Deze keer een nieuwe locatie in Zaandam. Het gebouw De Poelenburcht, voorzien van  een behoorlijk grote parkeerplaats. Een leuk zaaltje met op de deur vermeld “cursus” wordt ons door een vriendelijke vrouw toegewezen. Het zou al snel aan de krappe kant zijn want het werd aardig druk. Gelukkig voor mij hing er  zowaar een prachtig groot whiteboard.

Deze avond zal er worden gesproken over de radiolamp, al eerder is daar al veel over gesproken maar toch altijd is er nog wel wat meer over te vertellen. Dit naar aanleiding van vragen die tussentijds gesteld worden. Op het bord een zeer vroege tekening van een schakeling uit een wel heel ver verleden van Oliver Lodge waarbij we toch echt kunnen spreken van een drie-elektrodenbuis. Om te voorkomen dat er geen spanning op de hoofdtelefoon staat is de anodebatterij direct verbonden met de anode en de telefoon aan de min kant. Zo ook de terugkoppelspoel die met de hand bediend wordt is in dit schema niet in het anodecircuit geplaatst maar in die van de gloeidraad. Mogelijk doordat er een aparte gloeistroombatterij wordt toegepast.

De versterkingsfactor wordt bepaald door de rooster/gloeidraad capaciteit (Cgk) (voor gloeidraad kan ook kathode ingevuld worden) en de anode/gloeidraad capaciteit (Cak). De anode vormt met de gloeidraad een kleine condensator, als we de capaciteit hiervan vermenigvuldigen met de aangelegde anodespanning dan krijgt deze een lading. Het is de wet van Coulomb  Q = C x U.  Ook het rooster vormt met de gloeidraad een condensator. De capaciteit is daarvan groter omdat deze dichter bij de gloeidraad ligt, deze capaciteit wordt vermenigvuldigd met de aangelegde roosterspanning en krijgt zo ook een lading. Als we de roosterspanning een weinig groter maken neemt de lading van Cgk toe. Om een gelijke ladingsverandering te verkrijgen tussen de anode en gloeidraad (Cak) moet de anodespanning vele malen groter worden en wel zoveel keer als de capaciteit tussen anode en gloeidraad groter is dan die van het rooster en gloeidraad.

Als echter een bepaalde anodespanningsverandering optreedt en men deze ladingsverandering wil tegenwerken door een roosterspanningsverandering , dan zou deze roosterspanning tegengesteld moeten zijn en evenveel malen kleiner moeten zijn als dat de roostercapaciteit (Cgk) groter is. Het rooster heeft derhalve een veel sterkere invloed op de lading van de anode. De verhouding van deze onderlinge spanningsverandering noemt men de versterkingsfactor en wordt in de formule aangeduid met de letter g. Als bijvoorbeeld de anodespanningsverandering 9 keer zo groot moet zijn als de spanningsverandering van het rooster dan is de versterkingsfactor 9.

In heel oude schema’s zien we wel eens dat ter verduidelijking van de werking, de gloeidraad in het midden is getekend.

We kunnen uit bovenstaande concluderen dat we de versterking ook kunnen berekenen door de anodespanning te wijzigen en de roosterspanning zodanig in te stellen dat we dezelfde anodestroom verkrijgen. Daarvoor heb ik een Neuman buizentester meegenomen. Deze is geschikt om dergelijke metingen uit te voeren. Een triode type A409 heb ik daarvoor gebruikt.

Met een anodespanning van Va1 = 100 volt en een negatieve roosterspanning van 4,5 volt wijst de meter een anodestroom van 2,5 mA aan. Met Va2 =150 volt anodespanning moet ik 10,5 volt negatieve roosterspanning geven om ook 2,5 mA anodestroom te verkrijgen. Als we het verschil van de anodespanning delen door het verschil van de aangelegde negatieve roosterspanning dan weten we de versterkingsfactor. Dat wordt dan ∆Va gedeeld door ∆ Vg = 50 : 6 = de versterking afgerond 8,3 

Ook de inwendige weerstand kan zo gemeten worden. Met een vaste instelling van de roosterspanning meten we het verschil van twee anodespanningen Va1 = 100 volt en Va2 = 150 volt dat wordt 50 volt en dit delen door het verschil van de anodestromen ∆Va : ∆ Ia =  Ri.

Met de Neuberger meten we 10 en 5 mA dus dat wordt 50V : 5 mA = 10000 Ω.
Vergroten we de negatieve roosterspannig dan komen we in het deel van de karakteristiek waar deze een kromme lijn vertoond. We meten dan bij 150 volt – 6 mA en bij 100 volt 1,5 mA dat zou betekenen dat de inwendige weerstand groter wordt, 11 kΩ, maar de steilheid neemt af zodat de uiteindelijke versterking kleiner wordt.

Steilheid wordt meestal gemeten in het rechte deel van de karakteristiek en dat kunnen we meten door de negatieve roosterspanning 1 volt te wijzigen en het anodestroomverschil daar door te delen. Dat is bij deze oude A409 met een vaste anodespanning van 150 volt  gemeten 2,8 en 2 mA dat wordt dan  0,8 : 1 = 0,8 mA/volt.

Hieruit blijkt tevens dan dat G de versterking  = Steilheid x de inwendige weerstand,  G = S x Ri  S is in mA dus de uitkomst door 1000 delen. Dat wordt dus 0,8 x 10 = 8

Deze gegevens komen niet geheel overheen met de opgave van de gegevens in het buizenvademecum. Vergeet niet dat dit al een oude A409 is en ook de aflezing en instelling van de buizentester mede een rol spelen.

Als we de buis in een schakeling voorzien van een anodeweerstand verandert echter ook de gehele karakteristiek. Als in deze weerstand Ra een stroom vloeit dan treedt er een spanningsverlies op. De spanning aan de anode wordt lager dan de voedingsspanning. Hierdoor zal de karakteristiek minder steil worden.

Men zegt wel: de karakteristiek valt voorover. Dat betekent dat bij het groter maken van Ra (de uitwendige weerstand) van de buis, wordt voor eenzelfde roosterspanningsverandering de anodestroomverandering kleiner en de anodestroomspanningsverandering groter.
De versterking wordt  S x  Ra : (Ri +Ra).  Maken we Ra acht keer groter dan Ri dan bereiken we al 88% van de opgegeven versterking. Groter maken van Ra geeft weinig versterkingswinst en verlaagt de spanning op de anode waardoor de karakteristiek nog verder voorover valt. Hieronder een karakteristiek waarbij de anodeweerstand gelijk is aan Ri.

We hebben dit kunnen demonstreren op de Neuberger door diverse anodeweerstanden aan te brengen en metingen uit te voeren.

Stel dat we de triode willen gebruiken als eindlamp dan zou deze moeten werken als een wisselstroomgenerator. We kunnen dus de buis beschouwen als een stroombron. We weten, maar het is ook gemakkelijk te berekenen, dat het grootste vermogen wordt geleverd als de uitwendige weerstand gelijk is aan de inwendige weerstand. Zoals dat bijvoorbeeld ook voor een accu geldt. Bij onze A409 zou dat dus 10000 Ω moeten zijn. Echter als we buis vol uitsturen van Ia max naar Ia nul dan komen we in de kromme van de karakteristiek en vervolgens 2e harmonische vervorming (zie het radiocaféverslag van 29 juni 2010).
Het is aan te raden om Ra twee maal Ri te nemen.

Het rendement ligt dan rond de 25 %. Philips schrijft zelfs 3,5 maal Ri, maar dan is het afgegeven vermogen wel erg minder geworden.

De triode wordt in veel oude ontvangers als roosterstroomdetector gebruikt. Het voordeel is dat de buis gelijktijdig het gedetecteerde signaal versterkt. De werking lijkt ingewikkeld maar met enige uitleg begrijpelijk. Als een draaggolf de antenne bereikt dan zal over de spoel een hoogfrequent wisselspanning staan. Gedurende een halve periode is a positief ten opzichte van b, gedurende de andere halve periode is a juist negatief.  Gesteld dat a en ook dus c van de condensator positief worden, dan wordt de andere zijde van de condensator d negatief. Nu staat deze condensator in serie met de rooster/gloeidraad capaciteit Cgk. Dat betekent dat het rooster positief wordt ten opzichte van de gloeidraad. Het rooster trekt daardoor de negatieve elektronen aan die als een wolk om de verhitte gloeidraad hangen. Het rooster wordt daardoor minder positief en dus negatief tegenover de gloeidraad. Het rooster krijgt hiermee een kleine negatieve roosterspanning.

Als van de spoel a nu negatief wordt dan wordt d van de condensator positief en het rooster juist negatief. Zoals ik al schreef; de condensator staat in serie met Cgk. Gevolg is dat de negatieve voorspanning nog verder naar links verschuift. De positieve toppen van de draaggolf staan nu tegen de as van de nullijn van de karakteristiek.

Om nu een en ander duidelijk te maken heb ik een transformator getekend, 220 naar 10 volt, met aan de secundaire een diode en een condensator. Sluiten we die aan op de netspanning dan zal over de condensator 14 volt komen te staan. De 10 volt is de effectieve spanning waarvan de amplitude 14 volt bedraagt. We sluiten een voltmeter aan over de meter en kijken wat er gebeurt met de condensator als we deze nu aansluiten op 110 volt.  Deze blijft 14 volt aanwijzen want de lading kan niet weg. We moeten dus een weerstand aanbrengen over deze C zodat de lading bijtijds kan weg lekken. Schakelen elke tiende seconde de spanning om van 220 naar 110 dan moet de waarde van deze weerstand zo groot zijn dat de condensator de wisseling kan volgen zodat in hetzelfde ritme de lading 14 en 7 volt zal bedragen.

Zo ook met onze detector want de draaggolf is gemoduleerd hetgeen betekent dat de amplitude van de draaggolf in het ritme van de laagfrequente signalen groter en kleiner wordt. Dus ook hier moet een weerstand aan gebracht worden. Voor de hoge tonen zal een kleinere weerstand nodig zijn dan voor lage bassen. De hoge frequenties hebben een snellere ontlading nodig dan de lage. Er kan slechts een weerstand gebruikt worden er is daarom na enig onderzoek gekozen voor een weerstand van 2 MΩ en een condensator van 200 cm. Lang geleden gebruikte met beide regelbaar waarmee de juiste instelling gevonden kan worden. Hiermee had men dan gelijk een tweevoudige toonregeling.

Het voordeel van deze detectie methode is dat de toppen van de variërende amplituden van de draaggolf tegen de as van de nullijn blijven staan en de negatieve toppen vermeerderd worden met de positieve, hetgeen een krachtig laagfrequent signaal oplevert.

Een nadeel van de triode is de capacitieve terugwerking van de anode naar het rooster. De oplossing is om nog een rooster tussen het stuurrooster en de anode te plaatsen. Dit rooster krijgt een positieve spanning maar wordt tevens capacitief naar aarde kort gesloten (al eerder uitgebreid beschreven in het radiocaféverslag van 5 okt 2010). Bij eindbuizen wordt er veelal nog een weerstandje van 100 Ω in serie met het tweede rooster als tegenkoppelelement om oscillaties van hoge frequenties tegen te gaan.

De buis heeft hierdoor een grotere versterking daar deze twee versterkingsfactoren heeft en wel die van het stuurrooster ten opzichte van het twee rooster en het tweede rooster ten opzichte van de anode. De totale versterking is het product van deze beide. Heeft het stuurrooster en het tweede rooster een versterking van 9 en het tweede rooster ten opzichte van de anode een versterking van 14 dan is de totale versterking 126. Het tweede rooster zorgt wel door de positieve lading voor een versnelling van de elektronen richting anode. Dat betekent een vermeerdering van de secundaire emissie, het is voor een tetrode dan ook zaak om de spanning de halve waarde te geven van de anodespanning. Anders gaat het tweede rooster teveel van de door de secundaire emissie uit de anode afgestoten elektronen opvangen. Wat gevolgen heeft voor de karakteristiek die halverwege inzakt.

Omdat te voorkomen heeft ingenieur Bernard van Tellegen in 1926 het vangrooster ook wel remrooster bedacht, deze wordt tussen het tweede rooster en de anode geplaatst en geaard. Hierdoor kunnen de secundaire emissie elektronen het tweede rooster nauwelijks meer bereiken. Het is een ingenieur van RCA in Amerika die in een drukke straat bemerkte dat als veel mensen de zelfde kant oplopen je er moeilijk tegen in kan gaan. Het idee werd geboren om de elektronenstroom te bundelen zodat de tegengestelde elektronen die vanaf de anode komen gehinderd worden. In 1937 komt dan de eerste Beampower eindbuis op de markt.

Toch blijft er een voorkeur voor triode eindtrappen. Bekend is de beroemde Williamson versterker waarbij twee Beampower buizen 6L6 als triode in balans geschakeld zijn. Het tweede rooster van elke buis is met een weerstand van 100 Ω met de anode verbonden.
Anderen proberen het met schermroostertegenkoppeling, waarbij de schermroosters van bijvoorbeeld 6L6 of EL34 op een 42% aftakking van de uitgangstrafo zijn verbonden om de kwaliteit van de triode te behouden en toch het rendement van een penthode eindtrap te verkrijgen. De buizen werken dan half als triode en half als tetrode met weinig vervorming en een redelijk rendement. Men noemt dat Ultra Lineair.

Maar niet te vergelijken met Twingrid trioden (6N6)  die in roosterstroom werken en dus juist in het meest rechte deel van de karakteristiek.

Moeilijk om aan te sturen dat moet met een lage impedantie. In dezelfde ballon is een triode ingebouwd die werkt als kathodevolger met een ingebouwde kathodeweerstand van 8000 Ω waarmee de eindtriode wordt aangestuurd. In balans hebben deze 6N6 buizen een vergelijkbaar rendement met penthode buizen namelijk 70%. Tijdens een demonstratie in Huis ter Duin tijdens het NVHR-feest is een dergelijke versterker gedemonstreerd en de kwaliteit was buitengewoon, volgens mij beter dan de Ultra lineair die ik eerder demonstreerde met de twee maal U85 eindtransformatoren.

Een versterker met twee maal EL3 die zowel als mono eindtrap van 8 watt als stereo 4 watt geschakeld kan worden. De aanwezigen in de zaal waren duidelijk onder de indruk. Natuurlijk de vraag; is een dergelijke 6N6 buis nog verkrijgbaar? Ter vervanging heb ik een ECL82 op dezelfde wijze aangesloten en in roosterstroom gestuurd. Het vermogen was hoorbaar minder maar ook deze liet een behoorlijk kwaliteitsgeluid horen. Het vervangen door een 6V6 penthode waarbij een kathode weerstand van 240 Ω  in het kathodecircuit werd geplaatst overbrugd met een elco bleek geen succes, de kwaliteit was behoorlijk minder dan de Twingrid triode. In het radiocaféprogramma van 3 april 2012 is daar nogmaals over geschreven.

Het versterkertje heeft nog al wat indruk gemaakt op degene die het hebben horen werken. Als we er even bij stil staan dat dit een replica is van wat er in 1937 werd gebruikt blijft het een vraagteken wat men na die tijd nog wil verbeteren. Zelfs gitaristen zijn vaak op zoek naar de eerste Gibson EH150 met twee maal 6N6 in balans om weer dat oude mooie geluid te kunnen produceren met hun instrument, zoals dat nog op oude 78-toerenplaten te horen is.

Dan nog de vraag; wat wordt er bedoeld als er gesproken wordt over een condensator van 200 cm? In de uitleg over detectie? Lang geleden werd er nog met grote koperen bollen gewerkt die met een zeer hoge spanning werden geladen. Er moest natuurlijk een maat gevonden worden om een capaciteit te kunnen aanduiden. Hoe geleerden dat hebben kunnen berekenen is mij niet bekend maar men kwam uit op de volgende stelling dat de oppervlakte van een bol met een diameter van 2 cm 1 capaciteit aan lading kan bevatten. De oppervlakte is 4π  x de straal in het kwadraat. De straal is 1 cm en in het kwadraat blijft dat 1 cm. Die 1 cm laten we in de formules weg.  In onze formule om de capaciteit te berekenen van een condensator bestaande uit twee tegen elkaar overliggende platen is: De oppervlakte van de platen ten opzichte van elkaar in cm 2 x de diëlectrische constante (voor glas is dat bijvoorbeeld 4) dat gedeeld door 4π  maal de afstand van de platen in cm. Op onderstand plaatje zien we dat de uitkomst dan in cm is. Later zal blijken dat men redelijk dicht in de buurt van een picofarad zat deze is namelijk 10% groter dan de cm.

Piet van Schagen.