Al eerder is er gesproken in ons café over lineaire eindversterking. Het is echter Frank Hartgers die mij een Amroh balansuitgang type U73N liet zien, waarbij twee soldeerpuntjes te zien zijn op de spoelhouder, die na meting de doorverbindingen blijken te zijn van de primaire wikkelingen. Na de secundaire aangesloten te hebben op een lage wisselspanning van 4 volt, blijkt  na meting dat de primaire uit vier gelijke wikkelingen is samengesteld. Met andere woorden de soldeerpunten zijn dus op 50% afgetakt. De vraag: Kunnen we met deze trafo een goede lineaire eindtrap samenstellen?



Bij wijze van experiment heb ik van onze demonstratieversterker de balanseindtrafo vervangen door deze U73N en een extra schakelaar aangebracht, zodat we zowel de beide EL84 buizen als triode, pentode en nu ook in een lineaire schakeling kunnen laten horen.

Wat is nu eigenlijk een lineaire eindtrap? Het is Alan Blümlein die in 1937 een patent aanvraagd (496883) op een eindtrap waarin schermroostertegenkoppeling wordt toegepast.

Niet direct dat iedereen daar voor warmloopt, daar er vermogen ingeleverd moet worden, bij het gebruik van pentode eindtrappen. Als in november 1951 in het Amerikaanse tijdschrift 'Audio Engineering' David Hafler en Herbert Kroes wederom de aandacht vestigen op deze schakeling krijgt het meer bekendheid onder de audiospecialisten. Het principe berust hierin dat als we het schermrooster aansluiten op dezelfde aansluiting van de anode we een triodeschakeling verkrijgen met laag vermogen.

Verplaatsen we deze aansluiting over de primaire via aftakkingen naar de voedingsspanning dan is er een moment dat we de kwaliteit van een triode behouden en toch een redelijk vermogen verkrijgen. Het schermrooster is dan wel tegengesteld in fase met de anode en werkt als tegenkoppeling, met gevolg dat we van het door de anode geleverde vermogen moeten inleveren. Een gunstige aftakking zou zijn op 43% van het aantal windingen vanaf de positieve aansluiting. Nu is men daar vrij in om zelf een keuze te kiezen. Mullard werkte bij een eindtrap op slechts 20% dus met weinig tegenkoppeling en Leak werkt met 50%. Voor dat laatste is misschien wel gekozen om gelijke wikkelingen te gebruiken wat misschien handig is voor het instellen van de wikkelmachine. We moeten wel bedenken dat 50% van het windingen aantal overeenkomt met 25% van de impedantie!! Opgemerkt moet worden dat deze schakeling zowel voor enkelvoudige en balanseindtrappen gebruikt kan worden.

Het woord 'schermrooster' is een verouderde uitdrukking uit de tijd dat men  in de tijd van triode lampen op zoek was naar een manier om de anoderoostercapaciteit te verkleinen. Dit om ongewenst genereren tegen te gaan door terugkoppeling via de lampcapaciteit. Door te neutrodyniseren kan deze ongewenste koppeling deels opgeheven worden, maar niet afdoende. Een oplossing werd gevonden door tussen het rooster en anode een tweede fijnmazig rooster te plaatsen en dat zodanig is uitgevoerd dat het als een scherm het stuurrooster en ook de gloeidraad omvat.

Om de werking te verklaren is een stukje natuurkunde nodig en om het wat gemakkelijker uit te rekenen zal ik de capaciteit uitdrukken in centimeters. Stel we hebben twee metalen platen van gelijke grote op zeker afstand van elkaar met een capaciteit van 1,5 cm. Sluiten we deze condensator aan op een batterij dan zal er een lading komen te staan tussen beide platen. Q = C x U.

Plaatsen we nu tussen deze platen een derde plaat S die nergens mee is verbonden , dan zal tengevolge van de positieve lading op A een even grote negatieve lading op S worden aangetrokken en tegelijkertijd positieven elektronen  worden afgestoten. Vandaar gaan deze krachtlijnen door naar plaat B. Het lijkt dus dat de krachtlijnen door S heen gaan. In feite zijn het twee in serie geschakelde condensatoren. Daar de plaat in het midden is geplaatst hebben die door de halve afstand een twee keer grotere waarde, namelijk 3 cm. Echter in serie wordt dat weer 1,5 cm zodat de capaciteit niet verandert. Ook als we de plaat S uit het midden plaatsen blijft de totale capaciteit hetzelfde.
Bekend is de formule:  Opp x  З
                                   ------------- =cm
                                    4π   x   d

Stel dat we de oppervlakte van de platen  6 x 4π maken en we weten dat de dialectrische constante = 1  dan valt 4π tegen elkaar weg en houden we over als formule  6 / d  waarin d de afstand tussen de platen is.

Als we de  afstand tussen A en B in vier gelijke stukken verdelen, dan zouden dat vier condensatoren zijn van 6 cm die in serie staan. Dat is dan 6/4 = 1,5 cm. Plaatsen we het scherm nu zodanig dat tussen de platen A en S een capaciteit van 6 cm is dan is er tussen plaat B en S een capaciteit 6/3 = 2 cm.
De totale capaciteit is dan (6 x 2) : (6 + 2) = 12 : 8  = 1,5 cm.
De plaats van het scherm heeft dus geen invloed op de totale capaciteit.

Wordt echter de plaat S verbonden met een punt dat een constante spanning heeft ten opzichte van plaat B, dan kan de lading op de plaat A geen invloed meer uitoefenen op plaat B, daar de positieve lading op S onmiddellijk wordt afgevoerd. Wel blijft er tussen S en B een constant krachlijnenveld staan door de spanning van de batterij, maar de krachtlijnen kunnen elkaar niet meer bereiken. Een inductie van A op B is niet meer mogelijk, er is geen capaciteit meer tussen A en B.

Voor de radiolamp niet zo handig, want we willen toch dat er een elektronenstroom mogelijk moet zijn tussen katode en anode.
Door dit scherm fijnmazig uit te voeren is dat toch mogelijk maar er zal weer capaciteit aanwezig zijn, zij in veel mindere mate dan zonder dit rooster. Een bijkomend voordeel is dat we nu twee maal versterking hebben, namelijk tussen het stuurrooster en schermrooster en schermrooster en anode welke we met elkaar kunnen vermenigvuldigen.

Bij de eindbuis heeft zo’n gecompliceerd schermrooster geen zin. Het hier toegepaste tweede rooster wordt hier aan een constante spanning gelegd van bijvoorbeeld 200 volt. Door dit rooster wordt de invloed van de anode op het stroomverloop natuurlijk verkleind, daar de anode alleen nog maar door de mazen van het tweede rooster dat aan een constante spanning ligt, werkzaam kan zijn. Construeert men een tweede rooster dat het ten opzichte van de anode een versterkingsfactor heeft van 20, dan wordt de invloed van de anodespanning 20 maal verkleind. We kunnen ons dus indenken dat we de anode verplaatsen naar het tweede rooster met een anodespanning van
200/20 = 10 volt. Door dus op het tweede rooster een spanning aan te brengen van 200 + 10 = 210 volt, zou de anodestroom van de lamp hetzelfde blijven.

Omgekeerd is het, als we het tweede rooster naar de anode verschoven denken. De invloed van dit tweede rooster op de elektronenstroom is dan natuurlijk minder geworden daar de afstand tot de kathode groter is geworden. We zouden nu om dezelfde werking op de elektronenstroom uit te oefenen de spanning op het tweede rooster 20 x zo groot moeten maken. Dat wordt dan 200 + 20 x 200 = 4200 volt.

Een triode zou een dergelijke hoge spanning moeten hebben om te voldoen aan de versterkingsfactor van de beide roosters in onze tetrode. Een bijkomend nadeel is dat als de spanning op dit tweede rooster net zo groot is als de anodespanning de elektronenstroom zo sterk is dat er elektronen terugstuiteren van de anode en er zelfs secundaire emissie kan optreden. De fabrikant geeft dan ook aan hoe groot de maximale stroom mag zijn en wel de anodedissipatie in watts. Deze mag niet overschreden worden. De anode zou dan zelfs rood aanlopen en zelf gaan emitteren. Er wordt dan een hoog onbruikbaar vermogen verbruikt en het bruikbare gemoduleerde vermogen neemt af.

Een tweede nadeel is dat het tweede rooster op een bepaald moment zoveel stroom gaat voeren dat de anodestroom sterk afneemt en er een negatieve situatie ontstaat (zie hiervoor eerder verslag van het radiocafé, de Negadyne).  Bij tetrode lampen wordt het scherm of tweede rooster dan ook gevoed met de halve anodespanning om dat te voorkomen.
Het is Ir. van Tellegen die een derde rooster plaatst, welke verbonden met aarde, gelijk de secundaire emissie elektronen afvoert. De pentode is geboren, dit rooster wordt vang- of remrooster genoemd.

Als we het tweede rooster via een weerstand verbinden met een positieve spanning dan zal deze ook stroom gaan voeren. Sturen we een positief signaal op het stuurrooster dan neemt de elektronenstroom toe en ook het tweede rooster zal meer stroom gaan trekken. De spanningsval over de weerstand wordt hierdoor groter met gevolg dat de spanning van het tweede rooster afneemt. Gevolg is dat dit juist de elektronenstroom tegenwerkt. We hebben dus een sterke ongewenste tegenkoppeling in de lamp zelf. We kunnen dit voorkomen door het tweede rooster met een voldoend grote condensator te ontkoppelen. De  lading van de condensator zorgt dan voor een behoud van de spanning en werkt als het ware als een accu die constant geladen wordt en op spanning blijft.

Maar juist deze eigenschap passen we toe in onze lineaire eindtrap. Door onontkoppeld aangesloten te zijn op een aftakking van de trafo, zorgen we voor een directe tegenkoppeling. Het tweede rooster (wat nog altijd het schermrooster wordt genoemd)  speelt nu de rol van triode en zorgt gelijk voor tegenkoppeling daar deze in tegenfase is met de anodestroom echter minder krachtig dan de anodestroom. Het tweede rooster aangesloten op een aftakking van de primaire op 43% vanaf de plus aansluiting zou de gunstigste zijn voor een minimum aan vervorming van het signaal en het triode eigenschappen toe te kennen. Let wel dat 43% van het windingen aantal is 18,5% van de primaire impedantie van de anode aansluiting.

Maximum vermogen is bereikbaar met een aftakking op 20% wat overeenkomt met 4% van de primaire impedantie en heeft overwegend pentode-eigenschappen. De door ons gebruikte U73N is afgetakt op 50% van het windingen aantal en dat is 25% van de primaire impedantie. Met een dergelijke schermroostertegenkoppeling worden er stevige eisen gesteld aan de balansuitgang. De Amroh U73N kan het echter goed verwerken.

Om deze avond een demonstratie te geven is de bekende demonstratieversterker voorzien van een U73N en voorzien van twee dubbelpolige wisselschakelaars zodat we de balansversterker kunnen laten horen als een triode, pentode en ultralineaire krachtversterker in klasse A.

Tevens een FAL-geluidsbox, waar ik de Fane luidspreker type 10GD heb vervangen door een speciale dubbelconus 12 inch/60 watt Hi-Fi Italiaanse Melodium luidspreker, om zeker te zijn van een perfecte weergave.

De Utah-hoorn met een filter waarin echte condensatoren en luchtspoelen zijn gebruikt heeft niet alleen doel om wat extra hoog te verkrijgen, maar om de stijgende impedantie van de luidspreker bij hogere frequenties te compenseren.

De meegebrachte pick-up werd streng beoordeeld door de twee aanwezige technici Peter en René van het NGG en gelijk afgekeurd.

Echter na een plaatselijke revisie hebben zij deze weer in een goed bruikbare staat gebracht. Het juiste toerental instellen met een stroboscoopschuif bij TL-licht is normaal onmogelijk maar voor de NGG technici blijkbaar geen probleem. Het Philips kristalelement is nieuw en na alles aangesloten te hebben, stond niets ons meer in de weg om de demonstratie te starten.
De versterker heeft geen toonregeling en het signaal van het pick-up element wordt zonder meer versterkt en we krijgen exact te horen wat er op de grammofoonplaat staat. Als eerste Count Basie met tenorist Zoot,  het bekende nummer 'Honeysuckle Rose'.

Voor de luisteraars werd door mij, zonder te vertellen welke eindschakeling werd gebruikt, de drie mogelijkheden gedemonstreerd. Allen waren unaniem eens met de schakeling die achteraf bekend werd gemaakt als de ultralineaire schakeling.

Het blijkt dus toch goed hoorbaar te zijn. Inderdaad het is een warme sound met beschaafde lage tonen en een sprankelend hoog.

Wel had een der bezoekers de vraag: “Waarom geen stereo?”  Een van onze bekendste dirigenten liet ons al weten dat hij altijd mono luistert en als dat ruimtelijke geluid iets zou bijdragen aan de muziek, dan zouden we dus beter in een kerk kunnen optreden in plaats van in het concertgebouw. Het NGG kreeg de smaak te pakken en Rene Daemen kwam al snel met een LP van Dave Brubeck aandragen. Het bekende Take Five in een vijf/kwartsmaat. Ja wat wil je met een dergelijk kwaliteitsgeluid! Nog lang bleven velen belangstellend luisteren naar meerdere lp’s en werden ervaringen uitgewisseld. Men was het er over eens, niet eerder zo’n goede geluidsversterking gehoord te hebben en dat met zo’n eenvoudige uitgevoerde versterker zonder verchroomde onderdelen en palisander houtwerk.

Piet van Schagen.