The Black Art of Biasing Part 3

In dit derde deel over tube bias wordt het gebruik van de oscilloscoop toegelicht als biasmethode. Ondanks het feit dat deze methode speciaal gereedschap vereist is deze toch heel interessant omdat ze op visuele wijze de effecten van de bias afstelling aantoont.

DISCLAIMER Op bepaalde componenten in een buizenversterker kunnen hoge spanningen staan, zelfs nadat deze uitgeschakeld is. Als je geen ervaring met hoogspanning in elektronische schakelingen hebt, is het geen goed idee om meteen de bias van je eigen versterker te gaan bijstellen, maar wend je je beter tot een vakman. Zelfs met veel ervaring is het nog steeds levensgevaarlijk en hou je best 1 hand in je broekzak tijdens het onderzoeken van een versterker onder spanning. Vooraleer men gaat solderen of onderdelen vervangen is het aan te raden dat de versterker niet op het net is aangesloten. De grote elektrolytische condensatoren (elco’s) in een buizenversterker kunnen hun dodelijke lading voor langere tijd vasthouden, zelfs na het uitschakelen van de versterker. Deze elco’s worden het best ontladen vooraleer er aan de versterker wordt gewerkt. Hang ook altijd een belasting aan de versterker in de vorm van een dummy load of luidspreker, anders loop je het risico op permanente schade aan de versterker.

Een klassieke oscilloscoop werkt door middel van een beeldbuis om het elektrische signaal op een visuele manier te tonen. In een labo is dit hét instrument bij uitstek om golven te observeren, spanning, tijd, frequentie en fasehoek te meten.

Naast een oscilloscoop wordt er ook een frequentiegenerator ingezet om de golven op te wekken. Een dummy load met de juiste weerstand en voldoende vermogen, noodzakelijk voor de belasting van de buizenversterker, behoort ook tot deze setup.

Het signaalpad van onze testsetup: frequentiegenerator, versterker, dummy load en oscilloscoop.

Vooraleer de metingen aan te vatten is het belangrijk om de (gitaar)versterker via een clean kanaal of via de return van de effectsloop te injecteren: hoe dichter bij de eindtrap hoe beter want minder kans op vervorming. Dit is bij audio buizenversterkers uiteraard minder een probleem aangezien hun topologie bedoeld is om net niet te gaan vervormen, toonregelingen zijn vaak afwezig of minstens te overbruggen.

Enige waakzaamheid is echter toch nog steeds aan de orde. Zoals te zien is op onderstaande foto is dit het beeld dat verschijnt als de versterker té ver uitgestuurd wordt:

De toppen van de sinussen zijn reeds afgeplat, enige crossover vervorming is zichtbaar, alhoewel de versterker op het ogenblik van de meting toch net goed afgesteld stond.

De juiste werkwijze bestaat er in om de gain dan terug te draaien en de sinus te observeren tot wanneer de toppen net niet meer afgeplat worden, anders bestaat het risico op een té hete biasafstelling.

Daarnaast moet de gain van de versterker, eens de bias aangepast wordt, steeds bijgesteld worden omdat de versterking van de eindtrap wijzigt onder invloed van de biasstroom; de sinus mag niet beginnen over te gaan in een blokgolf.

In de JTM45 zit in eerste instantie een set Shuguang KT66’s.

Via het normal kanaal en de onderste ingang (=minst gevoelige) komt het signaal binnen; de toonregeling is afgesteld voor een symmetrische sinus en de versterker wordt uitgestuurd tot de maximale amplitude, net voor de sinus begint af te platten.

Voor de eerste meting wordt een Philips GM5600 uit de vroege jaren zestig ingezet. Deze scoop heeft een kleine beeldbuis en een bandbreedte van ‘slechts’ 5MHz, toch voldoende zo blijkt voor deze afregeling. Aangestuurd met een signaal van 440Hz (de A4 op de gitaar, 1kHz is echter gangbaar voor audioversterkers) komt het volgende beeld op de scoop:

Dit beeld vertoont duidelijk overnamevervorming of crossover distortion ter hoogte van de nuldoorgang, daar waar de ene buis stopt met geleiden en de andere begint met geleiden (werking van een Push-Pull-versterker ). Een duidelijke aanwijzing dat de bias te koud staat.

Ter controle enkele metingen: de biasvoorspanning staat op -55VDC, de anodespanning bedraagt 440VDC en de stroom door de tubes (de spanningsval gemeten over de primaire van de OT en daaruit de anodestroom berekend – zie nieuwsbrief juni) bedraagt respectievelijk 16 en 16,5mA. 70% bij deze anodespanning zou 39,8mA moeten zijn (makkelijk online te bepalen: https://robrobinette.com/Tube_Bias_Calculator.htm).

Te koud dus, verder bijregelen tot de crossover bijna verdwijnt geeft volgend beeld:

Een kleine ‘bult’ in de sinus ter hoogte van de nuldoorgang is nog net te zien, nog even verder doorregelen dus.

Eens de crossover distortion net weggeregeld is en de sinus mooi overgaat van de ene naar de andere alternantie is het punt bereikt waarop de bias goed staat. Nameten geeft de volgende data: anodespanning = 395V, bias = -45, anodestromen 36 mA en 35,9 mA.

De eindbuizen staan met deze afstelling op een kleine 60% van de maximale dissipatie van 25W.

Een sprong vooruit in de tijd met een Hameg HM 203-4, dual beam, 20MHz oscilloscoop uit de vroege jaren ’80. De KT66’s worden vervangen door een set JJ 6L6.

Het beeld op deze scoop is (in tegenstelling tot de oudere Philips GM5600 ) scherper: de crossover distortion op de nuldoorgangen is duidelijk en afgelijnd. De bijregeling van de bias naar een minder negatieve waarde gaat vlot en snel, het beeld dat verschijnt is het volgende:

Nameten geeft deze meetwaarden:

Anodespanning = 390V, bias = -38V en anodestromen 46,3 en 46,6 mA.

De eindbuizen staan met deze afstelling op ongeveer 60% van de 30W die een 6L6GC kan dissiperen, 10% minder dan wat de theoretisch ‘ideale’ (?) waarde van 70% zou voorschrijven. Deze instelling is naast meer nauwkeurig ook ‘kouder’, dus de buizen zullen langer meegaan.

De bias gaat terug op de meest negatieve waarde, een set JJ KT77 komt in de JTM45. Een derde scoop mag zijn dienst bewijzen, een Hitachi V660, dual channel, 60Mhz. Bij deze bandbreedte is een scherp, mooi afgelijnd beeld te verwachten:

De crossover distortion weggeregeld:

Nameten geeft deze meetwaarden:

Anodespanning = 380V, bias = -34V en anodestromen 44,8mA en 45,1mA.

De eindbuizen staan met deze afstelling op ongeveer 70% van de 25W die een KT77 kan dissiperen in klasse AB.

Conclusie:

De vuistregel ‘maximaal 70%’ voor klasse AB versterkers is effectief maar een vuistregel: automatisch altijd op 70% biasen is niet nodig, zo blijkt uit bovenstaande metingen, 60% of minder gaf voor bepaalde buizen een perfecte sinus op de scoop.

Tips:

· De versterker volledig uitsturen voor maximaal, onvervormde signaal is essentieel voor een juiste meting. Want bij (te) kleine signalen is de overnamevervorming niet zichtbaar en lijkt de sinus perfect onvervormd te zijn.

· De toonregeling moet afgesteld worden om een symmetrische sinus te bekomen.

· Telkens de biasstroom toeneemt door bijregeling, moet de gain terug (lager) bijgesteld worden.

· Naarmate de buizen meer stroom trekken daalt de voedingspanning.

· Op het ogenblik dat de crossover weggeregeld is wordt de biasregeling best iets terug (=negatiever) gedraaid om niet net té warm te biasen.

· Een degelijke, accurate voltmeter om de spanningsval over de 1 (of 10) ohm weerstanden in de kathodekring, of de spanningsval over de primaire van de OT te meten bij wijze van dubbelcheck, is een must.

· Hoe groter de bandbreedte van de oscilloscoop, hoe makkelijker de overnamevervorming te zien is en bij te regelen valt.

· De dummy load moet een voldoende groot vermogen kunnen dissiperen.

Voor meer informatie over versterkers verwijs ik graag naar onze andere blogs:

Meer informatie over de versterkers die wij aanbieden, modificaties en herstellingen, vind je hier: