Power Supply

Een stukje geschiedenis

Toen er nog geen zenerdiodes bestonden, gebruikte men een gasgevulde stabilisatiebuis om de spanning te stabiliseren.  In dit artikeltje wil ik ingaan op de werking van deze buis en ook tonen welke verschillende buizen er zijn.

verschillende typen stabilisatiebuizen

De stabilisatiebuisjes waren met verschillende gassen gevuld. Voor de gestabiliseerde voeding van de flea-power wordt de 85A2 gebruikt.

85A2 stabilisatiebuis op de flea-power
spanningsstabilisatie buis 85A2 zoals toegepast in de flea-power buizenversterker

Het principe van een neonlampje: In een kleine gasgevulde glasbuis bevinden zich 2 elektroden tegenover elkaar. De electronen en ionen die in de buis aanwezig zijn, krijgen afhankelijk van de aangelegde spanning (in dit geval 85V) een zekere snelheid  op hun weg naar de electroden. Eenmaal deze snelheid bereikt is, botsen deze deeltjes weer tegen andere atomen, die op hun beurt ook weer elektronen vrijmaken of opnemen. Dit is een sneeuwbaleffect dat lichtschijnsel als gevolg heeft. De kleur van het licht is afhankelijk van het gas waarmee het buisje gevuld is. Bij neon zal het oranje oplichten, bij argon blauw.

In het geval van de 85A2 zal de brandspanning over het lampje constant blijven. Dit geldt bij een stroom die binnen de grenzen blijft. Het lampje heeft een bepaalde onsteekspanning nodig om het sneeuwbaleffect op gang te brengen. Bij inschakelen van de versterker zul je dan ook zien dat het een 10 tal seconden duurt voordat het buisje opeens oplicht. Deze ontsteekspanning is hoger dan de stabilisatie spanning (125V voor de 85A2). Het is bij de stabilisatiebuis belangrijk om het werkpunt (de juiste stroom) goed in te stellen door middel van een weerstand. Deze neonlampjes zijn nog goed verkrijgbaar en de levensduur is heel groot. Daarbij geeft een stabilisatiebuis een mooi visueel effect.

Het aansluiten van een stabilisatiebuis is eenvoudig. Ook al zijn er 7 of meer pennen, inwendig zijn er slechts 2 aansluitingen: de anode en de kathode.

componenten, Power Supply

Turrets

Turrets worden hoofdzakelijk gebruikt in gitaar versterkers, veel minder in audio versterkers.
Ik heb lang tijd met terminalstrips gewerkt en eigenlijk altijd zonder problemen. Elke soldeerverbinding kan goed zijn als je een goede soldeertechniek hebt. In een van mijn andere posts laat ik zien hoe turrets gesoldeerd worden.

Turret’s hebben hun naam van het torenachtige uiterlijk. Letterlijk vertaald betekent het ook “torentje” Toen ik de massieve metalen torentjes op de glasfiber plaatjes zag staan, zag ik daar direct potentieel om dat ook te gebruiken voor een “gewone” versterker. Via e-Bay wat turrets en een glasvezel printboard (3mm) gekocht. Ik heb me wat moeten inlezen om te zien hoe je ze vast zet, dat wordt duidelijk uitgelegd op de site:  guitarkitbuilder.com.

Toen alles binnen was heb ik enkele kleine boards gemaakt die ik kon toepassen voor de flea-power gestabiliseerde voeding.

Om de gaatjes mooi op gelijke afstand te boren heb ik een dremel boorstandaard gebruikt. Daarna heb ik wat tooltjes  gemaakt om zo precies mogelijk te boren. De afstand tussen de gaatjes kun je exact hetzelfde maken door telkens een blokje hout of plastic tussen een vast punt en je werkstuk bij te plaatsen. Ik heb er een kort filmpje van gemaakt.

Zeker bij de dremel boorstandaard is het best om even voor te boren met kleinere diameter. Ik heb de ondervinding dat het boortje een beetje gaat “zoeken”op zodra er teveel kracht gebruikt moet worden. Bij boren in metaal ondervind je dat nog sterker.

Proxxon is wel al met een winkelhaak uitgerust,  Dremel mist dit handige stukje gereedschap  Ik laat in de volgende video de beide tools zien, een winkelhaakje en enkele klemboutjes die in de bodemplaat van de dremel boorstandaard passen.

De keuze van turret

Het toepassen van turret’s vergt meer voorbereiding dan de simpele soldeerstrips. Je bepaalt zelf wat de dikte is van het board, waar de turrets precies komen te staan en welke afmeting ze hebben. Op de volgende foto is goed te zien dat er verschillende afmetingen zijn:    Belangrijk is om de juiste hoogte te kiezen om in te bouwen. De schachtlengte moet iets hoger zijn (1mm) dan het printboard waarop je het gaat monteren.

turret met verschillende maten
Boven een turret met kleine diameter en hoogte. Onder 2 met 2.7mm diameter en met doorvoerhoogte van 3 en 4 mm

Bij mijn eerste poging kwam een dikker print board binnen dan ik verwacht had. Ik heb dat opgelost door de gaatjes aan de onderzijde met een iets grotere diameter boor te verzinken waardoor het kraagje netjes omgeplooid kan worden. Bijkomend voordeel is dat de kans op aanraken van contacten aan de achterzijde bijna uitgesloten is. Én de constructie lijkt nóg sterker. Als de montage correct gebeurd is, kan de turret niet draaien of “wiebelen” . Er zijn 2 inkepingen waar je de draden omheen kunt winden. Belangrijk is dat je de draden netjes onder elkaar probeert te leggen. Pas als alles goed ligt ga je verhitten en solderen. Dit vergt iets meer warmte en tijd dan de normale soldeerlugs. Als je goed kijkt zie je opeens een moment dat het soldeer naar binnen gezogen lijkt te worden, tussen de draden in. Op dat moment moet je wachten alvorens te stoppen met verhitten. Let er ook op dat het afkoelen een stukje langer duurt dus niet te snel bewegen met de componenten. Én opletten dat je je vingers niet verbrandt bij het (te snel) aanraken.

Power Supply

In mijn speurtocht naar een gestabiliseerde power supply (PSU) die een kleine buizenversterker van een stabiele en ” stille”  gelijkspanning kan voorzien, kwam ik deze oude Philips voltmeter tegen.

Philips LF millivoltmeter

Een pdf van de manual is te vinden op GM6012 manual .

In deze pdf is ook een schema te vinden. Hieruit heb ik het stukje van de voeding gelicht zodat ik het principe kan uitleggen en ook kan tonen hoe je zo’ n voeding kunt ombouwen naar je eigen wensen. In mijn aantekeningenboekje maak ik telkens schema’ s zoals hieronder te zien is. Een tekenprogramma zou misschien mooier zijn maar dit is mijn manier van aantekeningen maken en ik wil deze met jullie delen. Het is handig om naast het schema ook waarden in te vullen van uitgevoerde metingen, zo kun je de praktijk toetsen aan de theorie.

schema stabilizator

Deze voeding heeft nog een EZ80 buis als gelijkrichter. Om die op de juiste manier te kunnen gebruiken is een trafo met middenaftakking nodig. Het is vaak moeilijk in te schatten voor hoeveel mA zo’n trafo geschikt is. Mijn doel was om er bij 250 V stabiele spanning 50 a 60 mA uit te halen. Ik kan nu al verklappen dat deze trafo dit niet aankon. Na 3 dagen goed functioneren was er opeens een brom te horen uit de luidprekers. De spanning uit de trafo was veel lager dan voorheen.

Om 250 volt gestabiliseerde spanning op de uitgang te krijgen moet je ongeveer 70 volt hoger zitten op de ingang: 320 Volt. Met de EZ80 als gelijkrichter, was de spanning na gelijkrichting 300V=. Als je er dan toch 250V uit wilt halen, zul je merken dat er nog een flinke rimpel op je spanning overblijft. Daarom heb ik 2 diodes als gelijkrichter genomen waardoor ik 360V= kreeg om aan te bieden aan de PCL82. De spanningsdeler gevormd door R68 en R71 staat standaard ingesteld op 170V. Ik kom hier in een volgend deel nog uitgebreid op terug. Hierin zal ik uitleg geven over de werking en instellingen van een gestabiliseerde voeding met buizen voor buizen.

Tot slot nog een foto van het inwemdige van de GM6012 waarop de kleinere voedingsprint te zien is. Ik ga deze print in een vereenvoudigde vorm na maken en aansluiten op een trafo die wel voldoende vermogen kan leveren. Alternatief zou zijn om er 2 te maken met de originele trafo’s, deze kunnen de 30mA die een monoblok gebruikt wel leveren.

Spannings stabilisator. (EZ80 is verwijderd)

Verder zien we op het printje de 85A2 stabilisator buis. In de benaming kun je al zien dat deze buis de spanning tussen kathode en anode op 85V gestabiliseerd houdt. Daarachter zien we de wat grotere buis, dit is de PCL82. Het type dat vaker voorkomt is een ECL82, beiden zijn qua karakteristiek identiek met als enig verschil de gloeispanning. Bij de ECL82 is dit de bekende 6,3V~ bij de PCL82 is dit 16V~. De gloeispanning van je trafo moet dus voldoende hoog zijn of je bouwt er een extra trafo bij waarbij je rekening houdt met de stroom van 300 mA.

Power Supply

De gestabiliseerde voeding

De voeding van een buizenversterker is één van de belangrijkste onderdelen waar vaak te weinig aandacht aan geschonken wordt, daarom deze post over de gestabiliseerde voeding.

Een voeding voor buizenversterkers bestaat meestal uit een CLC of CRC schakeling. Dit zijn 2 afvlak condensatoren tussen + en – met aan de + kant een smoorspoel of weerstand in serie geschakeld. Daarbij is het vaak zoeken naar een evenwicht tussen extra capaciteit om grotere spannings schommelingen op te vangen (robuustheid)  en een minimale capaciteit om deze ook weer zo snel mogelijk op maximale spanning te kunnen brengen (snelheid). In de flea-power buizenversterkers heb ik gebruik gemaakt van een gestabiliseerde voeding. Ik vroeg me vaak af waarom dit in de betere DAC’s en voorversterkers wél toegepast werd maar niet in een eindversterker.  In deze post ga ik verder in op de uitdagingen waarmee je te maken krijgt als je deze super voeding wilt toepassen.

De trafo (transformator)

Met het oog op de uiteindelijke spanning en stroom dient de voedings transformator gekozen te worden. Een handig overzicht is te vinden in een pdf file van Hammond: http://www.hammondmfg.com/pdf/5c007.pdf Hierin zijn de verschillen te zien tussen een trafo met of zonder middenaftakking. Ook is de invloed te zien van de belasting: inductief (choke) cappacitief (condensator) of  een belasting met een weerstand. Daarnaast is het ook belangrijk rekening te houden met het aantal buizen dat je straks van een gloeispanning (en bijbehorende hoeveelheid stroom) wilt voorzien. Wees daarbij niet te zuinig, niets is vervelender dan je trafo voortdurend in temperatuur te zien oplopen.

Stabilisatie.

In de wereld van transistoren is een gestabiliseerde voeding een normaal verschijnsel. Hoe komt het dan dat het in de buizenwereld weinig of niet toegepast wordt?

gestabiliseerde voeding
gestabiliseerde voeding

Een belangrijke reden is het feit dat de voeding bijna net zoveel componenten vraagt als de versterker zelf. De kosten zijn dus hoger. Daarnaast is er een eenvoudige rekensom te maken voor het vermogen dat de regelbuis moet kunnen dissiperen. Om wat regel ruimte te hebben moet er over de regelbuis 100 -120 V staan. Voor de eenvoud van ons rekensommetje nemen we 100 V. Als de versterker schakeling erna 100 mA zou afnemen (gemiddelde EL84 schakeling) dan moet de buis in staat zijn om 10 Watt te verwerken. Nog een uitdaging: het spanningsverschil tussen kathode en gloeidraden is erg hoog en dit maakt dat we de gloeispanning op het niveau van de uitgangsspanning moeten brengen. Er is dus een extra gloeispannings wikkeling nodig op je trafo of een extra trafootje om deze te leveren.

Als we het schema bekijken zien we 3 buizen. in de flea-power zijn V1 en V2 gecombineerd in 1 buis: de PCL82  een combinatie van pentode (V1) en triode (V2). Voor de spanningsreferentie kan een zenerdiode gebruikt worden maar in de flea-power is een neon stabilisatiebuisje gebruikt, de 85A2. De naam zegt het al, deze buis stabiliseert de spanning (die over de buis staat) op 85V.