Hoe een buizenversterker werkt

Van net naar B+

De voeding zet de netspanning trapsgewijs om in bruikbare gelijkspanning: netspanning (230 V AC) → voedingstransformator → gelijkrichter (buis of diodes) → filtercondensatoren → gladde B+. De gelijkrichter laat de stroom maar één kant op en maakt zo pulserende DC; het gladstrijken doen de filtercondensatoren, vaak samen met een smoorspoel.

Een smoorspoel (choke) vormt met de filtercondensatoren een laagdoorlaatfilter (een CLC- of pi-filter): hij laat de DC door maar onderdrukt de wisselende bromcomponent (ripple). Te kleine of versleten filtercondensatoren laten die 50/100 Hz ripple doorlekken en veroorzaken hoorbare brom — recappen lost dat meestal op.

Buisgelijkrichter en zachte start

Een gelijkrichterbuis moet eerst opwarmen voor hij geleidt, waardoor de B+ langzaam stijgt terwijl de andere buizen ook opwarmen. Dit 'zachte' inschakelgedrag (en de spanningsval, 'sag', onder belasting) is anders dan bij siliciumdiodes — een aandachtspunt als je een buisgelijkrichter door diodes vervangt. De gloeidraden worden meestal apart gevoed, vaak met 6,3 V AC.

Gelijkrichtervarianten herkennen

Je komt drie opstellingen tegen. Halfgolf: één diode, benut alleen de positieve helften — eenvoudig maar veel rimpel. Volgolf met middenaftakking: twee diodes (of een dubbeldiode-buis zoals veel gelijkrichterbuizen) op een trafowikkeling met middenaftakking; beide helften benut. Brug: vier diodes, ook volgolf, maar zonder middenaftakking.

Het verschil hoor en meet je in de rimpelfrequentie: halfgolf geeft rimpel op de netfrequentie (50 Hz), volgolf op het dubbele (100 Hz). Dat is meteen een diagnosetruc — daarover meer bij de rimpel-sectie hieronder.

Ripple: de brom die overblijft

De gelijkrichter maakt geen gladde DC maar een pulserende spanning; de filtercondensatoren vullen de dalen op. Wat overblijft heet rimpel (ripple): een kleine zaagtand bovenop de B+. Hoe meer stroom het toestel trekt en hoe kleiner (of ouder) de filtercondensatoren, hoe groter de rimpel — en hoe meer brom in de luidspreker.

De frequentie van de brom verraadt de bron: 100 Hz-brom (bij volgolf) komt uit de voedingsfiltering, terwijl 50 Hz-brom eerder wijst op instraling van netbedrading in het signaalpad of een gloeidraad-probleem. Met een scope op AC-koppeling op de B+ zie je de rimpel direct staan.

In rust hoger, onder belasting lager

De B+ is geen vast getal: zonder belasting laadt het eerste filterpunt op tot bijna de piekspanning van de wikkeling (RMS × √2), en naarmate de buizen stroom trekken zakt hij richting de waarde uit de spanningstabel. Trek je de eindbuizen eruit voor een test, dan meet je dus een flink hógere B+ — geen defect, maar te verwachten gedrag.

Dit is ook waarom filtercondensatoren een ruime spanningsclassificatie nodig hebben: ze moeten de hogere onbelaste spanning aankunnen die vlak na het inschakelen (vóór de buizen geleiden) op de rail staat.

Voortrap, eindtrap en biasing

De voortrap (preamp) maakt het zwakke signaal groot in spanning; de eindtrap (power) levert het vermogen om de luidspreker aan te drijven via de uitgangstransformator. Biasing stelt het rust-werkpunt van een buis in: de DC-roosterspanning bepaalt hoeveel stroom de buis in rust trekt. Goed ingesteld werkt de buis in zijn lineaire gebied — te 'koud' geeft vervorming, te 'heet' verkort de levensduur en oververhit.

Bij kathodebias (cathode bias) zorgt een weerstand in de kathodeleiding zelf voor de juiste negatieve roosterspanning: de buisstroom maakt de kathode positief t.o.v. massa, wat het rooster effectief negatief maakt. Dit is zelfinstellend. Bij vaste bias (fixed bias) regel je de negatieve roosterspanning apart en moet je na het vervangen van eindbuizen opnieuw afregelen.

Single-ended, push-pull en faseomkeer

In een single-ended eindtrap versterkt één buis het hele signaal. In een push-pull eindtrap versterkt de ene buis de positieve, de andere de negatieve signaalhelft; samen leveren ze meer vermogen en heffen ze even-harmonischen en bepaalde brom op. Een faseomkeertrap (phase inverter) maakt daarvoor uit één signaal twee signalen die 180° in tegenfase zijn. Bekende uitvoeringen zijn de long-tailed pair en de cathodyne (split-load).

Eén trap in detail: de common-cathode triode

De werkpaard-trap van elke voorversterker: het signaal komt binnen op het rooster, de anode hangt via de anodeweerstand aan de B+, en de kathode staat via de kathodeweerstand aan massa. De buisstroom door de anodeweerstand zet de gestuurde stroom om in een (grotere, geïnverteerde) signaalspanning op de anode — daar pikt de koppelcondensator hem op voor de volgende trap.

De kathodeweerstand doet dubbel werk: hij zorgt voor de bias (kathodebias) én zou zonder meer ook het signaal tegenwerken. Daarom staat er vaak een grote condensator parallel aan: de kathode-bypass-elco, die voor audiofrequenties een kortsluiting vormt en zo de volle versterking herstelt. Een uitgedroogde bypass-elco is dan ook een klassieke oorzaak van een zwak, dun klinkende versterker — de trap werkt nog, maar versterkt merkbaar minder.

Klasse A en klasse AB

De 'klasse' beschrijft welk deel van de signaalgolf een buis geleidt. In klasse A geleidt de buis het hele signaal continu — eenvoudig en lineair, maar de buis staat ook in rust flink stroom te trekken (single-ended eindtrappen zijn per definitie klasse A). In klasse AB, gangbaar in push-pull eindtrappen, geleidt elke buis iets méér dan de halve golf: efficiënter en meer vermogen uit dezelfde buizen, terwijl de overname tussen beide helften netjes verloopt.

Voor de restaurateur betekent dit vooral: een klasse A-trap hoort in rust warm te lopen (dat is normaal), en bij push-pull moeten beide buizen redelijk gelijk zijn — een 'gematched' paar — voor een nette overname en minimale brom in de uitgangstrafo.

De uitgangstransformator beschermen

De uitgangstransformator is vaak het duurste en lastigst te vervangen onderdeel van een vintage versterker. De gouden regel: laat een buizeneindtrap nooit op signaal spelen zonder belasting (luidspreker of dummy load). Zonder belasting kan de signaalspanning over de primaire wikkeling zó hoog oplopen dat de isolatie doorslaat — een stille, definitieve dood.

Wees ook alert op DC-problemen: een scheve bias of een defecte eindbuis stuurt te veel gelijkstroom door de primaire wikkeling, die daardoor oververhit. Controleer bij een verdachte uitgangstrafo de wikkelweerstanden met de ohmmeter en vergelijk beide primaire helften (bij push-pull): een groot verschil wijst op kortgesloten windingen.