Buizenversterker of transistor?
De reputatie van de buizenversterker is zo groot dat het grootste compliment voor een transistorversterker vaak is om te zeggen dat het een “buizengeluid” heeft.
Je hebt waarschijnlijk al eens gehoord van de elektrische gitaar buizenversterker, ze zijn de populairste. Uiteraard hebben buizenversterkers niet alleen voordelen: het tegenovergestelde is dat ze omvangrijk, zwaar en vaak zeer opvallend zijn (esthetisch gezien). Gewoonlijk zijn ze duurder dan een transistorversterker omdat ze hoogwaardige passieve componenten nodig hebben (condensatoren, uitgangstransformatoren, weerstanden met toleranties van 1%, enz.).
Hoe werkt een buizenversterker?
Een buizenversterker werkt op een volledig andere manier dan een transistorversterker (ook wel een vaste-stofversterker genoemd).
In feite werken buizenversterkers op hoge spanning (meerdere honderden volt in vergelijking met enkele tientallen volt bij transistorversterkers).
De buizen verschillen van transistors door hun hoge uitgangsimpedantie, wat de aanwezigheid van uitgangstransformatoren vereist om zich aan te passen aan de impedantie van de luidsprekers.
Dit betekent een grotere capaciteit om de pieken van de audiogolf te reproduceren. In veel gevallen is de luisterervaring dat het uitgangsvermogen zelfs groter is dan bij transistorversterkers met een gelijk vermogen.
Buizenversterkers neigen ook sterk op te warmen en een aanzienlijke hoeveelheid energie af te voeren in de vorm van warmte. Velen werken in feite in Klasse A.
De technologie van buizenversterkers
Een buis bestaat uit elektroden, geplaatst in een vacuümglasampul (de thermionische buis). Het aantal elektroden in de vacuümbuis bepaalt het type elektrode: twee elektroden voor de diode, drie elektroden voor de triode, vijf elektroden voor de pentode, enz.
Thermionische buizen hebben dezelfde functie als transistors (zoals bekend, later geïntroduceerd), maar ze werken anders, met name wat betreft het niveau van impedantie en spanning.
De werking van audiobuizen is gebaseerd op de generatie van een elektronenstroom, verkregen door verhitting van een filament (het zogenaamde thermionische effect). Deze verhitting bepaalt dus de afgifte van elektronen vanaf de kathode. Gewoonlijk is de kathode gescheiden van het filament en dit verlengt zijn levensduur.
De elektronenstraal neigt alleen de kathode te bereiken.
De elektronenstroom wordt gegenereerd op het moment dat een spanning wordt aangelegd aan de anode of aan de andere elektroden aanwezig in de thermionische buizen.
Bijvoorbeeld, een triodebuis bestaat uit drie elektroden en een filament voor verhitting. Wanneer de kathode op aardpotentieel staat, neemt de anode een positief potentieel aan. De rooster is negatief gepolariseerd ten opzichte van de kathode. Hoe lager de negatieve waarde van het rooster, hoe groter de gegenereerde elektronenstroom en dus de geproduceerde stroom. De variatie in roosterspanning is zwakker dan die geïnduceerd in de anode.
De triode heeft een beperkt vermogen om het signaal te versterken en worden vaak gebruikt in een single-ended configuratie (één triode per kanaal). Het vermogen dat door dit type buizenversterker wordt geproduceerd is laag en er zijn drivers met hoge efficiëntie nodig.
Hoewel niet erg krachtig, worden deze buizen gekenmerkt door een verfijnd geluid dat ze echt uniek maakt.
Sommige fabrikanten hebben een evolutie van deze ontwerpen ontwikkeld om hogere vermogensniveaus te bereiken: de parallelle single ended (PSE) waarbij dubbele triodes worden gebruikt, met een dubbel single ended circuit en een verdubbeling van het uitgangsvermogen, dit alles zonder afbreuk te doen aan de geluidskwaliteit.
Het succes van pentodes
De pentode is een geavanceerdere versie van de triode en bestaat uit vijf elektroden en een filament. Er zijn drie roosters:
Regelrooster;
Rooster scherm, met een spanning die veel hoger is dan de regelspanning;
Onderdrukkingsrooster, dat het geluid vermindert en de verlies van versterking beperkt). Deze laatste is verbonden met hetzelfde potentieel als de kathode.
Pentodes zijn audiobuizen met uitstekende versterkingsmogelijkheden, verminderde vervorming (dankzij de aanwezigheid van het onderdrukkingsrooster) en een lineaire frequentierespons.
Deze thermionische buizen zijn de meest voorkomende, omdat ze de levering van zeer goed vermogen mogelijk maken, vooral in push-pull ontwerpen waarbij de buizen in paren werken en verantwoordelijk zijn voor het apart versterken van de positieve en negatieve halve golven.
De asymmetrische structuur van deze ontwerpen heeft de neiging de even-orde harmonische vervormingen teniet te doen, die onveranderd blijven in een single-ended audioversterker.
Pushpull buizenversterkers zijn vaak goedkoop, omdat ze niet zoveel geoptimaliseerde uitgangstransformatoren nodig hebben als die nodig zijn voor een goede single-ended.
Niet alle buizen hebben echter dezelfde eigenschappen. Afhankelijk van de fabrikant en de bouwkwaliteit zal het geluid ook verschillen.
Buizen zijn complexe elektronische componenten, gemaakt van materialen die mechanische aanpassing vereisen na verloop van tijd. Deze aanpassing leidt tot een progressieve verbetering van hun initiële elektrische kenmerken.
Juist daarom hebben buizenversterkers een inbrandperiode van vele uren nodig (tussen 50 en 100 uur) om alle rijkdom van het “buizengeluid” beter te waarderen.
De gemiddelde levensduur van een buis wordt geschat op ongeveer 3000 tot 5000 uur luistertijd, hoewel de voorversterkerbuizen een veel langere levenscyclus hebben (ongeveer 12.000 uur luistertijd).
Onderhoud en tips
De buizenversterker vereist enige zorg om deze correct te kunnen gebruiken. Hier zijn enkele tips voor het behoud van de levensduur van de buizen en de buizenversterker als geheel.
Hier zijn vier tips:
Moet ik de buizenversterkers altijd aan laten staan? Absoluut niet, want behalve dat het zorgt voor overmatig stroomverbruik, vooral bij de aanwezigheid van Klasse A buizenversterkers, is het belangrijkste probleem dat de voorversterkerbuizen en de eindversterkers altijd actief zijn en verbruiken zonder echt gebruik. In deze modus zouden alleen de luidsprekers ongebruikt blijven, maar alle circuits in de buizenversterker zouden werken. Ons advies is om de buizenversterker aan te zetten en 20 minuten te laten staan voordat je begint met het beluisteren van muziek. Op deze manier kunnen de buizen goed opwarmen en stabiel gaan werken, waardoor de juiste hoeveelheid stroom wordt geleverd voor een optimale versterking van het audiosignaal. Nog een advies is om het volume op nul te zetten en één of twee minuten te wachten voordat je de buizenversterker uitschakelt.
Op deze manier hebben de vacuümbuizen de tijd om af te koelen, zonder te lijden onder te heftige thermische schokken.
Juiste ventilatie. Een zeer belangrijk aspect bij het verzorgen van buizenversterkers is de juiste ventilatie. Controleer altijd dat de versterker niet in kasten of op planken zonder lucht staat of gesloten is. Gezien de grote warmte gegenereerd door de thermionische buizen, is het absoluut noodzakelijk om een adequate luchtcirculatie te hebben, zodat de warmte niet boven de buizen blijft stilstaan en ze doen breken.
Zorg ervoor dat er minstens 30 cm lucht aanwezig is tussen de thermionische buizen en de bovenste plank, om de circulatie te vergemakkelijken. Vermijd ook het sluiten van de openingen op het paneel van de versterker.
Als er geen adequate circulatie is, raden we aan een ventilator met een lage rotatiesnelheid (dus van het stille type) in de buurt van de versterking te installeren, om de overtollige warmte weg te zuigen en de levensduur van de thermionische vacuümbuizen te verlengen.
Controleer of de luidsprekers altijd aangesloten zijn. Zorg er altijd voor dat de luidsprekers permanent zijn aangesloten op de buizenversterker. Zonder de belasting van de luidsprekers zouden de uitgangstransformatoren van de buizenversterkers in korte tijd beschadigd raken. Het vervangen ervan is bijzonder duur, dus raden we aan om goed op deze situatie te letten, om de levensduur van uw buizenversterker te verlengen.
Let op voor vloeistoffen! Net als alle elektronische apparatuur moeten buizenversterkers ook beschermd worden tegen accidentele morsing van vloeistoffen (water of substanties), die onmiddellijke kortsluitingen kunnen veroorzaken als ze in de versterker belanden. Vochtigheid is ook een vijand van thermionische buizenversterkers. Controleer met een hygrometer of het relatieve vochtigheidsniveau van de ruimte waarin de buizenversterker is geplaatst adequaat is. Wijnkelders en kelders hebben vaak een te hoge luchtvochtigheid, dus controleer vooraf of deze omgevingen geschikt zijn.
Controleer specifiek dat de buiscontacten niet geoxideerd zijn of, erger nog, roestig. Ideaal zou ook zijn om het niveau van restemissie van de vacuümbuizen te kunnen testen, maar dit is erg moeilijk omdat de buistesters, naast zeldzame apparaten te zijn, ook erg duur zijn.
Het is dus beter om op je eigen oren te vertrouwen en na een luistertest van minstens dertig minuten (om de buizen de tijd te geven om op te warmen en de optimale bedrijfstemperatuur te bereiken) je eigen evaluaties te maken.
Hybride versterkers
Een hybride versterkerscircuit biedt dezelfde kwaliteiten als een puur buisontwerp, maar zonder de nadelen. De resultaten van deze gemengde technologie zijn zeer geldig en het overwegen waard. De circuits die in deze bijzondere buizenversterkers worden gebruikt, worden “hybriden” genoemd.
Gewoonlijk bestaat een hybride versterker uit een buisvoorversterkertrap, gevolgd door een transistor uitgangsafdeling. Het voordeel van dit ontwerpschema is dat je een geluid kunt hebben dat ‘typisch’ buizen is, maar met de kracht en impuls die typisch zijn voor een transistorversterker. De uitgangstrap van een hybride versterker wordt meestal aangedreven door “Mosfet”-transistors, die ook gekenmerkt worden door een zachter geluid en beter aansluiten bij het aanwezige buisonderdeel dat voorafgaand aan de versterkingsketen aanwezig is.
Dit zijn de belangrijkste verschillen tussen een hybride en een buizenversterker.