen.
-
Koos Overbeeke

 

Terug van DIY 10 Watt Versterker naar Audio

 

 

 

Jouw reactie en/of vraag
Je persoonlijke gegevens zoals email adres worden niet op de site vermeldt!