Uitgangsvermogen van een buizen versterker berekenen
Over het berekenen van het uitgangsvermogen van een buizen versterker vind je veel informatie op Internet die helaas vaak niet juist is. Omdat ik ook op dit punt het naadje van de kous wilde weten ging ik ook hierover op onderzoek uit.
Wat ik vond confronteerde ik dan weer met mijn praktijkervaringen. Een zo kwam ik tot kloppende theorie die in Jip en Janneke taal uitlegbaar is.
Anode dissipatie
In sommige datasheets vind je een grafiek met de maximale anode dissipatie. Vaak ontbreekt die grafiek ook. Maar je kunt hem gemakkelijk zelf maken.
Als voorbeeld heb ik een grafiek gebruikt van de 6550 buis die in mijn zogenaamde 200 Watt PA versterker zit. De maximale anode dissipatie van die buis staat in de datasheet van de fabrikant.
Als je nu die dissipatie deelt door de te gebruiken anodespanning dan vind je de anodestroom die daar bij past en de negatieve roosterspanning die daar mee samengaat. Zie figuur 13.
IK heb die berekening voor een paar anodespanningen gedaan. Vervolgens kun je de gevonden punten met elkaar verbinden.
Uitgangsvermogen van een buis vaststellen
In figuur 14 heb ik wat gespeeld met de grafiek en wat berekeningen uitgevoerd met het doel het maximale uit die buis te halen.
Daarbij kwam ik uit op een voedingsspanning UB van 540 Volt, een rustroom van 78 mA een -Vg van 51Volt en een ingangssignaal van 49V (98 volt piek-piek).
Het geleverde uitgangsvermogen is dan 55 Watt en de anode dissipatie (vermogen dat die buis omzet in warmte) is 41 watt. De input power (= gelijkstroom input) voor die buis (exclusief gloeistroom) is 96 Watt.
Bedenk bij deze grafiek dat de buis maar één helft van een sinussignaal versterkt en dat je dus twee buizen nodig hebt in een push-pull schakeling om een volledig signaal te krijgen. Samen leveren die twee buizen dan 55 watt volledig signaal.
Merk verder op dat de anode loadlijn (rood) bijna recht overeind staat en flink afwijkt van de wisselstroom belasting lijn (blauw). Dat wordt veroorzaakt door de uitgangstransformator die voor gelijkstroom maar een heel lage weerstand bezit van 82 ohm (Raa) en voor wisselstroom 2150 ohm.
2150 ohm want 1 buis ziet maar de helft van de trafo impedantie die in dit voorbeeld 4300 ohm (RAA) is.
- Uitgangsvermogen van een buizen versterker -
Relatie tussen anode dissipatie en geleverd vermogen
(Plate dissipation & Output Power)
Oude vooronderstelling.
Tot nu toe was ik er vanuit gegaan, noem het maar naïef, dat de maximale anode dissipatie die voor een buis werd gegeven gelijk was aan het maximale vermogen dat de buis kan leveren.
Dat blijkt niet juist te zijn. Uit meerdere berekeningen, ik heb deze oefening naast de 6550 ook voor de EL84 uitgevoerd, blijkt dat het maximaal af te geven vermogen van de buis 10 tot 20 % hoger kan liggen dan de anode dissipatie aangeeft. En dat zonder die anode dissipatie geweld aan te doen.
Wat zegt de theorie hier over?
De theorie hierover opzoeken valt niet mee en vergt weer een avondje googelen. Maar dan stuit ik op het boek: RCA Transmitting Tubes uit 1956. Op pagina 78 staat:
“Anode dissipatie is het vermogen dat verloren gaat in de vorm van warmte als gevolg van een elektronenbombardement op de anode. Het is het verschil tussen het vermogen dat aan de anode van de buis wordt geleverd (plate input) en het vermogen dat door de buis aan het belastingscircuit (the load) wordt geleverd.”
Mijn ervaringen met deze oefening (zie hierboven: uitgangsvermogen van deze buis vaststellen) die ervaring klopt dus en mijn oude vooronderstelling was onjuist ☹ 😊
- Uitgangsvermogen van een buizen versterker -
Anode dissipatie is wel van belang!
Het is bij deze experimenten wel van belang dat je die anode dissipatie in de gaten houdt. Bijvoorbeeld in voorgaand voorbeeld (figuur 14) kun je in de verleiding komen de negatieve roosterspanning (-Vg) te laag te houden en daarmee de ruststroom te hoog.
Zet je die rustroom bij deze UB spanning van 540V te hoog, bijvoorbeeld op 90 mA dan blaas je de buis al snel op. Gelijkstroom 90 mA * 540 Volt anode spanning levert 48 watt warmteproductie in de buis op. Dat is 6 watt meer dan is toegestaan.
Dit terwijl bij een voedingsspanning van 450V zo’n sterke ruststroom van 90 mA geen probleem zal geven. 90 mA * 450V = 40,5 watt warmteproductie. Geen probleem. Opletten dus en goed doorrekenen wat je aan het doen bent!
Door dit alles nieuwsgierig geworden ben ik benieuwd hoe deze theorie aansluit bij mijn ervaringen met de zogenaamde 200 Watt PA versterker. De voedingspanning is daar 450V.
De 6550 buis aan de theoretische tand gevoeld bij een UB van 450 V
In de grafiek (figuur 15) heb ik de spanningen en impedanties ingevoerd zoals ze in de 200 watt PA versterker zijn gebruikt.
Wat je ziet is dat de theorie zegt dat we een netto effectief echt vermogen van 42 watt uit de schakeling zouden kunnen halen. Je ziet ook dat buis niet over de kling wordt gejaagd. De anode dissipatie blijft bescheiden ook in rust.
In de praktijk had ik 45 Watt netto effectief echt vermogen aan de luidspreker gemeten. Deze uitkomsten, grafiek tekening versus praktijk meting, liggen dus redelijk dicht bij elkaar.
Gezien de ruimte die de maximale anode dissipatie biedt is de vraag interessant of bij deze voedingsspanning meer vermogen geproduceerd kan worden?
Laten we dat eens onderzoeken.
- Uitgangsvermogen van een buizen versterker -
Tot 20 % meer vermogen uit de 6550 buizen
De titel hierboven geeft al aan dat het onderzoek naar meer vermogen uit de 6550 buizen een positief resultaat gaf. Met kanttekeningen.
Hier is de grafiek.
We passen hier een uitgangstransformator toe met een lagere impedantie dan die ik heb toegepast namelijk 3400 ohm (ik had 4300 ohm ingebouwd).
Die lagere impedantie levert voor de gelijkstroom nauwelijks verschil op maar zorgt wel voor een fors hogere wisselstroom en daarmee meer vermogen in de trafo. We zien dat hierbij een netto effectief echt vermogen aan de luidspreker kan worden verkregen van 52 Watt.
- Uitgangsvermogen van een buizen versterker -
Conclusie over uitgangsvermogens bij buizen
Als vuistregel kun je er van uit gaan dat het maximale vermogen dat buizen kunnen leveren wel in de buurt ligt van de door de fabrikant opgegeven maximale anode dissipatie.
Maar het is de moeite waard om daar wat grafiekjes bij te tekenen en wat te rekenen want er kan meer vermogen binnen worden gehaald.
-
Koos Overbeeke
Terug van Uitgangsvermogen van een buizen versterker naar Diverse De Radio Amateur