ixlxEmmx3 i immmTIM B i mrjb m i rjm «gois

a tsv"Laaaaa ■paaaaa a a aaaaaa a 3 aaaaaa a

■ ■£■■y

te

ïi mmmmmm si*

kluwers elektronicabibliotheek

i:!

I

Versterkers met IC's

*

i

1

Siegfried Wirsum

Versterkers met IC's

Vertaald en bewerkt uit het Duits door H. Oosthoek

KLUWER TECHNISCHE BOEKEN B.V. - DEVENTER

Omslagontwerp Jeanne en Robert Schaap i.d.unit.

Belangrijke opmerking

Bij het samenstellen van dit boek zijn eventuele octrooien die op de weergegeven schake­lingen en werkwijzen betrekking hebben, buiten beschouwing gelaten. De inhoud is uitsluitend bedoeld voor amateurbouw en onderricht - de gegevens mogen niet voor commerciële doeleinden worden gebruikt.Alle schakelingen en technische informaties in dit boek zijn door de auteur met de grootste nauwkeurigheid bewerkt c.q. opgesteld en terdege gecontroleerd. Desondanks zijn fouten niet volkomen uit te sluiten. De uitgever ziet zich daarom genoodzaakt erop te wijzen dat zij geen garanties kan geven noch de juridische aansprakelijkheid of andere verantwoor­delijkheid op zich kan nemen voor de gevolgen van eventuele onjuiste gegevens. Wanneer de lezer een fout of omissie opmerkt, zouden auteur en uitgever het op prijs stellen daaromtrent te worden geïnformeerd.

ISBN 90 2010 786 0

Oorspronkelijke titel: „Verstarkerbau mit integrierten Schaltungen.© 1973 Franzis-Verlag G. Emil Mayer KG . on R v . Deventer© 1975 van de Nederlandse uitgave bij Kluwer Technische Boe

Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaarschrif_ van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze ook, zonder vo telijke toestemming van de uitgeefster.

No part of this book may be reproduced in any form, by print, photoprint, microfilm any other means without written permission from the publisher.

VOORBERICHT

Op allerlei gebieden van de elektronica voltrekt zich de laatste jaren een grote omwenteling doordat op steeds grotere schaal en voor steeds meer doeleinden gebruik wordt gemaakt van geïntegreerde schakelin­gen (IC's).De praktische toepassing van deze nieuwe „bouwstenen" in de LF-tech- niek vormt het hoofdthema van dit boek. Aan de hand van een aantal tegenwoordig alom in de handel verkrijgbare IC's wordt de lezer ver­trouwd gemaakt met deze nieuwe techniek en de mogelijkheden van IC's bij de zelfbouw van diverse soorten versterkers. Verder worden aan de hand van een systematische, op de praktijk gerichte schakelingsana- lyse een aantal compatibele IC-versterkermodules besproken die zo veelzijdig gecombineerd kunnen worden dat zelfbouwers er moderne versterkers mee kunnen samenstellen die precies aan hun persoonlijke verlangens voldoen.Naast de bouw van deze „versterkers op maat" is de constructie en wer­king behandeld van versterkers met complementaire Darlington-ver- mogenstransistoren. Ten slotte is ook aandacht geschonken aan toe­passingen van een aantal andere moderne hybridische en monolithi­sche IC's in vermogens- en voorversterkers.Doel van de in dit boek gegeven schema's en beschrijvingen is in de eerste plaats een beeld te geven van de veelsoortige toepassingsmoge­lijkheden van IC's in de laagfrequenttechniek. Daarnaast vormen de di­verse voorbeelden een nuttig hulpmiddel bij het verkrijgen van een goed inzicht in de werking van IC's en hun toepassing in de versterker- bouw.De auteur dankt hierbij alle firma's die aan dit werk hebben bijgedragen door het beschikbaar stellen van actuele gegevens omtrent hun produk- ten.

Siegfried Wirsum

INHOUD

1. Miniaturisatie en integratie..............................................1.1. De miniaturisatie gaat voort..........................................1.2. Praktische voordelen van de miniaturisatie ....1.3. Verschillende miniaturisatie- en integratietechnieken

Miniaturisatie van conventionele (discrete) componentenGedrukte schakelingen...................................................Combinaties en modulen..............................................Geïntegreerde schakelingen..........................................

1.4. IC's nu en in de toekomst..............................................1.5. Denken in systemen........................................................1.6. Integratietechnieken........................................................

Dunnelaagschakelingen ..............................................Monolithische schakelingen..........................................Multichip-techniek ........................................................

1.7. Componenten van geïntegreerde schakelingen . . .Passieve componenten...................................................Actieve componenten ...................................................Micro-elektronica............................................................

1.8. Consequenties voor het ontwerp van schakelingen

10101011111212141718181919212222232424

2. Grondbeginselen van de versterkertechniek2.1. Soorten LF-versterkers............................

Voorversterkers .....................................Eind- of vermogensversterkers .... Complete versterkers ............................

2.2. Versterkergegevens .................................Gevoeligheid ..........................................Ingangs- en uitgangsimpedantie . . . Spannings- en vermogensaanpassing Frequentiebereik en frequentiekarakteristiekLineaire vervormingen............................Niet-lineaire vervormingen ...................Intermodulatie..........................................Dynamiek ...............................................Signaal-ruisverhouding .......................Uitgangsvermogen .................................Vermogensbandbreedte .......................Eigenschappen van stereoversterkers

262626282829293031323233343535353637

3. Lineaire versterkers.................................................................3.1. Eenvoudige lineaire versterker met IC type TAA 263 . .3.2. Versterker voor een hoorapparaat met de IC type TAA 3703.3. Eenvoudige weergaveversterker met de IC type TAA 141

39404344

3.4. Toepassingen van de IC type TAA 320 ....................................................3.5. Signaalvoltmeter met IC type TAA 320 ...................................................3.6. Faseomkeertrap met de IC type TAA 320 ...............................................3.7. Verschilversterkers, operationele versterkers en voorversterkers met IC's3.8. Voorversterkers met niet-lineaire frequentiekarakteristieken ....

Voorversterker voor bandweergave ........................................................Universele tweekanaals-voorversterker in steekkaartuitvoering . . .Toonregelcircuut met MC 1303 P (steekkaartuitvoering).......................Complete hifi-stuurversterker .................................................................De geïntegreerde schakeling type CA 3052 ..........................................Actieve lineaire mengschakeling met de IC type CA 3052 ...................

4548505262666873788082

854. Geïntegreerde vermogensschakelingen ...................................................4.1. 0,25 W-miniatuurversterker met MC 1303 P ..........................................4.2. 1 W-versterker met TAA 300 ......................................................................4.3. 1 W-versterker met IC type PA 234 ........................................................4.4. 2 W-geluidsversterker met de PA 237 ...................................................4.5. 4,4 W-geluidsversterker met TAA 861 en balanseindtrap ...................4.6. 4 è 5 W-geluidsversterker met PA 246 ...................................................4.7. 10 W-brugversterker met twee stuks PA 246 en FET-toonregeltrap . .4.8. 15 W-geluidsversterker met BHA 0002 ...................................................4.9. 30 W-brugversterker met twee BHA 0002 ...............................................

859093969899

. . 102108111

. 1145. Voedingseenheden........................................................................................5.1. Gestabiliseerde voedingseenheid met TAA 861 .....................................5.2. Praktische aanwijzingen voor de dimensionering van voedingseenheden

115. 116

1186. Combinaties van IC-circuits...................6.1. Actief lineair mengpaneel met VU-meters6.2. Stereo-meng- en -stuurpaneel . . .6.3. 15 W-mengpaneelversterker ....6.4. 12 + 12 W hifi-stereoversterker . .6.5. Nagalmschakeling met IC's ....

118120120122

. 122

1297. Praktische aanwijzingen voor de omgang met IC's

1328. De lay-out van IC-circuits

9. Nieuwe versterkercircuits met IC's en Darlington-transistoren...................9.1. Stereo-stuurversterker met een IC type 112TBA231 .................................9.2. Geluidsversterker met Darlington-vermogenstransistoren .......................9.3. Hybridische versterkerschakelingen met 20 è 100 W uitgangsvermogen9.4. De hybridische versterkerschakeling type HC 2000 van RCA ...................9.5. Japanse hybridische vermogensversterkers ...............................................9.6. Versterkers voor hoofdtelefoons met monolithische IC's .......................

10. Slotwoord...........................................................................................................11. Literatuuropgave .............................................................................................12. IC-codering bij de diverse fabrikanten ........................................................13. Snijkarakteristiek .............................................................................................14. Tabel decibel- en neperwaardenTrefwoordenregister ........................................................................................

137137138

• 142143145148

• 151152

• 153154155

• 156

1. MINIATURISATIE EN INTEGRATIE

1.1. De miniaturisatie gaat voort

Elektronische schakelingen zijn zo langzamerhand al meer dan tien jaar aan het „krimpen" - ze worden steeds kleiner en lichter. Vooral de laatste tijd is dit proces echter sterk versneld en tegenwoordig gaat de ontwikkeling alweer in hoog tempo naar de volgende fase: de micromi- niaturisatie. Het gaat hierbij overigens niet om een volkomen nieuwe techniek, maar om een steeds doorgaande evolutie waarbij allerlei ac­tieve en passieve componenten steeds verder verkleind worden.Een scheidslijn tussen miniatuur- en microminiatuurtechniek is nauwe­lijks aan te geven, juist omdat het een gestadig volgens eigen wetmatig­heden verlopend proces betreft waarvoor geen vaste maatstaven gel­den. Zeker is dat deze ontwikkeling ten zeerste is bevorderd door de ei­sen die ruimtevaart en computertechniek hebben gesteld en nog steeds stellen. Onder invloed van deze „katalysatoren" en onder druk van de economische en technische concurrentie zal aan deze wedloop naar steeds kleinere elektronische bouwstenen voorlopig nog wel geen eind komen, temeer omdat de elektronica hierdoor nieuwe toepassingen vindt en aan nieuwe eisen moet leren voldoen.

1.2. Praktische voordelen van de miniaturisatie

Ruimte- en gewichtsbesparingHet ligt voor de hand dat de kleinere afmetingen en de daarmee verbon­den gewichtsbesparing niet de enige factoren zijn geweest die voor deze ontwikkeling „verantwoordelijk" zijn geweest, maar voor veel toepas-: singen zijn ze toch wel van essentieel belang. We noemen slechts hoorapparaten, vliegtuigbouw en ruimtevaart.

Betrouwbaarheid en meer vermogenDaarnaast zijn evenwel de betrouwbaarheid en elektrische prestaties voor veel doeleinden doorslaggevend geworden en het opvoeren van de prestaties van elektronische schakelingen bij gelijktijdige ruimte- en gewichtsbesparing vormt nog altijd een van de hoofddoelen van de miniaturisering.

10

Elke gebruiker stelt prijs op een hoog rendement bij maximale vermo­gens en betrouwbaarheid. Deze combinatie vormt dan ook een van de hoekstenen van de hele technologische ontwikkeling.

Economische voordelenEconomische factoren, het kompas waarop de vrije-markteconomie vaart, spelen ook hier een bijzonder belangrijke rol, vooral in de sector van de verbruiksgoederen. De kostprijs alleen is in dit verband ove­rigens niet doorslaggevend: ook overwegingen van kwaliteit,fabricage­technieken en opslag moeten in rekening worden gebracht. Meer „schakeling" op minder ruimte, hogere prestaties, grotere betrouw­baarheid, doelmatigheid en economische voordelen, dat zijn te zamen genomen de factoren die de snelle opkomst van de miniaturisatie en in het bijzonder de geïntegreerde schakelingen mogelijk hebben ge­maakt.

1.3. Verschillende miniaturisatie- en integratietechnieken

De begrippen miniaturisatie (verkleining) en integratie (samenvoegen, het tot één geheel maken van delen) zijn in de praktijk ten nauwste ver­bonden en van elkaar afhankelijk. In groter verband gezien, kunnen we stellen dat de tot nu toe bereikte miniaturisatie slechts door het samen­voegen van allerlei componenten mogelijk is geworden.Voor de praktijk doet het er echter niet zo veel toe waar volgens de theoretische opvattingen de integratie precies begint. Veel interessan­ter is in dat opzicht de wetenschap welke afmetingen haalbaar zijn en over welke verschillende methoden men beschikt om schakelingen klein en licht uit te voeren.

Miniaturisatie van conventionele (discrete) componenten Het terugdringen van de afmetingen is pas mogelijk geworden door de technische vorderingen bij de ontwikkeling en fabricage van allerlei ac­tieve en passieve componenten, zoals de invoering van ferrietstoffen als magnetisch materiaal en de vervanging van buizen door allerlei half­geleidercomponenten. Daarnaast is men er in geslaagd ook de afmetin­gen en volumina van passieve conventionele onderdelen, zoals weer­standen en condensatoren, aanzienlijk te reduceren.Weerstanden met een diameter van ca. 1 mm en een lengte van 2,5 mm en kleine tantaal-elco's met naar verhouding hoge capaciteitswaarden voor combinatie met transistorën zijn tegenwoordig precies even „gangbaar" als miniatuur-zelfinducties ter grootte van een 0,1 W-weer- stand. Wanneer men de hedendaagse conventionele componenten (in­clusief de elektromechanische) vergelijkt met die welke nog maar enkele

11

jaren geleden voor overeenkomstige prestaties nodig waren, levert dat een wel zeer sprekende illustratie van het succes waarmee het streven naar miniaturisering is bekroond.

Gedrukte schakelingenNiet minder belangrijk dan de afmetingen van de componenten is in dit verband de manier waarop deze onderling verbonden of samengevat worden. Vermelding verdient hier zeer zeker de ons allen bekende ge­drukte schakeling, vooral ontwikkeld om losse componenten (tegen­woordig speciaal voor dit doel vervaardigde uitvoeringen) op een rationele manier onderling te verbinden. De integratie van de „bedra­ding" is met name effectief bij de aan weerskanten van een metaallaag voorziene printplaten, die in de toekomst ongetwijfeld nog meer toepas­sing zullen gaan vinden.

Combinaties en modulenDe steeds verder gaande verkleining van de losse componenten maakte het in dit stadium mogelijk een reeds eerder bij de fabricage van elektro­nische apparaten toegepaste werkwijze te verbeteren en te ontwikkelen: het gebruik van voorgefabriceerde combinaties van componenten, die tot bepaalde units verenigd werden. Dergelijke units van moderne (maar conventionele) componenten met gedrukte schakelingen zijn tegenwoordig waarschijnlijk de meest gebruikte onderdelen van elek­tronische consumptiegoederen.Een volgende stap op de weg naar voortgaande integratie vormde de modulaire techniek, waarbij voorgefabriceerde losse componenten (speciaal ontwikkeld ofwel speciaal met het oog op een goede aanpas­sing uitgezocht) tot compacte elektronische bouwstenen werden ver­bonden en gestapeld. De aldus ontstane uniforme „circuitblokken" vor­men een zó compact geheel dat vervanging van een onderdeel ervan (bijv. voor reparatie) nauwelijks meer mogelijk is. Dit is een vorm van integratie die in feite dus al een nieuw element met een nieuwe functie aan het arsenaal van de elektronicus toevoegt.Bij de zgn. Cordwood-blokken worden de geminiaturiseerde conventio­nele componenten met aan weerskanten uitstekende aansluitdraden tussen twee tegenover elkaar geplaatste gedrukte geleiderplaatjes aangebracht en aan de aan de buitenkant gelegen uit koperfolie vervaar­digde geleiderstrippen vastgesoldeerd.Bij een variant hierop worden de aansluitdraden van de componenten in de moduul machinaal op de bedrading vastgelast. Tot deze groep kunnen we ook de gietharsblokken rekenen, waarbij de zo compact mogelijk samengevoegde componenten volkomen in een gietharsmas- sa worden ingekapseld. Het aldus verkregen kunstharsblok wordt ver-

12

volgens afgefreesd, zodat de doorsneden van de aansluitdraden te voorschijn komen. Het oppervlak wordt dan met een koperlaag bedekt, die om de uitstekende aansluitingen van het blok wordt verwijderd. Der­gelijke „geplateerde'' bouwstenen zijn in de praktijk vooral onder de be­naming „Simiblokken" bekend. Afb. 1 geeft een hiermee uitgevoerde stereodecoder weer.

Afb. 1. Met Simi-blokken opgebouwde stereodecoder (Siemens).

Bij de micromodulaire techniek worden al complete onderdelen, bijv. weerstanden en condensatoren, op allemaal even grote, vaak vierkante grondplaatjes (veelal van keramisch materiaal) bevestigd en in een aantal gevallen zelfs opgedampt. Deze componenten worden tezamen met plaatjes waarop geleiderpatronen zijn aangebracht op elkaar ge­stapeld, waarna de aan de kanten gelegen aansluitingen door middel van dunne draadjes onderling worden verbonden.

13

Geïntegreerde schakelingenDe verkleining van de losse componenten, gecombineerd met de inte­gratie ervan tot functionele en rationeel te produceren bouwstenen, blokken en modulen vormde al een flinke stap op weg naar miniaturise­ring en integratie. Een heel nieuwe fase werd echter ingeluid met het verschijnen van de eerste IC's (geïntegreerde schakelingen) op de Amerikaanse markt, in het jaar 1960. Deze aanvankelijk alleen voor de ruimtevaart en de computertechniek interessante typen bevatten een flink aantal actieve en passieve componenten, zoals transistoren, dio­den, weerstanden en condensatoren, die ten dele al complete schakelin­gen vormden.

Afb. 2. Een printplaat met discrete componenten vergeleken met twee op dezelfde schaal afgebeelde geïntegreerde schakelingen (Siemens).

Doordat alle onderdelen bij deze techniek in één halfgeleiderkristal (als regel silicium) worden aangebracht, is hiermee een waarlijk revolutio­naire ruimte- en gewichtsbesparing mogelijk: geïntegreerde schakelin­gen met een volume van ca. 1 cm3 kunnen 100 tot 1000 elektronische componenten bevatten (afb. 2 en 3).Tegenwoordig is de IC-techniek zover gevorderd dat schakelingen met tientallen transistoren en weerstanden per stuk en masse geproduceerd kunnen worden in een verbluffend hoge, uniforme kwaliteit.

14

Afb. 3. IC van Siemens.

Aangezien het aanbrengen van een groter of kleiner aantal transistoren op een gemeenschappelijk substraat fabricagetechnisch intussen een simpele en betrekkelijk goedkope zaak is geworden, heeft het principe van de verschilversterker bij IC's meer en meer ingang gevonden.Een gunstig aspect van IC's is bij deze en andere toepassingen de gerin­ge temperatuurdrift van de elektrische parameters, die voortvloeit uit het feit dat alle actieve en passieve componenten op een en hetzelfde plaatje (het substraat) zijn aangebracht. Doordat om dezelfde reden de elektrische verbindingswegen tussen de componenten onderling zeer kort en beperkt in aantal kunnen zijn, hoeft de stroom maar kleine trajec­ten af te leggen. Er is dientengevolge vrijwel geen tijdsverloop tussen ingangs- en uitgangssignaal, tussen „bevel" en „uitvoering". Deze be­korting van de reactietijd is vooral voor toepassingen in computers van eminent belang. Verder zal het niet verbazen dat kortere leidingen in het algemeen kleinere zelfinducties met zich meebrengen, wat het ontwerp en de optimalisering vereenvoudigt.Een ander essentieel kenmerk van IC's is hun grote betrouwbaarheid. Doordat de componenten ervan op één plaatje in een zeer kleine, hermetisch afgesloten behuizing zijn ondergebracht en alles bijeen maar een heel geringe massa hebben, is het geheel praktisch onbereik-

15

baar voor vuil en stof en ongevoelig voor mechanische schokken en tril­lingen. Verder wordt de betrouwbaarheid van een elektronisch onder­deel zoals bekend in hoge mate bepaald door het aantal en de kwaliteit van de interne aansluitingen. Naarmate aan de elektronica lastigertaken werden toevertrouwd, steeg het aantal en de ingewikkeldheid van de schakelingen, wat in het algemeen weer meer actieve en passieve (los­se) onderdelen, aansluitdraden en soldeerplaatsen met zich meebracht. Door de toepassing van IC's heeft men echter vooral het aantal soldeer- verbindingen enorm kunnen terugbrengen, welke reductie de betrouw­baarheid van de schakelingen in kwestie zeer ten goede is gekomen. Tegenwoordig is men zelfs zo ver dat het aantal fouten dat bij complete vaste-stofschakelingen optreedt, van dezelfde orde van grootte is als het foutenpercentage van transistoren. Dit is ook wel enigszins verklaar­baar, want beide worden op overeenkomstige wijze gefabriceerd. Het voornaamste verschil is dat de produktie van plakken met IC's meer schakels telt, maar het soort behandelingen is analoog.In het voorgaande is al opgemerkt dat de prijs van een onderdeel vooral bij de fabricage van consumptiegoederen een zeer belangrijke factor is. De moderne produktietechnieken maken het mogelijk honderden IC's

ii

1

tra 4ra -tra' ■rati-éÉfe: ei

■ÖJÏ 0# öfifoi ÖK öfi! -fi|aii; ,-ppi, ,-pp, ,■&,«, ™, ,'BW, ,*

1

sisUuS ■sAfliAAa MM M55J1I155S.B52KS fiSSlAfb. 4. Deel van een „plak" waarin (c.q. waarop) honderden geïntegreerde schakelingen tegelijk worden vervaardigd (Siemens).

16

tegelijk op één plak („wafer") te vervaardigen (afb. 4). Opmerkelijk is dat het aantal componenten per schakeling nauwelijks van invloed is op de fabricagekosten. Hoeveel transistoren een siliciumplaatje precies telt, is voor de prijs van weinig belang. Versterking kost weinig, wat natuurlijk een zeer interessant gegeven is voor de massaproduktie, die op een zo groot mogelijk toepassingsgebied gericht moet zijn.De toepassing van IC's op grote schaal berust alles bijeengenomen vooral op dit belangrijke economische voordeel, het feit dat ze gemakke­lijk verwisselbaar zijn (wat de service en reparatie van grote apparaten vereenvoudigt), de betrouwbaarheid (die het aantal klachten bij con­sumptiegoederen reduceert) en ten slotte de overweging dat de auto­matisering van de produktie van elektronische apparatuur erdoor wordt vergemakkelijkt.Bij de fabricage van televisietoestellen van een bepaald type bleek de toepassing van IC's in de praktijk de volgende voordelen te bieden: 50% grotere betrouwbaarheid, 60% minder onderdelen nodig en 30% be­sparing aan produktiekosten.

1.4. IC's nu en in de toekomst

In het huidige stadium is men nog slechts in vrij beperkte mate op deze nieuwe techniek overgeschakeld, maar de inherente voordelen van IC's zullen, gecombineerd met de eisen die de massaproduktie nu eenmaal stelt, daarin ongetwijfeld snel verandering brengen. Bijtelevisieappara- ten worden IC's al in een aantal versterkerdelen toegepast (bij kleurente­levisie ook voor de versterking van de beeldsignalen) en verder in PAL- omvormers, synchroon-demodulators enz. In bandrecorders worden ze in voorversterkers en laagvermogen-eindtrappen gebruikt. Omvangrijk is ten slotte ook al het aantal toepassingen in elektro-akoestische en hifi- apparatuur. In de digitale techniek is overigens toepassing van de IC al jaren een feit. De ontwikkeling in deze richting is onmiskenbaar. Tegen­woordig gaat men al van betrekkelijk simpele IC's mettientallen compo­nenten over op typen met meer dan honderd actieve en passieve componenten in één plaatje verenigd (de zgn. large scale integration, afgekort LSI). Een analoge methode is de combinatie van functioneel verschillende schakelkringen op één kristalplaatje, die te zamen com­plete circuits vormen waarmee ingewikkelde bewerkingen mogelijkzijn. Men verwacht dat binnen een tiental jaren hele apparaten in bepaalde sectoren van de elektronica als „geïntegreerde schakeling" geprodu­ceerd zullen worden. Het „wiel van de tijd" draait door. De prijzen zullen verder dalen en het toepassingsgebied van de IC's zal zich gestadig uit­breiden. De elektronicus is dus in feite wel verplicht zich terdege met deze techniek bezig te houden.

17

1.5. Denken in systemen

Bij de ontwikkeling en toepassing van IC's gaat het overigens om meer dan een simpele optelling van een reeks componenten. Een IC is geen combinatie van conventionele schakelingen maar iets nieuws, ook al heeft de miniaturisatie van beproefde „oude" circuits in een aantal ge­vallen het uitgangspunt van deze ontwikkeling gevormd.Kenmerkend en revolutionair is echter dat men meer en meer moet le­ren denken in systemen in plaats van schakelingen, dat men een be­staand concept opnieuw in „IC-termen" moet analyseren en uitwerken. Wat het begrip IC-termen precies inhoudt, zal ongetwijfeld duidelijker worden bij de behandeling van de verschillende toepassingen in het vervolg van dit boek. Eenvoudig te definiëren is het niet. Zelfs de fa­brikanten van IC's zien zich genoodzaakt bij de ontwikkeling van nieuwe typen allerlei statistische berekeningen uit te voeren (met behulp van computers), en ook het rechtstreekse contact met de potentiële af­nemers is in deze een onmisbare factor.Een eerste vereiste voor een in technisch opzicht optimale uitvoering van een IC (de grondslag vooreen goede afzet!) is dat de heden ten dage gebruikelijke conventionele schakelingstechnieken en hun toepassin­gen systematisch op hun bruikbaarheid worden „doorgelicht", in de toepassingslaboratoria. De voordelen én beperkingen die de IC-tech- niek met zich meebrengt, dwingen de ontwerper eenvoudig „zijn" schakeling vanuit een nieuw standpunt te bezien en te benaderen. Het feit dat vooral actieve componenten als transistoren en dioden ook in grotere aantallen goedkoop te realiseren zijn, opent nieuwe wegen. Er staan hem meer componenten ter beschikking en meer mogelijkheden om ingewikkelde, omvangrijke circuits samen te stellen - ondanks de beperkingen die nu eenmaal aan de IC-techniek inherent zijn.

1.6. Integratietechnieken

Voor een goed overzicht is het nuttig allereerst het terrein te verkennen, d.w.z. na te gaan welke integratietechnieken er bestaan en wat hun onderlinge verschillen zijn. In de vakliteratuur worden deze technieken stuk voor stuk uitgebreid behandeld en men moet er ook rekening mee houden dat voortdurend verbeteringen, verfijningen en nieuwe toepas­singen worden ontwikkeld.Wij beperken ons hier echter tot de hoofdlijnen en onderscheiden alleen de dunnelaag-, de monolithische en de multichip-techniek. In de praktijk worden alle drie methoden ook gecombineerd toegepast. Omdat ze elkaar in veel opzichten aanvullen, zijn de functie en uitvoering van de te vervaardigen schakeling in hoge mate bepalend voor de keuze van de fabricagetechniek.

18

1

DurwelaagschakelingenDunne lagen kunnen op twee manieren worden aangebracht: door zeefdruk en door opdampen of neerslaan. De eerste methode, veelal met de term dikkefilmtechniek aangeduid, vertoont veel overeenkom­sten met de fabricage van gedrukte schakelingen en andere zeefdruk- technieken. Hierbij worden op een uit keramisch materiaal bestaand plaatje (substraat, basis) met zeefdrukpersen weerstanden, condensa­toren, kleine zelfinducties en hun onderlinge verbindingen aangebracht door middel van geleidende en isolerende pasta's en vloeistoffen. Elke opgedrukte film wordt in een oven gebakken; de complete schakeling wordt in epoxyhars ingegoten. Bij de huidige stand van de techniek kan men op deze wijze alleen passieve componenten en circuitdelen fabrice­ren. Als daarnaast actieve componenten (zoals transistoren) nodig zijn, moeten die naderhand apart worden toegevoegd (hybridische micro- schakeling).Schakelingen van dit type worden in de praktijk met name gebruikt voor autoradio's (opgebouwd uit passieve componenten zoals een reeks weerstanden enz.) om ruimte te sparen en omdat de zo vervaardigde componenten goede HF-eigenschappen hebben.

Bij de zgn. dunnefilmtechniek gebruikt men als substraat een glasplaatje waarop verschillende geleidende of isolerende lagen worden aange­bracht door middel van opdampen in vacuüm, kathodeverstuiven, plateren of neerslagvorming. De aldus verkregen lagen zijn zó dun (orde van grootte 1 /urn en minder) dat de hechting op het glas en op elkaar geen enkel probleem vormt.Actieve componenten kan men op deze wijze nog niet vervaardigen; die moeten er naderhand dus nog afzonderlijk worden ingelast. Men werkt echter aan methoden om in de toekomst ook monomoleculaire ver­bindingen volgens de dunnefilmtechniek aan te brengen, bijv. door middel van diffusie.

Monolithische schakelingenHet uitgangspunt voor de stormachtige ontwikkeling van de geïnte­greerde halfgeleiderschakelingen (kristalschakelingen) was het idee om op of in een microscopisch klein monokristalplaatje door verschillende bewerkingen actieve en passieve componenten aan te brengen. Intus­sen is deze ontwikkeling alweer zover gevorderd dat men door allerlei technieken als opdampen, legeren, etsen, doteren met verschillende verontreinigingen en navolgende diffusie nu tegelijkertijd transistoren, dioden, condensatoren, weerstanden en geleidende strippen kan fa­briceren, waarbij de zgn. planaire techniek een beslissende rol is gaan spelen. Met behulp daarvan kan men op monokristallijne plaatjes al-

19

lerlei halfgeleiderconstructies met een volkomen vlak oppervlak aan­brengen.Eén siliciumplaatje (chip) kan zo van een groot aantal actieve en passie­ve componenten worden voorzien, die te zamen een geïntegreerde schakeling vormen. De aansluitingen ervan zijn als regel door haardun­ne draadjes (dikte ca. 0,05 mm, veelal van goud) met de houderpennen verbonden (afb. 5), waarna het geheel hermetisch wordt afgesloten door een beschermend kapsel (houder, behuizing).

Afb. 5. IC type TAA 861 van Siemens.

Voor het vasthechten van de draadjes zijn speciale technieken en machi­nes ontwikkeld, waarbij onder meer van supersone trillingen gebruik kan worden gemaakt. Hoe klein een kristalschakeling uitgevoerd kan worden, vergeleken met een op zichzelf al geminiaturiseerd circuit met losse componenten die te zamen dezelfde elektrische taak verrichten, is op een wel zeer sprekende manier weergegeven in afb. 6.Voor toepassingen in versterkers komen vooral monolithische en hy­bridische IC's (blz. 19en 21) in aanmerking, veeleer dan dunnelaagscha- kelingen (blz. 19), omdat die de mogelijkheid bieden actieve en passieve componenten op een rationele manier te combineren tot een compleet „pakket" dat een bepaalde elektrische bewerking kan uitvoeren.Bij kristalschakelingen (monolithische schakelingen) worden de actieve en passieve componenten in het minuscule siliciumblokje (chip) aange­bracht door bepaalde chemische stoffen in het materiaal te laten dif­funderen. Op deze wijze kan men honderden identieke IC's tegelijk (afb. 4) op één plak aanbrengen, die hiertoe een reeks opeenvolgende be-

20

L

Afb. 6. Een geïntegreerde schakeling vergeleken met een steekkaart waarop dezelfde componenten in discrete uitvoering zijn aangebracht (Siemens).

handelingen moet ondergaan. (Per stuk meten de IC's in dit geval nog geen 0,1 cm2, terwijl de dikte slechts 0,25 mm bedraagt.)

Multichip-techniekKenmerkend voor de multichiptechniek of hybridische techniek is dat er diverse halfgeleiderblokjes (chips) op één gemeenschappelijke on­dergrond worden gemonteerd. Op deze wijze kan men zeer uiteen­lopende combinaties van actieve en passieve componenten samenstel­len (eventueel met enige kristalschakelingen erbij), die te zamen met de vereiste verbindingen in één houder worden ondergebracht.Voor de massaproduktie van IC's is de monolithische techniek econo­misch aantrekkelijker; de hybridische methode komt vooral bij kleinere en middelgrote series voor speciale toepassingen in aanmerking, waar­bij ze dan het voordeel van een grotere flexibiliteit heeft. Bovendien kan men met behulp van deze methode schakelingen volkomen op maat maken voor een gegeven toepassing, door ze op te bouwen uit af­zonderlijke chips die volgens een modulair systeem zijn ontworpen en gefabriceerd. Op deze manier worden tegenwoordig referentie-elemen- ten, Darlington-versterkertrappen e.d. samengesteld.

21

f

Ten slotte beschikt men ook nog over de mogelijkheid de hierboven be­schreven drie basistechnieken op verschillende wijzen te combineren met losse componenten.

1.7. Componenten van geïntegreerde schakelingen

Een ontwerper van schakelingen moet terdege op de hoogte zijn met de speciale eigenschappen en beperkingen die aan IC's en de daarin voorkomende componenten inherent zijn. Alleen dan immers kan hij van de voordelen van dergelijke bouwstenen ten volle profijt trekken. We laten de verschillende onderdelen daarom kort de revue passeren.

Passieve componentenweerstanden. De weerstandswaarde hangt af van de lengte van het tra­ject dat de stroom moet doorlopen, de doorsnede ervan en de mate­riaalkeuze ofwel de concentratie van de „verontreiniging". Weerstands- stroken tot een kleinste breedte van ongeveer 10 pm kunnen nog met een speling van ca. 20% worden gefabriceerd; daaronder beginnen on­vermijdelijke onnauwkeurigheden van het masker en andere oncontro­leerbare invloeden een te grote rol te spelen. Het is daarom lastig om werkelijk hoogohmige weerstanden te vervaardigen, want een behoor­lijke precisie is dan immers alleen bereikbaar door de strook extra lang te maken. Dit zou ten koste van het aantal componenten gaan dat op het kristaloppervlak ondergebracht kan worden en het doel is juist dat zo groot mogelijk te maken.De tegenwoordig verkrijgbare en voor onze doeleinden geschikte IC's hebben weerstanden die in orde van grootte uiteenlopen van ca. 50 H tot 50 kH.

i

condensatoren. De „inbouw" van condensatoren wordt bij het ontwer­pen van IC's, vooral die van het monolithische type, zoveel mogelijk vermeden. Men is daarbij namelijk aangewezen op de betrekkelijk lage capaciteit van een sperlaag (die door een isolerende siliciumoxydelaag wordt afgedekt), zodat dit ook een bepaalde oppervlakte vergt. Een condensator van 100 pF zou zo een oppervlakte beslaan waarop meer dan twaalf transistoren kunnen worden ondergebracht (men rekent dat één transistor ca. 0,05 mm2 beslaat).In het algemeen kunnen we zeggen dat bij IC's capaciteitswaarden van 50 pF niet overschreden worden. Als er een capaciteit aanwezig is, dient deze meestal voor inwendige compensatie, om parasitair genereren bij lineaire en operationele versterkers met hoge versterkingsfactor te voorkomen.Men kan hoge en dus oneconomische capaciteitswaarden bij IC's

22

ondervangen door galvanische koppelingen tussen de versterkertrap- pen toe te passen.

zelfinducties. Zelfinducties zijn in de IC-techniek nauwelijks te realiseren en hoge waarden al helemaal niet. Spoelen in conventionele schakelin­gen worden bij de „vertaling" hiervan in IC-termen dan ook door ver- vangingscircuits, bijvoorbeeld actieve filterschakelingen, voorgesteld (afb. 7 en 8).

pIM-o- R1 R2 IC

uitgangAfb. 7. Actief laagdoorlaatfilter. 1ingang

=r C21R2

C1 C2 IC<HI uitgangAfb. 8. Actief hoogdoorlaatfilter.

1in'gang

1Actieve componententransistoren. Vooral bij kristalschakelingen maakt men bij voorkeur veel gebruik van transistoren, omdat die maar weinig plaats in beslag nemen. De ontwerpers van IC's hoeven dus niet zuinig met actieve componenten om te gaan, in tegenstelling tot de situatie bij het werken met losse componenten. Vooral op dit punt moet men dus anders leren denken.Het feit dat men over een groot aantal actieve componenten kan be­schikken, betekent dat IC's op een betaalbare manier een grote span- ningsversterking (tot ca. 90 dB) kunnen leveren, bijv. in de vorm van verschilversterkers en operationele versterkers. Het meest gangbare koppelingstype is bij IC's daarom de galvanische, die gebruikt wordt om diverse trappen te verbinden. Bij gelijkstroomgekoppelde IC-versterkers maakt men ook gebruik van de voordelen die de gecombineerde npn/pnp-schakeling biedt.

veldeffecttransistoren. De IC's met veldeffecttransistoren winnen steeds meer terrein, doordat dit transistortype in tegenstelling tot bipolaire uitvoeringen spanninggestuurd kan worden, en wel door mid­del van de poort (gate) die de stroomdoorgang tussen source (aan- voerelektrode, S) en drain (afvoerelektrode, D) beperkt. Andere voorde-

23

len van de FET bij toepassing in geïntegreerde schakelingen zijn het lage vermogensverbruik, de kleine afmetingen, de hoge impedanties die in­herent zijn aan het type en het feit dat in de schakeling geen grote capaciteiten vereist zijn. Het lage energieverbruik maakt voorts een ho­ge pakkingsdichtheid mogelijk.

dioden. De fabricage van de n- en p-zones van dioden verloopt bij geïntegreerde schakelingen op dezelfde manier als bij transistoren. De emitter-basis- en collector-basisovergangen van transistoren zijn trou­wens beide als diode te gebruiken.

Micro-elektronicaAlle technieken die dienen om zeer kleine schakelingen met een grote pakkingsdichtheid te vervaardigen, worden samengevat onder de bena­ming micro-elektronica. Maatgevend zijn in dit verband alleen het volu­me per component en de voorwaarde dat de verschillende onderdelen alle elektrisch verbonden moeten zijn. Of het nu echte geïntegreerde schakelingen, uit losse componenten samengestelde micromodules, dunnelaagschakelingen of een of ander hybridisch type betreft, maakt wat dit aangaat geen verschil. Het is alles micro-elektronica.De kleinste afmetingen en constructies die binnen dit kader tegenwoor­dig gerealiseerd kunnen worden, zijn: gedrukte schakelingen tot ca. 400 a 2000 /zm, geïntegreerde dikkefilmschakelingen tot ca. 100 è 550 /zm, geïntegreerde dunnefilmschakelingen tot ca. 10 a 100 /im en kristal- schakelingen tot ca. 1 a 30 /im.

1.8. Consequenties voor het ontwerp van schakelingen

Voor de ontwerper van elektronische schakelingen, en met name ver­sterkers, vormen de hierboven beschreven voordelen en beperkingen van IC's evenzovele nieuwe gezichtspunten, waarmee hij uiteraard ter­dege rekening moet houden. Het gaat hierbij vooral om de volgende punten:

1. Toepassing van IC's leidt tot een gehele of gedeeltelijke vervanging van vaak nogal volumineuze passieve componenten door kleine actieve componenten.In vergelijking met de vroeger bestaande situatie is de factor versterking plotseling veel goedkoper geworden en kan de ontwerper veel royaler met actieve componenten werken. Dit brengt niet alleen een verlaging van de kosten maar ook bepaalde technische voordelen met zich mee, te weten:

24

a. de schakeling kan veel kleiner uitgevoerd worden;b. voor grote versterkingen zijn minder ingewikkelde schakelingen no­dig;c. grotere betrouwbaarheid doordat een groot aantal componenten (met uiteenlopende failure rates) en verbindingen komen te vervallen;d. de hele schakeling reageert uniform op temperatuursveranderingen en is daardoor weinig temperatuurgevoelig.

Onderlinge verschillen in thermisch gedrag van de actieve componen­ten (die tot „doorbranden" zouden kunnen leiden) zijn daardoor groten­deels geëlimineerd.2. Omdat bij IC's om de in het voorgaande besproken redenen veelal galvanische koppelingen tussen de verschillende versterkertrappen worden aangebracht, reikt het bruikbare frequentiebereik van dergelijke versterkers voor lineaire toepassingen van zeer lage tot zeer hoge waar­den. (Wel op parasitaire effecten bedacht zijn!!)3. IC's maken het mogelijk in schakelingen de voordelen van verschil- versterkers en het principe van de Darlington-schakeling te benutten.4. Doordat de verschillende transistoren in IC's als regel emittergekop- peld zijn, gedraagt het geheel zich in het LF-bereik in feite als één enkele transistor waarmee een buitengewoon grote stroomversterking ge­realiseerd kan worden.5. Met behulp van een tegenkoppeling kan de ontwerper binnen zeer ruime grenzen de voor een gegeven toepassing vereiste versterking, bandbreedte, ingangs- en uitgangsweerstanden enz. naar zijn hand zet­ten.6. Het bij IC's veelvuldig toegepaste principe van de gelijkstroomkop- peling maakt het mogelijk door een tegenkoppeling van uitgang naar ingang de onderlinge spreiding van transistoren te elimineren. Hetzelf­de geldt voor de bij gelijkstroomversterkers optredende driftverschijn- selen.7. Passieve componenten, met name zelfinducties, zijn in IC's moeilijk te realiseren en moeten dus zoveel mogelijk vermeden worden. In plaats ervan kan men vervangingsschakelingen met actieve componenten toepassen, zoals filtercircuits e.d.

25

2. GRONDBEGINSELENVAN DE VERSTERKERTECHNIEK

Kenmerkend voor de laagfrequenttechniek en haar toepassingen is dat geluidstrillingen eerst door middel van elektrische apparatuur (bijv. een microfoon) in analoge elektrische trillingen worden omgezet, waarna deze audiofrequente stroompjes na versterking tot milliwatt- a kilo- wattniveau door elektro-akoestische omzetters (bijv. een luidspreker) weer in akoestische energie (geluidstrillingen) wordt overgebracht. Laagfrequentversterkers zijn in het algemeen gesproken bedoeld voor de versterking van het audiobereik, dat het hele geluidsspectrum van ca. 10 Hz tot 20 000 Hz omvat. De praktische toepassingen ervan lopen enorm uiteen; van hoorapparaten tot bandrecorders, van babyfoons tot hifi-apparatuur, van telefoonversterkers tot radiotoestellen en om­roepinstallaties.

2.1. Soorten LF-versterkersOndanks deze verwarrende veelheid van versterkertoepassingen is het mogelijk het hele terrein van de versterkertechniek aan de hand van het beoogde doel, de werking en de constructie van de apparatuur in een aantal vakken te verdelen.Naar de toepassing kan men bijv. microfoonversterkers, voorverster- kers voor magnetodynamische elementen, telefoon-, scheidings-, mengpaneel-, rekenversterkers en nog vele andere typen onderschei­den.Voor de elektronicus zijn de verschillen in werking natuurlijk interessan­ter dan de indeling naar toepassingsgebied. Fundamenteel is wat dit betreft het onderscheid tussen voorversterkers en eind- of vermogens- versterkers (zie de blokschema's 8a-8d).

VoorversterkersAls voorversterker kunnen we in de praktijk elke versterker(eenheid) op­vatten die de spanning van een gegeven elektrisch signaal (bijv. af­komstig van een microfoon, een afspeelkop van een bandrecorder, een fotocel of een element) zoveel moet vermenigvuldigen dat de navolgen­de eind- of vermogenstrap in staat is het vereiste vermogen af te geven.

26

HAfb. 8a. Een scheidingsver- sterker dient om te voorko­men dat de stuurversterker wordt beschadigd wan­neer een eindtrap wordt kortgesloten, kunnen ze een verlies aan versterking compenseren dat door lange verbindin­gen tussen voorversterker en vermogenseindtrappen wordt veroorzaakt.

vermogens-eindtrap

Ovööi-versterkermetmixer

scheidings-versterker vermogens-

eindtrap

ODaarnaast vermogens-

eindtrap

Afb. 8b. Voorbeeld van een eenvoudige versterkerin- stallatie bestaande uit een AF-bron, een voorverster­ker, een eindtrap en een luidspreker.

vermogens- versterker (eindtrap)

-<©■ voor­versterker

vermogens-eindtrapAfb. 8c. Voorbeeld van een

versterkerinstallatie met een centrale stuurverster­ker met mixer en drie ver­mogenseindtrappen met elk één luidspreker.

voorversterker -<|met vermogens-eindtrapmixer

-«]vermogens-eindtrap

voorversterker

“ITrAfb. 8d. Versterking en sig- naalniveau bij een installa­tie bestaande uit een voor­versterker met toonregel-

signealbron

7*1II©-- i toon- . regel-

vermogens-versterker

stuur- i versterker I

trap iI-L J

ttrap en vermogensverster-1mV xWO = lOOmV x10 = 1V xlO 10/OdB + WdB= WdB +20dB= 60dB + 20dB = 80dB

ker.

De voorversterker heeft slechts tot taak de stuurspanning te leveren waarbij de eindtrap(pen) optimaal kan (kunnen) functioneren. Tot de voorversterkers behoren onder meer actieve mengpanelen en allerlei soorten en uitvoeringen van versterkertrappen die de frequentiekarak- teristiek veranderen, zoals frequentiecorrigerende trappen en klankre- geltrappen en in het algemeen selectieve versterkers.Hoe men te werk moet gaan bij het zelf bouwen van voorversterkers voor verschillende toepassingen Wordt in hoofdstuk 3 behandeld.

27

Eind- of vermogensversterkersBij voorversterkers gaat het vooral om de lineariteit of eventueel de cor­rectie van de frequentiekarakteristiek, bij vermogensversterkers daar­entegen in de eerste plaats om het afgegeven vermogen (P = C/7) dat naar de luidspreker(s) gaat. De door de voorversterker geleverde audio- frequente spanningsschommelingen worden door de eindversterker in veel sterkere maar overigens overeenkomstige audiofrequente stroom- schommelingen omgezet, die op hun beurt de spreekspoel van de luidspreker in beweging brengen.Het uitgangsvermogen van een eindversterker hangt uiteraard af van de toepassing; waarden van ca. 50 mW komen voor (bijv. bij kleine transistorradio's), maar ook van enkele kilowatt (bij omroepinstallaties e.d.). In het algemeen geldt voor de actieve componenten van eindtrap- pen dat ze flinke stroomsterkten moeten kunnen verwerken. Het door de eindtrap afgenomen vermogen is voornamelijk bepalend voor de af­metingen van de netvoeding of de batterijen en hetzelfde geldt voor de grootte en uitvoering van de koelvinnen e.d. van de transistoren in vermogens-eindtrappen.

Complete versterkersDoor voor- en eindversterker in één behuizing onder te brengen, ont­staat de tegenwoordig in de praktijk veelvuldig toegepaste zgn. integra­le of complete versterker (afb. 8e). Ook hierin zijn allerlei variaties moge­lijk, die in de volgende hoofdstukken over versterkerbouw uitvoerig aan de orde komen. Zeer belangrijk is hierbij dat de twee trappen of verster- kerunits goed op elkaar zijn aangepast, vooral wanneer het erom gaat

integrale versterker

Afb. 8e. Blokschema van een integrale versterker.

-jI vermogens- j ___ I—f II versterker J —kl

"J r<§>- [ l_.

voor­versterker

een geheel te verkrijgen dat een onderdeel van een privé hifi-installatie vormt. Een belangrijk hulpmiddel bij deze onderlinge aanpassing vor­men de Duitse normen DIN 45565, 45566 en 45567, waarin een aantal eisen zijn vastgelegd waaraan voor- en eindversterkers en integrale versterkers voor dit doel moeten voldoen. De minimumeisen voor hifi- gebruik in huis zijn voor allerlei componenten beschreven in de norm DIN 45500, die vrij algemeen, ook in ons land, ingang heeft gevonden. Deze norm geeft ook een overzicht van de juiste aanpassing tussen enerzijds de audiofrequente trillingsbron en de versterker en anderzijds

28

de versterker en de luidspreker(s), alsook van de maximaal toelaatbare vervorming binnen de versterkertrap zelf.De genoemde normen gelden overigens niet voor LF-versterkers voor andere doeleinden, omdat daarbij immers in het algemeen weer op andere eisen de nadruk wordt gelegd. Het toepassingsgebied van versterkers is zó veelzijdig dat het vrijwel ondoenlijk is voor al die geval­len normen te gaan opstellen.Van beslissende betekenis voor de weergavekwaliteit zijn steeds de juiste combinatie en onderlinge aanpassing van alle bij de weergave betrokken onderdelen en trappen, vanaf de microfoon of andere LF- bron via voor- en eindversterker tot en met de luidspreker(s). En eigen­lijk is de keten ook dan nog niet ten einde, want de luidsprekers moeten weer dooreen effectieve opstelling op de juiste wijze akoestisch worden aangepast aan de ruimte waarin het geluid ten gehore wordt gebracht. Dat laatste is echter voornamelijk een kwestie van akoestiek en valt als zodanig buiten het bestek van dit boek.

2.2. VersterkergegevensDe kwaliteit van versterkers komt tot uitdrukking in een reeks technische gegevens als gevoeligheid, versterking, frequentiekarakteristiek, ver­mogen enz. Stuk voor stuk kunnen deze factoren ons niet zoveel omtrent het karakter van een versterker leren - waar het bij de beoordeling om gaat is de combinatie van allerlei gegevens, anders gezegd of de ver­schillende kenmerken goed uitgebalanceerd zijn. Fout is het wanneer bijzonder goede en bijzonder slechte cijfers naast elkaar voorkomen. Een opgave van het vermogen zonder nadere vermelding van de om­standigheden waarbij dit geldt, zegt weinig. Pas als factoren als harmo­nische vervorming, brom en gevoeligheid bij de meting betrokken en ook vermeld worden, kan men zich een juist beeld van de kwaliteit vor­men.Hieronder volgt nu een overzicht van de voornaamste technische aspec­ten van versterkers.

GevoeligheidOm de gewenste uitgangsspanning (bij voorversterkers) of het beno­digde uitgangsvermogen (bij eindversterkers) te kunnen leveren, is altijd een ingangssignaal met een bepaald minimaal vermogen nodig. Onder gevoeligheid verstaat men nu de spanning die het ingangs­signaal moet hebben opdat de versterker zijn volle uitgangsspanning resp. uitgangsvermogen kan leveren, m.a.w. de signaalsterkte die voor vol uitsturen vereist is.Aangezien een aantal audiofrequente signaalbronnen door een zeer ge-

29

ringe signaalspanning gekenmerkt zijn (dit geldt met name voor micro­foons), moeten de daarop aangesloten (voor)versterkers een grote ge­voeligheid hebben. In de praktijk werkt men bij microfoonvoorverster- kers met gevoeligheden uiteenlopend van ca. 0,5 mV tot 5 mV. Dergelij­ke voorversterkers kunnen al bij 0,5 mV a 5 mV een nominale uitgangs- spanning van bijv. 500 mV leveren, overeenkomend met een duizend­voudige versterking (60 dB).De gevoeligheid van voorversterkers van platenspelers met kristalele- menten of voor bandweergave ligt veel lager: van ca. 100 tot 500 mV. Nog lager is de gevoeligheid van eindversterkers en vermogenstrap- pen; als regel bedraagt deze slechts ca. 0,7 a 1 V.Om het signaal van een microfoon hoorbaar te maken, moet vóór de eindversterker dus een voorversterker worden geplaatst die het uiterst zwakke audiofrequente microfoonsignaal lineair versterkt tot een ni­veau van ongeveer 1 V. Uit het bovenstaande zal duidelijk zijn dat de gevoeligheid van een versterker vrijwel geheel wordt bepaald door de beoogde toepassing en de audiofrequente signaalbron waarop hij wordt aangesloten.

Ingangs- en uitgangsimpedantieEen ander belangrijk aspect van elke versterker is de waarde van de ingangs- en de uitgangsimpedantie. Onder de ingangsimpedantie verstaat men in de praktijk de wisselstroomweerstand die bij een be­paalde frequentie (meestal kiest men hiervoor 1000 Hz) aan de ingang wordt gemeten. De uitgangsimpedantie van een versterkertrap, voor- of eindversterker is in de praktijk de waarde waarbij het apparaat zijn nominale uitgangsvermogen c.q. -spanning levert. In-en uitgangsimpe­dantie moet men kennen om de overige leden van de weergaveketen, zoals signaalbron en luidspreker(s), goed op voor- en eindversterker te kunnen aanpassen (of omgekeerd). Dit geldt zowel voor de externe aanpassing van de verschillende onderdelen als voor de interne, in de versterker geïntegreerde trappen.Wanneer we bedenken hoe gering de door een signaalbron (bijv. een kristalmicrofoon) geleverde audiofrequente spanning bij een bron- weerstand van ca. 300 a 500 kH is, zal duidelijk zijn dat wanneer we deze bron op een versterkeringang met een ingangsimpedantie van ca. 5 kH zouden aansluiten, hij dusdanig door deze versterkersimpedantie wordt belast dat de frequentiekarakteristiek van de microfoon niet langer lineair is. Een soortgelijk effect doet zich voor wanneer de uitgangsspan- ning van een voorversterker op een te lage ingangsimpedantie van de eindtrap wordt aangesloten. Ook die foutaanpassing heeft een sterke toeneming van de niet-lineaire vervormingen ten gevolge.

30

Spannings- en vermogensaanpassingIn de versterkertechniek maakt men een principieel onderscheid tussen spannings- en vermogensaanpassing.De vermogensaanpassing beoogt een optimale combinatie van twee (of meer) onderdelen van een weergaveketen, en wel in die zin dat er een optimale energie-overdracht plaats vindt. Deze situatie doet zich voor wanneer de inwendige weerstanden van twee opeenvolgende schakels van de keten (bijv. de eindtrap van de versterker en de luidspreker) gelijk zijn. Als bij een getransistoriseerde eindtrap (zonder transformator) bij­voorbeeld een vermogen wordt opgegeven van 30 W bij 8 H, betekent dit dat deze 30 W alleen bij een luidspreker met een impedantie van 8 fl wordt bereikt. Sluit men in plaats ervan een type met een impedantie van 16 H aan, dan brengt dat een vermogensvermindering met zich mee. De luidspreker kan ondanks een voldoende grote belastbaarheid dan door zijn te hoge impedantie niet de complete 30 W van de verster­ker afnemen. Een onderaanpassing, die ontstaat wanneer bijv. een 4 fl- luidspreker op de 8 H-versterkeruitgang wordt aangesloten, kan tot ge­volg hebben dat de eindtrap onherstelbaar wordt beschadigd. De luidspreker kan in dit geval een grotere stroom opnemen dan de eind­trap op grond van zijn specificaties kan leveren.In de praktijk komt het niet zelden voor dat niet-beveiligde eindtrappen van transformatorloze transistorversterkers door kortsluiting of onder­aanpassing op deze wijze overbelast worden.De vermogensaanpassing is vooral belangrijk bij de aansluiting van de luidspreker(s) op de versterkeruitgang, de spanningsaanpassing daar­entegen heeft in de eerste plaats betrekking op het „voorste" deel van de keten: de aansluiting van de signaalbron op de versterkeringang en die van voor- en spanningsversterkers. Waar het hierbij om gaat, is dat de dooreen signaalbron geleverde stuurspanning volledig benut wordt, niet te sterk door een belasting wordt gedempt en zodoende onver­vormd kan worden weergegeven.De ingangsimpedantie van een versterker moet bij deze wijze van aanpassen aanzienlijk groter zijn dan de inwendige weerstand van de signaalbron. De bronspanning wordt dan door de ingangsimpedantie van de versterker niet merkbaar belast, zodat de door de bron geleverde stuurspanning vrijwel volledig beschikbaar blijft en niet door de be­lasting wordt vervormd.Sterk generaliserend kan men zeggen dat voorversterkertrappen en onderdelen van weergaveketens universeler te combineren zijn naar­mate hun ingangsimpedantie hoger en hun uitgangsimpedantie lager is. De ingang van de trap vormt dan praktisch geen belasting voor de erop aangesloten signaalbron of voorversterkër.De praktische toepassing van impedantie-omvormers, die een zeer

31

hoogohmige aanpassing aan de ingangskant en een zeer laagohmige aan de uitgangskant mogelijk maken, is geïllustreerd bij de behandeling van de geïntegreerde schakeling TAA 320 in par. 3.4.

Frequentiebereik en frequentiekarakteristiekVan een audiofrequentversterker verlangt men natuurlijk dat hij in staat is alle in het audiospectrum gelegen frequenties min of meer lineair te versterken. Omdat zowel de grondtonen als de boventonen weergege­ven moeten worden, móet het frequentiebereik ervan minstens van 40 tot 16 000 Hz lopen. In het algemeen verstaat men onder het frequen­tiebereik van een versterker het gebied tussen de laagste en de hoogste frequentie welke het apparaat onder bepaalde omstandigheden kan weergeven.Het gaat bij de beoordeling van de versterkerkwaliteit echter meer om het verloop van de frequentiekarakteristiek dan om de omvang ervan. Voor een goede weergave is het immers van het grootste belang dat de door de signaalbron geleverde audiofrequente spanningen met zo min mogelijk vervorming worden versterkt, en dat betekent weer dat het apparaat alle frequenties in gelijke mate moet versterken. De klank­kleur van de ontvangen audiofrequente signalen mag er niet door wor­den veranderd en pieken en dalen in de frequentiekarakteristiek zijn dus uit den boze. Ideaal zou het zijn als deze karakteristiek volkomen rechtlij­nig verloopt - alleen dan is er immers sprake van een werkelijk lineaire versterking. De afwijkingen van de denkbeeldige rechte lijn die met deze situatie overeenkomt, worden als regel in dB opgegeven.Volgens de Duitse hifi-norm DIN 45500 mogen deze afwijkingen bij lineaire ingangen hoogstens ± 1,5 dB en bij gecorrigeerde ingangs­signalen niet meer dan ± 2 dB bedragen binnen het frequentiegebied van 40 tot 16 000 Hz. Bij kwaliteitsversterkers met klankregeling vormt deze lineaire instelling meestal de al of niet met 0 aangegeven mid­denstand. Alleen bij deze afstelling worden alle frequenties in het audiobereikzo gelijkmatig mogelijk versterkt. Alle de frequentiekarakte­ristiek vervormende regelmogelijkheden van de versterker, zoals dis­kant- en basregelaars, klankkleurinstelling, dreun- en ruisfilters en ande­re mogelijkheden om bepaalde delen van het audiobereik kunstmatig te accentueren, zijn hierbij uitgeschakeld. Lineaire vervormingen zijn zo­veel mogelijk vermeden.

Lineaire vervormingenVeel versterkers zijn uitgerust met bepaalde voorzieningen waarmee men de frequentiekarakteristiek kan variëren teneinde de klankkleur van het weergegeven geluid te beïnvloeden. Voorbeelden zijn de (geschei­den) diskant- en basregeling en allerlei andere schakelaars, druktoetsen

32

L

I

en knoppen waarmee men bepaalde frequentiebereiken extra kan versterken of juist verzwakken.Naast deze gewenste en instelbare afwijkingen van een rechtlijnige fre- quentiekarakteristiek treden ook ongewenste lineaire vervormingen op, bijv. door de toepassing van uitgangstransformatoren, van te kleine koppelcondensatoren e.d. Dergelijke fouten moet de ontwerper natuur­lijk door geschikte tegenmaatregelen proberen te compenseren.

Niet-lineaire vervormingenAl helemaal ongewenst zijn niet-lineaire vervormingen. Deze treden op als in een onderdeel van de weergaveketen, bijv. de versterker, nieuwe frequenties worden gevormd die in het oorspronkelijke signaal hele­maal niet aanwezig zijn en dus het klankbeeld vervalsen. De oorzaak van het verschijnsel kan liggen in de keuze van een verkeerd werkpunt van een versterkertrap, een onderdeel van slechte kwaliteit, de toepassing van een te lage ruststroom bij transformatorloze getransistoriseerde eindtrappen, oversturen van de versterker, misaanpassing enz. Hoe groter het frequentiebereik van de versterker is, hoe storender deze niet- lineaire vervormingen worden. Een maat voor het optreden van derge­lijke ongewenste, in de weergaveapparatuur zelf opgewekte frequenties is de zgn. harmonische vervorming, die in procenten wordt uitgedrukt. De definitie hiervan is gebaseerd op het feit dat bij het aansluiten van een sinusvormige wisselspanning U, op de ingang van een omzetter of versterker, aan de uitgang behalve de versterkte sinusspanning Uu nog een aantal harmonischen (boventonen) daarvan optreden: Uw... Uxu. (De index X geeft hier de hoogste nog meetbare harmonische aan, waarvan de amplitude dus nog waarneembaar is.)Dit levert dan voor het totale harmonische-vervormingspercentage de formule:

K -\JUw2 + Ü2U ' W,2 + Uw2

+ ... + Uxu mn% 2 + ... + uxu2

In woorden: de harmonische vervorming is een in procenten uitgedruk­te factor die de verhouding tussen de amplituden van de opgewekte harmonischen en de grondtrilling aangeeft.Hoe deze factor kan worden gemeten, is weergegeven in het bloksche- ma van afb. 8f. Ofschoon de vrij vaak gehoorde opvatting dat een lage harmonische vervorming goede geluidskwaliteit mogelijk maakt en het geluid zuiver houdt subjectief gezien niet zelden opgaat, is het daarom niet raadzaam deze eigenschap in alle omstandigheden als een soort maatstaf voor de beoordeling van de kwaliteit van een versterker te be­schouwen.

33

/

Volgens de Duitse norm DIN 45567 zijn bij integrale versterkers voor elektro-akoestische apparatuur harmonische vervormingen van 3% bij 62,5 Hz, 2% bij 1000 Hz en 3% bij 4000 Hz toelaatbaar. In DIN 45500 is voor hifi-versterkers voor privégebruik een maximale harmonische ver­vorming van 1 % toegelaten, terwijl deze waarde in verband met het gro­te frequentiebereik van deze versterkers in de praktijk nog lager zal moe­ten zijn om werkelijk onhoorbaar te worden.

oseiI log ra at

E3 r©AF-millivoltmeter

Afb. 8f. Schematische bouw van een installatie voor het doormeten en tes­ten van versterkers.

nlEotoon-

generatoruitgangingang

Iversterker

EE3vervormingsmeter

IntermodulatieEen andere maatstaf bij de beoordeling van de niet-lineaire vervormin­gen is de zgn. intermodulatiefactor, veelal afgekort tot intermodulatie. In tegenstelling tot de harmonische vervorming, die betrekking heeft op een vertekening van de grondtonen door een aantal boventrillingen met hele veelvouden van de grondtoonfrequenties, gaat het bij intermodu­latie om het optreden van geheel nieuwe frequenties, die door de wis­selwerking van verschillende grondtonen ontstaan. Vooral bij de weer­gave van muziek moet natuurlijk een heel mengsel van grondtonen tegelijkertijd worden versterkt en als hierbij door onderlinge wisselwer­king bijvoorbeeld som- en verschilfrequenties gaan optreden, komt dit in een onzuiver, ruw klankbeeld met scherpe s-klanken tot uitdrukking. De intermodulatie, die ook in procenten wordt gemeten, is praktisch een maat voor de verhouding tussen alle ongewenste harmonischen en intermodulatiefrequenties enerzijds en de sterkte van alle grondtonen anderzijds. Als zodanig zegt deze factor eigenlijk meer ontrent de ver- sterkerkwaliteit dan de bepaling van de harmonische vervorming al­leen.Bij de meting van de intermodulatie werkt men met twee frequenties (volgens DIN 45403 van 250 Hz en 8000 Hz), die in een bepaalde sterkte- verhouding (bijv. 4:1) tegelijkertijd aan de versterkeringang worden toegevoerd. De daarbij in de versterker gevormde som- en verschilfre­quenties (intermodulatie) worden dan als percentage van de hoogste

34

ingangsfrequentie (in dit geval 8000 Hz) uitgedrukt. Volgens de hifi- norm DIN 45500 mag de waarde ervan bij kwaliteitsversterkers voor huiskamergebruik niet meer dan 3% bedragen.Frequentiekarakteristiek, harmonische vervorming en intermodulatie kunnen ons te zamen een goed beeld geven van de versterkerkwaliteit, anders gezegd van de afwijkingen van het ingangssignaal die binnen de versterker zelf optreden.

DynamiekEen ander belangrijk aspect van een versterker is de dynamiek, d.w.z. de verhouding tussen de luidste en de zwakste nog juist hoorbare pas­sages van een weergegeven stuk. Vooral orkestmuziek stelt wat dit betreft hoge eisen aan de versterker: de fortissimi kunnen hierbij dui­zendmaal zo luid zijn als de stilste passages (verhouding dus 60 dB). Voor een getrouwe weergave van dergelijke dynamische verschillen moet de versterker een groot uitgangsvermogen hebben en anderzijds de pianissimo-delen met een minimum aan brom en ruis kunnen weer­geven. Bij radio-uitzendingen bedraagt de dynamiek ongeveer 40 dB (sterkteverhouding 1:100), bij bandrecorders is ca. 50 dB (verhouding 1:300) haalbaar.

Signaal-ruisverhoudingEen eerste vereiste van een goede versterker is verder een zo groot mogelijke signaal-ruisverhouding, waarbij de ruis in dit geval alle in het apparaat zelf optredende ongewenste spanningen omvat (bijv. brom door slechte afvlakking in de netvoeding, transistorruis enz.).Volgens DIN 45500 is bij hifi-apparatuur voor huiskamergebruik een signaal-ruisverhouding van 50 dB (1:300) totaal voor voorversterkers en vermogensversterkers tot 20 W vereist. Bij grotere vermogens- versterkers zijn evenredig lagere waarden toelaatbaar.

UitgangsvermogenHet uitgangsvermogen van versterkers wordt op uiteenlopende manie­ren gedefinieerd en gemeten. We geven hieronder een kort overzicht.

continuvermogen. De laagste maar wel meest reële uitkomsten krijgt men door het zgn. continuvermogen te meten. Men verstaat hieronder het vermogen dat een versterker bij uitsturing door een sinusvormige wisselspanning afgeeft aan een ohmse belasting met een weerstands- waarde gelijk aan de nominale impedantie van de versterker (bijv. 4, 8 of 16 ft). De frequentie van de gebruikte wisselspanning kan bijv. 1000 Hz bedragen. Bij deze meting gelden twee voorwaarden: de harmonische vervorming mag de nominale waarde niet overschrijden

35

en de versterker moet het uitgangsvermogen in kwestie geruime tijd (in de praktijk 10 minuten) ononderbroken kunnen leveren.

MUZIEKVERMOGEN. Dit begrip, dat vooral in de V.S. wordt gebruikt om het vermogen (music power) van versterkers uit te drukken, is gedefinieerd als het vermogen dat het apparaat afgeeft, aannemende dat de meting onmiddellijk na het aanleggen van het (sinusvormige) signaal wordt uit­gevoerd en een zo korte periode bestrijkt dat de voedingsspanning van de versterker nog niet tengevolge van de uitsturing is veranderd. Ook hierbij geldt de voorwaarde dat de gespecificeerde harmonische ver­vorming niet mag worden overschreden. Aangezien het erop neerkomt dat de voedingsspanning bij deze meting als constant en onafhankelijk van de belasting wordt opgevat, is er bij versterkers met gestabiliseerde voeding geen verschil tussen continu- en muziekvermogen. Is het net- deel niet gestabiliseerd, dan is het muziekvermogen uit de aard derzaak groter dan het continuvermogen, want het signaal zal dan afhankelijk van de constructie in meerdere of mindere mate op de netvoeding in­werken.Voor de praktijk van de muziekweergave is het muziekvermogen wel een bruikbaar begrip, aangezien de vermogenspieken die daarbij optre­den vaak zó kortstondig zijn (bijv. bij paukenslagen) dat deze waarde inderdaad ter beschikking staat.

piekvermogen. De waarde hiervan is eenvoudig het dubbele van het (ge­wone) continuvermogen. Omdat de piekwaarde in wezen bepalend is voor de grens waarbij oversturing gaat optreden, komt de opgave ervan beter overeen met de omstandigheden zoals die bij normaal gebruik bestaan.Volgens DIN 45500 moet een hifi-stereoversterker een minimaal piek­vermogen hebben van 2 x 6 W en een hifi-monoversterker een van minstens 10 W. Dit piekvermogen moet geleverd kunnen worden ge­durende ten minste 10 minuten bij een sinussignaal van 1 kHz. Deze waarden zijn nodig om een behoorlijk natuurgetrouwe weergave van verschillende soorten muziek te kunnen bereiken, waarbij óok de dyna­miek goed tot zijn rechtkomt.

VermogensbandbreedteOnder dit in Engelstalige literatuur als „power-bandwidth" aangeduide begrip verstaat men het frequentiebereik waarbinnen de harmonische vervorming de gespecificeerde waarde niet overschrijdt en het uit­gangsvermogen niet meer dan 3 dB is gedaald. Een 15 W-versterker met een nominale harmonische vervorming van 1% moet bij een vermo­gensbandbreedte van 40 tot 16 000 Hz aan de grenzen hiervan dus nog

36

0,7 • 15 W = 10,5 W kunnen leveren. Het verschil van 3 dB bij de grenzen van het audiobereik is in de praktijk weinig storend, doordat het oor ver­vorming van lage tonen moeilijk waarneemt en bij hoge tonen slechts zelden grote vermogenspieken optreden.

Eigenschappen van stereoversterkersStereoversterkers moeten nog aan een aantal bijkomende eisen vol­doen, waarbij het vooral gaat om de onderlinge scheiding en de gelijk­heid van de twee kanalen.

overeenstemming van de twee kanalen. Bij stereoversterkers die niet met een balansregelaar zijn uitgerust waarmee men linker- en rechterkanaal even sterk kan maken, mogen de verschillen in de versterking van de twee kanalen niet groter zijn dan 3 dB. Is een balansinstelling met een regelbereik van ten minste 8 dB aanwezig, dan is een onderscheid van ten hoogste 6 dB nog toelaatbaar.Bij de toepassing van tandempot.meters waarvan de onderlinge gelijk­heid onvoldoende gewaarborgd is, dient men in het ontwerp dus beslist een balansregeling op te nemen. Deze heeft bovendien het voordeel dat men er ruimtelijke of andere asymmetrieën mee kan compenseren, zoals luidsprekers met ongelijk rendement.

kanaalscheiding. Aangezien stereoversterkers twee signalen volkomen onafhankelijk van elkaar moeten verwerken, is het van groot belang dat de twee kanalen elkaar niet beïnvloeden, dus goed gescheiden zijn. De signalen die het ene kanaal doorlopen, mogen niet op het andere inwer­ken en daar (zij het slechts zwak) hoorbaar worden. DIN 45500 zegt hierover dat de overspraakdemping bij 1000 Hz ten minste 40 dB moet bedragen, wat inhoudt dat niet meer dan 1% van de signaalsterkte aan het „verkeerde'' kanaal doorgegeven mag worden.

Het „overspreken" tussen de twee kanalen neemt toe met de frequentie van het signaal en is bij hoge frequenties ook lastiger te voorkomen. Het effect wordt in de hand gewerkt door parallel lopende signaaldra- den, schakelingen met dicht bijeen gelegen aansluitcontacten, on­voldoende ontkoppelde en te klein uitgevoerde voedingsdelen, toepas­sing van gemeenschappelijke afschermingen bij stereoleidingen enz. Hoe men dit probleem in de praktijk op een betaalbare manier kan voorkomen, komt uitgebreid aan de orde bij de behandeling van de versterkerbouw.Het gaat hierbij overigens niet alleen om de wisselwerking tussen de kanalen onderling, maar ook om die tussen de verschillende ingangen en de demping binnen elk kanaal afzonderlijk.

37

Hoe hoger de overspraakdemping (in dB) van een stereoversterker is, hoe beter de verschillende ingangen en kanalen van elkaar gescheiden zijn.

FASEGEUJKHEID. Bij monoversterkers wordt de fasedraaiing die het sig­naal van ingang tot uitgang doorloopt, bepaald door het hele complex van componenten en het type schakeling. Bij stereoversterkers is het niet anders, maar daarbij komt dan de eis dat de fasedraaiing van de twee kanalen zoveel mogelijk overeenstemt, anders gezegd dat het verschil in fasedraaiing zo gering mogelijk is. Bij kwaliteitsversterkers mag dit verschil niet groter zijn dan 10 è 20%. Grotere afwijkingen namelijk leiden tot vertekeningen van het klankbeeld, vooral bij de weergave van de hoge en de lage frequenties.

De in dit hoofdstuk behandelde technische begrippen en hoedanighe­den van versterkers spelen in het kader van de LF-techniekzo'n essentië­le rol, dat een bondig overzicht ervan in een boek als het onderhavige niet mag ontbreken. Zonder een goed inzicht in aspecten als hierboven gedefinieerd, is het beoordelen van een versterker „op papier" al even onmogelijk als de juiste dimensionering van allerlei soorten versterker- trappen. Hoe meer technische gegevens bekend zijn, hoe beter men het karakter van de schakeling en het gedrag ervan bij externe belasting kan overzien.

38

3. LINEAIRE VERSTERKERS

Ofschoon het aanbod aan lineaire geïntegreerde schakelingen de laat­ste jaren met sprongen stijgt, ligt het zwaartepunt van de IC-toepassin- gen toch nog wel bij de digitale schakelingen. De reden hiervan is van economische aard, zoals in het voorgaande hoofdstuk al ter sprake is gekomen: lagere kostprijzen, hogere betrouwbaarheid, miniaturisatie en de daarmee samenhangende mogelijkheid om omvangrijke logische systemen te ontwikkelen. Bovendien is de eenvoudige ja-nee-functie technisch gezien veel gemakkelijker te verwerkelijken dan de lineaire versterking van een heel frequentiebereik.De versterking van een lineaire schakeling moet over het hele gebruikte frequentiebereik (vrijwel) dezelfde waarde hebben. De verhouding tus­sen ingangs- en uitgangssignaal is overal gelijk aan de versterkingsfac- tor, zodat de ingangssignalen zonder vervorming, natuurgetrouw, wor­den weergegeven. Bij IC's die voor versterkingsdoeleinden, faseomke- ring en impedantietransformatie worden gebruikt, is deze functionele eis binnen een ruim frequentiebereik een eerste vereiste.

Lineaire IC's worden om deze reden zó geconstrueerd dat de transisto- ren ervan in het lineaire gebied van despanningsoverdrachtskarakteris- tiek werken, en wel in de doorlaatrichting. Het werkpunt ligt hierbij ongeveer in het midden van het werkgebied (bij uitrusting nul), waar­door men er zeker van is dat, onafhankelijk van een zekere spreiding in de parameterwaarden, ook een vrij groot ingangssignaal nog lineair wordt verwerkt c.q. versterkt. De amplitude van het ingangssignaal mag echter niet zo groot worden dat het werkpunt tot in het sper- of verza- digingsgebied verschuift, want daarbinnen is de versterking niet meer lineair. Dit betekent tevens dat het werkpunt gestabiliseerd moet zijn te­gen veranderingen van temperatuur en zekere fluctuaties van de voe­dingsspanning.We gaan nu over op de beschrijving van een aantal lineaire IC-schakelin- gen voor verschillende doeleinden, waarbij ook de constructie van bouwstenen voor versterkers wordt behandeld. De bedoeling hiervan is dat de lezer zich aan de hand van deze voorbeelden zoveel inzicht ver­werft dat hij ten slotte zelf versterkers met IC's kan gaan ontwerpen.

39

voudige lineaire versterker met IC type TAA 2633.1. Een

TAA 263 is wel een van de simpelste geïntegreerde schakelingen. . in |ejte een drietrapsversterker met drie transistoren en twee

H%rstanden, ondergebracht op één minuscuul kristalplaatje. Bij deze ^nvoudige versterker, die speciaal voor de verwerking van kleine LF- signalen bedoeld is (met name in hoorapparaten), is al de voor IC's karakteristieke methode van de directe koppeling toegepast (afb. 9).

3

Afb. 9. Detailschema van de TAA 263.

R -0+5/I2$ mac^Hll—c=>-i—- ma +i

2 geluidsweergever ca. 200 n1 3

TAA263UA

Afb. 10. Eenvoudige lineai­re versterker met de TAA

25fiFI6VLs8,2 ka263. 500 SI

-o -

Alle drie transistoren zijn galvanisch met elkaar verbonden - koppel- condensatoren ontbreken. Een ander kenmerkend aspect van de IC- techniek is ook bij de eerste blik op het schema te zien: de vervanging van passieve componenten door actieve. Op grond van de lage verza- digingsspanningen van de transistoren, die maar ongeveer 0,2 V be­draagt terwijl de basis-emitterspanningen ca. 0,6 V zijn, is deze wijze van koppeling heel gemakkelijk te realiseren.Omdat de TAA 263 toch een grote versterking geeft (ca. 400-voudig, dus ca. 52 dB) is een stabilisering van het werkpunt beslist noodzakelijk. Aangezien de emitters van de transistoren echter al binnen de IC zelf met elkaar zijn verbonden, komt een stabilisatie door tegenkoppeling via gescheiden emitterweerstanden in dit geval niet in aanmerking. Wel uitvoerbaar is een stabilisatie door een spanningstegenkoppeling van de versterkeruitgang naar de ingang. Men moet hierbij echter wel voorkomen dat er via deze verbinding een ongewenste tegenkoppeling van de signaalspanning optreedt, wat betekent dat de verbinding ont­koppeld moet worden. Voor dit doel is een condensator van 25 /i,F ingelast (afb. 10).De capaciteit van deze condensator moet zó gekozen worden dat ook

40

bij lage frequenties een voldoende ontkoppeling gewaarborgd is. An­derzijds mag de waarde niet zo groot zijn dat de tijdconstante (R-C) tot lange in- en uitschakeltijden voert met alle neveneffecten van dien. Men moet dus een compromis vinden tussen de onderste grensfrequentie en de ongewenste bijwerkingen die een te grote tijdconstante met zich meebrengt.Verder moet de demping van het RC-element zo groot zijn dat de schakeling niet spontaan gaat genereren. In het schema van afb. 10 is in serie met de condensator een instelpot.meter (500 H) aangesloten, waarmee men de versterking kan instellen door de ontkoppeling van de signaalspanning te variëren (afb. 11).

R=0Slf 50

V dB

40

30 fynax = 500J i

20Afb. 11. Verloop van de fre- quentiekarakteristiek bij maximale en minimale M weerstand van de instel­pot.meter (500 ü en 0 fl). o

102 kHz 103

Zoals in afb. 11 is weergegeven, is de versterking het grootst en de ont­koppeling het sterkst bij R = 0. Onder deze omstandigheden kan de simpele drietraps TAA 263 al een versterking van meer dan 50 dB, dus meer dan 300-voudig, leveren. Als de maximale weerstand van de potentiometer is ingesteld, (d.w.z. de ontkoppeling minimaal en de tegenkoppeling van de signaalspanning zo groot mogelijk) is hiervan nog maar een ongeveer 18-voudige versterking (ca. 25 dB) over. Dat de­ze sterke tegenkoppeling gepaard gaat met een flinke uitbreiding van het lineaire frequentiebereik, is in afb. 11 duidelijk te zien.De ingangsimpedantie van dit versterkerontwerp bedraagt ongeveer 12 kü, het uitgangsvermogen ongeveer 20 mW. Dit laatste is maar wei­nig, maar genoeg voor toepassingen als magnetische oortelefoons, dynamische microfoons en in het algemeen alle miniatuurluidspreker- tjes met een impedantie van ca. 150 a 200 Cl. Verder kan een tele- foonadapterspoel worden aangesloten. Voor het opnemen van LF- signalen is in dit verband vrijwel elke open inductiespoel met weekij-

101w1 1o

41

zerkern bruikbaar die een impedantie heeft van ca. 2 a 10 kO en een aantal windingen dat in de buurt van de 10 000 ligt. De spoel moet dan op een goede plaats bij de telefoontransformator worden geposteerd ofwel met behulp van een zuignap dicht bij de transformator op het toestel worden aangebracht (PTT-voorschriften in acht nemen!). Het magnetisch strooiveld van de transformator induceert dan in de spoel een voldoende sterke signaalspanning om het geluid met de TAA 263 op een normaal sterkteniveau te kunnen brengen.Het trequentiebereik van de schakeling is voor de bovengenoemde toepassingen ruimschoots voldoende. Bij een afgenomen vermogen van ca. 58 mW is een voedingsspanning van 6 V nodig, zodat men de versterker eenvoudig op een paar miniatuurbatterijen kan aansluiten. De spanningsstabilisatie van het ontwerp is dusdanig dat de versterker ook bij een spanningsteruggang tot ca. 4 V nog goed werkt. De afmetin­gen van de schakeling zijn zeer klein: doorsnede 5,8 mm, hoogte 5,3 mm.Deze eenvoudige gestabiliseerde lineaire versterker is ondanks het ge­ringe aantal componenten in de praktijk al voor velerlei doeleinden bruikbaar, mede door de lage kostprijs en het geringe verbruik. Verder is de TAA 263 bruikbaar als modulatieversterker bij miniatuurzenders en als MF-versterker in kleine transistorradio's. Gezien het feit dat in de uitgangstrap van de TAA 263 bij een voedingsspanning van 6 V nog een collectorstroom tot 25 mA toelaatbaar is, kan het type ook voor het uitsturen - als zgn. „driver" - van complementaire eindtrappen met vermogens tot ca. 1 è 1,5 W dienen. Men trekt dan bovendien profijt van het geringe aantal externe componenten en verbindingen dat ter com­pletering vereist is - doordat de IC bijzonder klein en ook goed afge­schermd is, heeft men weinig last van strooivelden en brom.In afb. 12 is het schema weergegeven van een 1,4 W-versterker op basis

haf.*6V

1 -4 Ml-CS lOOOf/F

R11R 56.721kSlI sAfb. 12. Schema van de 1,4

W-versterker met TAA 263 (Valvo).

47^iFR6

330 ji y!-- PT'-rÏÏ AC 188

,, C6 —H— 82 pF

ACWKfpvb*TAA 263 12

T 07 - 670flFR 83,3ÏÏnF R3 **imsi 180kSl

kSl

1geluids­sterkte

R1T C22HSI

1nFlog R 9>4 100kSl /

RIOr. ymj]m 4°

R2 ip msi'V '°9 \

1HSItoonregeling lin

NTC: 2322 61011509 1502) oder 2322 662 m79 1672)

42

van één TAA 263 en een complementair-eindtrappaar bestaande uit een AC 187 K en een AC 188 K. De harmonische vervorming van dit circuit is ca. 10% bij 1,4 W. Bij 1 W loopt ditterug tot0,7%. Hetfrequentiebereik loopt van 50 Hz tot 20 kHz (afwijking van de lineariteit max. -2 dB). Vereiste ingangsspanning ca. 300 mV bij een ingangsweerstand van ca. 300 kQ. Uitgangsimpedantie bij het nominale vermogen 3 H.De voedingsspanning bedraagt 7,5 V; de stroomafname bij maximale uitsturing ca. 300 mA. De ruststroom bedraagt 12 mA.Een ander voorbeeld van dit type versterkers wordt nog uitvoeriger be­schreven bij de behandeling van eindtrappen voor kleine vermogens.

3.2. Versterker voor een hoorapparaat met de IC type TAA 370Een wel zeer sprekend voorbeeld van de geringe omvang die dergelijke meertraps-IC's met galvanische koppeling van de verschillende transis-

TAA 370 of10R3

5kSl 6o p Afb. 13. Detailschema van de TAA 370.o-

8 R7 f\R8 20kSl U 4WÏ

R1 (\R2 fl K4 lOkSiOWkiï UlOkSl U WkSl

R 5

o

I 9 R6Tl] r?| 13 2.5W2Tl*

2o M

R9TUSI7 b 65

~3i 0,42-SU a ?s

tb 7~\ 7~\ 7-\

17 10 9 8 7 8

Sgro to'

1-S• 1 2 3 4 5e

\y V7Oli**~0.08

7,27 U—i-5maxt75 -max 6,6Afb. 14. Buitenafmetingen

van de TAA 370. TAA 370

43

toren kunnen hebben, levert de monolithische IC type TAA 370, (afb. 13), die speciaal is ontworpen voor hoorapparaten. Het huis ervan (Jedec TO-89) meet slechts 6,6 mm x 3,81 mm x 1,75 mm (afb. 14). De schakeling met de TAA 370 werkt al goed met een voedingsspanning van ongeveer 1,3 V. Bij de versterkerschakeling volgens afb. 15 bedraagt het uitgangsvermogen ca. 1,5 mW.

Afb. 15. Versterker voor ge­bruik in hoorapparaten met IC type TAA 370 (Valvo).Aio

8 r-1—

tUB= 1.3/

R^IOOSliL=msi

lï?.2fjFHlhr0- TAA 370

7 3

0A7/1F ± 1fjF

1,5 kSl 25VSI

De zeer geringe afmetingen van deze IC maken het mogelijk complete hoorapparaten met versterker, microfoon en oortelefoon samen te voe­gen tot een miniatuur-unit die in zijn geheel in een oorknop of de poot van een hoorbril past. Voor de regeling van de geluidssterkte kan men een 25 kH-potentiometer gebruiken, zoals is aangegeven.

3.3. Eenvoudige weergaveversterker met de IC type TAA 141Afb. 16 geeft een door de firma Siemens ontwikkeld ontwerp voor een weergaveversterker met IC type TAA 141 die vooral in speelgoed wordt toegepast. Het scala van toepassingsmogelijkheden van deze simpele schakeling reikt van sprekende poppen en kinder-bandrecorders tot de weergave van eindloze recorderbandjes met allerlei geluiden die het spel met modelspoorwegen en autorenbanen een extra akoestische dimensie geven. Daarnaast is deze geïntegreerde schakeling ook bruik­baar voor het versterken van het signaal dat door inductiespoelen van telefoonadapters wordt afgegeven.De uitvoering van de schakeling is zeer simpel. Bij aansluiting van een signaalbron met een uitgangsspanning van ongeveer 2 mV, zoals de weergavekop van een recorder levert, krijgt men een uitgangsvermo­gen van 12 mW (bij 1000 Hz). Voedingsspanning 4,5 V, te leveren door een zaklantaarnbatterij. Afgenomen stroomsterkte 27 mA. De luidspre-

44

o * u».*.

Afb. 16. Eenvoudige ver­sterker voor gebruik in speelgoed (Siemens).

C2 >2lOftF 3TA A141

R3 R1msi 10kJl

iL ci " - 25/iF

R28.2 kSl

o-O

Afb. 17. Frequentiekarakte- ristiek van de bovenstaan­de eenvoudige weergave- versterker (Siemens).

kerimpedantie moet ca. 100 H bedragen; de uitgangsspanning is dan 1,1 V.Het werkpunt van de geïntegreerde schakeling wordt bepaald door de spanningsdeler R1, R2. De condensator C1 elimineert de tegenkoppe- ling binnen het gebruikte frequentiebereik. Het frequentieverloop is weergegeven in afb. 17. Stelt men hogere eisen, dan is de eenvoudigste oplossing het aanpassen van de frequentiecorrectie bij het opnemen van de bandjes.Uit dit voorbeeld komt duidelijk naar voren hoe simpel het „elektronifi- ceren" van speelgoed met behulp van geïntegreerde LF-schakelingen kan zijn.

3.4. Toepassingen van de IC type TAA 320Voor veel toepassingen zijn LF-versterkers vereist die de aangesloten audiofrequentbron niet belasten en daartoe een grote ingangsweer- stand moeten hebben. Hoogohmige audiofrequentbronnen zijn bij­voorbeeld fotocellen van foto-elektrische opnemers, condensatormi- crofoons en kristalelementen van platenspelers. Ook bij enkele speciale versterkertypen zoals scheidingsversterkers en mengpanelen kunnen een hoge ingangs- en een lage uitgangsweerstand zeer gewenst zijn. Het feit dat versterkerbouwstenen met een hoge ingangs- en een lage uitgangsweerstand gemakkelijker te combineren zijn, is al ter sprake ge­komen.In het algemeen is bij transistorversterkers een hoge ingangsweerstand voor aansluiting van signaalbronnen met een hoogohmige uitgangs-

45

weerstand niet te realiseren zonder een flink verlies aan versterking en verslechtering van de signaal-ruisverhouding. Een oplossing voor dit probleem biedt de geïntegreerde schakeling type TAA 320 (afb. 18), waarmee men de ingang van een transistorversterker hoogohmig tot extreem hoogohmig (tot ca. 1011 ü) kan maken.De monolithische geïntegreerde schakeling TAA 320 bestaat uit een p-kanaal-MOSFET (MOSFET = afkorting van metaaloxyde-halfgeleider- veldeffecttransistor) als ingangstrap en een npn-transistor als uitgangs- trap. De MOSFET is te zamen met de bipolaire npn-transistor en een weerstand (alles op één kristalplaatje) ondergebracht in een TO 18-om- hulsel van 5,8 mm x 5,8 mm. De hele IC ziet er uit als een gewone transistor, bijv. een BC 109. Ze heeft ook maar drie externe aansluitin­gen, gemerkt G (van gate, poort; dit is de stuurelektrode van de FET), S,C (gecombineerde aansluiting van de source of bron van de FET en de collector van de npn-transistor) en D,E gecombineerde aansluiting van de afvoerelektrode van de FET en de emitter van de npn-transistor). De situatie is weergegeven in afb. 19.

3?5'CAfb. 18. Detailschema van de IC type TAA 320.goHË

R TAA 320

TAA 320 16d.EAfb. 19. Aansluitingen van 0,E de IC type TAA 320.

De werking van een veldeffecttransistor berust op het feit dat men de stroomdoorgang in het kanaal van toevoerelektrode (source, S) naar af­voerelektrode (drain, D) kan variëren door middel van de spanning op de poort (gate; G).De MOSFET heeft een zeer hoge ingangsweerstand (tot ca. 1011 fl bij gelijkstroom), waardoor de (spannings)uitsturing ervan maar een zeer klein vermogen verlangt. Bovendien is de eigen ruis gering.Bij toepassingen in de versterkerbouw wordt de ingangsweerstand praktisch alleen bepaald door de lekweerstand tussen gate en source

■(de kleine ingangscapaciteit is voor LF-toepassingen verwaarloosbaar).geïntegreerde schakeling is bij levering voorzien van een bescher-

—nende kortsluitbeugel, die voorkomt dat statische oplading van de sxtreem hoogohmige ingang het inwendige fataal wordt. Deze beugel =ran na montage van de IC worden verwijderd. Wacht er wel mee tot alles

oed is aangesloten!

6

De oxydelaag is ten koste van de steilheid bijzonder dik uitgevoerd, op­dat de IC ook hoge spanningspieken op de gate (kristalelementen van platenspelers kunnen kortstondige pieken tot 20 è 100 V afgeven!) zon­der schade doorstaat. De steilheidsdaling wordt trouwens meer dan ge­compenseerd door de navolgende npn-transistor. MOSFET en bipolaire transistor te zamen leveren in deze configuratie een steilheid van 50 a 75 mA/V. Daar het kristaloppervlak nauwelijks groter is dan bij een enke­le bipolaire transistor, is de steilheidswinst die de combinatie geeft dus veel groter.In de TAA 320 is een optimaal gebruik gemaakt van de voordelen die de twee componenten bieden, te weten de hoge ingangsweerstand van de FET en de grote versterking van de npn-transistor in emitterschake- ling. Ingangs- en uitgangsspanning hebben hierbij tegengestelde fasen. De weerstand R van de IC bepaalt de drain-source-stroom van de MOSFET en is zó bemeten dat een gulden middenweg wordt bewandeld tussen de twee uitersten van maximale steilheid en minimale harmoni­sche vervorming. De waarde van R ligt in de buurt van 1 kft.

Afb. 20. Impedantieomvor- mer met versterking.

+20 VR3 1kSl

l 500(lFR2220SIU ^ —T o 5.C

ftE W22nFAfb. 21. LF-voorversterker met hoogohmige ingang.

II—°TAA320 7ftt\\620Sl

Afb. 20 geeft het schema van een LF-voorversterker met een hoogohmi­ge ingang (ca. 3,3 Mü) en een laagohmige uitgang. Een dergelijke „impedantietransformator met versterking" kan als ingangsversterker zelfs in de pick-up-arm van een platenspeler worden ingebouwd. Verder kan hij goede diensten bewijzen wanneer er een flinke afstand is met een hoogohmige audiofrequentbron of op plaatsen waar vrij lange audiofrequentleidingen nodig zijn.Omdat de ingang zo hoogohmig is, heeft de ingangscondensator een overeenkomstig lagere capaciteit. De waarde ervan is zó gekozen dat

47

ook de onderste grensfrequentie nog goed en zonder merkbare ver­zwakking wordt weergegeven.De collectorweerstand is in de schakeling van afb. 21 verdeeld over twee weerstanden R3 en R2, waarvan de laatste als een tegenkoppelings- weerstand voor wisselstroom werkt. Het voordeel hiervan is dat de parameterspreiding die de diverse exemplaren van een serie onvermij­delijk vertonen, grotendeels wordt geëlimineerd. Verder wordt het uitsturingsbereik vergroot ten koste van een zeker verlies aan verster­king.Uitgebreide proeven hebben uitgewezen dat het optimale werkpunt voor symmetrische uitrusting wordt verkregen door op punt 3 (S, C) een spanning van 11...11,1 V aan te leggen. Wanneer de waarden van R3 en R2 op 1 kft resp. 220 ft worden gesteld, zoals in de schakeling van afb. 21 is gedaan, levert dit bij een afsluitweerstand van 620 ft een onge­veer tweevoudige spanningsversterking (= 6 dB). Door R2 en R3 te variëren, kan men de versterkingsfactor opvoeren tot waarden van ca. 20 dB. De harmonische vervorming bleek laag bij de uitvoering met R, = 150 ft, R3 = 680 ft, R4 = 620 ft en een voedingsspanning van + 18 V. De versterking bedraagt in dit geval ca. 9 dB, gemeten bij een belasting met een weerstand van 8 kft. Uu = 0,5 V, harmonische vervor­ming = 0,21% bij 1000 Hz. De signaalruisverhouding kan bij een welo­verwogen keuze van de weerstandswaarden tot ca. 55 è 60 dB worden opgevoerd. De ruis van een IC is „wit” - over een breed frequen­tiespectrum verdeeld.Voor zelfbouwers heeft de schrijver nog een aantal andere toepassingen van de TAA 320 ontworpen en getest, zoals een circuit voor een signaal- voltmeter (VU-meter) en één voor een faseomkeertrap met hoogohmige ingang, bruikbaar voor combinatie met andere IC-bouwstenen tot uiteenlopende LF-apparaten (zie blz. 118).

3.5. Signaalvoltmeter met IC type TAA 320

Een meter waarop men de sterkte van het ontvangen signaal kan afle­zen, is voor veel LF-apparaten niet slechts bijzonder praktisch maar een­voudig onontbeerlijk. Het in afb. 22 weergegeven schema voor zo'n modulatiemeter komt vrijwel overeen met de VU-meters zoals die in al­lerlei versterkers en bandrecorders voor huiskamergebruik worden toegepast om de sterkte van ontvangen en geregistreerde elektroakoes- tische signalen te kunnen controleren.Het op de TAA 320 gebaseerde schema voor een VU-meter is zo uni­verseel gehouden dat de meter voor velerlei doeleinden bruikbaar is, zowel in mengpaneel- als in versterkerschakelingen. Het universele karakter ervan berust voornamelijk op de volgende eigenschappen:

48

+16... 35V ca. 4.5mARy

Afb. 22. VU-meter met IC type TAA 320.

JUILJ C3 ^-DH 47ö//f/7fi/R 5

+ 11. ïvyWM +2.8V

0.1 fiF 0.1 fj F 2 *Hhr^ TAA 320^>-o-

G 0,£

\ C4\ 02 /?/ = co. 570J2 35(7...500//>»

c; c?

«H W-T ! M+510 SI :K2 f?3 ♦ i*

^C5 ^ 01 IW ! C,

40/ •PI 620SI 33kSl ' ‘/?J

1MS2 1MSI;

1. Hoogohmige ingang, waarvoor zoals bekend de MOSFET zorgt. De meter kan zodoende aan vrijwel elke laag- of hoogohmige LF-trap wor­den aangesloten zonder dat de versterking daarvan merkbaar achteruit gaat.2. Hoge gevoeligheid - de volle uitslag wordt bereikt bij L/, = 250 mV. De meter kan hierdoor ook worden ingebouwd in mengpanelen. Aan­sluiting op elke willekeurige LF-trap met een LF-uitgangsspanning in de­ze orde van grootte is mogelijk.3. De gevoeligheid kan door middel van de sterkteregelaar of een daarmee overeenkomende spanningsdeler altijd aan de gegeven LF- signaalspanning worden aangepast, uiteraard voor zover deze ten minste 250 mV bedraagt.4. De demping is regelbaar, teneinde de wijzeruitslag en dus de aflees­baarheid aan de gegeven LF-omstandigheden te kunnen aanpassen. Dit is bijvoorbeeld mogelijk door de parallel aan de meter geschakelde condensator C2 om te zetten. Dit vergemakkelijkt bijvoorbeeld het moduleren van gesproken tekst en muziek.

De integratietijd moet in de praktijk een compromiszijn datzó is gekozen dat een maximale uitsturing wordt bereikt, terwijl hoorbare overmodu- laties toch meteen door de meter aangewezen moeten worden. Hoe groot Cz hiertoe dient te zijn, kan men proefondervindelijk bepalen. Als de meter sterk gedempt moet zijn, is op grond van de lage voorschakel- weerstand R4 (waarde 510 H) een hogere capaciteit vereist. Welke waar­de het beste is, hangt van de beoogde toepassingen af en natuurlijk ook van de mechanische traagheid van het gebruikte meetinstrument. De schrijver heeft met Cz = 2,2 fiF voor geringe demping en Cz = 220/xF voor sterke demping zeer bruikbare resultaten bereikt.In de praktijk wordt de ingangsweerstand bepaald door de spannings­deler, de sterkteregelaar en de gate-lek-weerstand; door deze te veranderen, kan men de ingang nog hoogohmiger maken.

49

Het ingangssignaal wordt met ca. 14 dB versterkt en bereikt dan via de laagohmige uitgang (R2 = 620 Cl) met de ontkoppelcondensator C4 via de diode D2 het meetinstrument. De diode D1 is nodig om de ladings- omkering van de koppelcondensator mogelijk te maken. De waarde van Cz =2,2 /zF) is zo klein mogelijk gekozen opdat de zelfinductie van het meetinstrument bij hogere frequenties de meetuitslag niet gaat beïnvloeden; gezien de vereiste demping is een lagere waarde dan 2,2 fiF niet raadzaam.Binnen het frequentiebereik van ca. 20 Hz tot 20 kHz wijkt de door de meter aangewezen waarde maximaal ongeveer ± 1 dB van de werkelij­ke waarde af.Omdat het voedingsdeel waarop de schakeling aangesloten moet wor­den, nogal uiteen kan lopen, geven we hieronder voor de belangrijkste werkspanningen de optimale waarde van de weerstand Rv:

1,8 kfi 1,2 kH

330 a

18 V 16 V 13 V

11,4 VAls de voedingsspanning waarover men beschikt niet met een van deze waarden overeenkomt, moet de voorschakelweerstand normaliter ergens tussen 6,2 kH en 0 Cl liggen. Bij de berekening ervan is het uit­gangspunt altijd dat de op aansluiting 3 (S,C) van de geïntegreerde schakeling staande spanning zo nauwkeurig mogelijk tussen 11 en 11,1 V moet liggen. Wanneer de voedingsspanning sterk schommelt, bijvoorbeeld doordat de versterker ver wordt uitgestuurd, is het ge­wenst de spanning door middel van een zenerdiode te stabiliseren. De aanwijzing wordt hierdoor duidelijk verbeterd.De elco C3 heeft een betrekkelijk hoge capaciteit om ook bij lage fre­quenties (bijv. 20 Hz) nog een goede aanwijzing te bereiken; C3 dient tegelijk als ontkoppelingscondensator.Als meetinstrument is vrijwel elke VU-meter met dB-schaal of/zA-schaal bruikbaar, mits de inwendige weerstand ervan ten minste 570 Cl be­draagt en de gevoeligheid zodanig is dat de maximale uitslag hoogstens met 500 /xA overeenkomt. Als diode is nagenoeg elke germaniumdiode met een goede karakteristiek, bijv. AA 135, te gebruiken. De overige waarden en ook de verschillende spanningen zijn in het schema ver­meld.

bij 35 V 6.2 kü5.1 ka3.3 ka2.2 ka

30 V24 V

o a20 V

3.6. Faseomkeertrap met de IC type TAA 320Een andere toepassing van dezelfde geïntegreerde schakeling geeft afb. 23. Deze faseomkeertrap is speciaal ontwikkeld om gecombineerd

50

te worden met twee LF-eindversterkertrappen die ook met IC's zijn op­gebouwd.Zoals in de paragraaf over LF-vermogensschakelingen met IC's nog ter sprake komt, is het mogelijk met behulp van twee eenvoudige balans- eindversterkers in brugschakeling de uitgangsvermogens tot onge­veer het tweevoudige op te voeren. Op deze wijze kan men met IC's aan­zienlijke uitgangsvermogens realiseren, zonder dat men zijn toevlucht hoeft te nemen tot kostbare IC-typen voor professioneel gebruik die tot vermogens van niet minder dan 100 W gaan.De twee versterkers moeten bij deze opzet uitgestuurd worden met ge­lijke LF-amplituden, maar tegengestelde fase. Hiervoor is - indien de desbetreffende eindversterker geen verschilversterkeringang heeft - een extra faseomkeertrap (afb. 23a) vereist, dietweesignaalspanningen van dezelfde amplitude maar met een onderling faseverschil van 180° levert.

+ 16Vlca 1,5mA + H...35VAfb. 23. Faseomkeertrap ( met hoogohmige ingang, WOfiF gebaseerd op IC type TAA

HGRy C23kSl 12kSt

+ W UI Hl!-----r=H\-----oUJo.f teg C3

11.1V320. ClWnF 7

&r\

TAA 320

22(iF1NSI 3kSl

Afb. 23a. Eenvoudige faseomkeertrap.

Een oscillograaf die op de twee uitgangen U1 en U2 wordt aangesloten, geeft een audiofrequentspanning van l/y, + Uu2 te zien, omdat de spanningen wegens het onderlinge faseverschil van 180° bij elkaar op­geteld worden. Bij aansluiting van een millivoltmeter tussen punt U1 en massa moet deze echter dezelfde spanning aanwijzen als bij de me­ting tussen punt U2 en massa.De versterking van de faseomkeertrap van afb. 23 is iets minder dan 1; het signaal wordt met ongeveer 1% verkleind.Zeer gunstig is de hoogohmige ingang van de faseomkeertrap, die weer op het gebruik van de MOSFET berust. Het voordeel ervan is dat de in­gang van de trap de uitgang van de eraan voorafgaande versterkertrap vrijwel niet belast. Wanneer de voedingsspanning niet met de in afb. 23 aangegeven waarde van 16 V overeenkomt, is een voorschakel- weerstand Rv nodig. Deze moet als volgt gekozen zijn:

4,7 kü24 V12 kH 7,5 kü 6,2 kü

bij 30 V3 kH20 V27 V

25 V

51

Ligt de voedingsspanning ergens tussen deze waarden in, dan moet Rv zó worden gekozen dat op punt 3 (S,C) weer een spanning van 11... 11,1 V komt te staan.Afb. 24 stelt een andere faseomkeerschakeling voor, maar nu zonder IC en met een veldeffecttransistor in plaats daarvan aan de ingang. Deze schakeling is wat beter tegen oversturing bestand; een effectieve span­ning van 2 V wordt nog zonder schade doorstaan. Aangezien de erop aangesloten brugversterker (zie blz. 111), die wél met IC's is uitgevoerd, aan een ingangssignaal van ca. 350 a 400 mV genoeg heeft om geheel uitgestuurd te worden, is dit meer dan voldoende.De voorschakelweerstand Rv moet hier bij verschillende voedingsspan­ningen als volgt gekozen zijn:

bij 34 a 35 V 910 a3,3 kü 2,2 kH

24 V30 V on20 V

De aansluitingen van de transistoren 2N4304 en BC 107/108/109 zijn in afb. 24a weergegeven.

C4lOOOflF «y+20Y Afb. 24. Faseomkeertrap

met hoogohmige ingang. De twee IC's type BHA 0002 in brugschakeling worden uitgestuurd door een FET type 2N4303.

t20... 35/ ca. 4mA

FET Uu,Cl 2N4303

47nFII tQjl----------o-‘Jrc?0.5mA 1SV t

22/jF i

4.W Uu2

»2^F- M Rj.1

'°ö-! ïmsiRt2i! ! msi V i

3.8/ o- -PI R2u' ma TRJ3k.fi BC 107

3 kÜ4

2 N 4304 C6drain

gsle(^] Dsource S BC107/108/109

keerlaag-FET

Afb. 24a. Aansluitingen van de 2N4303 en de BC 107/108/109.

3.7. Verschilversterkers, operationele versterkers en voorversterkers met IC'sEen zeer praktische en voor velerlei doeleinden bruikbare IC is door de firma Motorola in de handel gebracht onder de typeaanduiding MC 1303 P. Het is een monolithische tweekanaals-of stereovoorverster-

52

kerschakeling met in totaal 16transistoren. Het geheel is ondergebracht in een plastic-omhulling van het zgn. dual-in-line-type (lengte 19 mm, breedte 6,35 mm, hoogte 8,18 mm inclusief aansluitingen). Omhulling en aansluitingen zijn weergegeven in afb. 25.

i—i r~i r~i rn f—ï m mT 0,21*0 1 0,280

MC 7303 POAfb. 25. Buitenafmetingen van de dual-in- line-omhulling van de IC type MC 1303 P (maten in inches; 1 inch = 2,54 cm).

, UuTjuTjUuJU Jl 0,030bovenaanzicht0.0700,025

0.750 max---- *■

0,200 | max♦ 0,750*

U -J0,062 0.100 0,015

0,023afmetingen in inch

De twee kanaalversterkers zijn gelijk van constructie en schoolvoorbeel­den van IC's waarin uitstekend gebruik is gemaakt van de voordelen die de verschilversterker en meer in het algemeen de operationele verster­ker biedt.Omdat operationele versterkers tegenwoordig meer en meer ook in de LF-techniek toepassing vinden, willen we beginnen met een kort over­zicht van de voornaamste begrippen die bij deze toepassingen een rol spelen.Operationele versterkers worden al vele jaren in analoge computers en de industriële stuur- en regeltechniek gebruikt. Ze verrichten hierbij al­lerlei bewerkingen zoals optellen, vermenigvuldigen, differentiëren, integreren en diverse stuur- en regeltechnische functies. (Ze worden in dit verband ook wel functiegenerators genoemd.)Geïntegreerde operationele versterkers (kortweg op-amps) zijn in feite gelijkspanningsgekoppelde verschilversterkers waarvan de werking door de uitvoering van de externe schakeling wordt bepaald.Zoals bij de volgende bespreking van IC type MC 1303 P nog zal blijken, kan men de versterkerparameters en frequentiekarakteristiek van op- amps door middel van het externe circuit binnen zeer wijde grenzen variëren en aan een gegeven doel aanpassen. Een voordeel is hierbij dat de op-amp aldus zowel voor versterking van gelijkstroom- en LF-

53

signalen als voor HF-signalen bruikbaar gemaakt kan worden. Op-amps kunnen zowel gelijkspannings- als wisselspanningssignalen (lineair en niet-lineair) versterken.Doordat op-amps die als onderdelen van stuur-, regel- en rekenschake­lingen dienst doen zeer nauwkeurig moeten werken, worden aan de kwaliteit en stabiliteit ervan hoge eisen gesteld. De drift van de elektri­sche parameters mag maar heel klein zijn.

temperatuurdrift. Enkelvoudige versterkers hebben een vrij slechte temperatuurstabiliteit, doordat de in het basis-emittertraject sterk tem- peratuurafhankelijke doorlaatspanning bij gelijkspanningsgekoppelde versterkers door de volgende trappen wordt vermenigvuldigd. Zelfs met stabilisatiemaatregelen kan men deze gelijkspanningsdrift niet volkomen elimineren, wat wel de voornaamste reden is dat men bij monolithische versterkers bij voorkeur het principe van de verschil- versterking toepast.Onder verschil- of differentiaalversterkers verstaat men in de praktijk el­ke symmetrische versterkertrap met twee ingangen die als er geen ingangssignaal aan wordt toegevoerd „in balans" is, dus geen uit­gangssignaal levert. Pas wanneer één van beide ingangen een signaal ontvangt, veroorzaakt dit een zekere asymmetrie die na versterking een uitgangsspanning levert. Zou hetzelfde signaal met gelijke fase en amplitude tegelijkertijd op beide ingangen worden aangesloten, dan brengt dat geen verandering in de symmetrie en blijft de uitgangsspan­ning (in het ideale geval) nul.Bij de MC 1303 P telt de verschilversterker per kanaal twee identieke transistoren, waarvan de emitters met elkaar verbonden zijn. De emit- terweerstand is vervangen door een transistor, een stroombron, die bo­vendien helpt de door temperatuurverandering optredende gelijkspan­ningsdrift te reduceren (afb. 26 en 27).Aangezien bij deze opzet de door temperatuurschommelingen veroor­zaakte veranderingen in de transistorwerking in de twee kanalen gelijk zijn en elkaar dus compenseren, wordt de onbalans in de spannings- en stroomwaarden van de twee kanalen teruggedrongen.Wanneer aan de twee ingangen (genummerd +9 en -8 in de bovenste helft van het schema in afb. 26) twee gelijkfasige, gelijkvormige en even sterke signalen (zgn. common mode signals) worden doorgegeven, moet in het ideale geval de uitgangsspanning bij uitgang 1 nul zijn en blijven. In de praktijk is dit niet helemaal te realiseren. Hoe gelijker de versterker de signalen op ingang +9 en -8 behandelt, hoe beter het is. Dit aspect van de schakeling is zó fundamenteel en belangrijk voor de werking ervan, dat men het met een speciale term aanduidt: common mode rejection ratio, afgekort CMRR. In het algemeen verstaat men

54

schema MC 1303 P

ingangfasecorrectie 1

10Q Vil

uitgang fasecorrectie 2 +V

Q12 O/Viifi s

OoBf

800Jl\

9ingang 1 + 9.6 kSl- o-

28 73uitgang 1V*JZ6.8 kSl15kSl7

-V o15kSl 6,8 kSi

I VWl uitgang 26 1- o

ingang 2 9,6 k SI+5

!Ü 800Si\

LM1303P v<> 03 ó2

M1303P ingang uitgangfasecorrectie 2 fasecorrectie 2ingang

fasecorrectie 1

10 tl 12 uitgangfasecorrectie 1 Afb. 26. Detailschema van de IC type MC 1303 P.n

9ingang 1 0 13

uitgang 18-V 7<H -o/V

+ V6

ingang 2 o ƒuitgang 25 Afb. 27. Blokschema van de MC 1303 P.

uitgang V 3 2 fasecorrectie 2

ingangfasecorrectie 2

hieronder de verhouding tussen de common mode-versterking en de open-kringversterking. De waarde ervan ligt bij IC-versterkers normali­ter tussen 70 en 120 dB - hoe hoger hoe beter.Wanneer men bedenkt dat de stroomdoorgang in beide transistoren bij temperatuurschommelingen in dezelfde mate verandert, dat de onder­linge verschillen in de twee kanalen door toepassing van een transistor in tegenkoppeling in plaats van de emitterweerstand nog worden terug­gedrongen en dat de verschillende transistoren ten slotte ook nog zo

55

dicht aaneensluiten dat hun temperaturen meteen vereffend worden, zal duidelijk zijn dat de temperatuurgevoeligheid van de MC 1303 P wel zeer gering moet zijn.Op de eerste verschilversterker per kanaal volgt een tweede verschil- versterkertrap met gemeenschappelijke emitterweerstand in casca- deschakeling. De emitterweerstand werkt als spanningsdeler voor de stabilisatie- en tegenkoppelingstransistor die bij de eerste trap de emit­terweerstand vervangt.De tweede verschilversterkertrap wordt gevolgd door een emitter- volgertrap, die het signaal zonder versterking en lage uitgangsweer- stand aan de daaropvolgende uitgangstrap doorgeeft. Deze uitgangs- trap wordt gevormd door een pnp-npn-transistorcombinatie die dient om beide amplitudehelften gelijktijdig in hun geheel te kunnen verster­ken. Zou men namelijk maar één npn-transistor toepassen, dan zou een extra emittervolger nodig zijn. De stroomversterking van pnp-transisto- ren in conventionele geïntegreerde schakelingen is zó gering dat de combinatie van de twee transistoren een signaalversterking levert die overeenkomt met die van één npn-transistor.De uitgangsspanning wordt afgenomen via pen 13.

Nadat we hierboven een concreet voorbeeld van een geïntegreerde schakeling met verschilversterkers onder de loep hebben genomen, ke­ren we terug naar de behandeling van een aantal belangrijke parame­ters die te zamen de kwaliteit van verschilversterkers bepalen.Als eerste noemen we de ingangs-offsetspanning, dat is de correc- tiespanning die aan de ingang moet worden aangesloten om de uit­gangsspanning op nul te brengen. In theorie moeten de twee kanalen natuurlijk gelijk zijn, zodat er geen onbalans (offset) optreedt en ook geen offsetcompensatie nodig is, maar in de praktijk doen zich altijd on­vermijdelijke geringe verschillen in de componenten van de twee kana­len voor die het nulpunt van de uitgangsspanning verschuiven. Pas wanneer deze verschuiving door middel van de offsetsompensatie (in casu een ingangsoffsetspanning) is gecorrigeerd, kunnen ook zeer klei­ne signalen goed worden versterkt.De hiervoor vereiste offsetspanning hangt af van de temperatuur. In de technische gegevens van geïntegreerde schakelingen wordt als regel deze offsetspanningsdrift in /xV/°C vermeld.Nauw verwant met de offsetspanning is het begrip offsetstroom, dat is de stroom die men aan de versterkeringang moet toevoeren om de uit­gangsspanning op nul te brengen. Anders gezegd: het verschil tussen de twee ingangsstromen als de uitgangsspanning op nul is ingesteld. Belangrijk is verder de ingangs-ruststroom (input bias current), het ge­middelde van de twee ingangsstromen als de uitgangsspanning op nul

56

is ingesteld. Normaliter is de waarde hiervan enkele /xA; bij gelijkspan- ningstegenkoppeling moet deze offset door de signaalbron worden ge­compenseerd.

De open-lusversterking, in Engelstalige literatuur aangeduid als „open loop gain", is de met de IC bereikbare versterking (verhouding uitgangs- spanning/ingangsspanning) bij 1 kHz zonder externe tegenkoppeling en belasting. De waarde ervan moet zeer hoog zijn vergeleken met de ge- sloten-lusversterking. Engels „closed loop gain". Deze laatste is natuur­lijk altijd kleiner doordat de versterking door uitwendige belasting en tegenkoppeling wordt verlaagd.Geïntegreerde versterkerschakelingen werken vrijwel zonder uitzonde­ring met tegenkoppeling. Hierdoor wordt het namelijk mogelijk ze optimaal aan de gegeven taak aan te passen: men kan zo lineariteit, uit- gangsimpedantie, versterking en ook de stabiliteit van de schakeling binnen ruime grenzen regelen.De verhouding tussen de open- en de gesloten-lusversterking, aange­duid met de term lusversterking (loop gain), is een criterium voor de stabiliteit van de schakeling. In de praktijk is de open-lusversterking vaak ca. 100 x zo groot als de gesloten-lusversterking. Dergelijke loop gains van 100 of meer reduceren de invloed van de uitgangsweerstand met dezelfde factor, precies zoals de tegenkoppeling de temperatuurdrift met een factor 100 verkleint. De gesloten-lusversterking bedraagt in dit geval:

Uu VLU,f ” 1 + XVL

waarin X het deel van de uitgangsspanning voorstelt, dat naarde ingang wordt teruggevoerd, de tegenkoppelfactor dus. De grootte van X wordt bepaald door de verhouding (afb. 28).

Afb. 28. Principe van de aanpassing door middel van een extern circuit.

De uitgangsspanningszwaai geeft aan hoe hoog de uitgangsspanning bij aangesloten belastingsweerstand kan worden voordat de begren­zing inzet. Emittervolgeruitgangen met lage uitgangsweerstanden en vooral ook operationele versterkers met balanseindtrappen hebben ook bij laagohmige belastingsweerstanden nog een groot uitsturingsbereik.

57

r *'ÏÏ« v. ~jt

inverlerendeingang

Afb. 29. Detailschema van de TAA 861.

I AfrequentieH 8 J V

t correctie ' ::: q [! n TI If7 rKt""1* uitgang

3^1— niet-inverterende ingang Ï8 I

I TAA 861II o -U0.nL —16

+ A/b. 30. Niet-inverterende operationele versterker met balanseindtrap (Sie­mens).

2 C«189—lh3o- + BC107WpF

TAA 86174o-

6 +T

BC177

niet-inverterende operationele versterker. In afb. 29 en afb. 30 is een door Siemens ontwikkelde niet-inverterende op-amp met balanseind­trap weergegeven. De eindtrap is als emittervolger geschakeld en heeft bij een externe belasting van ca. 100 Cl vrijwel geen invloed op de geslo- ten-lusversterking.De versterking van de gelijkspanningsversterker is ongeveer 40 dB (100- voudig), bij vol uitsturen is de uitgangsspanning ca. 9,5 V. De uitgangs- stroom is maximaal ca. 100 mA. Wordt de op-amp voor LF-versterking gebruikt, dan kan de balansuitgangstrap achterwege blijven. De Dar- lington-eindtrap van de TAA 861 heeft, zoals in afb. 29 is te zien, onder normale werkomstandigheden op zichzelf al een lage uitgangsweer- stand van ca. 1 è 1,5 kH. Dit is praktisch nog minder dan bij een gebruike­lijke emitterschakeling.Neemt men in aanmerking dat de versterker TAA 861 normaliter niet zonder tegenkoppeling gebruikt zal worden, dan zal het duidelijk zijn dat de uitgangsweerstand ervan in de praktijk tot ca. 1 ü daalt. De waarde van 1 è 1,5 kH moet immers door de tegenkoppelingsfactor worden ge­deeld, die van 1000 tot 5000 è 10 000 kan bedragen. De uitsturing is van­zelfsprekend groot.

externe fasecompensatie. Voor praktische toepassingen is dit een erg belangrijk aspect, omdat bij vrijwel alle operationele versterkers een

58

teruggang van de versterking gepaard gaat met een fasedraaiing (van het uitgangssignaal t.o.v. het ingangssignaal). Wanneer deze te groot wordt, kan de tegenkoppeling overgaan in een positieve terugkoppe­ling, waardoor de versterker gaat oscilleren.Om dit verschijnsel te onderdrukken, moeten externe fasecorrectienet- werken worden aangebracht, die de versterking buiten het gebruikte frequentiebereik sterk verlagen. De gegevensbladen van de fabrikant bevatten in het algemeen instructies hieromtrent. (Bij de geïntegreerde schakeling MC 1303 P moet het netwerk tussen pen 3 en 4alsooktussen 10 en 11 worden aangesloten.)

inverterende ingang. Onder de inverterende ingang van een verschil- versterker verstaat men de ingang die, als er een ingangssignaal aan wordt toegevoerd, een uitgangssignaal met tegengestelde fase levert. In- en uitgangsspanning zijn hierbij in tegenfase.

niet-inverterende ingang. Hierbij zijn ingangs- en uitgangsspanning, ingangs- en uitgangssignaal in fase. Andere belangrijke aspecten van versterkerschakelingen, die ook op operationele versterkers van toepas­sing zijn, kwamen al in hoofdstuk 2 ter sprake. Technische gegevens en definities die voor gebruik in LF-schakelingen van geen beter betekenis zijn, laten we hier buiten beschouwing. De hierboven behandelde begrippen en termen zijn in feite voldoende voor een inzicht in de rol van operationele en verschilversterkers in de IC-techniek.We keren nu terug naar de geïntegreerde schakeling type MC 1303 P, die zo veelzijdig is dat daarmee zeer uiteenlopende, min of meer zelf­standige circuits kunnen worden opgebouwd. Vooral in het LF-bereik is deze IC voor velerlei doeleinden bruikbaar, doordat de ruisspanning laag is (ca. 0,5 //V), de open-lusversterking hoog (8000), het uitsturings- bereik groot bij een uitgangsspanningszwaai van 4,55 V en de kanaal- scheiding van minstens 60 dB bij 10 kHz zonder meer uitstekend. Al deze waarden gelden voor kleine signalen.De toepassing als stereovoorversterker komt nog nader aan de orde. In het algemeen geldt, zoals ook uit de volgende voorbeelden zal blijken, dat men de versterking en de frequentiekarakteristiek binnen ruime grenzen kan variëren. Door middel van een geschikte externe schakeling kan men met de MC 1303 P bijvoorbeeld een universele tweekanaals- voorversterker van het steekkaarttype construeren, die als min of meer „complete" unit voor het opbouwen van grotere, samengestelde cir­cuits als mengpanelen en stereoversterkers kan dienen.Doordat de MC 1303 P een verschilversterkertrap met twee ingangen per kanaal heeft, is de inverterende ingang bijzonder goed bruikbaar voor allerlei tegenkoppelingsschakelingen (verg. afb. 26 en 27).

59

Het terugleiden van een deel van de uitgangsspanning naar de in­verterende versterkeringang heeft tot gevolg dat de niet-lineaire ver­vormingen (als intermodulatie en harmonische vervorming) worden teruggedrongen — in welke mate hangt af van de terugkoppelingsfactor. Bovendien kan men zo de drift van verschillende onderdelen (met name ingangs- en uitgangsweerstanden) en in het algemeen de invloed van fluctuaties in voedingsstroom en temperatuur sterk reduceren. Defre- quentiekarakteristiek wordt daardoor beter lineair en het bruikbare fre- quentiebereik zodoende vergroot. Ten slotte is de tegenkoppeling ook nog nuttig omdat zo de onvermijdelijke onderlinge verschillen van de IC-exemplaren worden vereffend.Het feit dat elke tegenkoppeling automatisch een verlies aan versterking met zich meebrengt, betekent hier geen nadeel, want de versterkings- factor die IC's (en siliciumtransistoren) leveren, is zó groot dat er altijd nog voldoende van overblijft. De tegenkoppeling hoeft dus niet met een uitbreiding van het aantal onderdelen gepaard te gaan en als dat al het geval is, wegen de voordelen daar zeker tegen op.Het ligt voor de hand dat er aan de tegenkoppeling zekere grenzen zijn gesteld: als de fasedraaiing te groot wordt, kan ze immers in een positie­ve terugkoppeling of meekoppeling overgaan, waardoor oscilleren optreedt. Men moet er dus door middel van de externe schakeling voor zorgen dat de fasedraaiing van de versterker nergens in het gebruikte frequentiegebied de kritische waarde van 180° bereikt — tenzij de lus- versterking minder is dan 1.

680p F<10ingang

119 Afb. 31. Lineaire voorver- sterker voor kleine signa­len (Motorola).

uitgangM1303P1UF

3V n8 07o + tyc o-l'ccR2I lOOkSLR1

100 R3 kSl U JW2 33pF

25fiFI3V

Afb. 31 stelt een lineaire voorversterker met het IC type MC 1303 P voor. Het schema geeft slechts één kanaal weer — het andere kanaal van de stereovoorversterker ziet er precies zo uit. De versterking van de schake­ling wordt bepaald door de tegenkoppeling, m.a.w. de verhouding van de weerstanden R2 en R3.Merk op dat de tegenkoppelingsweerstand R2 dezelfde waarde moet

60

hebben als de basisweerstand van de niet-inverterende ingang (aanslui­ting 9), omdat alleen dan bij de versterking van gelijkspanningen geen offsetspanning aan de versterkeringang optreedt. De achtergrond hier­van zal duidelijk worden als men bedenkt dat de gelijkstromen naar de ingangstransistoren via R1 en het compensatienetwerk moeten vloeien. Zou nu R1 kleiner zijn dan de gelijkspanningsweerstand van dit netwerk,dan zou dat tot gevolg hebben dat dit spanningsverschil in de vorm van een offsetspanning op de ingang gaat werken. Deze zou door de verster­ker nog aanzienlijk worden vermenigvuldigd, wat in een flinke uitgangs- offsetspanning zou resulteren.Laten we een voorbeeld geven. Als de basisstroom 1 /iA zou zijn, R1 100 kü en R2 1 Mfl zou bedragen, dan levert dat een offsetspanning van

R2•/,- - Rrli = 106* 10-6 - 105-10"6 = 0,9 Vaan de ingang. Bij een gesloten-lusversterking 10, wat nog een bijzonder lage waarde is, geeft dit al een uitgangs-offsetspanning van 10-0,9 V = 9 V. Onder deze omstandigheden is de MC 1303 P al niet meer als ge- lijkspanningsversterker voor meet-, stuur- en regeldoeleinden bruik­baar.Toepassing van MC 1303 P als gelijk- en wisselspanningsversterker is in de praktijk alleen mogelijk wanneer R1 gelijk is aan R2, want alleen zó kan men voorkomen dat er een flinke uitgangs-offsetspanning op­treedt.De condensator 25 pcF/3 V dient alleen om gelijkspanningen tegen te houden; voor wisselspanningen stelt dit deel gewoon een verbinding met aarde voor. De capaciteitswaarde is zó gekozen dat de onderste grensfrequentie ongeveer 10 Hz (—3 dB) bedraagt.Ook de ingangs-koppelcondensator is zó bemeten dat de frequen- tiekarakteristiek in het audiobereik nog goed recht blijft (afb. 32). De bo­venste grensfrequentie wordt hierbij in feite bepaald door de condensa­tor van 680 pF tussen de aansluitingen 10 en 11, die voor de fasecom- pensatie nodig is.

+ 5 dB

Afb. 32. Frequentiekarakte- ristiek van de voorverster- ker in afb. 31.

0

-5 dB 100kHz10kHz1kHz100Hz10frequentie —►

De condensator van 33 pF die parallel aan weerstand R2 (waarde 100 k(l) is aangebracht, vormt een extra tegenkoppeling voor hoge fre­quenties. Hij reduceert de neiging tot oscilleren van de voorversterker en verbetert de signaal-ruisverhouding.

61

De eigenruis van de IC is over een grootfrequentiebereik buitengewoon laag, wat het mogelijk maakt ook zeer kleine wisselspanningen goed te versterken (zie afb. 33). De invloed van de belastingsweerstand op de uitgangsspanning is in afb. 34 weergegeven voor twee waarden van de harmonische vervorming: 1% en 0,15%.Om met de schakeling een honderdvoudige versterking (40 dB) bij 1 kHz te bereiken, is een voedingsspanning nodig van +13 V/-13 V (26 V) en een voedingsstroom van ca. 15 mA. De uitsturing c.q. spanningszwaai aan de uitgang mag tot 5 V (bij 1 kHz) bedragen.In het hoofdstuk over netvoedingen (blz. 114) worden enkele ontwerpen behandeld die dergelijke symmetrische voedingsspanningen leveren.

| 500

cI m Afb. 33. Verloop van de ruisspanning (in pV) van de MC 1303 P.

3

-I£ 300

12 200

100

0100 200 500 1000 2000 5000 10000S2

bronimpedantie —►

8t 7 ■

harm. verv. = 1% bij 1 kHz3 6-

5"•S

•*3 ■ ■

harm. verv. = 0.15% bij 1 kHz2 ■Afb. 34. Invloed van de be­lasting (afsluitweerstand) op de uitgangsspanning.

1''+ + + *

1 2 k 8 10 20 40 80 kSl 100belasting

3.8. Voorversterkers met niet-lineaire frequentiekarakteristiekenAfb. 35 geeft een op de IC type MC 1303 P gebaseerd schema voor een in combinatie met een magnetodynamisch groeftastelement te gebrui­ken voorversterker. Zoals bekend leveren magnetodynamische syste-

62

men een uitgangsspanning die evenredig is met de snelheid van de naalduitslag en niet met de grootte ervan, zoals bij kristalelementen. Verder is het spanningsniveau dat een magnetodynamisch element af­geeft, veel lager: normaliter tussen 1 en 10 mV. (In het algemeen geldt ten aanzien hiervan dat de uitgangsspanning lager is naarmate hetfre- quentiebereik van een magnetodynamisch systeem groter is, maar dat is niet meer dan een zeer globale indicatie en geenszins een vaste regel!)

HhTfingang 5Afb. 35. Frequentiecorrige-

rende voorversterker voor grammofoonweergave met magnetodynamische groeftaster (Motorola).

1 > uitgangMC1303P -oUiF

ft3/ 6 7 -o+Vqc ~°~VCCRi*l750kSlSip 51kJl

6,8 nF 1,5nF(ft C3Jgp 3V

+20dB

+10

Afb. 36. Frequentiekarakte- ristiek van de frequentie- corrigerende voorverster­ker in afb. 35 (ongeveer het spiegelbeeld" van de

RIAA-ka rakteristiek).

0

-10

-20 100kHz

Om de onderlinge afstand van opeenvolgende groeven te kunnen verkleinen en aldus een langere speelduur te verkrijgen, worden bij het opnemen van grammofoonplaten de lage frequenties, die vaak grote amplituden hebben, verzwakt. Tegelijkertijd worden de hoge frequen­ties extra versterkt, om de verhouding signaalniveau/stoorniveau te verbeteren en bijvoorbeeld minder last te hebben van naaldruis. Deze opzettelijk geïntroduceerde afwijkingen van de lineariteit hebben tot ge­volg dat de snelheid van de naalduitslag bij stijgende frequentie toe­neemt, terwijl de amplituden ongeveer gelijk blijven. Voor kristalele­menten en keramische elementen is dit zeer geschikt: door deze ingreep hebben ze geen corrigerend netwerk nodig en kan hun signaal zonder meer versterkt worden. Bij magnetodynamische systemen daarentegen moet het schuine verloop van de internationaal gestandaardiseerde snijcurve (RIAA-karakteristiek), afb. 36, eerst door middel van een

10kHz1kHz100Hz10Hz

63

speciaal daarvoor ontworpen voorversterker worden „rechtgetrokken". Het verloop van de RIAA-karakteristiek is vastgelegd in de vorm van de tijdconstanten van drie overgangsfrequenties, die de waarden 3180 /is, 318/is en 75/is hebben. De helling van de kromme is op deze drie plaat­sen 6 dB per octaaf. Waar de plaatsen precies liggen, kunnen we gemak­kelijk nagaan met behulp van de formules

T = RC en R =.. 1 .. oftewel f = 12 77 fC 277-RC

Het eerste is de algemene formule voor de tijdconstante, het tweede volgt uit het feit dat de capacitieve weerstand (reactantie) bij de over- gangsfrequentie per definitie gelijk moet zijn aan de ohmse weerstand. (T tijdconstante in s, R ohmse weerstand in ft, C capaciteit in F, f frequen­tie in Hz). Uitwerking levert:

f, =-------------2 77-3180

1ns = 50 Hz ixs = 500 Hzf? -

f3 =—l— ixs = 2120 Hz 2 77-75

Om nu tot een realistische, „amplitudegetrouwe" weergave van de aldus opgenomen grammofoonplaten te komen, moet de frequen- tiekarakteristiek van de corrigerende voorversterker bij magnetodyna- mische groeftastelementen als het ware het „spiegelbeeld" zijn van de RIAA-karakteristiek, die tegenwoordig de internationaal aanvaarde norm is. (Vroeger werden van land tot land en zelfs van merk tot merk verschillende curven voor het snijden van grammofoonplaatmatrijzen gebruikt. De afwijkingen ervan t.o.v. de RIAA-karakteristiek zijn echter van ondergeschikte aard en met een standaard-voorversterker voor magnetodynamische elementen kan men ook dergelijke volgens ande­re normen opgenomen platen nog goed afspelen, temeer omdat men hierbij desgewenst de bas- en diskantregelaar te hulp kan roepen voor extra correcties.)Hifi-groeftastelementen van het magnetodynamische type leveren zoals gezegd maar een zwakke uitgangsspanning en de te gebruiken voorversterker moet dus twee taken tegelijk verrichten: de lineariteit herstellen en het signaal over het hele audiobereik flink versterken. Laten we met het tweede beginnen, aan de hand van de schakeling in afb. 35. Stel dat we een onderste grensfrequentie van 10 Hz bij —3 dB verlangen. Dit bepaalt dan de waarde van de condensator C2 (= 25 /iF). Verder nemen we aan dat R2 = 1 kft en dat de versterking bij 1 kHz 50 moet bedragen, overeenkomend met 34 dB. Een ingangssignaal van bijv. 2 mV (bij 1 kHz) levert dan aan de uitgang een audiofrequentspan- ning van 100 mV. Om dat te bereiken, moet R3 in detegenkoppelluseen

2 77-318

64

waarde hebben van 50 R2 = 50 kfl (wat hier in 51 kfl is veranderd om standaard-componenten te kunnen gebruiken).Om de helling van de RIAA-karakteristiek te compenseren, moeten we het tegenkoppelnetwerk waarvan R2 deel uitmaakt, frequentieafhanke- lijk maken en wel zó dat de hoge frequenties veel sterker worden doorgelaten dan de lage. De vraag is nu: hoe moeten de andere onder­delen in deze lus (C3, R4 en C4) gekozen worden om de gewenste compensatie te bereiken? Het antwoord hierop geven afb. 35 en 36: C3 = 1,5 nF, R4 = 750 kü en C4 = 6,8 nF leveren het frequentieverloop van afb. 36, dat een goed spiegelbeeld van de RIAA-karakteristiek vormt. Bij 100 Hz is de versterking, zoals hieruit blijkt, 10 dB meer dan bij 1000 Hz, en bij 8 kHz is de tegenkoppeling zó sterk dat de versterking er 10 dB lager is dan bij 1000 Hz.De hiervoor vereiste waarden van C3 en C4 kunnen als volgt berekend worden.

waarin f = 2,1 kHz2 7i f R3

1C4 = waarin f = 530 Hz2 7TfR4

R4 = 15 R3

Dit heeft dan het volgende resultaat. Bij lage frequenties is slechts een zwakke, voornamelijk door R4 bepaalde tegenkoppeling werkzaam. Wanneer de frequentie boven 50 Hz komt, begint de impedantie van C4 kleiner te worden en onder de waarde van R4 (= 750 kü) te liggen. Bij ongeveer 1 kHz is de impedantie van de combinatie R4-C4 ongeveer ge­lijk aan R3, waarvan de waarde bepalend is voor de versterking in het middenbereik. Bij frequenties boven ca. 2 kHz begint de impedantie van C3 kleiner te worden, waardoor de totale impedantie van de combinatie R3-C3 wordt verlaagd.Door de impedanties in de tegenkoppeling te veranderen, kan men de versterking desgewenst opvoeren of reduceren zonder dat de frequen- tiekarakteristiek daardoor van vorm gewijzigd wordt - hij komt alleen hoger of lager te liggen. De verhoudingen moeten wel gelijk blijven. De ingangsimpedantie kan men op de gebruikelijke waarde van ca. 47 kfl brengen door middel van een 47 kH-weerstand tussen de koppelcon- densator en aarde.De schakeling kan kortstondig ingangsspanningen tot ca. 100 mV (bij 1 kHz) verdragen, zodat ook de grote amplituden die vooral bij grammo­foonplaten met grote dynamiek tijdelijk kunnen optreden, de ingang niet oversturen. Dit is een erg belangrijk aspect, omdat anders de niet-

65

lineaire vervormingen al gauw storend kunnen worden. De uitgang^^ spanningszwaai kan, zo volgt hieruit, bij 1 kHz maximaal 5 V bedrage De harmonische vervorming is uitstekend: slechts 0,1%. Ook de si« naal-ruisverhouding is gunstig; er wordt een waarde van 70 dB voor op gegeven, gemeten bij kortgesloten ingang. Ook bij deze voorversterker schakeling is de vereiste symmetrische voedingsspanning ± 13 V a 2= 15 V en de afgenomen stroomsterkte ca. 15 mA, precies als bij d ' MC 1303 P alleen.

Voorversterker voor bandweergaveOok de weergavekoppen van bandrecorders leveren, als elektrische omzetters beschouwd, een niet-lineaire uitgangsspanning. Wanneer men bijvoorbeeld een testband waarop alle in het hoorbare bereik gele­gen frequenties met dezelfde amplitude zijn geregistreerd, afspeelt met een goed afgestelde weergavekop, blijkt de aan de twee aansluitingen van de kop optredende uitgangsspanning bij meting met een millivolt- meter niet constant te zijn. De resulterende inductiespanning is niet bij alle frequenties gelijk en hangt bovendien af van factoren als bandsnel- heid, spleetbreedte e.a. Ook in dit geval is een frequentiecorrectie nodig om de karakteristiek „recht te trekken".De situatie komt in zoverre met die bij magnetodynamische elementen overeen, dat ook bij bandweergave de hoge tonen minder moeten wor­den versterkt dan de lage frequenties. Bij de bandopname worden namelijk de hoge frequenties met extra grote amplitude geregistreerd en de lage met naar verhouding te kleine amplitude. Dit om bij de navol­gende weergave minder last te hebben van de bandruis en op een smal­lere bandstrook een betere signaal-ruisverhouding te kunnen bereiken. Om banden die niet op het eigen apparaat zijn opgenomen, bijv. speel- klaar geleverde cassettes, goed te kunnen afspelen, moet het weerga- vedeel natuurlijk de juiste frequentiecorrectie uitvoeren. Algemeen aan­vaard is in de bandrecordertechniek de NAB-kromme, die in afb. 37 is weergegeven. Zoals uit deze grafiek blijkt, werkt men met verschillende frequentiekarakteristieken: één voor een bandsnelheid van 9,5 cm/s, (33/4 inch/s), een andere voor de bandsnelheid van. 19,5 cm/s (7V2 inch/s). De frequentiecorrigerende voorversterker moet dus om- schakelbaar zijn, althans indien het toestel in kwestie voor beide snelhe­den geschikt is.Afb. 38 geeft een schema van een voor dit doel geschikte voorversterker, ook weer op basis van de MC 1303 P. De versterking van het middenfre- quentbereik is weer 50x en ook in dit geval kan R2 een waarde van 1 kfl hebben; R5 wordt dan opnieuw 51 kH en R3 = /?7 = 820 kCl. Het zwakke door de weergavekop afgegeven signaal (signaalspanning

nkele mV) wordt zo bij 1000 Hz ca. 50-voudig versterkt (ca. 34 dB) en

20; 9.5 cm/sdBAfb. 37. Frequentiekarakte- ristiek van de bandweerga- kj veversterker in afb. 38 (on­geveer het „spiegelbeeld" van de NAB-krommen).

19 cm/s\\ v

Vo9.5 cm/s!

-w19 cm/s

-20 5 10 kHz 20500Hz 1 230 50 100f

820pF

afspeelkop ^ 0 , I5

MC 1303?

Afb. 38. Bandweergavever- sterker (Motorola). C = 1,5 nF bij 9,5 cm/s; C = 910 pF bij 19,5 cm/s.

1uuW

3/ IV *+Vcc -o-vcc

6 7HQ« R5

üC R3 SlkSl 820 k SIIkSl

j 15(iFI3V

de uitgangsspanningszwaai wordt zodoende 5 V (bij 1 kHz). De harmoni­sche vervorming is 0,1%.De vereiste frequentieafhankelijke tegenkoppeling kan in dit geval wor­den bereikt door de impedantie van C in afb. 38 bij 1,85 kHz gelijkte ma­ken aan R5, dus 51 kü. Dit is althans de waarde die we bij bandsnelheid 9,5 cm/s moeten aanhouden. De formule

1f = 2hRClevert ons dan de capaciteit

1C = = 0,00168 piF.1850-6,28-51

Omdat we met standaardcomponenten willen werken, wordt dit afge­rond op 0,0015 /iF.Bij een bandsnelheid van 19 cm/s moet C = 51 kft bedragen bij het punt 3,2 kHz. Een analoge berekening levert daarvoor de waarde C = 945 pF. De dichtstbijgelegen standaardwaarde is in dit geval 910 pF.Door een simpele schakelaar op te nemen die in de praktijk doorgaans

67

rechtstreeks met de schakelaar voor het instellen van de bandsnelheid is gekoppeld, kan de voorversterker van afb. 38 voor weergave van ge­luidsbanden bij beide snelheden, 9,5 cm/s en 19 cm/s, dienen.

Universele tweekanaals-voorversterker in steekkaartuitvoering Afb. 39 geeft het schema van een tweekanaals- of stereovoorversterker met de geïntegreerde schakeling type MC 1303 P, die hierin in tweevoud is opgenomen. Door de gebruikte tegenkoppeling te variëren, kan men het geheel aanpassen aan de signaalbron, bijv. een microfoon of weer- gavekop van een bandrecorder. In de stand „microfoon” is de frequen- tieonafhankelijke tegenkoppeling werkzaam, doordat dan D met E is verbonden. Daarnaast bestaat de mogelijkheid de versterkingsfactor en de maximale spanningszwaai van de schakeling in deze „lineaire stand” aan te passen door de waarde van RT te veranderen.

*wr -mA K

r n’"ijh ■* T

O- --»**** ^

, 2.2/JF/1SVr I ,n +

8ingang 1

uitgang 1

£ II 820 fl U *r| kSZ U «JL 22uF WnF

C j -L 10V ] ll~^750W2 511<SiI00fcfl_ j

D 750WïJnFa

Z2pFI1SV

? %MC130rP^ Ringang 26 1 uitgang 2Ml XI 820 U Rt

I M U i 22pF P | lï «V

W 1,5nF

Afb. 39. Voorversterkersteekkaart.75OMÏ 51kSllOOkSl

N I 75 OkSlL J

Een en ander is in de praktijk getest met de volgende weerstanden, waarbij de voedingsspanning steeds + 14 V/-14 V bedroeg en de voedingsstroom 13 è 15 mA.

68

1. Weerstand RT = 7 kft: = 1 mV = 60 mV

U> = 100 mV Uumax = 6 V

Versterking 40 dB (100-voudig) bij een belasting van 200 kft.

UuUj max

2. Weerstand RT = 12 kü: = 1 mV

uimax = 100 mV UUi = 60 mV

= 6 VVersterking ca. 35 dB (60-voudig) bij een belasting van 200 kH.

Uuu max

3. Weerstand RT = 62 kü: = 1 mV

Uimax = 500 mV U

Ui = 12 mV = 6 V

Versterking ca. 22 dB (12-voudig) bij een belasting van 200 kH.

Uuu max

Het is duidelijk dat de vereiste versterking door een geschikte keuze van Rt binnen ruime grenzen aan de gegeven toepassing kan worden aangepast.Deze variabele tegenkoppeling is vooral bedoeld om de „bouwsteen" zo universeel mogelijk te kunnen gebruiken en een optimale aanpassing te bereiken bij de constructie van LF-apparatuur volgens het moduul- principe.

Afb. 40. Constructie van de voorversterker in steekkaart- uitvoering.

69

Afb. 41. ‘Onderzijde van de voorversterker.

r 1WiiFIMV*1K 13

InF =£[ VMC1303P InF5 10

t ^9_1.5nF l,5nF

iï 750kSlJ750

kSi 22fjF 22 F 10/ 10/

lbTrfrT620k£ 820k£

Sfi-L HL

UnP 100«6

100 5.7nF

15/ T5^16/VFL°J J

P H —n— I-------------------------— -I H F E UD C B A

~ TK, MD ~ +15/R L X

TK, * -15/«t MD y.

r IP> ï:sc' c

| Afb. 42. Schema van de 3 voorversterker.

ttc •3s, Q>•?

32s £•

De instelpot.metervan 100 kflin detegenkoppellus kan normaliter wor­den vervangen door een gewone 100 kft-weerstand. In moeilijke geval­len kan de offsetspanning ermee worden opgeheven doordat men zo de gelijkspanningswaarde aan de uitgang op nul kan instellen.Bij aansluiting op een magnetodynamisch groeftastelement moet de

70

±1Afb. 43. Componentenbezet­ting en lay-out van de print. 1 JL A3u. •iC

3. in LOOa

I O£ u. +c

JL Nï

ilLU ITT TT*-|| 22pF ft +\ 22pF |U

-5c

3O8T

100kS R P N M L KJHFEDCBA

q O O O OOOOOO OOOO O OO

frequentieafhankelijke tegenkoppeling worden ingeschakeld om de karakteristiek weer zo lineair mogelijk te maken. Bij deze stand van de keuzeschakelaar zijn daarom de aansluitpunten C en E met elkaar ver­bonden. De frequentiekarakteristiek die aldus wordt verkregen, is ove­rigens niet precies het spiegelbeeld van de internationaal gebruikte RIAA-karakteristiek met de tijdconstanten 3180 ps, 318 ps en 75 ps. Wie een meer exacte compensatie van de door de RIAA-karakteristiek geïn­troduceerde vervorming wenst, behoeft slechts de componenten in de

71

tegenkoppellus te vervangen door die in afb. 35. De gebruikte weerstan­den en condensatoren mogen in dit geval niet meer dan ± 5% van de nominale waarde afwijken.Voor de hele schakeling is een printplaat in steekkaartuitvoering ont­worpen, waardoor men een en ander gemakkelijk kan nabouwen en een vrijwel zelfstandige, complete eenheid krijgt. De uitvoering van de een­heid in steekkaartvorm is in afb. 40 en afb. 41 weergegeven.Afb. 42 is bedoeld om de externe verbindingen en aansluitingen van de tweekanaals-voorversterker te verduidelijken, terwijl hierin tevens de veercontacten met de verschillende letteraanduidingen overzichtelijk in beeld zijn gebracht. Het aansluiten van de connector zal aan de hand hiervan niet moeilijk zijn.Afb. 43 geeft een overzicht van de componenten en het verloop van de bedrading.

Samenvatting van de parameters:

afgenomen stroomsterkte voedingsspanning Bij „lineaire stand": versterking bij RT = 7 ka max. ingangsspanning max. uitgangsspanning als Rl = 200 kQharmonische vervorming frequentiekarakteristiek Bij stand „magnetodynamisch element", MD: versterking bij 1 kHz max. ingangsspanning max. uitgangsspanning als Rl = 100 kaharmonische vervorming signaal-ruisverhouding

13 a 15 mA ± 14 V/-14 V

100-voudig (40 dB) 60 mV

6 V0,15%20 Hz tot 30 kHz ± 1 dB

50-voudig (34 dB) 100 mV (bij 1 kHz)

5 V (bij 1 kHz)0,1%70 dB (ingangsspanning minder dan 10 mV c.q. uitgang kortgeslo­ten)

Bij Rt = 14 ka is de versterking 50-voudig en de maximale ingangsspan­ning 100 mV.Bij RT = 41 ka is de versterking in stand „microfoon" 20-voudig en de maximale ingangsspanning 250 mV (zonder frequentiecorrectie).

72

Onderdelenlijst voor voorversterker in steekkaartuitvoering:1 printplaat volgens ontwerp 1 connector T2751/T27931 IC-voet dual-in-line2 schroefjes met moeren M1,2 om de connector aan de printplaat te be­vestigen1 IC type MC 1303 P (Motorola)

Weerstanden (1/8 - 1/2 W)2 weerstanden van 820 kü 4 weerstanden van 750 kiï 2 weerstanden van 51 kü2 weerstanden van 77 kCl (of aan de taak aangepaste waarde) 2 instelpot.meters voor printmontage, 100 kH

Condensatoren1 elektrolytische condensator 100 /iF/35 V2 elektrolytische condensatoren 22 /xF/10 V 2 elektrolytische condensatoren 2,2 /iF/16 V 2 Styroflex-condensatoren 4,7 nF/60 V2 Styroflex-condensatoren 1,5 nF/60 V evt. keramisch of polyester 2 Styroflex-condensatoren 1 nF/60 V

Toonregelcircuit met MC 1303 P (steekkaartuitvoering)De voorversterker, die audiofrequentsignalen van uiteenlopende span­ning op het voor de uitsturing van de eindversterker gewenste peil brengt en bovendien frequentiekarakteristieken „recht trekt", wordt veelal gevolgd door een toonregelcircuit met gescheiden bas- en dis- kantregeling.Om een tweetal bouwstenen te krijgen die zeer universeel bruikbaar zijn, is eveneens met de MC 1303 P een bij de hiervoor behandelde voor­versterker passend toonregelcircuit ontwikkeld, ook in steekkaartuit­voering. De elektrische parameters ervan zijn zodanig dat het circuit in combinatie met de voorversterker-steekkaart gebruikt kan worden voor het zelf bouwen van mengpanelen met gescheiden bas- en diskantrege- ling van het somsignaal, alsook van hifi-stereo- en andere geluids­versterkers (afb. 44).De voedingsspanning en ook de IC en de printconnectors zijn hetzelfde als bij de voorversterker-steekkaartuitvoering, wat de constructie van apparaten volgens het steekkaartprincipe natuurlijk vergemakkelijkt. Teneinde de elektrische aanpassing van het toonregelcircuit aan andere LF-bouwstenen te vereenvoudigen, is de ingangskant zó uitgevoerd dat het circuit een ervóór geschakelde voorversterker vrijwel niet belast —

73

+ JU' aarde -WV

j _ij_ir "ii InFI 9tkSl 10I

1/2 MC 1303 P

68 kSl ioJI, OMfjF BC 107(BC147)

!"gZ t <gl K8R I

uitgang kanaal 1

138

ï 7?0pf35VS I 3.3 nF 0,685.1 kSi--------

f15,1 ]5,1 7|6?0 IL kSl kSl S2 T

+ 1hI 50kS22USII _L 33

T "FI 180 15 Hl—IhI51 5,168nf 0.68

i- JOVkSi kJ2&IL Tf"TK 0 H P N H E 0

Jp U ï U ï*V 5QkSl lm. "UJOkOlin. 50WÏ logbasregeling diskantregeling geluidssterkte

Afb. 44. Toonregelcircuit in steekkaartuitvoering (één kanaal).

het door deze versterker geleverde audiofrequentsignaal gaat nauwe­lijks verzwakt naar de eindversterker door. Bovendien kunnen door de hoge ingangsimpedantie (meer dan 1 Mft) ook hoogohmige signaal- bronnen van in de LF-techniek gebruikelijke sterkte (ca. 100 tot 500 mV) direct worden aangesloten.Aan de ingang is de maximaal toelaatbare spanning ca. 2,5 V. De dynamische ingangsimpedantie is op het gewenste peil van ca. 1 Mft gebracht door de toepassing van een emittervolger in het ingangsdeel, gecombineerd met een terugkoppeling van een deel der versterkte audiofrequentstroom van de emitter naar de basisstroomkring van de npn-transistor (type BC 107). Deze terugkoppeling verloopt via de condensator van 4,7 in F. Doordat de teruggevoerde stroom dezelfde richting en fase heeft als het ingangssignaal, bereikt men een positieve terugkoppeling (meekoppeling). De effectieve ingangsimpedantie wordt door dit zgn. bootstrappen verhoogd.

Een ander effect van de bootstrap-schakeling met de condensator van 4,7 /iFisdat oscillaties die bij transistorschakelingen in het zeer lage fre- quentiebereik (beneden ongeveer 10 è 12 Hz) kunnen optreden, er vérgaand door worden onderdrukt. De ingangsimpedantie c.q. effectie­ve impedantie neemt bij deze frequenties daardoor echter minder toe. De frequentieafhankelijke spanningsdeler voor de basregeling bestaat uit de weerstanden en condensatoren 5,1 kft, 68 nF, 50 kft lin., 0,68 /xF, 5,1 kfl en 602 ft; de frequentieafhankelijke spanningsdeler voor de

74

diskantregeling uit de componenten 3,3 nF, 51 kn, 5,1 kn, 5,1 kn, 33 nF en de stand van de pot.meter 50 kn lin.De schakeling is gebaseerd op een Motorola-ontwerp, maar wijkt in zo­verre af dat door verstellen van de toonregelpot.meters een basregeling van +15 dB tot —15 dB (bij 30 Hz) en een diskantregeling van +13 dB tot —13 dB (bij 15 kHz) mogelijk is. Wanneer beide regelaars in de mid­denstand staan, is de frequentiekarakteristiek van 20 Hz tot 30 kHz nagenoeg lineair: de afwijking is niet meer dan ± 0,5 dB.Het op punt E aankomende signaal is bij de middenstand van de rege­laars veel zwakker dan de aan de ingang van het toonregelcircuit ont­vangen signaalspanning, doordat het inmiddels de twee spannings- delers is gepasseerd. Het ingangssignaal wordt hierdoor met een factor van ca. 14 gedempt; als de ingangsspanning bijv. 1000 mV bedraagt, is er op punt E nog slechts ca. 72 mV van over.

Deze demping, die hoofdzakelijk door hettoonregelcircuit wordt veroor­zaakt maar toch ook voor een klein deel voor rekening van de emittervol- ger komt, moet gecompenseerd worden door een zgn. correctieverster- ker. Als zodanig fungeert hier de IC type MC 1303 P, die bij RT = 2,4 kn op zichzelf een ongeveer 28-voudige versterking levert. Aangezien het toonregelcircuit het audiofrequentsignaal tot 15 dB (d.w.z. ongeveer 5,6-voudig) op kan voeren, moet deze trap niet gauw last hebben van oversturing. Door een geschikte keuze van RT kan men de versterking van de totale schakeling aan het beoogde doel aanpassen. Bij RT = 1 ka wordt de versterking ca. 5x, bij RT = 2,4 ka is ze slechts 2x. Op deze deze wijze kan men de versterkings- c.q. dempingsfactor binnen zulke ruime grenzen instellen dat dit toonregelcircuit in steekkaart-uitvoering zeer universeel te gebruiken is. Waar het bij het instellen om gaat, is dat de aan de ingang optredende spanning bij maximale correctie nog zo wordt versterkt dat het resulterende uitgangssignaal bij de belasting van de navolgende versterkertrap onvervormd is.Tussen de aansluitpunten E en D kan desgewensteen geluidssterktere- gelaar worden opgenomen (afb. 44).

Afb. 45 geeft de bedradingsplaat van het toonregelcircuit in steekkaart- uitvoering weer, te zamen met de componentenbezetting. De zelfbouw van deze zeer universeel bruikbare schakeling zal aan de hand hiervan nauwelijks nog bijzondere problemen met zich meebrengen.Een snelle manier om de vereiste print te maken, is uit te gaan van een printplaat met resistlaag, die hiervoor ten minste 150x 50 mm groot moet zijn (bij voorkeur een rand van enkele mm extra nemen). Afb. 46 en afb. 47 laten zien hoe de op deze wijze opgebouwde toonregeleen- heid er dan in de praktijk uit komt te zien.

75

Ai3

5503O)2coo03

-C

§

o

-2s03C£0303

joc2scoCL5ooui

ö

76

Afb. 46. Constructie van het toonregelcircuit in steekkaartuitvoermg.

Afb. 47. Onderzijde van het toonregelcircuit.

Samenvatting van de voornaamste parameters van de toonregeleen- heid in steekkaart-uitvoering voedingsspanning stroomverbruik versterkingmax. ingangsspanning max. uitgangsspanning regelbereik basregeling regelbereik diskantregeling frequentiekarakteristiek (middenstand)

+ 14 V/-14 V ca. 13 è 15 mA 2x (bij Rt = 2,4 kH)2,5 Veff (bij „lineaire"' stand)5 (bij Rl = 200 kü)+ 15 dB tot -15 dB bij 30 Hz + 13 dB tot -15 dB bij 15 kHz

20 Hz tot 30 kHz ± 0,5 dB

77

Onderdelenlijst voor toonregeleenheid1 bedradingsplaat volgens afb. 452 printconnectors type T2751/T27931 dual-in-line-voet voor geïntegreerde schakeling 4 schroeven M1,2 om de twee printconnectors op de printplaat te be­vestigen6 soldeerpennen voor BC 107

Halfgeleiders1 IC type MC 1303 P of MC 1303 L (Motorola)2 silicium npn-transistoren type BC 107 (BC 147)

Weerstanden (1/8 W)2stuks 220 kfl 2 stuks 91 kfl 2 stuks 68 kfl 2 stuks 51 kfl 2 stuks 15 kfl2 stuks 2,4 kfl (afhankelijk van gewenste versterking) 2 instelpot.meters voor printmontage 50 kH

2 stuks 180 kfl 2 stuks 24 kfl 8 stuks 5,1 kfl 2 stuks 620 fl

Condensatoren2 elektrolytische condensatoren 22 /xF/10 V 2 elektrolytische condensatoren 4,7 ^F/35 V 2 elektrolytische condensatoren 1 /uF/35 V 6 polyester-condensatoren 0,68 piF 2 polyester-condensatoren 68 nF 2 polyester-condensatoren 33 nF 2 polyester-condensatoren 3,3 nF 2 Styroflex-condensatoren 1 nF/60 V 2 Styroflex-condensatoren 120 pF

Verdere onderdelen1 tandempot.meter 0,2 W 50 kft/log. (geluidssterkte)2 tandempot.meters 0,2 W 50 kfl/lin. (bas- en diskantregeling) 1 pot.meter 0,2 W 100 kfl/lin. (balansregelaar; zie afb. 48)

Complete hifi-stuurversterkerAfb. 48 toont hoe de twee steekkaart-voorversterkers met toonregel- circuit tot een voorversterker voor hifi-stereo-installaties gecombineerd kunnen worden. Op deze wijze kan men stuurversterkers in stereo-uit- voering samenstellen voor het aansluiten van allerlei audiofrequent- bronnen, zoals microfoons, hifi-platenspelers met magnetodynamische

78

c

§3

'Q: *- .11*. -J |l~*

• i«o

3

5 '■

£ - ■*

2 ï* S* 9

!71 cHN0)|

I !S ïti1!k.

|q- |

I •o. **!«*

È>rQ-r

z>% 5

?i! I sif>,a rt5 „nO* <p-5£

II sl*§

-At,-Axi

lT>-I !

cv R 9 X Sg i«i 3CO ® 21T 5 s irw° <ü

O)8 ?

CD co*

§ 2•*§

5

'Si" l — so

I____ _____I

'5V 8o8t ■CcQ)3o-

st Clo mai K 55 £y|\ V*

IH*ï D i 2£•§>4

8" -cd-UH Q)-£=H

o§

v.U. %

I____ llT.■F ,§ f-i K=HsA A

H0Z9 J O

8 $C?V ï-y 5\ yl-25 I\ / 1 I

1 79■i

groeftastelementen, tuners, bandrecorders en platenspelers met kera­mische systemen.Als de keuzeschakelaar in de stand tuner/recorder is gezet, gaat de signaalspanning die door deze bronnen met hoog uitgangsniveau wordt afgegeven rechtstreeks naar de toonregeleenheid. De gevoelig­heid is hiervoor ruimschoots voldoende. De ingangsimpedantie is zó groot dat in deze stand ook hoogohmige spanningsbronnen als kerami­sche elementen van platenspelers rechtstreeks zonder frequentiecor- rectie doorverbonden kunnen worden.De op punt 13 ontvangen versterking is meer dan groot genoeg om vermogensversterkers (eindtrappen) geheel te kunnen uitsturen. Voor de bouw van stereoversterkers is tevens aangegeven waar desgewenst een balansregelaar kan worden aangesloten.Bij het combineren van de twee steekkaarten tot de complete stereo- versterker moet men er vooral op letten dat de verbinding tussen de uit­gang van de voorversterker (punt 13) en de ingang van de toonregeleen­heid zo kort mogelijk is en met afgeschermd draad wordt uitgevoerd. Verder moeten de twee versterker-steekkaarten aan de voedingskant goed ontkoppeld zijn, wat onder meer betekent dat de minimale capaci- teitswaarden beslist aangehouden moeten worden.Andere aanwijzingen omtrent de omgang met en toepassing van IC's volgen nog in de hoofdstukken 7 en 8, die speciaal aan allerlei praktische aspecten van de versterkerbouw zijn gewijd.

De geïntegreerde schakeling type CA 3052De IC type CA 3052 (afb. 49 en afb. 49a) is een speciaal voor stereo­versterkers ontwikkelde monolithische schakeling met vier onderling onafhankelijke wisselspanningsversterkers op een gemeenschappelijk substraat. De in- en uitgangen van deze versterkers staan volkomen los van elkaar (afb. 50), zodat men met de CA 3052 niet alleen stereo­versterkers maar ook mengpanelen kan opbouwen.De spanningsversterking van de vier gecombineerde schakelingen is ten minste 53 dB, de ingangsimpedanties zijn 90 kÜ en de uitgangsim- pedanties 1 kft. Voor de onvervormde uitgangsspanning wordt een waarde van minstens 2 V opgegeven; de bandbreedte bij open-lus- versterking is 300 kHz.Zeer gunstig is de eenvoudige voeding van deze IC: alle vier versterkers kunnen op één voedingseenheid worden aangesloten. Zoals uit afb. 50a blijkt, kan men met deze ene geïntegreerde schakeling zelfs een comple­te voorversterker voor MD-elementen met gescheiden bas- en diskant- regeling bouwen, waarbij defrequentiecorrectie op de RIAA-karakteris- tiek is ingesteld. De kanaalscheiding is 40 dB bij 1 kHz; de gevoeligheid 3 mV (eveneens bij 1 kHz).

80

98 97 34Q

47

ff!r6 «flj®^ Z1 fljj p;2

5kSl 1Z5kSl

«1«A2 R5 [*| R1 15kSl U IkSl 200SI 200SL

«n 3.75T2 T 3 kSl

R9 R10 5kSl 12,5 k SIC

TlCnT10 T12R13

WOkSl U-O-l-CD-

R2k m 7,5 kSl

o ■o, RJ5 6 WOkSl U-o-lo-

T7 18Rik t\R16\)250Sl250SI

Sm R20somT9 Til R22U75ÖJ1

R19R23 R26R25750 Jl 12 IkSl 7,5kSl 15ï 1_ oR27 R28m 7,5kSl

R32 R33Vcc VCCR36R31 Ik SI 7,5kSl R3kR2930U2U 750JI Tsoa-C=3-*-C=3-

1*1 «32 WOkSl

T13 T1530kSl—r~n » < >-n R39UlOOkSl

R38 RkO2S0SIj]j 9250SI T18m < T16 1811

Rk3 Rkk 5 kSl 12,5kSl

T19 Rkl Rk2 5kSl 12,5kSl

T22

:: Dk :: 06SM li?T20\T21 T23 T T2k

:’.D3 :: os::08A7 Rk5 f| Rk9

A* 15kSl U IkSl.. Rk7 fl R51

15kSl U IkSlR52R50 i07 200SI200SI

99 10 Ik aarde 25 13aarae l

Afb. 49. Detailschema van de IC type CA 3052 (RCA).

*______ 770 (19,551______,750 (19.051

16 15 1k 13 12 11 10 9markeringspunt

.030 /. 76)^11

.020 [.5111

TTVVVATuyHl

Afb. 49a. Buitenafmetingen van de omhulling van de IC type CA 3052. De boven elkaar staande waarden stellen steeds de maxima en minima voorin inches, met erachter (tussen haakjes) de waarden in mm.

81

CA 3052 Afb. 50. Aansluitingen van de vier onderling volkomen onaf­hankelijk werkende versterkers waaruit de CA 3052 bestaat. Afb. 50a. Op de CA 3052 ge­baseerde voorversterker voor platenspelers met geïnte­greerde frequentiecorrectie voorgebruikvan MD-groeftast- elementen en gescheiden diskant- en basregeling.

v_yIT 3

aarde voor A1 en A4

■/51 +Vccvoor 1 A1 en A4[E

HEE

jTI +Vcc----- A2 en A3aarde voor fT" A2 en A3 u-

voor

H[I[I

I]E

vccin..nv)'ÏVsM

iïlfiölfïïlfKifttIfttIfisIliëlICUT uitgang

van kanaal AMD-ingang van kanaal A L J LjJl I |31 Ijl Ijl naar eindversterker

5/i FS ,5V

lOOkSl

R2

22,8!:^f OnF/ 'r0.33//Fy lineaire •i. pot.meter T’ (balans)

*naar aansluitpunt 14 (kanaal B)

Afb. 51 geeft een andere toepassing van de CA 3052, die hier de kern vormt van een stereo-toonregeleenheid. De versterking is in dit geval 47 dB bij 1 kHz. Voor het bereik van de basregeling worden waarden van +9 dB en -10 dB opgegeven (bij 100 Hz), voor de diskantregeling waarden van +10 dB en -9 dB (bij 10 kHz). De signaal-ruisverhouding bedraagt bij 1 V uitgangsspanning en nominale versterking 70 dB.

Actieve lineaire mengschakeling met de IC type CA 3052 Weer een andere toepassing van de geïntegreerde schakeling type CA 3052 zien we in afb. 52. Bij deze mixer worden de vier wisselspannings- versterkers gescheiden gebruikt, voor elke ingang één. Het bouwen van

82

270SIO + VCC£

9 A 3im12 w x W00,jFo-

C2ingang15nF

10 22nF =r=

47//F

+100 kSL | Sf2 750/iF -o

33 nF nio gtiu'dM____11__ v#/t ar«rtf«1 —db— uitgang

naarvermogens-versterker

+

Ik f^F Cl1,8 kJl033fiFT

680 JZQ

soksii Tji»•• t-''

WBfiF50kSl 5nFi—II—i

/& (I /?7NWZ_L 22SL 1,5 k SI

R3 I balansregeling1,2 kSl

68nF 5 OSl R222SL

naar 2e kanaal

Afb. 51. Stereo-toonregelcircuit met de CA 3052.

Clingang 11r°—rn °-;7f

ingang 2 C2 ^ïïs^t820SL MfiF Io-----------1 0,47/,

ingang 3 C 3

I-h>

CIO 8,2kSl uitgang- « C6 I 8?0fl 50//F 1 itnwj^fooa

8nF°—m

ingang 4 C4

I815

mr ° A cvl-= maitfinQjoofl

° 4: C12 8,2 k SI! T8nF!12\jl00Si

87 C7-|820SL 50//F I

8nFo---- —. QW/iF I

816♦I

i

820S2 80{iF L.

Afb. 52. Lineair mengpaneel met een CA 3052.

een complete mengeenheid, hetzij in de vorm van een mengvoor- versterker, hetzij als apart mengpaneel, is op deze manier zeker geen dure aangelegenheid meer.De gewenste sterkteverhoudingen zijn te regelen met de vier pot.meters R1 - R4. De versterking is 20 dB per kanaal bij een afsluitweerstand van 10 kft of meer. Door de waarden van R5 - R8 te variëren, kan men de versterking per kanaal veranderen. Elk kanaal levert in feite een verster­king van 34 dB, die echter door de ontkoppelweerstanden R13 - R16 tot 20 dB wordt gereduceerd.De RC-combinaties aan de uitgangskant dienen voorde stabilisatie van

83

de versterkers voor het geval de signaalbron en de belasting op de uit­gangen te laag zijn.De geïntegreerde schakeling type CA 3052 heeft het grote voordeel van een naar verhouding lage kostprijs en is veelzijdig te gebruiken, maar zoals ook bij andere componenten met hoge overgangsfrequenties het geval is, moet de schakelingsontwerper die ermee wil werken wel over een zekere ervaring beschikken. Als de CA 3052 zonder afsluitweerstand op de voeding wordt aangesloten, kan alleen de capaciteit van de voet al een terugkoppeling met de daarmee samenhangende HF-oscillaties veroorzaken. Deze geïntegreerde schakeling moet men daarom alleen in circuits gebruiken waarvan de stabiliteit meer dan voldoende is.

84

4. GEÏNTEGREERDEVERMOGENSSCHAKELINGEN

De toepassing van IC's in kleinsignaalschakelingen heeft zo langzamer­hand al een hele vlucht genomen, en het gebruik ervan in LF-vermo- gensschakelingen vormt ongetwijfeld de volgende grote ontwikkeling. De IC moet voor dit doel precies als een vermogenstransistor voorzien worden van een behuizing die een goede warmteafvoer mogelijk maakt. De dissipatie moet immers op weg naar het koelelement (hetzij „ster", beugel, plaat of ander profiel) eerst dit onderdeel passeren.In de professionele sector worden voor speciale toepassingen al IC- vermogensversterkers van 70 en 100 W gebruikt; in de amusements­sector daarentegen ligt het zwaartepunt van de geïntegreerde vermo- gensschakelingen echter nog in het gebied tussen ca. 0,05 en 5 W. Geïntegreerde eindtrappen met lage en middelgrote vermogens bren­gen hier belangrijke voordelen met zich mee, omdat ze de uitvoering en produktie van de apparaten aanzienlijk vereenvoudigen en het testen en repareren minder tijdrovend en gemakkelijker maken. Andere be­langrijke pluspunten zijn de grotere betrouwbaarheid, de geringe af­metingen en de snellere service. Al deze factoren te zamen hebben ertoe geleid dat in de amusementssector, met name radio's, televisieappara- ten, draagbare ontvangers, communicatiesystemen, cassetterecorders, dicteerapparaten, bandrecorders meeren meer met LF-vermogens-IC's werken.Is een groter vermogen dan ca. 5 W vereist, dan zijn voor dergelijke ap­paraten geïntegreerde schakelingen van het hybridische type interes­sant, mede omdat die tegenwoordig al tegen concurrerende prijzen le­verbaar zijn.In dit hoofdstuk zullen we een aantal voor deze sector representatieve LF-vermogens-IC's nader bezien, waarbij we zowel de inwendige op­bouw als de veelzijdige toepassingsmogelijkheden ervan onder de loep nemen.

4.1. 0,25 W-miniatuurversterker met MC 1303 PDe MC 1303 P is een monolithische geïntegreerde schakeling met 14 transistoren, 5 dioden en 9 weerstanden (afb. 53). De ingangsgevoelig- heid ervan is 3 mV. De schakeling omvat een interne voorversterker die

85

uit vier transistoren is opgebouwd. Ze is ondergebracht in een zgn. mini- dual-in-line-behuizing met acht aansluitpennen en de afmetingen 9,9 x 6,35 x 4,45 mm. De versterking en ook de bandbreedte kunnen beide door middel van de externe circuitonderdelen worden gevarieerd.We zullen beginnen met enkele praktische voorbeelden van de manier waarop men de versterkingsfactor, ingangsimpedantie, frequentiebe- reik en voedingsspanning aan een gegeven doel kan aanpassen (afb.54).

voorversterker eindversterker

r*

n 250JI

iuidsprekeruitgangma

.^Tlversterkeringang I 1^ y|

5MSl\\

! n| 5ooj2 y

i<*ksi nICMl

L u5 4 4» 7 o Jöuitgangvoorversterker

aardeingangeindversterker

aarde

Afb. 53. Detailschema van de MC 1306 P.

UcvC2_|_*£J !

_T ± ,maX ^70pF

Q7pF[4C' 4= Li,

c’ «i I !

♦1 ^C3MSI

voor-versterker 1Uindtrap V,K 3 0{iH j

C6 :f: J 50nF '

ingang IMC 1306 P x1

Afb. 54. Schema van een miniversterker met een MC 1306 P.

1. Versterking. De voorversterking bedraagt

r2v*~ -t86

De waarde ervan wordt vrijwel alleen beperkt door de open-lusverster- king. Om de gelijkstroomstabiliteit niet in gevaarte brengen, schrijft de fabrikant voor dat de weerstand R2 niet groter dan 1 MH mag worden gekozen.De versterking van de eindtrap Ve is

10 kflVe-Re

De weerstand van 10 kfl vormt al een integraal deel van het kristalplaat- je. Voor Re1 en Re2 worden door de fabrikant waarden in de orde van grootte van 500 H tot 3,3 kfl geadviseerd. De ondergrens wordt hierbij bepaald door de toenemende harmonische vervorming, de bovengrens door het spanningsniveau dat door de voorafgaande voorversterker wordt afgegeven.De totale spanningsversterking is het produkt van Vv en Ve:

R2 • 10 kHV, = R1 • Re

2. Ingangsimpedantie. Deze is bij de voorversterker bij benadering ge­lijk aan R1, bij de eindversterker bij benadering gelijk aan Re.

3. Frequentiebereik. De onderste grensfrequentie wordt bepaald door de waarden van C1, C2 en C3, de bovenste grensfrequentie door die van de tegenkoppelingscondensator CT. De 3 dB-daling wordt bereikt bij de frequentie waarvoor CT = R2.

4. Voeding. De IC is ontworpen voor apparaten die niet op het net wor­den aangesloten maar met batterijen werken. Aangezien de inwendige weerstand hiervan in de loop van de (gebruiks)tijd toeneemt, kan de niet-lineaire (harmonische)vervorming bij vol uitsturen dan hinderlijke vormen gaan aannemen (afb. 55),terwijl bovendien hetuitgangsvermo-

dt %c Ri*8SlC = 50pF —^

— C = 300fjF^~ C = 5OfJF \C= 300/JF\~

I 6 P0=WmWl \5 testschakeling! ♦ r-~----- n —

----}-►uTLpIgelijksp.~£H j —mïo

Afb. 55. Invloed van de voedingsspanning op de harmonische vervorming.

j—RL*1SSI098765^321

voedingsspanning

87

gen terugloopt. Om dit tegen te gaan, wordt geadviseerd een elektrolyti- sche condensator van ten minste 300 piF parallel aan de batterijen te schakelen.Zoals in afb. 56 en afb. 57 te zien is, kan deze miniatuurversterker ge­bruikt worden voor velerlei LF-doeleinden, met name in draagbare radio's en als autoversterker, in combinatie met microfoons of als zoda­nig werkende luidsprekers of hoofdtelefoons en als intercomversterker.

avuslj^-HH

MMF Afb. 56. Mini-geluidsversterker voor universeel gebruik (Motoro-£ 16J25 | J100/jF L

* 30/jH y 100F

4=50nF

la).

MC 1306 P

7geluidssterkte

7 kSlr^riH^ WOpF

toonregeling1MSL Afb. 57. Mini-geluidsversterker

met toonregeling (Motorola).lOOpF I

■V 5ingang ïoo/iF j:815pF

MC1306Pb1MSI Ti 3 0,1 fi F1MSI

geluidssterkte7

10SI

Pluspunten zijn hierbij de geringe ruststroom van slechts 4 mA en de lage voedingsspanning van 9 V. Afb. 58 geeft een beeld van de invloed van de voedingsspanning op het uitgangsvermogen en wel voor vier verschillende omstandigheden: bij belastingen van 8 ft en 16 ft en bij een totale harmonische vervorming van 1% en 10%. Hieruit blijkt onder meer dat bij toepassing van een afsluitweerstand (bijv. een luidspreker) van 16 ft en een voedingsspanning van 9 V, de harmonische vervorming bij een uitgangsvermogen van 200 mW slechts ca. 1% bedraagt.In het diagram van afb. 59 is de harmonische vervorming bij een con­stant uitgangsvermogen van 100 mW aan 16 ft uitgezet tegen de sig- naalfrequentie.Wat gebruikers van batterij-apparaten vooral interesseert, is ook het stroomverbruik van de schakeling, m.a.w. het rendement. In het alge­meen is men er bij draagbare toestellen, autoradio's, intercoms, speel- goedrecorders en dergelijke immers ten zeerste bij gebaat dat de

88

stroombron (batterijen) met zijn beperkte energie-inhoud zo spaarzaam mogelijk omgaat.Men moet daarom een optimale verhouding tussen energieverbruik en uitgangsvermogen zien te bereiken. Belangrijke punten zijn hierbij de grootte van de ruststroom, het rendement bij vol uitsturen, een zo gunstig mogelijke luidsprekerimpedantie enz.

0.5 T7yC ft* e

Afb. 58. Invloed van de werkspan­ning op het uitgangsvermogen van de versterker in afb. 57.

- 8 fl ht.m nn. - lOV

" r»L - 8 II M'm. rtrv. - IK

O R, - 8 fl hë'tn vcnr. • 10%§ w« 05 - 8 ft hsrm. vmrv. -3>I 0,23 210»

03 5 6 7 8 9 10 11 12 V 13

werkspanning

I ».2 5P-IOOmWRL=16Jl V •V

* 1.0s 08ï 06

iü|0?o 2 3 5 kHz 10

frequentie —►

Afb. 59. De harmonische vervorming uitgezet tegen de frequentie.

100 200 300 500 Hz

Afb. 60. Invloed van de voedings­spanning op het rendement van de versterker in afb. 57. werkspanning

89

Het rendement bedraagt in dit geval 50% bij 9 V voedingsspanning en afsluiting door een 8 ft-luidspreker (afb. 60). Het energieverbruik is dus tweemaal zo groot als het afgegeven vermogen, wat al een zeer gunsti­ge verhouding is.In afb. 61 is ten slotte de harmonische vervorming uitgezet tegen het uitgangsvermogen en wel bij twee belastingen (8 ft en 16 ft).

51 °/o

* *Afb. 61. Bij overmatige uitsturing neemt de harmonische vervor­ming steil toe.

U* =9VII 3I ■Ri=16Sl Ri~8Sl''§

É !-c

1

00,01 0,02 0,03 0.05 0,1 0,2 0,3 0,5

uitgangsvermogen1W

TAA 300(Val/o)

6

7o

Afb. 62. Detailschema van de IC type TAA 300 (Valvo).

4.2. 1 W-versterker met TAA 300Met de geïntegreerde schakeling TAA 300 kan men zeer kleine LF- vermogensversterkers bouwen, want de hele monolithische schakeling is ondergebracht in een TO 74-behuizing en omvat zowel een voor- versterker- als een balanseindtrap (zie afb. 62). De TO 74 meet slechts 9,4 mm (doorsnede) bij 5,33 mm (maximale hoogte); de voet is voorzien van 10 aansluitpennen (afb. 63).De TAA 300 levert bij een voedingsspanning van 9 V en een stroom van 180 mA (ruststroom 8 mA) een uitgangsvermogen van 1 W aan een be­lasting van 8 ft.

90

De harmonische vervorming is 10% bij 1 W, 3% bij 0,8 W; de hiervoor vereiste signaalspanning op de ingang bedraagt slechts 8,5 a 9,1 mV. De ingangsimpedantie is ca. 10 a 16 k ü; het rendement 58 è 60%. Doordat de schakeling vérgaand is geïntegreerd (er is zelfs een conden­sator in opgenomen), zijn maar weinig externe componenten nodig. Hiermee kan men dan de gevoeligheid, versterking en frequentiekarak- teristiek aan het gegeven doel aanpassen.

0,86 max. Uk max. 5,33 ma x.Afb. 63. Buitenafmetingen van de -*i h:__ 1/ K-----1TAA 300 (Valvo). FT 0M_±

fa 3* ** =YiSy fri =

i5,1 max. afmetingen TAA 300 (Valvo)

■+—9,kmax.—^

1000)JFAfb. 64. 1 W-versterker met de TAA 300.3

1k& W

ingang

TAA 300*^29

^47 fiF81i • 500)iFw;rjn10/■WkSL

ruststroom ingesteld op 8 mA

Schakeling inwendig (afb. 62 en afb. 64). De eindtrap bestaat uit vier npn-transistoren (T11, T9, T7 en T10), waarvan twee typen voor grotere vermogens (T11 en T10). De transistoren T9, T10 en T11, T7 zijn in Darlington-schakeling met elkaar verbonden.Doordat de eindtrap een grote stroomversterking levert, is voor de stuurtrap (T4, T5) een geringe collectorstroom al voldoende.Behalve npn-transistoren zijn in deze schakeling ook pnp-typen toege­past, waardoor het circuit zeer eenvoudig kon worden gehouden. De faseomkering geschiedt met een pnp-transistor met een versterkings- factor 1, waarmee de eindtrap volkomen symmetrisch uitgestuurd kan worden (quasi-complementaire schakeling). T8 dient om de eindtrap te stabiliseren tegen fluctuaties in de ruststroom, die door het verloop van de voedingsspanning en temperatuurschommelingen worden veroor­zaakt. Ook in de stuurtrap is een Darlington-schakeling toegepast, namelijk van de transistoren T4 en T5.

91

De condensator van 10 pF begrenst de frequentiekarakteristiek aan de bovenzijde en onderdrukt eventueel van buiten af op de versterker in­werkende hoogfrequentsignalen.De ingangstrap is als verschilversterker uitgevoerd. Door deze con­figuratie van de twee transistoren T1 en T2 bereikt men dat het naar de basis van T2 teruggevoerde deel van de uitgangsspanning een sterke gelijkstroomtegenkoppeling levert. Dit deel wordt automatisch vergele­ken met de voedingsspanning en zo binnen een vrij groot bereik daar­mee evenredig gehouden. Men verkrijgt hierdoor een maximaal uit- gangsvermogen bij symmetrische begrenzing.Deze dynamische of glijdende instelling van het werkpunt is vooral erg gunstig bij de voeding door batterijen, waarvan de spanning zoals be­kend in de loop van de tijd sterk terugloopt. Doordat men ze bij deze schakeling extra lang kan gebruiken, is de versterker speciaal geschikt voor draagbare radio's e.d. De hoge ingangsgevoeligheid van de TAA 300 maakt het mogelijk de versterker rechtstreeks op de demodulator aan te sluiten.De overdracht van het LF-signaal van de verschil-ingangstrap naar de stuurtrap verloopt via T3.De wisselstroomtegenkoppeling van de versterker (en dus de verster- kingsfactor) wordt bepaald door de weerstand die in serie met de condensator met aanluitpunt 8 is verbonden. De waarde van deze tegenkoppelingsweerstand mag volgens de instructies van de fabrikant niet boven 1 kft liggen.

100SI Afb. 66. Invloed van de belasting

(afsluitweerstand) op het uit- gangsvermogen.

t 90

! 80 I 70

dB0

-3 -------

5 I-o

!s 60

50

<tQ

3010 2 10 3 10* Hz 105 met koelprofiel

f 20Afb. 65. Versterkingskromme van de schakeling in afb. 64.

10

0 ■i

Ó,25 0,5 0,75 W

De houder van de TAA 300 moet gekoeld worden door middel van een koelelement van het type 5625.In afb. 65 en afb. 66 zijn de frequentiekarakteristiek resp. het verband tussen het uitgangsvermogen en de belasting weergegeven van de volgens het schema van afb. 64 geconstrueerde versterker.

o

92

4.3. 1 W-versterker met IC type PA 234De monolithische geïntegreerde schakeling PA 234 (afb. 67) is onderge­bracht in een rechthoekige plastic-houder met aanluiting voor een koelelement. De schakeling levert een continu uitgangsvermogen van 1 W bij een belasting van 22 fi en een voedingsspanning van 22 V. Door zijn hoge rendement is de LF-eindtrap zeer geschikt voor geluidsverster- king in bijv. bandrecorders, dicteerapparaten, radio- en televisietoestel­len en ook in geluidsfilmprojectors.Een opvallend aspect van deze LF-versterkers is vooral het geringe aantal externe componenten dat vereist is. Zoals uit afb. 68 blijkt, zijn slechts vier uitwendige aansluitingen voorhanden, en wel voor ingang, uitgang, voeding en gemeenschappelijk voetpunt (aarde).

h-----1> 0,91 0.76—ir-i~ W

13.5Afb. 67. Buitenafmetingen van de PA 234 (General Electric).

3iI mi 0maxith/L ji i l-

iJL-W-*i 5.3bovenaanzicht afmetingen PA 234

7.6

Afb. 68. Eenvoudige 1 W-geluids- 250uF versterker met de PA 234.

PA 234Nl t

v 20YX-fflH T47 (W

nF U2hSTJ 22JIbelasting

R3ingang 10010 kSl

Doordat een deel van het uitgangssignaal naar de ingang teruggevoerd wordt en er in deze lus een gelijkstroomtegenkoppeling is toegepast, kunnen bootstrap-elementen en een interne frequentiecompensatie achterwege blijven, wat de externe lay-out sterk vereenvoudigt.

93

De versterking wordt bepaald door de weerstandsverhouding R2IRi (afb. 69). We geven hieronder een overzicht van de verschillende moge­lijkheden op dit punt, verkregen door het variëren van deze weerstands- combinatie:

r2*7 *3 Voor 1 W-uit- gang vereiste in- gangsspanning

Versterking

10 ka 47 ka

100 ka 330 ka

1 Ma 1 Ma 1 Ma 1 Ma

100 ka 100 ka 100 ka 100 ka

100 mV 280 mV 600 mV

47167,8

2 V2,4

+ 22Viv

Cl C 33 Afb. 69. Versterkerschakeling met de PA 234.

12 V7nPoHH=R1

PA 234i

CVC2R2 n/?V

250fiF

«lbelasting22SI

Zoals in afb. 69 is te zien, werken de twee tegenkoppelnetwerken voor gelijkstroom en voor wisselstroom onafhankelijk van elkaar. De verbin­ding tussen de weerstand R2 en aarde is door C4 onderbroken, zodat de gelijkstroomtegenkoppeling geen invloed heeft op de keuze van de componentwaarden in het wisselstroomtegenkoppelnetwerk.Door de verhouding RJR} te veranderen, kan men zodoende de wis- selspanningstegenkoppeling aan een gegeven doel aanpassen zonder dat dit de ruststroom beïnvloedt. Wanneer de IC op een afwijkende voedingsspanning moet worden aangesloten, bijv. 18 V, dient men de weerstandsverhouding R2/R3 zó aan te passen dat de waarde ervan on­veranderd blijft, dus 8. Bij een voedingsspanning van 18 V moet R3 dus 100 kH worden. Alle overige weerstanden en capaciteiten kunnen het­zelfde blijven. Het uitgangsvermogen van de schakeling gaat door deze verandering natuurlijk wel enigszins achteruit.De frequentiekarakteristiek kan men aanpassen door middel van de condensatoren C1, C4 en C5. Bij fl7 = 120 ka, R2 = 2 • 390 ka, R3 = 82 ka, R4 = 3,3 Ma, C7 = 0,01 fiF, C4 = 0,05 /xF en C5 = 150 pF, krijgt men een frequentiebereik van ca. 150 Hz tot 100 kHz (-3 dB) en een ge-

94

voeligheid van 400 mV voor 1 W-uitgang. Men kan echter ook een fre- quentiekarakteristiek bereiken die van 30 Hz tot boven 100 kHz nage­noeg lineair is.De condensator C3 (0,047 /*F) dient om parasitaire frequenties en oscil­leren van de versterker te onderdrukken.Als koelelement kan men een plaat van ongeveer 25 cm2 gebruiken. De­ze moet aan de koelaansluiting worden vastgesoldeerd.De harmonische vervorming is ca. 3% bij 1 W, de ruststroom minstens 1 mA en maximaal 15 mA, de ingangsimpedantie 100 kH en de signaal- ruisverhouding bij open ingang 80 dB.

7.5 r-frV/

Afb. 70. Invloed van de voedings- spanning op het uitgangsvermo- gen van de schakeling in afb. 69. 1,0

5°lo

A0,7 5 FQ5

btlll’lrg 22 OA.

018 20 22 2k 260

werkspanning in V —►

701 %I 60 ZAfb. 71. Verband tussen rende- | 5(J

ment en uitgangsvermogen van |!♦«

18Vy ^ 22/de schakeling in afb. 69.

30

20

10 DtlëWng 22 O j

0 I----- 1----- 1----- 1----- L—J------ 10 0.25 0,5 0,75 1,0 1,25 1.5

uitgangsvermogen in W —-►

In afb. 70 is het met de geïntegreerde schakeling bereikbare uitgangs­vermogen uitgezet tegen de voedingsspanning, in afb. 71 het rende­ment tegen het uitgangsvermogen.Het feit dat deze schakeling zo weinig externe componenten vereist, maakt haar gemakkelijk te monteren en voor zeer uiteenlopende toepas­singen geschikt.

95

4.4. 2 W-geluidsversterker met de PA 237De monolithische geïntegreerde schakeling type PA 237 van General Electric (afb. 71a) levert een uitgangsvermogen van 2 W aan 16 O be­lasting (afb. 71 b). De plastic-behuizing ervan is van het dual-in-line-type met aan elke zijde 4 aansluitingen plus een aansluiting voor het koelele­ment dat de dissipatiewarmte moet afvoeren (zie afb. 123 op blz. 137).

3? «5n75

Afb. 71a. Detailschema van de IC type PA 237 (General Electric).

§ *7

18T6H 77

71 72

8 +12

Afb. 71b. Harmonische vervor­ming bij P0 = 2 W uitgezet tegen de frequentie (PA 237).

frequentie —►

De voedingsspanning moet tussen 9 en 27 V liggen. Gevoeligheid, versterking, ingangs- en uitgangsimpedantie zijn eveneens binnen rui­me grenzen variabel en kunnen door middel van de externe componen­ten worden aangepast. Overigens zijn ook bij deze geïntegreerde LF- versterker maar weinig extra componenten nodig om de werking voor een gegeven toepassing „op maat" te maken.De minimale ingangsspanning nodig om de versterker geheel uit te stu­ren (2 W) is 8 mV. Temperatuurbereik -55 tot +125 °C.Afb. 72 geeft een versterkerschakeling met de IC type PA 237 voor een voedingsspanning van +24 V en een afsluitweerstand van 160. De ge­voeligheid is in dit geval 120 mV voor 2 W aan 16H, wat overeenkomt met een spanningsversterking van 45.De ingangsimpedantie is 40 kO, de signaal-ruisverhouding 75 dB bij 2 W. Het verloop van de harmonische vervorming is in het diagram van afb. 73 uitgezet.De versterkingsfactor wordt bepaald door de wisselspanningstegen-

96

koppeling, d.w.z. van de verhouding RJR6. Door R6 te veranderen, kan men zowel de ingangsgevoeligheid als de ingangsimpedantie, de harmonische vervorming en de frequentiekarakteristiek aanpassen.

SOOfjF Jj- ft 16 SI 1nF 20V T y belastingAfb. 72. Versterkerschakeling met de PA 237.

PA 237R3

18kSl 13.8V+2WK

680I<311 12.5V

ff 'IrT80,33fjF 1.55V 1^

17 R6 WnF6,8VSIR2 Ü5 Sk

Tl 12ingang +1WiltIX

R5L* 1256kJl1.55V

r?95S 0 C/cc * w V; flttting 16 nï ] ^ 6 i•S 5è *5 j 12 2Afb. 73. Bij meer dan 2 W uit-

gangsvermogen neemt de harmo­nische vervorming sterk toe.

1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 asuitgangsvermogen in W

De fabrikant vermeldt in dit verband de volgende mogelijkheden, die vrijwel onbeperkt gevarieerd kunnen worden:

10R6 (kH)gevoeligheid (mV) harmonische vervorming (%) ingangsimpedantie (kü) frequentiekarakteristiek (-3 dB)

50 115086228

1,51,72,95,240403520

80 Hz tot 35 Hz tot 18 Hz tot 17 Hz tot 24 kHz 50 kHz 100 kHz 110 kHz

Afb. 74 geeft een voorbeeld van een LF-versterker met de PA 237, waar­van de externe schakeling zodanig is gekozen dat de voedingsspanning

97

t12V Afb. 74. 2 W-versterker met de PA 237. Voedingsspanning + 12 V/- 12 V (General Electric).

680 «J maa33 nF 7,2 nF

Ö 7 T56fcfl( PA 237

o- 16SI33OMl8 '12

156 kSl

-12V

+ 12 V/-12 V bedraagt. Ook in dit geval kunnen de versterkerparameters binnen ruime grenzen worden aangepast, zoals uit de tabel blijkt:

R6 (k£l)gevoeligheid voor 2 W (mV) harmonische vervorming (%) ingangsimpedantie (kfl) frequentiebereik (-3 dB)

100 5122040 80 150

2,24,5 3,2 2,53515 20 30

10 Hz tot 12 Hz tot 9 Hz tot 8 Hz tot 75 kHz 90 kHz 100 kHz 130 kHz

4.5. 4,4 W-geluidsversterker met TAA 861 en balanseindtrap

Zoals uit het voorbeeld van afb. 75 (een door de firma Siemens ontwik­kelde schakeling) blijkt, kan de operationele versterker TAA 861 op een­voudige wijze met een eindtrap in de vorm van het complementaire npn-pnp-transistorpaar AD 161/162 worden gecombineerd tot een ge­luidsversterker met een uitgangsvermogen van 4,4 W bij een werkspan­ning van 14 V, ofwel een vermogen van ca. 9 W bij een voedingsspan­ning van 20 V. Ook in dit geval wordt de totale versterking bepaald door de weerstandsverhouding in het tegenkoppelnetwerk, die hier 250 kft/7,5 kft « 30 bedraagt.

O + Ub*n.vu5 SI1390kJ2

4 OnF

4 6

«HF +AD161 ^

2.2nF Cl1 1000...5000/iF-{0*0162«os 250kSl

Afb. 75. 4,4 W-geluidsversterker met een TAA 861 (operationele versterker) en een complementair paar AD 161/162 (Siemens).

tfpC2i?liF

7,m /

X O 0

98

Het werkpunt van de eindtrap wordt door de spanningsdeler aan de in­gang (390 kü en 450 kü) zó ingesteld dat de emitterpotentiaal van de eindtrap bij signaalspanning nul 1/2 U bedraagt.Voor gelijkspanningen is de versterkingsfactor 1 gekozen, om te voorko­men dat de ingangs-nulspanning het werkpunt verschuift. Bij deze „versterking” is de invloed ervan op het werkpunt minimaal.De bovenste grensfrequentie wordt bepaald door de cjpaciteit van de condensator in de tegenkoppeling, C2, waarvan de waarde bij 20 kHz (-3 dB) 30 pF bedraagt.De ontkoppelcondensator C1 bepaalt de onderste grensfrequentie. Het ruststroomverbruik is zeer laag, doordat de eindtrap bij signaalspan­ning nul praktisch stroomloos is.Het feit dat geen temperatuurstabilisering en evenmin een ruststroom- instelling nodig is, maakt de schakeling bijzonder eenvoudig.Verdere parameters van de LF-versterker zijn: totale stroomverbruik bij signaalspanning nul: 30 mA belasting: 5 Hharmonische vervorming bij 4 W uitsturing 2% (40 Hz tot 10 kHz) ingangsspanning 150 mV.

4.6. 4 a 5 W-geluidsversterker met PA 246General Electric heeft onder de typeaanduiding PA 246 een monolithi­sche geïntegreerde schakeling in haar programma die zeer veelzijdig bruikbaar is voor mono- en stereoversterkers, bandrecorders, intercom- installaties en diverse andere toepassingen.Het betreft hier een 4 è 5 W-versterker (afb. 77) in een plastic-behuizing (afb. 76) met vier uitwendige aansluitingen. Ook in dit geval zijn maar

? H- PA 246 1

'-kL-Jk1:: t* rs02-rrt"Lijk

«fh-M-

Afb. 76. Afmetingen van de PA 246 (General Electric). h---------

i!

070-5,0-::

^ r Ï620-

18ft 17

1211I 7 6 2 1 8 °-OO (bovenaanzicht) ÓJ3

0 9 13 ft Afb. 77. Detailschema van de PA 246.FTZTV

afmetingen In mm

99

weinig bijkomende componenten vereist. Aan weerszijden van de hou­der bevindt zich een koelvin voor het aansluiten van twee koelplaten. Bij 5 W vermogen moeten deze laatste een oppervlakte van 35 x 40 mm en een dikte van ca. 3 è 4 mm hebben.In afb. 78 is een door de auteur geteste schakeling met de PA 246 weergegeven waarvan gevoeligheid, ingangsimpedantie, harmonische vervorming en frequentiebereik binnen ruime grenzen instelbaar zijn. Wanneer de loper van de 10 kfl-instelpot.meter helemaal tegen de mas- sa-aanslag is gesteld, bedraagt de ingangsgevoeligheid ca. 10 mV, in de middenstand ca. 150 mV en bij aanslag tegen punt E ca. 300 mV. De ingangsimpedantie is in het laatste geval meer dan 100 kH; behalve van de stand van de regelaar hangt de impedantie ook van de gewenste frequentiekarakteristiek af. Bij de 300 mV-stand is het frequentiebereik van ca. 30 Hz tot 100 kHz (-3 dB) bijna lineair.

1i8kSi nsi 0,4 A zek.18V75 OkSl o+3W1nF + JL

= ; S s50fiFj^QlfiF2

U022pfo----li­

ftPA 246 dl\9V nv.7SkSl\ 500//F/35V'

T WlnF13 330kSL8

c 16 SI3, 300 mV'3 2.SV k...5W

82kSl 22SIlOkJl

■o -Afb. 78. 5 W-versterker met instelbare gevoeligheid.

De overige parameters van de geïntegreerde schakeling en het verloop ervan bij temperatuurschommelingen en verschillende uitgangsvermo- gens is in de afb. 79 tot 84c in beeld gebracht.Wil men de ingang van de 5 W-geluidsversterker bijzonder hoogohmig maken (teneinde de signaalbron minimaal te belasten), dan kan men dit bereiken door een FET op de wijze van afb. 85 vóór te schakelen. De zo verkregen combinatie is bijvoorbeeld uitstekend bruikbaar als weer- gaveversterker in mengpanelen.

UB = 34 V, belasting 16 tl f = 1 kHz1 28 t mA 1 J4I 10I 6| 0*

o 25 50 75 °C 100 110omgevingstemperatuur

Afb. 79. Temperatuurdrift van de ruststroom.

-50 -25

100

t! V8C 17g 17

I 16 6.2* 0 -50 -25 O 25 50 75 °C 100110

omgevingstemperatuurQ 5

Afb. 80. Temperatuurafhankelijkheid van de DC-uitgangsspanning.

t 55 r8>.S I 50 . ? -5 £ £ 50 .C 0> -x ~5 2 o c o 1- 75 °C 1001100 25 50-50 -25

omgevingstemperatuur

Afb. 81. Temperatuurafhankelijkheid van de spanningsversterking voor kleine signalen.

♦ ï%Ü 1loi -50 -25 0 25 50 75 °C W0110

omgevingstemperatuur

Afb. 82. Temperatuurafhankelijkheid van de harmonische vervorming bij50 mW uitgangs- vermogen.

-C

♦ zè % § 1§ 0 -50 -25 0 25 50 75 °C 100110

omgevingstemperatuur

Afb. 83. Temperatuurafhankelijkheid van de harmonische vervorming bij 5 W uitgangs- vermogen.

-c

t; P0S w. UfMRt= 16 (1Afb. 84. Harmonische vervorming uitge­

zet tegen de frequentie. è' 3S 2§ I

N

5 0 20 50 100 200 500Hz 1 2 5 10kHz 20frequentie

°/oU„ = 34 V; RL = 16 ftAfb. 84a. Bij uitgangsvermogens van

meer dan 5 W nemen harmonische ver­vorming en intermodulatie sterk toe.

t! TTTTItO Ht: tkHi - 4:11

‘

j: , K trm. w«. <4 I tHr' li—ro 0,05. Q? 0,5 1 2

uitgangsvermogen5 Yf

101

Afb. 84b en afb. 84c. Intern vermogens- verlies uitgezet tegen het uitgangsver- mogen bij 3% harmonische vervorming. Links van de streeplijn is de vervorming minder dan 3%. (General Electric).

Rendement = PoP0 + vermogensverlies

zekering 0,4 A

I _JSj-S-LhhInF ^ ^ 5 O/jF

750kSlAfb. 85. 4 è 5 W-versterker ppj met hoogohmige ingang door 2N230^ combinatie van FET en IC.

0,1 liF22,9/ 1 25/33nf /T\

HWyH / /v IC 7PA 246

w»5 OOfiF75 m 330 35/kil kil8 2,9 f mWnF\lHSl

22SL82kSl\0mV

4.7.10 W-brugversterker met twee stuks PA 246 en FET-toonregeltrapDe brugschakeling is een interessante methode om van twee geïnte­greerde geluidsversterkers met beperkt vermogen één combinatie met een veel grotere versterkingsfactor te maken. Op deze wijze kan men het uitgangsvermogen van twee balansversterkers minstens verdubbe-

102

o

*1-at

§ 9'nCD

2

«l s-i- CD

% 5!s=r *■*

3£=>IIiU ?t1^:9 3to 5

§ i14= -<» cO--- 11 22§ I 34

• txi

©

è ocÜ u. ©iL £ 95 "O5. ii c— *~D o

•H

I-2-3228 2£ Su._ _

3*3--Q*

iQ

<o£ co .»N

«

ï*

103

len. In theorie is zelfs een verviervoudiging van het uitgangsvermogen mogelijk, maar dat is in de praktijk niet te realiseren vanwege het oplo­pen van de kniespanning (collector-emitterspanningsverlies bij over- sturing) en de grenzen die aan de maximale belasting van de gebruikte IC's zijn gesteld. Grotere uitgangsvermogens gaan nu eenmaal gepaard met grotere collectorstromen in de IC's van de eindtrappen, en bij het overschrijden van een bepaald maximum kunnen deze de schakelingen onherstelbaar beschadigen. Bovendien vervalt bij deze brugschakeling van de eindtrappen de ontkoppelingscondensator.

Afb. 86a. Met de instelpot.meter van 10 k£l kan het werkpunt zó worden in­gesteld dat de harmonische vervorming minimaal is.

impedantieomvormer

De twee brugversterkers moeten met dezelfde amplituden maar tegen­gestelde fasen worden uitgestuurd. Aangezien de IC type PA 246 een inverterende en een niet-inverterende ingang heeft, is de oplossing van dit probleem bij deze verschilversterker al heel simpel. Men behoeft slechts het signaal bij de ene versterker op de inverterende ingang en bij de tweede brugversterker op de niet-inverterende ingang aan te slui­ten, en dan is al automatisch aan de eis van de tegengestelde fase voldaan.Zoals uit het schema (afb. 86) blijkt, wordt het van het toonregelcircuit bij de collector van T3 (type BC 107) afgenomen signaal tegelijkertijd naar ingang 14 van de IC1 en naar ingang 13 van de IC2 gevoerd. De luidsprekers, die een impedantie van minstens 32 ü moeten hebben (twee exemplaren van elk 16 H in serie geschakeld) worden dan tussen de beide versterkeruitgangen (aansluitpunten 7) geschakeld.Met behulp van de instelpot.meter van 500 kü kan men de brug zó cor­rigeren dat het verschil in gelijkspanning van de twee versterkeruitgan­gen nul wordt. Voor het instellen moet men een gelijkspannings-volt- meter (20 kH/V) in plaats van de luidsprekertussen de uitgangsklemmen aansluiten.De overige externe componenten van de twee brugversterkers komen met het zo langzamerhand bekende patroon overeen.Interessant is bij deze versterkerschakeling echter de niet alledaagse uit­voering van het toonregelcircuit. Als ingangstrap ervan dient een sper- laag-veldeffecttransistor van het type 2N4304. Wil men in plaats hiervan een ander FET-type gebruiken, dan moet men eventueel een nieuw

104

werkpunt bepalen om de harmonische vervorming zo klein mogelijk te houden (afb. 86a).De FET levert een hoogohmige ingang (ca. 1 Md), zodat allerlei soorten signaalbronnen rechtstreeks aangesloten kunnen worden, met name kristalsystemen van platenspelers. Tegelijkertijd wordt de FET-trap voor faseomkering gebruikt. De versterkingsfactor van de toonregeltrap is nagenoeg 1.De twee frequentieafhankelijke spanningsdelers (in feite hoogdoorlaat- en laagdoorlaatfilters) zijn zó aangesloten dat ze al naar gelang van de pot.meterstand een grotere of kleinere meekoppeling (selectieve terug­koppeling, versterking) leveren wanneer de spanning in de oorspronke­lijke fase wordt afgenomen en een demping (tegenkoppeling) als deze in tegenfase wordt afgenomen.Ongeveer in de middenstand compenseren de tegenfasige spanningen elkaar en bij deze stand is de weergave van hetfrequentiebereik lineair, bij een spanningsversterkingsfactor 1.De uitgangen van de twee parallel geschakelde selectieve spannings­delers (hoogdoorlaat en laagdoorlaat) zijn via de ontkoppelweerstan- den van 470 kü verbonden met de gate van een tweede veldeffect- transistor (FT2), die als impedantie-omvormer dienst doet. Doordat de ingang hiervan hoogohmig is, kunnen de selectieve spanningsdelers met kleine capaciteitswaarden werken die overigens een overeenkom­stig kleine tolerantie moeten hebben).FT2 stuurt T3 (type BC 107), die galvanisch met de source-aansluiting is verbonden. Het werkpunt van T3 wordt gestabiliseerd door de emit- terweerstand. De belastingsweerstand bedraagt 3,9 kH en is tegelijker­tijd de gemeenschappelijke collectorweerstand van FT1 en T3.Het toonregelbereik van de trap is weergegeven in afb. 86b. Een door de auteur ontworpen printplaat voor deze schakeling is in afb. 87 in beeld gebracht.De complete 10 W-versterker met de twee geïntegreerde schakelingen vereist een printplaat met de afmetingen 100 mm x 100 mm. Men moet er vooral aan denken beide IC's te voorzien van voldoende grote koel-

+15dB

+10

Afb. 86b. Bereik van de toonregeltrap. Kromme 1 maximale versterking van de lage tonen, kromme 1a maximale ver­zwakking van de lage tonen. Kromme 2 maximale versterking van de hoge tonen, kromme 2a maximale verzwakking van de hoge tonen.

+5

0

-5

-10

-15 30 100 200 500Hz 1 2 5 10 20 kHzfrequentie —►

105

s ° ° .-56pF-^:.^D

!*r'" y' S —330 pF—:.**1

*P*~ffcnhM . .—10 k

• ■

--------500pF 35V - ■9\

\ £

3.5*

Afb. 87. Printplaat met componentenbezetting van de 10 W-versterker.

platen (elk twee stuks van 35 mm x 40 mm en een dikte van 3 è 4 mm), die op de „vinnen" aan weerskanten van de behuizingen gesoldeerd moeten worden. De vier „vleugels" mogen elkaar niet raken.

Overige parameters van de 10 W-versterker: ingangsspanning uitgangsvermogen harmonische vervorming uitgangsweerstand frequentiekarakteristiek totale ruststroom voedingsspanning stroom bij volledige uitsturing

In afb. 88 en afb. 89 is het proefmodel van de schakeling uitgevoerd op een geperforeerde Pertinax-plaat, van weerskanten weergegeven. De koelplaten zijn hier verwijderd omwille van een beter overzicht.

ca. 280 mV bij 1 Mü max. 10 W ca. 1%32 n20 Hz tot 20 kHz ± 1 dB ca. 20 mA34 Vca. 0,8 A

106

Afb. 88. Proefmodel van de10 W-brugversterker (koelplaten weggelaten).

Afb. 89. Onderzijde van de10 W-brugversterker.

107

4.8. 15 W-geluidsversterker met BHA 0002Zoals reeds in de eerste hoofdstukken van dit boek ter sprake is geko­men, kan men in de dikkefilmtechniek ook in middelgrote series be­trouwbare hybridische schakelingen tegen een goed concurrerende prijs en met reproducerende eigenschappen vervaardigen.Een illustratief voorbeeld hiervan is de LF-versterker BHA 0002 van Bendix (zie afb. 135, blz. 151). Deze geïntegreerde hybridische schake­ling, die in de dikkefilmtechniek uitgevoerd is, levert een uitgangs- vermogen van 15 W aan 3,2 H bij een werkspanning van 30 V en een stroomsterkte van ca. 1,2 A.

0 7 mm vergulde koperen pen

52*7

ï$4»t plastic< • 5 ir afmetingen in mm. . 4 c=crnJO * • ^bovenzijdes

t a il 11 cz:

-JU 7 7,9?,5 keramisch substraat Afb. 90. Afmetingen van de BHA 0002.

15W-IC—| terugkoppelingr

I °6R7I

■° 7II T 3 werkspanning

51 ::o3 ui :: 02i :: oj rr RVi 11

ruststroom-instelling

-o 8Iuitgang

„ rh n

RS OfiS ftiofl RU n

I Afb. 91. De IC type BHA 0002. met een uitgangsvermogen tot 15 W.olL^ingang

tegenkoppeling 2\ R3I

ontkoppeling on­aards eindversterking■o9

ij-°10aarde voorversterking

De plastic(polysulfon)-behuizing ervan meet 52 mm x 26,7 mm x 8 mm en heeft een keramisch substraat (grondplaat) dat tevens dienst doet voor de warmteafvoer en -overdracht. Met behulp van een simpele metalen beugel kan de behuizing met een metalen chassis of koelprofiel worden verbonden. Aangezien de hybridische schakeling alleen met siliciumtransistoren werkt, zijn houdertemperaturen van -30 °C tot + 100 °C toelaatbaar (thermische weerstand 5 °C/W).Voor het nominale vermogen van 15 W is een koeloppervlak van ca. 225 cm2 aluminium met een dikte van ongeveer 3 mm of een equivalent

108

koelprofiel vereist. Bij vermogens tot ca. 2 W is geen extra koeloppervlak nodig.De behuizing telt tien aansluitingen in de vorm van 1 mm dikke vergulde pennen. Deze zijn voor toevoer van de signaalspanning, externe rust- stroomcompensatie, voedingsspanning, voor het aansluiten van de be­lasting (bijv. luidspreker) en voor het externe tegen-of meekoppelings- netwerk.De ingangsgevoeligheid (afb. 92) is 350 mV tot maximaal 500 mV/18 kü, zodat de 15 W-versterker met de gangbare voorversterkers (bijv. het steekkaartmodel met de MC 1303 P met of zonder toonregelcircuit) ge­heel kan worden uitgestuurd (vermogensversterking 60 dB).De frequentiekarakteristiek is van 25 Hz tot 20 kHz vrijwel lineair (-2 dB; zie afb. 93).

9 + 30/50UFI30V

m 50nFAfb. 92. 15 W-geluidsversterker met de BHA 0002. iCï

27(1? k3,2JlCi

250fiFI30V

:Afb. 93. Frequentiekarakteristiek van de versterker in afb. 92.

'

i

frequentie —►

* 121 %! io -jI 0,8§' 0,65

020

0 2 6 8 10 12 Ik 16 Wuitgangsvermogen —► frequentie

Afb. 94a. De harmonische vervorming van de BHA 0002 uitgezet tegen de fre­quentie (bij P0 = 15 W).

Afb. 94. De harmonische vervorming van de BHA 0002 uitgezet tegen het uitgangs­vermogen.

109

De harmonische vervorming bedraagt 0,7% (zie afb. 94 en afb. 94a), de signaal-ruisverhouding -70 dB, gemeten bij open ingang en een band­breedte van 50 Hz tot 10 kHz.De uitgangsruststroom is minimaal: 7 mA.Zoals in afb. 92 is te zien, zijn er maar drie externe weerstanden en vijf externe condensatoren bij nodig, dus ook op dit punt zijn de eisen minimaal. Het rendement van 60% bij 15 W is verrassend goed.

Werking. Het ingangssignaal van 350 è 500 mV wordt aan pen 3 toege­voerd. Pen 2 is voor het aansluiten van het externe tegenkoppelingscir- cuit bestemd.De waarden van R2 en R3 zijn zeer verschillend, zodat de aansluitingen niet verwisseld mogen worden. Op pen 1 moet een externe ontkop- pelingscondensator worden aangesloten.Het signaal wordt door de stuurtransistor T1 met dezelfde amplitude en fase toegevoerd aan de transistoren T2 en T4, die de complementaire trap vormen. Deze stuurt volgens het principe van de quasi-comple- mentaire schakeling de twee eindtransistoren in emitterschakeling in tegenfase aan. Om grotere stroomsterkten te kunnen verwerken, zijn steeds twee IC-transistoren parallel geschakeld.De dioden D1, D2 en D3 zijn opgenomen om schommelingen in de voedingsspanning te compenseren en voor de thermische stabilisatie van de ruststroom. Hoewel de geïntegreerde weerstand R4 en ook de geïntegreerde condensator al een tegenkoppeling vertegenwoordigen, kan men toch door middel van de externe tegenkoppeling de frequen- tiekarakteristiek en versterking nog aanpassen door een deel van de uit- gangsspanning naar de versterkeringang (pen 2) terug te voeren.Om de ruststroom in te stellen, moet een instelpot.meter van 1 kH met de twee aansluitingen 4 en 5 worden verbonden. De ruststroom dient ca. 7 mA te bedragen. Volgens de ervaringen van de auteur moet de pot.meter ongeveer in het midden, omstreeks 450 H, worden ingesteld. De RC-elementen 470 H/22H en 50 nF, parallel aan de uitgang, dienen voor stabilisatie - ze verminderen de neiging tot oscilleren.

201 wI 18

I' 16 /I 12 78

O)

5 *I 2

belasting —► 0 Ik 20 25 30 35Vwerkspanning —►

Afb. 95a. Invloed van de voedingsspan­ning op het uitgangsvermogen.

Afb. 95. Invloed van de belasting op het uitgangsvermogen.

110

Zoals in afb. 95 is te zien, levert de transformatorloze eindtrap alleen een uitgangsvermogen van 15 W (de nominale waarde) bij een belasting van 3,2 a 4 H. Wordt er bijvoorbeeld een 8H-luidspreker op aangesloten, dan staat daarvan nog slechts ruim de helft ter beschikking (afb. 95a) en bij een 16 H-luidspreker is het uitgangsvermogen niet meer dan 4 a 5 W.Het verband tussen het uitgangsvermogen en de temperatuur van de behuizing is in afb. 96 weergegeven. Dit diagram vormt het uitgangs­punt voor het dimensioneren van de koelelementen.

A 20 T wAfb. 96. Invloed van de temperatuur van de behuizing op het uitgangsvermogen. % 16 \15o 12Ë

§ 8 HiA! ♦s o

0 25 50 75 100°Ctemperatuur van omhulling —►

4.9. 30 W-brugversterker met twee BHA 0002

Twee 15 W-geluidsversterkers type BHA 0002 kunnen in brugschakeling uitgangsvermogens van ca. 30 W leveren. In het voorbeeld van afb. 97 geschiedt de hiertoe vereiste aansturing van de twee versterkers IC1 en IC2 met gelijke amplitude maar tegengestelde fase door de faseom- keertrap met transistor T1, aangezien de brugversterkers niet van het type verschilversterker zijn en dus geen inverterende ingang hebben. Het ingangssignaal gaat eerst naar een sperlaag-veldeffecttransistor, waarvan de hoogohmige ingangsweerstand de voorgeschakelde sig- naalbron of versterkertrap niet belast. Defaseomkeertrap, bestaande uit de hoogohmige impedantieomzetter in de vorm van een FET en de eigenlijke fasedraaier met de transistor T1, levert geen versterking. Om het uitgangsvermogen van 30 W te bereiken, is zodoende een ingangs- spanning van ca. 400 a 500 mV nodig.Ontkoppelingscondensatoren kunnen bij deze brugschakeling niet achterwege blijven, omdat ze moeten zorgen dat eventuele gelijkspan- ningsverschillen tussen de twee aansluitingen 8 de luidspreker(s) niet bereiken.Zeer gunstig zijn de betrekkelijk lage werkspanning van slechts 30 V voor 30 W en de vrij hoge belasting, die maakt dat bij het afsluiten met een 30 W-luidspreker met een impedantie van 8 n toch vrijwel het volle uitgangsvermogen beschikbaar is.

111

O)

5-C

O)5

-Q

•S&o0)<u

§*? O)s

O).S

B9Hl-V.

IIt sejn

8oco

I" KOi

5

N

A Ac3,•s

I

112 i

I

;

De ruststromen worden ingesteld met de 1 k H-instel pot. meter, op de manier die in afb. 97 is aangegeven.Om oscilleren en brom te voorkomen, moet men er bij deze brugschake- ling goed op letten dat de aardaansluitingen die bij de voorversterker horen, niet met de aardverbindingen van de eindtrap mogen worden verbonden. Hetzelfde geldt trouwens bij toepassing van een enkele ge­luidsversterker BHA 0002.

113

5. VOEDINGSEENHEDEN

Omdat er op het gebied van voedingseenheden voor versterkerschake- lingen zeer veel gespecialiseerde publikaties met diverse voorbeelden bestaan, zullen we hier niet diep op deze materie ingaan. We beperken ons tot een korte behandeling van enkele eenvoudige manieren om symmetrische spanningsbronnen te construeren, waarbij zal blijken dat men zelfs met één IC al een goede gestabiliseerde voedingseenheid kan bouwen.Veel operationele versterkers kunnen slechts met symmetrische voe­dingsspanningen werken - de geïntegreerde schakeling MC 1303 P is er een voorbeeld van. De afbeeldingen 98, 99 en 100 geven drie manie­ren weer waarop men aan deze eis kan voldoen. Aangezien de MC 1303P slechts ca. 15 mA stroom afneemt, kunnen daarvoor zener- dioden met toleranties van ± 10% worden gebruikt. Een andere moge­lijkheid is van een eventueel aanwezige voedingseenheid de spanning

Dg <t!3VJ-JgWjrF ^zo i+fO0O/if 4= QÏ//F

15/iJLlOOOfiF ..

" * 35/ diZD T 75/ T 0,1/iF<-13/Rv

Afb. 98. Voedingseenheid I.

•jififfrtTig <+/30.1(iF

1J15Z jVtf

<-13/

Afb. 99. Voedingseenheid II.

DCCr¥

<+73/Rf hwOOfiF

f- TZO t\R, cb lOOOfiF

41000/jF35/

<-13/Afb. 100. Voedingseenheid III.

114

met behulp van zenerdioden symmetrisch te maken op een niveau van plus en min 13 a 15 V.Rb is een beveiligingsweerstand; de waarde ervan ligt in de orde van grootte van 1 a 5 ü.Afhankelijk van het aantal gebruikte MC 1303 P-schakelingen, moet de weerstand Rv de volgende waarde hebben:

Uzi + Uz2 UpRv = (0,015 )n + lz

Hierin is: UZ1 en UZ2 de spanning van de zenerdioden; UD de positieve voedingsspanning; n het aantal aangesloten IC's type MC 1303P. Iz is de door de zenerdioden vloeiende stroom (zenerstroom). Deze stroom- doorgang gaat met een minimale dynamische weerstand in de dioden gepaard.Bij 20 V voedingsspanning en toepassing van één van een koelster voor­ziene zenerdiode ZL 15 (15 V) moet Rv volgens de bovenstaande formu­le de volgende waarden hebben: bij 60 mA: rv = 75 £1 (zenerstroom 10 mA) bij 30 mA: Rv = 120 ü bij 15 mA: Rv = 200 ü

5.1. Gestabiliseerde voedingseenheid met TAA 861Hoe een schakeling met IC's gecombineerd kan worden met een voe­dingseenheid die zelf met een IC werkt, is te zien in een voorbeeld dat aan de Siemens-documentatie is ontleend (afb. 101).De stabilisering van de spanning gebeurt hier infeite met twee onderde­len: een operationele versterker IC type TAA 861 en een erachter als emittervolger geschakelde transistor T1. Met de pot.meter P1 kan de uit- gangsspanning op de gewenste waarde worden ingesteld.

VI3.9kSl U

15... 20/ T2BCY582

►2WkS23.3W2

|J n R21 BCY58

msi 31taa861O Uu500iiF\ 4 8'64

47 pF »r+BZY8 5 8ZY855 OOfiFD12 C8V8 25kS2

0&Afb. 101. Regelbare, gestabiliseerde voedingseenheid met een TAA 861 en twee transisto- ren (Siemens).

115

De grootte van de uitgangsstroom wordt begrensd door T2 en R2. Door R2 een andere waarde te geven, kan men dus de uitgangsstroom groter of kleiner maken.Wanneer UBE = lu-R2, wordt T1 stroomloos en de andere transistor, T2, fungeert dan dus als een simpele geleider.Bij de schakeling in afb. 101 is de uitgangsstroom op 60 mA begrensd; door R2 te halveren (tot 5 H) kan men deze waarde op ca. 120 mA bren­gen. De maximaal toelaatbare uitgangsstroom is bij deze uitvoering 200 mA, waarbij men dan wel voor dienovereenkomstig grote koelelemen­ten moet zorgen.Is voor een gegeven toepassing een hogere uitgangsstroom vereist, dan moet T1 door een voldoende zware vermogenstransistor worden ver­vangen. Ook R1 moet dan in een aantal gevallen worden aangepast. De kern van de schakeling wordt gevormd door de operationele verster­ker TAA 861, waarvan de niet-inverterende ingang (3) via de zenerdiode BZY 85 D12 op de 6,8 V referentiespanning (BZY 85 C6 V8) is aangeslo­ten.Via de regelbare tegenkoppeling wordt een deel van de uitgangsspan- ning teruggevoerd naar de inverterende ingang (aansluiting 4). Doordat U3>4 bij uitsturing nul is, stelt de uitgangsspanning Uu zich automatisch zó in dat de waarde aan de loper van de pot.meter eveneens 6,8 V is.

5.2. Praktische aanwijzingen voor de dimensionering van voedingseen- heden

Bij de toepassing van niet-gestabiliseerde voedingen voor versterker- schakelingen dient men er rekening mee te houden dat de drie hoofdon­derdelen, te weten de transformator, de gelijkrichter en de filtercompo- nenten, royaal bemeten moeten zijn.Blijkt uit de berekening dat voor een gegeven schakeling bij volle be­lasting en de meest ongunstige werkomstandigheden een uitgangs- vermogen x vereist is, dan moet de voedingseenheid een vermogen kunnen leveren dat daar zeer ruim boven ligt. De warmteontwikkeling en ook de inwendige dynamische weerstand van de niet-gestabiliseerde eenheid kunnen daardoor aanzienlijk worden gereduceerd. Bij zgn. zachte voedingseenheden leiden te klein bemeten ontkoppelingscom- ponenten anders maar al te gauw tot storende verschijnselen bij maxi­male uitsturing en grote signaalspanningen. Filter-, ontkoppelings- en laadcondensatoren moeten daarom altijd royaal bemeten zijn.De capaciteiten van de elektrolytische laadcondensatoren moeten bij monoversterkers in de orde van grootte van 5000 /aF liggen en bij stereo- versterkers met hun dubbele stroomafname bij ca. 10 000 è 15 000 /xF. Elektrolytische ontkoppelingscondensatoren moeten capaciteiten heb-

116

ben van ca. 500 a 1000 /xF, afhankelijk van de weerstand en de stroomaf- name. Verder moet de laadcondensator nog met een polyester-conden- sator van ca. 0,1 è 0,33 /xF overbrugd worden, opdat eventueel nog aan­wezige MF-storingen naar aarde worden afgevoerd, ben praktische tip is een siliciumdiode in de voeding van de voorverster- ker in te lassen op de manier van afb. 102. De diode wordt in de doorlaat- richting aangesloten en dient alleen om te voorkomen dat de condensa­tor C bij sterke teruggang van de voedingsspanning (bijv. veroorzaakt door kortstondige pieken in het uitgangsvermogen) wordt ontladen.

D naar voorversterker

Afb. 102. Tussen de voedingseenheid en de voorversterker opgenomen siliciumdiode. T WOOjjF

117

6. COMBINATIES VAN IC-CIRCUITS

Aangezien de met IC's opgebouwde versterkers in steekkaartuitvoering praktisch zelfstandige bouwstenen vormen en bovendien de ingangen en uitgangen van meet af aan op een zo universeel mogelijke bruikbaar­heid zijn afgestemd, kunnen de in het voorgaande behandelde steek­kaarten te zamen met andere IC's tot allerlei complete LF-apparaten worden gecombineerd.Dank zij deze compatibiliteit van de miniatuur-bouwstenen ligt de bouw van „op maat gesneden" mengpanelen, mixers, nagalm-apparaten en stereoversterkers op deze wijze binnen het bereik van de amateur. De voedingseenheid behoeft in dit verband zeker geen probleem te vor­men.De hele gang van zaken krijgt enigszins het karakter van een recept: „Men neme die en die modules...". Voorwaarden voor een goed resul­taat zijn hierbij wel dat men de aardingspunten weloverwogen kiest en dat er voor een goede ontkoppeling van de trappen onderling zorg wordt gedragen. Andere praktische punten waaraan men zich beslist moet houden, komen in hoofdstuk 8 nog aan de orde (blz. 132).Het universele karakter van de voorversterker-steekkaarten met de IC's type MC 1303 P maakt deze units ook bruikbaar voor het uitsturen van gewone transistor-eindtrappen. Hieronder volgen nu een aantal voor­beelden van de manier waarop IC-circuits onderling gecombineerd kun­nen worden; het is overigens niet uitgesloten dat de componenten­waarden voor bepaalde combinaties niet optimaal zijn, maar dit is geen bezwaar.

6.1. Actief lineair mengpaneel met VU-metersAfb. 103 geeft een schema voor een met IC's opgebouwd actief monau- raal mengpaneel met ingangen voor twee microfoons en een derde AF- bron, bijvoorbeeld een tuner of bandrecorder.Afb. 104 geeft de bijbehorende voedingseenheid weer.Alle drie ingangen zijn uitgerust met mengregelaars, zodat de verschil­lende signaalbronnen in alle verhoudingen met elkaar gemengd kunnen worden zonder dat men van terugwerking last heeft.

118

Ö

3- 3*cf o'

u.

tII«mSè

fN Ö W} «N

* Ui<NID 8 ss

01

rs Êu_« 8*o8 §*® l < s

O)s05s*■ou.Q>

Sr 10

§ c'11sl

*ccoQ.O)

?! „ <0 §

ESÊN | "co

2fi 3coff

Is

CO§C*5O

ö

I1 S

____ I §I

119i•.\i

Omdat de ingang „tuner" bestemd is voor bronnen die een naar verhou­ding hoog spanningsniveau afgeven en als regel ook hoogohmig zullen zijn, is hier een TAA 320 toegepast, die het voordeel heeft de signaalbron niet te belasten. Een andere IC type TAA 320 wordt als somversterker gebruikt.Bij de bouw van een dergelijk mengpaneel moet men er terdege op let­ten dat de vermelde spanningswaarden goed worden aangehouden. Andere combinaties voor ervaren zelfbouwers:

6.2. Stereo-meng- en stuurpaneelAfb. 105 geeft een voorbeeld van een mengpaneel voor drie stereo- signaalbronnen, elk met gescheiden bas- en diskantregeling.De twee zeer gevoelige microfooningangen kunnen op magnetodyna- mische stereo-elementen overgeschakeld worden, waardoor het paneel bijvoorbeeld in discotheken gebruikt kan worden om zonder onderbre­king met twee hifi-platenspelers te werken.Verder is het mengpaneel uitgerust met een geïntegreerde weergave- versterker (type PA 246), zodat de twee stereokanalen gescheiden ge­regeld kunnen worden. Bovendien heeft elk kanaal een eigen modula- tiemeter, waarop men de uitsturing optisch kan controleren. Om de uït- gangsimpedantie ook bij de grote uitgangsspanningszwaai minimaal te maken, bevat het mengpaneel een extra eindversterker. Deze werkt niet met IC's maar met transistoren en levert een versterking van slechts 2 è 2V2 x. Met behulp ervan bereikt men een uitgangsspanning van ca. 5 V aan 2 kfl. Ook bij een extra versterking van de hoge of lage fre­quenties door hettoonregelcircuit blijft de vervorming dan nog vrij laag. Afb. 106 (achterin het boek) geeft het schema van de bij deze schakeling behorende voedingseenheid.

6.3. 15 W-mengpaneelversterkerDank zij hun „compatibiliteit" kan men met de voorversterkers en toon- regelcircuits in steekkaartuitvoering, zoals die op basis van de IC type MC 1303 P zijn ontwikkeld, tot op zekere hoogte „op maat gemaakte" mengpaneel versterkers samenstellen. In afb. 107 en afb. 108 is te zien hoe een 15 W-mengpaneelversterker voor twee microfoons en twee andere AF-signaalbronnen (bijv. tuner en bandrecorder) opgebouwd kan worden.In plaats van de geïntegreerde LF-versterker BHA0002 zijn uiteraard ook vergelijkbare LF-eindtrappen bruikbaar, eventueel met grotere uit- gangsvermogens en elektronische beveiliging. Het voorversterkerdeel levert hiervoor een voldoende grote stuurspanning.

120

Q>

C«5Q.O)§56coE<5-co

§ o3

c=H s0)

§q>Vt05

•5■o

Is§i

ïC=H

jg c

H 5

*«o*& SU*P§«I-—1c=3—fllH

i r*■4=^ rwN

SO oQ:r~ M *

<0 o% c 3i*-===f)É

£_Isn /-

§ S.+SD gl £ ÖS 3 O» 3 ..è JiV%\ /?■s_L*| \§ft;S? V-

s

/I *ó','TKM / W

u. r—*~7 o*=G7 i■*'

§ iH'Min

7 3«'«f o°4

K=HHI 1 5ICD—|è

"TlcJ.S

_ J5- & J5cnu.

Tti«j Q 0.UKJ KJ * KJKJ * c«I

N ii (Ti$ (T d>5 S

121

6.4. 12 + 12 W hifi-stereoversterkerZoals uit afb. 109 blijkt, kan men met behulp van een stereo-voorverster- ker in steekkaartuitvoering (zie blz. 68) en een bijpassend toonregel- circuit (zie blz. 73) plus twee geïntegreerde LF-eindversterkers een complete 12 + 12 W hifi-stereoversterker opbouwen. Een dergelijke „IC- techniek" resulteert in bijzonder compacte apparaten, wat in principe een voordeel is. Anderzijds betekent het wel dat de algemene „bouw­voorschriften” voor LF-versterkers hierbij zeer nauwkeurig aangehou­den moeten worden, omdat er bij deze werkwijze immers een zeer hoge „versterking per ruimte-eenheid” tot stand komt.

6.5. Nagalmschakeling met IC'sAfb. 110 stelt een nagalmsysteem voor waarbij de versterkers van de ingaande en uitgaande signalen beide met IC's zijn opgebouwd. Met be­hulp van de IC type PA 237 wordt het te vertragen ingangssignaal zó versterkt dat het in de ingangsspoel opgewekte magnetische veld voldoende sterk is om de twee spiralen (met verschillende veerconstan- ten) te bekrachtigen. Hierdoor wordt in de hoogohmige uitgangsspoel een AF-spanning opgewekt die door de IC type TAA 263 tot het ge­wenste niveau wordt versterkt.De vertragingstijd is van de keuze van de spiralen afhankelijk; bij de gangbare, goedkope systemen loopt ze uiteen van ca. 15 ms tot ca. 2 s. De sterkte van de nagalm is door middel van de regelaar in te stellen.

122

i!®-*5 ■

.

*

'

■cfH:

=Ro 5•tr s I2c s Mi 31o

ie5idi 3*B-iiI i

*!b-i!1O)*1cs ic ï I t5 Io

2s I !i i«oQ.

*1«O B-I!o N|CL

!!?2 ï 5-MiH<I H3<u ic i

3-ili03 5-1!03

§ 5O) III 214.s Hr*.3? iii I

r^fc y^r■O ^3H«2

13

bi03

§ Q1 3 i —4•3a. 13II!2 «o c

S|

11

p ■ i

I i-K5a00a

&$ayya$

"i ^ir=ilï :su •.

i|

J

3;vR

3o'k— «N^ 5 V

Is iè n. § a«III♦ m 5IsI §«N•c 3HIH -i"3 §§ § § NN2 8g.

irim 9 55 ocok kS lmN N

f®f =2«Jc5*"I5KUM;

? 8 & ai-------4^

k 05f I kO)O \.

§SccoI *tJ i»

8X

2Q.O)iH r §3Cin InO »*>

k Ó£* \ 2|[] £»N 5w1 co

0)§ 8 -c

__ «o

§ Ük T C5 3-L $ ♦N* "T" 01 y

O* TN. _ 5N

5S> 5«i•C

§0)coO)cso 3

^ O' (U

5«Cf

2 cd—IJO O

e

cÜ

rrfT13cr I

I II____ I

124

S c Q.f I l|® C 03 O

s °I«

SG

S-.CN

§ïïO, ^R}2>

C | Q) ^NI, '5lo

I? •5 2£ £Si03 S

Hl 1° II !«ia ? | -51 • 2 2

Pt5il|2 S § 2o ?§1a si!

5IU. I!NÜo» »I5C

!#l£ êÏï - C

NN*10. «IQ: <D

w 2«ƒ

co«o

aR3 §k5- * 8 \ Vl— sic

!HH=>-□E N? i□|a

b j<E 3is „□

i|ïSast

HÏL® cNliE §E HF*BB s

Cc SE Mi ijB□ siu.IE o

EE 2§8 sf*S §S 5 s.«

HH HHf

14n S”l-a» r-cpH

*4= ï! ^4= ef ï?g

22-HH

*0•Ü

II

fi®^ j!©^n<•»!ca

st 125f

c !I i22«

DlQ. I 8s 8■Q

I § O

5O §2 2

2^ O i. S !5 5!

£■>—

i». |£19* kk kas o~fT .„,81 N

:toH ’^h*'—Hl Hha u. qn

1*1 m Ns ^9S.-TH o' cT

U. i•n,fèk

IR,19 19HIN 19* N

iNsl ^t HPh

K

yik Oéi'S*s«I

<Q4FMtl[] c§«1 g [VÖ l-

O T-

$J_kk S>S2S>M' <* §ojQJc«oi aO)cQJ

E

to

floo

5QJ

■Cc

&c=5QJ

5o6O

ö

:

Yk ?i II I

i Ia> 11 I2 §

J *+

H % 2£

c: cS§ IICO

* JluOlIC) l

■UJ I U. '5u.

^ -Lsi

Uti-j

i?ia

I, iIQ.

I* «0 fI'S!

YiHl

Q

U.t

Ol-I

_a*o.

vv§

§IR

’èi —|l 7'-r

IS

H c I§ *I 22

22o5H 2ï J<* ¥H 1 $ I•c :£«N

+<N-- •-:>*o>o

€!

127

!

.

5'a'__ 1—

IT§

g*N

5 s* c

I Ss

53 .?2 Blo l£ E

3 "5O)

"UilI ¥TU

§ g«O

-*H 3§

1 &2 2 oSL4H 1 ©©* ? •2Js,IP p m« i£j_©ENik H •fe E©N

C■Sc sSiC=HN £i©i.i% ^ -Sc

§*= s 03©IP cd—H±>^h 2S-=H o

tv'

•«p Öy§ ■Sc

$2 \*-2-

^ »a-

CUo ^4= s § §.— t1

§us

128

7. PRAKTISCHE AANWIJZINGEN

VOOR DE OMGANG MET IC'S

Het gebruik van geïntegreerde schakelingen brengt speciale voorzorgen en eisen ten aanzien van de lay-out en de bedrading van de desbetref­fende circuits met zich mee, vooral wanneer het gaat om monolithische IC's met hun grote aantallen op één gemeenschappelijk kristalplaatje ondergebrachte actieve elementen. Alle zelfbouwers, maar in het bij­zonder die welke voor de eerste keer met IC's gaan experimenteren, doen er daarom goed aan de volgende praktische aanwijzingen ter harte te nemen, die er alle op gericht zijn overmatige belasting en blijvende beschadiging van deze toch piet zo goedkope onderdelen te voorko­men.

1. De in de gegevensbladen vermelde grenswaarden mogen niet - ook niet kortstondig - worden overschreden. Deze grondregel geldt ook voor die gevallen waarin andere parameters lang niettot hun maximaal toelaatbare waarden worden belast, m.a.w. elke grenswaarde geldt absoluut - onafhankelijk van alle andere. In de praktijk komt het er hier­bij vooral op aan dat de maximale werkspanning en dissipatie niet wor­den overschreden. Te hoge voedingsspanningen bij open belastingke- ten zijn bijzonder gevaarlijk en veroorzaken in veel gevallen een abrupte stijging van de ruststroom. De onbelaste voedingsspanning mag dus niet boven de voor de IC in kwestie nog toelaatbare werkspanning ko­men te liggen. Denk er aan dat alle onderdelen van een IC zowel elek­trisch als thermisch ten nauwste gekoppeld zijn.2. Uitgangspunt bij de dimensionering van de externe componenten moet zijn dat ook de pieken die onder bijzonder ongunstige werkom­standigheden optreden, bijvoorbeeld bij fluctuaties van de voedings­spanning, verandering van de instelling of de versterking e.d., geen schade aan de IC kunnen aanrichten. Ook aspecten als schommelingen van de omgevingstemperatuur en onderlinge verschillen in de IC#s van één serie moeten hierbij al verdisconteerd zijn.3. De aansluitingen van de behuizingen zijn genummerd en in de bo­ven- of onderaanzichten ervan is altijd een markeringspunt aangegeven (bij de dual-in-line-behuizing type TO 116 bijvoorbeeld een inkeping aan de voorzijde) om duidelijk te maken hoe de IC precies aangesloten moet worden c.q. in de voet moet passen. Als de IC omgekeerd in de voet

129

wordt gezet, kan dat de schakeling namelijk fataal worden wanneer de voedingsspanning wordt aangesloten.4. De voorgeschreven koeling moet onvoorwaardelijk worden aange­houden. Vooral vermogens-IC's zijn op dit punt kwetsbaar.5. Het substraat c.q. halfgeleiderkristal dat de IC bevat, moet - tenzij er andere instructies voor gelden - met de metalen houder worden ver­bonden. De „substraataansluiting" moet altijd de laagste potentiaal van de opstelling vormen (ook hier: tenzij andere instructies gelden) - geen enkel punt van de geïntegreerde schakeling mag negatief worden t.o.v. het substraat, ook niet voor korte tijd.6. Monolithische lineaire IC's bezitten als regel bijzonder hoge verster- kingsfactoren, ondanks hun miniatuur-afmetingen. Dergelijke IC's mo­gen daarom alleen werken met een aangesloten belasting, hetzij in de vorm van een ingangs- en uitgangsafsluitweerstand, hetzij in de vorm van een extern circuit of iets dergelijks. Bij zelfbouwapparaten kan het voorkomen dat de afsluiting voor testdoeleinden ontkoppeld moet wor­den. Doordat de aansluitpennen bij IC's zo dicht bijeen staan, kan het dan maar al te gemakkelijk gebeuren dat de capaciteit van de voet alleen al voldoende is om de versterker met zijn hoge versterkingsfactor door terugkoppeling tot oscilleren te brengen. De stabiliteit kan bevorderd worden door:

a. Reeds bij het ontwerp van printplaten voor IC-circuits rekening te houden met het feit dat geleiderstroken die terugkoppeling in de hand werken (dicht bijeen gelegen in- en uitgangen, tegenkoppelingscircuits) niet parallel mogen verlopen en zo ver mogelijk uiteen komen.b. Niet af te wijken van de voorgeschreven fasecorrectienetwerken en de waarden die de verschillende onderdelen daarvan moeten hebben.c. Weloverwogen te werk te gaan bij de keuze van de aardaansluitin- gen, die hier zeer kritisch zijn (zie ook hoofdstuk 8). Foutieve of dubbele aardingspunten kunnen ertoe leiden dat de versterker ongecontroleerd gaat oscilleren.7. Gezien het feit dat de trappen bij IC-circuits galvanisch worden ge­koppeld, moet de gelijkstroomtegenkoppeling voldoende groot zijn om bij alle temperatuur- en werkomstandigheden optimaal te kunnen functioneren.8. De wisselspanningstegenkoppeling mag niet „overdreven" worden, opdat ze niet tengevolge van de externe schakeling van de IC in een meekoppeling omslaat (afb. 111).9. De door de fabrikant in een aantal gevallen voorgeschreven maatre­gelen om instabiliteiten te vermijden, dienen beslist te worden uitge­voerd. Hetzelfde geldt voor de andere instructies in de gegevensbladen. Om een gefundeerd ontwerp te kunnen opstellen, moet men over een

130

goede documentatie aangaande de prestaties en toepassingen van het beoogde IC-type beschikken.10. Voor zelfbouwers is het gebruik aan te raden van speciale IC-voeten of (bij vermogens-IC's) van soldeerpennen, die een snelle verwisseling mogelijk maken. In de praktijk komt het maar al te vaak voor dat een IC door oververhitting bij het solderen of het afbreken van een aansluit- pen onbruikbaar wordt.

0Afb. 111. Tegenkoppeling. PA 246

0*3R1

|j|**R2

tegenkoppeling

11. Solderen. Bij stifttemperaturen tot ca. 240 °C mag de soldeertijd ten hoogste 10 s bedragen. De soldeerplaats moet minstens 2 a 2'l2 mm van de behuizing af liggen en de tinlaag mag niet binnen deze grens komen. Bij stifttemperaturen van meer dan 240 °C mag de soldeertijd niet meer dan 5 a 6 s zijn. De temperatuur van de behuizing mag hierbij niet boven de in de technische gegevens van de IC's vermelde opslag- temperaturen komen. Voor al deze gevallen dient men zich aan de instructies in de gegevensbladen te houden - de fabrikant weettenslot- te het beste wat zijn produkten nog tolereren.

131

8. DE LAY-OUT VAN IC-CIRCUITS

Hoe hoger de prestaties van een versterkerschakeling moeten zijn, hoe meer overleg en zorgvuldigheid de opbouw ervan vereist. Zelfs het beste schema kan geen garantie geven dat een zelfbouwapparaat per­fect werkt, ook niet als de maker ervan zich precies aan alle instructies heeft gehouden en de bedrading feilloos heeft uitgevoerd.Het komt niet zelden voor dat vooral de mechanische maar ook de elektrische constructie van zeer gevoelige versterkerschakelingen met IC's te weinig aandacht krijgt, met het gevolg dat de versterker wanneer hij klaar is oscilleert, rommelt, fluit of bromt. Allemaal ergernis die men zich had kunnen besparen door precies de hand te houden aan een serie elementaire constructieregels.De zelfbouw van versterkers met geïntegreerde schakelingen vereist om te beginnen een zekere ervaring in de omgang met halfgeleiders, het ontwerp van geleiderplaten en de lay-out van de bouwstenen.In principe dient men zich aan de volgende punten te houden:

1. Met de lay-out, d.w.z. de „vertaling" van het schema in een zo praktisch en effectief mogelijke opstelling van de diverse onderdelen, moet men pas beginnen nadat alle componenten voorhanden zijn. Vooral het ontwerp van printplaten is sterk afhankelijk van de afmetin­gen van de aan te sluiten onderdelen.Nu de miniaturisering zover is gevorderd dat we van een nieuwe „ge­neratie" van elektronische componenten kunnen spreken, kan het voorkomen dat weerstanden en condensatoren voor de gegeven werk­spanning in de praktijk van zeer uiteenlopend formaat blijken te zijn, ook al hebben ze dezelfde belastbaarheid en capaciteit. Bovendien kan men zich aan de hand van de ontvangen componenten beter een idee van de beste configuratie vormen c.q. de vereiste behuizing bepalen.2. De lay-out moet zó zijn dat de ingangen en uitgangen van de bouw­stenen en ook die van de versterker ver uiteen liggen. Wanneer een ingangs- en een uitgangsleiding die beide een AF-signaal voeren naast elkaar liggen, kan dat tot oscilleren van de versterker leiden.3. De bouwstenen c.q. schakelingen moeten zó worden verdeeld dat de gevoeligste ingangstrap van de versterker (die door middel van een

132

RC-circuit tegen hoogfrequente strooispanningen beschermd moet worden), bijv. de microfoonvoorversterker, zo ver mogelijk af ligt van de uitgangstrap en de voedingseenheid. Transformatoren van net- voedingen hebben vooral een naar verhouding uitgebreid strooiveld. Tussen de ingangs- en de uitgangstrap moeten de minder gevoelige tussentrappen, zoals de toonregelcircuits, een plaats krijgen. Het beste is een opeenvolging te maken van hoge naar lage gevoeligheid.

afscherming

Afb. 112. Afscherming en aarding van gevoelige AF-leidingen.

aarding

4. Audiofrequentleidingen die met zeer gevoelige ingangen en uitgan­gen zijn verbonden, moeten van afgeschermd draad zijn. Het gebruik hiervan is ook noodzakelijk bij hoogohmige ingangen en uitgangen.5. Bij stereoversterkers moeten leidingen worden gebruikt met van elkaar geïsoleerde afschermingen, die maar op één plaats geaard mo­gen worden. Houdt men zich hier niet aan, dan kan gemakkelijk brom optreden doordat aardlussen ontstaan.Een fout die in de praktijk veel voorkomt en waar men dus speciaal op moet letten, is dat bij de toepassing van DIN-pluggen voor hettoevoeren

VOOr-vnfrUfAfb. 113. Juiste uitvoering van de aard- ^

aansluitingen van een versterker met centrale aarding.

r*0«ar«p

1••njc ng j

van de signaalspanning via een eenaderige afgeschermde leiding de plugaansluiting 2 niet met de afschermhuls verbonden mag worden. Bij tweeaderige afgeschermde signaalvoerende leidingen moet de afscherming via de huls geaard zijn, maar ook in dit geval niet met de aansluiting 2 worden verbonden.6. Van essentieel belang voor een goede werking van het apparaat is dat de aardleiding perfect werkt. De aardaansluitingen van alle verster- kertrappen en ook die van de afgeschermde leidingen moeten via een dikke, t.o.v. het chassis geïsoleerde, zo kort mogelijke verbindingsdraad

133

(bijv. verzilverd type, doorsnede 1 mm2) verbonden zijn met een cen­traal aardaansluitpunt (CM in afb. 113). Wanneer meer apparaten ge­combineerd worden, moet slechts één ervan vanaf dit punt op aarde worden aangesloten. De aarddraden van de andere delen worden alle verbonden met dit centrale punt CM, dat het enige elektrische contact van de aarddraden met het chassis vormt. Ook de aarding van het platenpakket in de nettransformator en de minpool van de voedings­spanning gaat alleen naar CM.7. Is een symmetrische voedingsspanning vereist (± 13 a 15 V in het geval van de steekkaarten met de MC 1303 P), dan moet men erop letten dat de minspanning (-13 V) geïsoleerd moet zijn t.o.v. het chassis en andere onderdelen. Beide draden voeren in dit geval immers dezelfde spanning t.o.v. aarde, alleen hun polariteit is tegengesteld.8. Alle versterkertrappen moeten door royaal bemeten filtercircuits ontkoppeld worden. Wanneer voor de ontkoppeling slechts een geringe spanning beschikbaar is, zodat men met zeer kleine weerstanden in de RC-circuits moet werken, mogen de condensatoren zeker niet te klein worden gekozen. Te grote „spaarzaamheid" op dit punt zou zeker een goede ontkoppeling en dus een goede werking van de verschillende trappen in de waagschaal stellen. Alleen wanneer ook zenerdioden of transistoren in de filtercircuits worden toegepast, mogen de condensa­toren wat kleiner uitvallen (om ruimte en soms ook kosten te sparen).9. De verschillende units moeten zó gemonteerd zijn dat ze t.o.v. elkaar zo goed mogelijk afgeschermd zijn. Dit is eenvoudig te realiseren door voldoende afstand tussen de geleiderplaten en het chassis aan te hou­den.10. De voedingseenheden moeten zowel aan de primaire als aan de secundaire kant beveiligd zijn. Alle apparaten moeten zonder gevaar voor aanrakingsspanning en mechanisch stabiel uitgevoerd zijn, in overeenstemming met de ervoor geldende voorschriften. Dit punt is vooral belangrijk als het toestel door leken gehanteerd moet worden.11. Vooral bij vermogens-IC's komt het erop aan dat de koeling goed functioneert. De afvoer en convectie van de van behuizingen en koelpro- fielen opstijgende warme lucht mag niet door schotten in de instru­mentkast of uitwendige blokkering van de ventilatie-openingen worden bemoeilijkt.12. Leidingen die wisselspanningen voeren (geen signaalspanningen), zoals de toevoer van de gelijkrichter, de netaansluiting e.d., moeten ge­twist worden.13. Een zeer belangrijk punt is het volgende: aangezien de meeste LF- vermogensschakelingen niet tegen kortsluiting van de uitgang bevei­ligd zijn en vermogens-IC's daar in het algemeen niet tegen bestand zijn, mag de luidsprekeraansluiting beslist niet worden kortgesloten.

134

Het is ook fout om een luidspreker te gebruiken met een impedantie die lager is dan het minimum dat voor de schakeling in kwestie geldt. Op een 6 O-uitgang mag wel een 16 (1-luidspreker worden aangesloten, maar niét een van 4 O.De belastbaarheid (vermogen) van de luidspreker moetten minstegelijk zijn aan het uitgangsvermogen van de eindtrap. Luidsprekers met een hogere belastbaarheid leveren als regel nog een verbeterde weergave, vooropgesteld dat ze de juiste impedantie hebben.

PA 246

Afb. 114. Zobel- of Boucherot-filter om de neiging tot oscilleren te onderdrukken die bij hoge frequenties kan optreden als gevolg van inductieve belastingen of lange luidsprekerleidingen.

cW//f

R22SI

Boucherot-tilter

14. Om de neiging tot oscilleren van eindversterkers te onderdrukken (die bij hoge frequenties vaak door inductieve belastingen of lange luidsprekerleidingen wordt veroorzaakt) kan men het in afb. 114 weer­gegeven zgn. Zobel- of Boucherot-filter toepassen.15. Ruststroominstelling. Een te grote ruststroom kan tot gevolg heb­ben dat de eindtransistoren bij het oplopen van de temperatuur zoveel uiteen komen te liggen dat er één te zwaar wordt belast en stuk gaat. Een te geringe ruststroom daarentegen leidt bij zwakke signalen tot gro­te vervormingen bij het uitsturen van de eindtrap (afb. 119). Het is daarom belangrijk dat de voorgeschreven, optimale ruststroom precies wordt aangehouden. Bij kleinere tot middelgrote eindtrappen ligt de waarde als regel bij ca. 20 mA.16. De afbeeldingen 116 tot en met 122 geven deze en andere mogelijke afwijkingen weer, elk voorgesteld door het karakteristieke oscillogram- beeld.

onvervormde sinuscurve symmetrische begrenzing

Afb. 116. Symmetrische Afb. 117. Asymmetrische begrenzing, bijv. tengevol- begrenzing, bijv. tengevol­ge van oversturing van een ge van foutief gekozen goed ingestelde versterker. werkpunt en te grote exter­

ne belasting.

asymmetrische begrenzing

Afb. 115. Sinuskromme, onvervormd.

135

'IN normalesinuskrommer

vTvfoutief gekozen werkpunt te lage ruststroom

ruststroom = nul

Afb. 120. Ruststroom = 0.Afb. 118. Foutief werkpunt. Afb. 119. Verloop dat type­rend is voor te lage rust- stroominstelling bij trafo- loze eindtrappen, te meten bij geringe uitsturing van de eindtrap.

Afb. 121. Superpositie van brom, bijv. veroorzaakt doordat gevoelige AF-lei- dingen niet goed zijn afge­schermd of door onjuiste aarding (aardlussen).

brom gesuperponeerd

oscillatieverschijnselen

Afb. 122. De versterker oscilleert. Oorzaak meestal onvoldoende of ontbrekende fasecor- rectie, foutieve bedrading of verkeerde constructie. Opheffen door frequentieafhankelijke tegenkoppeling (bandbreedte mag niet te klein worden!)

136

9. NIEUWE VERSTERKERCIRCUITSMET IC'S EN DARLINGTON-TRANSISTOREN

Ter afsluiting van ons overzicht van een aantal IC'sen hun toepassingen volgen in dit hoofdstuk nog een zestal nieuwe LF-schakelingen en varianten met monolithische en hybridische IC's.

9.1. Stereo-stuurversterker met een IC type 112 TBA 231Reeds aan de hand van de MC 1303 P (zie blz. 68) hebben we geïl­lustreerd hoe eenvoudig een IC in de vorm van een dubbel uitgevoerde operationele versterker tot een stereo-voorversterker kan worden ge­completeerd. Een analoge toepassing van een andere IC, de ruisarme

totale versterking bi] 1 kHz: 55 dB ingangsgevoeligheid voor MD-ingang 10 mV

herm. verv. 0,14% bij Uu=* 1 V^, en 1 = 1 kHz

O Ug:'20V

50yF

50nF220kSI ynFr\M\inF r-lhr•5

10Sl\150kSl

112TBA231¥-C=>

*9 + IH +1SyF112TBA231+cr wvF \j*2°kn\ l13

AJ -SlVfökSi-01 7 P2

R12 attOgHtng RU470S1 50kS2 lOkfi

R3 R122kfi 220kSl

oHH---- 1|—R4 C3 Cl

2M 2M 15nF

¥O1o

LF-ingang

mu, B20SISOkfi "2.7nF T

X P3diskantregellng

toonregeldeel

Afb. 123. LF-voorversterker met toonregeling met een dual-IC van SGS.

SOfjF50yF

frequentiecorrectiedeel

137

dubbele operationele versterker type TBA 231, zien we in de volgende door de Italiaanse firma SGS ontwikkelde schakeling.De IC in kwestie dient hierbij tegelijkertijd als frequentiecorrigerende voorversterker en als toonregelcircuit, zodat de gehele voorversterking van het signaal dat door een magnetodynamisch groeftastelement wordt geleverd in dit geval maar één IC verlangt (afb. 123). De voedings­spanning kan naar keuze 8 a 30 V of +4/-4a 4-15/-15 Vzijn, dus al dan niet symmetrisch. Men kan de voeding dus aan de gegeven omstandig­heden aanpassen. De totale versterking bedraagt 56 Hz bij 1 kHz, de ingangsgevoeligheid is 10 mV voor MD-elementen. De harmonische vervorming is bijzonder laag: 0,14% bij een uitgangsspanning van 1 V effectief bij 1 kHz. De uitgangen zijn tegen kortsluiting beveiligd.De TBA 231 is als stereo en als monoversterker met en zonder toonrege­ling bruikbaar. Ruisarme, tweevoudig uitgevoerde op-amps van dit type zijn trouwens in het algemeen niet alleen voor de bouw van mono- en stereoversterkers en mixers interessant, maar tegenwoordig ook voor quadrofonie-apparatuur.

9.2. Geluidsversterker met Darlington-vermogenstransistorenDoor toepassing van zgn. Darlington-vermogenstransistoren in LF-eindtrappen kan men versterkerschakelingen aanmerkelijk vereen­voudigen. Bij de Darlington-schakeling zijn zoals bekend twee of drie

PUPMJ 900 MJ 901 MJ 2500 MJ2501

collector

basis o

emitter

NPN

MJ1000 IJ 1001 MJ3000 MJ3001

collector

Afb. 124. Complementaire npn- en pnp-Darlington-vermogenstransis- toren in geïntegreerde uitvoering (Motorola).

basis o-

emitter138

transistoren zó met elkaar verbonden dat er precies als bij een enkeletransistor slechts drie pennen uit de gemeenschappelijke be uizingsken. De stroomversterking van dergelijke combinaties is extreem hoog (0 > 1000), want de totale versterking is het produkt van de twee of drie versterkingsfactoren der afzonderlijke transistoren.De toepassing van Darlington-transistorcombinaties is vooral daar op zijn plaats waar grote belastingsstromen met zwakke stuurstirome" U't. gestuurd moeten worden. Schakelaars vormen natuurlijk een go voorbeeld, maar ook de bouw van LF-eindtrappen kan met Darl,"9*° transistoren worden vereenvoudigd, doordat de IC's in de voorafgaan­de trap(pen) dan kleinere stuurstromen hoeven te leveren. Darlington-transistoren kunnen uit losse componenten es aan' ook een monolithische structuur hebben. In het laats e geval zijn met alleen de stuur- en de uitgangstransistor maar veelal ook dc> vereiste basis-emitterweerstanden in één kristalplaatje aangebrac (a . •Tegenwoordig zijn Darlington-combinaties met uiteen open lectorstroomsterkten en npn-pnp-structuren Jeverbaar voor trappen met uitgangsvermogens van ca. 12 tot 60 W. ij e flinke geluidsversterkers brengt de toepassing ervan niet a ae" nprjnnP vereenvoudiging met zich mee, maar ook een klein vo u ' ? p afmetingen van de printplaat en gunstige thermische eige

R768051 vcc■o♦

1. iWT

5 0 ij F 1W50 V

112 N 5086

13MJE1100

1000y FRv 22k51R1 08 A

, 0.3351 y12 ^

^Jmps-üoi

10kS2 IkSi50V

2 0 F Bk*0* I5/*|1.2kSiingang

R90.33512W

MJE 1090

Afb. 125. LF-versterker met 15 è 20 W uitgangsvermogen met twee complementaire Darlington-vermogenstransistoren (Motorola).

139

I

doordat extra koelprofielen voor de stuurtransistoren komen te verval­len.De in de volgende schema's van Motorola weergegeven LF-versterkers met monolithische Darlington-transistoren voor uiteenlopende uit- gangsvermogens en werkspanningen kunnen wellicht een indruk geven van de talloze toepassingsmogelijkheden van dit type geïntegreerde schakelingen.

Onderdelenlijst bij het schema van afb. 12515 W 20 Wvermogen

uitgangsimpedantie 8 n4ft 8 n 4ft46 VVCc 32 V 36 V40 V

4,3 kn 130 kft 4,7 kü

*2 4.3 kn 82 kn3.3 kn

5,6 kn120 kn 3,9 kn

5,1 kn 100 kn 3,3 kn

*3

Parametersruststroom (instelling Rv)ingangsgevoeligheid voor nominaal uitgangsvermogen harmonische vervorming bij nominaal uitgangsvermogen (50 Hz tot 20 kHz) harmonische vervorming bij 1 W uitgangsvermogen (1 kHz) 0,2% ingangsimpedantie

20 mA 1 Veff

0,5% i

10 kn

vcco*

39kü 11 R41.8kü

5'/. 12 15cLT Cl1%FV n 82

82k.2.7kü\50pF

ft5% \8u I 's“ ILh 13 2500(jFI80Vo---- \f- Ifikü

C2CIOiIpF R6

Q/söifl R5 5-6kSl 1.2kü5V. +i C3

' 'WOyF

R7Vqc* o—en 1614

I ▼ I01 I I RBM2 2361 I I 120Ü

Afb. 126. LF-versterker voor 15 è 60 W uitgangsvermogen met complementaire Darlington- vermogenstransistoren (Motorola).

140

R g s £§ ÏS “S £§ i§ |s s

g 8 g £| |S || i| |g S

o o ■er co00

oco

in in co <o

jg g g £g £S £| i§ |S® CN 10 ^ ^ I> < ^ CO ^ CN

in in co f"incnoo

°,ss § 5 £i 2g II il |S s10 co ^ 2 ^ 2 < co ^ CN

8 S

g 8 ® || || || || i§ i| §cn in in co cnCN 00

“l-o inco in

'ra^ S r> £S £S “S £S i§ IS^ 'T ^ ?> < ^ < SE 1X3 SE ^ ^ CO ^ CN

_o^WinCOincp*-cOinUJOLuo22 cn £ o-o CLin Q-o o. o ° ^ o^ 8 ^ 5< 2< 22

$ SS.EO)

©

2 o o uoin co moo2 Oin

CN cn£o W|fl Wlfl (/)r Win UJN UJg

2 § 55 o. o Q-in Q-o Q-o 2oCO JJj co ^ ^ T- 5 r- § 8 3§ ,Cfin

oco s «- 28 SS ïo 28 S§ 8g g* $ * 1< 5< 5< 5^ 22

o lO CO COo> 00

tj> °-•1= 8 i>

g __ o ^ Win Win w ,- W w UJO ujgJ50 § o q_ o o. in Qlo o. o 5 ° ^ o00 S 00 ;§ < :> < SE ^ SE ** 22 22

in in cn ^o

© 't•o_©

c»?*ïgïSÏ5ÏS“??g§ SSco co' jg ^ ^ 2»- 2 *-

O00

“1O)

s s s |§ |S || || |i |§ s 8 5

> O > .E cSS a>__ _r Tf 2 ’> 2M M O © © £

SS |ps|> > >205»° ° » É^f II 1_ i *ï ii| aa£ 1 iI IIP

•1g05

■O > § §8 “> ^ r-i CC C I-

o

Ë 8. 5 i

cnincoCNK HH I-I-

141

Parameters van de schakeling volgens schema afb. 126ruststroom (instelling Rv)ingangsimpedantieharmonische vervorming bij nom.verm. (1 kHz) ingangsgevoeligheid voor nominaal vermogen intermodulatie van de frequenties 1 kHz en 7 kHz bij half nomi­naal vermogenfrequentiekarakteristieken (-1 dB)max. frequentie bij nominaal vermogen 20 W-versterker60 W-versterker

20 mA 50 kn 0,2% 1.0 veff

0,2%20 Hz tot 50 kHz 50 kHz 30 kHz

Technische gegevens van Darlington-vermogenstransistoren (Motorola)900 901 2500 25011000 1001 3000 3001

pnpnpn

collector-emitterspanning (V) collector-basisspanning (V) emitter-basisspanning (V) collectorstroom (A) basisstroom (A) stroomversterking

806080U 60CEO60 80 60 80 5,0 5,0 5,0 5,0

10 10 0,1 0,1 0,2 0,2

1000 bij lc = 3 A; UCE = 3 V 1000 bij lc = 5 A; UCE = 3 V

90 90 150 150-55 tot 200 °C

UcBUeblc 5 5/B

hFE

dissipatie bij Thuis = 25 °C (W) temperatuurbereik thermische weerstand sper- laag/huis (°C/W)

Po

1.171,94 1,94 1,17P,h

9.3. Hybridische versterkerschakelingen met 20 a 100 W uitgangs- vermogen

Tot voor kort gingen de in dikkefilmtechniek uitgevoerde versterkermo- dules niet boven uitgangsvermogens van ca. 15 W. Tegenwoordig ech­ter zijn op de internationale halfgeleidermarkt al hybridische schakelin­gen van dit type verkrijgbaar met uitgangsvermogens van 20 tot 100 W. De dikkefilmtechniek heeft voor grote-vermogensschakelingen bepaal­de voordelen, met name met betrekking tot het probleem van de warm­teafvoer. De snelle ontwikkeling op dit terrein heeft ertoe geleid dat intussen al LF-versterkers met hybridische vermogensunits leverbaar zijn die t.o.v. schakelingen met discrete componenten niet alleen het voordeel hebben van een lagere prijs, maar ook van een geringer ge­wicht en volume. Bovendien is de betrouwbaarheid in het algemeen zeer goed. Deze speciaal voor grote vermogens ontwikkelde zgn. arrays (opstellingen, configuraties) zijn compacte bouwstenen die een mini-

plaats vergen en een zó effectieve warmteafvoer hebben dat het hoge vermogensniveau gemakkelijk wordt verwerkt. De onderdelenmum aan

142

ervan worden in verschillende technologieën gefabriceerd - men ge­bruikt onder meer „kale" transistorchips, IC's, weerstanden en conden­satoren in dikke- en dunnefilmtechniek. Ze zijn onderling vast verbon­den tot een compleet „versterkerblok", dat als regel dooreen keramisch substraat van de dikke metalen (bijv. stalen) grondplaat is geïsoleerd. De hele opstelling wordt ingekapseld in één behuizing, waarbij veel epoxyhars van een speciale samenstelling (met goede thermische eigenschappen) als kapselmateriaal wordt gebruikt. Om het eindpro­dukt zo veelzijdig mogelijk te kunnen toepassen, zijn naast ingang, uit­gang en voeding nog extra aansluitingen voor externe componenten voorhanden.Dergelijke hermetisch afgesloten hybridische schakelingen voor zeer grote vermogens worden onder de benaming „arrays" door RCA „op maat gemaakt" voor toepassingen als versterkers en vermogensscha- kelaars in de ruimtevaarttechniek en voor industriële doeleinden.

9.4. De hybridische versterkerschakeiing type HC 2000 van RCA

Onder de typeaanduiding HC 2000 heeft de firma RCA zo een universele versterkerarray van het hybridische type uitgebracht, die speciaal voor allerlei industriële en commerciële toepassingen is ontworpen en een zeer groot vermogen kan verwerken. Geluidsversterkers hiermee kun­nen een uitgangsvermogen van 100 W afgeven aan een belasting van 4 ü (uitgangsstroom 7 A piekwaarde).Enkele technische gegevens van de HC 2000: vermogensbandbreedte tot 30 kHz bij 60 W; harmonische vervorming 0,5% bij 1 kHz en 60 W; vereiste ingangsspanning 0,6 è 1 V voor 35 tot 100 W uitgangsvermo­gen.De hele „array" wordt ingekapseld in epoxyhars, een plastic met bijzon­der goede thermische en elektrische eigenschappen. De buitenafmetin­gen zijn (75,7) 58,4 x 48 x 13 mm, het gewicht is 100 g. Voor het vastzet­ten van de unit zijn twee boringen aangebracht in de massieve grond­plaat, die tevens als koelplaat dienst doet. Temperatuurbereik -55 tot + 150 °C.De unit omvat een complete quasi-complementaire klasse-B-balans- versterkerschakeling met hometaxiale transistorchips van het 2N3055- type (afb. 127). Teneinde de uitgangsspanning in de rusttoestand op nul te brengen, is voor de ingangstrap een verschilversterker gekozen. De transistor T3 vormt de constante-stroombron hiervan. Te zamen met T4, een tweede constante-stroombron, verkrijgt men aldus een voedings- spanningsbereik van ca. 30 tot 75 V, naar keuze symmetrisch of eenzij­dig, afhankelijk van wat het beste uitkomt bij het externe circuit.

143

-

■oioi0“ R5 R12 -10kn 820SI 27Si —15 08 Abegrenzing belastingsstroom

Cl0.05 T rï„ 1Cö

9o- 0.05□R24won

R17R15 130S22kS28 o

06C3 T R4 I wodf mn

R1 R9 Rit R19mn 18kSi 0.05 ïokn won7 V 05M—C5

11 R20R7 R131618kSi 0.27n2kn

grondplaatR16 iv.036 i3onnw 18 !ïokn

R8m —Ów _C2 _L r,

0.05 T , 1402 i, 07lR6 R18RU ïwon27onw 01 56SÏz ■o 1

■02Afb. 127. Detailschema van de hybridische vermogensversterker HC 2000 met geïntegreer­

de begrenzing van de belastingsstroom (RCA).

-Vs lo 8-10 (jR

2 3 4

22n65VF12V 7—

HC2000 «i8ingang

570n 9octj50..F rFB

1012VlOOyF _L 50V ï*

Afb. 128. Hybridische vermogensversterker HC 2000 met externe schakeling voor aanslui­ting op een enkele voedingsspanningsbron (RCA).

20 OOfi F X 50V

l

144

Gunstig is verder ook de geïntegreerde begrenzing van de belastings- stroom, die de unit tegen beschadiging door kortsluiting van de uitgang beschermt. De dioden D7 en D8 vormen een andere beveiliging: gen er namelijk voor dat de versterkeruitgang wordt beschermd tegen spanningspieken die de waarde van de toelaatbare spanning bij induc­tieve belasting te boven zouden kunnen gaan. De 8-10/xH-smoorspoel en de RC-combinatie R23-C7 ten slotte zijn opgenomen om een goede werking van de versterker bij zowel inductieve als capacitieve belasting te garanderen.

ze zor-

-vs i 8-WuH

i2 322S265uF

12V 7HC2000 *il

ingang5 7OSi 9

i—HII—P| 50ijF RFB

— -=■ 12V

Afb. 129. Hybridische vermogensversterker HC 2000 met externe componenten voor aansluiting op een symmetrische voedingsspanningsbron (RCA).

Via de externe aansluiting 9 kan men de versterkingsfactoren harmoni­sche vervorming aanpassen. Deze laatste bedraaat bii een extern gebrachte tegenkoppelingsweerstand van 820 ft slechts 0,38% bij 100 W.Bij het solderen van de aansluitingen mag de temperatuur op 3,2 afstand van de behuizing niet langer dan 10 s tot maximaal 235 °C oplo­pen.

aan-

mm

9.5. Japanse hybridische vermogensversterkersOok de Japanse firma's Toshiba en Sanken Electric Co. Ltd. leveren LF- vermogensversterkers van het hybridische type. De lineaire vermo­gensversterker TH 9013 P van Toshiba levert bijvoorbeeld een uitgangs- vermogen van 20 è 30 W aan 8 ft bij.een voedingsspanning van 45 V en een stroomafname van ca. 0,8 A. De versterking bedraagt 30 a 311/2dB. Afb. 130 geeft het schema van deze eenheid, afb. 131 de behui­zing met buitenafmetingen.De hybridische LF-versterkerschakeling type S11050 A (afb. 132 en 133)

145

maakt deel uit van een hele serie die onder de aanduiding S11000 door de firma Sanken Electric op de markt wordt gebracht.Enkele technische gegevens van de SI 1050 A:uitgangsvermogen 50 W;voedingsspanning 62 V;ruststroom ca. 30 mA;versterking 30 dB;ingangsimpedantie ca. 70 kH;frequentiebereik bij nominaal vermogen 20 Hz tot 20 kHz (bij 1 W loopt het van 20 Hz tot 100 kHz); signaal-ruisverhouding 90 dB;harmonische vervorming 0,5% bij 1 kHz en 50 W aan 8 ü.

lkS28o «/

3M\ ion

UWkü M 8.2kn lOOOpfmn1610 p F ±

39kn \50on o.5 n▼

Ikn 22knV' "6o o 3

Q 0.5S1Op F22kSlHl ion

5o l5 /r-<:713

mn 5ion \50on

7o o2

4

Afb. 130. Detailschema van de hybridische vermogensversterker Th 9013 P (Toshiba).

Opmerkelijk is bij deze hybridische constructie dat zelfs elektrolytische condensatoren erbij zijn „ingepakt". Er zijn in totaal slechts acht aanslui­tingen, en wel voor ingangssignaal, uitgangssignaal, tegenkoppeling en voeding. Completering met een simpele voedingseenheid en een ont- koppelingscondensator voor de luidsprekeruitgang levert al een hifi- vermogenseindtrap voor de versterkerbouw en andere LF-toepassin- gen.

146

64

Afb. 131. Uitvoering en afmetingen van de vermogensmoduul type Th 9013 P van Toshiba. •1.2 I'

1 2 3 t 5 6 7 8

iTffS /t

5474

-i5rt Bio oio o o o

co

5/ -1050 A (50W) * ïï

I0

K}

!

8 07 06 5 $4 03 02 0/

Vcco zekering 2 A2000y F io

8 Si ° 62 V gelijkspanningingangC3

O I WaAfb. 132. Detailschema van de 50 W-vermogensmoduul type SI-1050A van Sanken Electric (met externe aansluitingen).

147

;

SI-1050A-------WO (3.937)-

------ 80(3.150)Afb. 133. Uitvoering en afmetingen van de houder voor de vermogensmoduul ty­pe SI-1050 A van Sanken Electric.4-

I -f*ié «4 (0.157)

sa -S 5 •>>

5

90 (3.543)

§1234567893'+tr in

_*N+t

9.6. Versterkers voor hoofdtelefoons met monolithische IC'sVoor „niet-storende" weergave van grammofoonplaten, recorderban- den en radio-uitzendingen in ziekenhuizen, platenwinkels e.d. en ook voor de simultane vertalingen van gesproken tekst bij conferenties zijn hoofdtelefoons eenvoudig onmisbaar.Tegenwoordig zijn voor dit doel uitstekende dynamische typen in verschillende prijsklassen en uitvoeringen met impedanties van ca. 8 ft tot 2000 ft leverbaar. Omdat hoogohmige hoofdtelefoons (ca. 400 ft a 2000 ft) echter enkele mW en laagohmige telefoons met „mini- luidsprekers" zelfs een vermogen van ca. 50 a 500 mW vereisen, moeten ze gecombineerd worden met een speciale versterker die het signaalni- veau op dit peil brengt. In veel gevallen is het bovendien wenselijk om diverse dynamische hoofdtelefoons tegelijk te kunnen aansluiten.De techniek van de geïntegreerde schakelingen heeft het mogelijk ge­maakt op eenvoudige wijze miniversterkers voor hoofdtelefoons op te bouwen waarvan de ingangs- en uitgangstrappen zodanig zijn uitge­voerd dat de schakelingen zeer universeel bruikbaar zijn.

Eén kanaal van zo'n eersteklas-hoofdtelefoonversterker met het IC type TAA 611 C (van de firma SGS) is in afb. 134 weergegeven. Het omvat een voorversterker met frequentiecorrectietrap en toonregelcircuit, ge­volgd door een IC-uitgangstrap met beperkt uitgangsvermogen.Voor stereoweergave zijn natuurlijk twee van deze kanalen vereist, waarbij de twee onafhankelijk werkende sterkteregelaars tevens als balansregelaar dienst kunnen, doen. Verdere technische gegevens van

148

cI252>

■o

•50)O

S32IO)i £§

il%n

3 cod» 2

<§■caI §O)u.

IS •SSjiS 2

STiiTT^5-OH i 1+c} 0)SS u.Qs 5QJ§ £NV»

I§V §p i 5*

*&m i i-c=a—| IQ

IH—I

2?E 2ll §co2s Q>

SkV-

Q>«V £OI O

CJ 2Aev

<ü2

iiï §§ c3m.

3- *»-■52'*-U IOT <•>'

Q o5

149

de op één printplaat samengevatte stereo-uitvoering (compleet met voedingseenheid) zijn: ingangsgevoeligheid MD-in- ganggevoeligheid recorderingang bereik diskantregelaar bereik basregelaar signaal-ruisverhouding uitgangsvermogen harmonische vervorming bij no­minaal vermogen frequentiekarakteristiek

3,5 mV (frequentiegecorrigeerd);

300 mV;+ 15 tot -20 dB;+ 12 tot -15 dB;58 dB;max. 1 W aan 8 ü;

1%;20 Hz tot 30 kHz ± 1,5 dB

150

10. SLOTWOORD

Hoewel ook nu nog voor een aantal LF-doeleinden schakelingen met de conventionele halfgeleidercomponenten de meest economische oplos­sing vormen, mogen we op grond van de inherente voordelen van de IC-techniek wel verwachten dat de prijs van geïntegreerde schakelingen steeds concurrerender zal worden.De technische vooruitgang is eenvoudig niet tegen te houden - het IC- assortiment wordt steeds groter en veelzijdiger en tegenwoordig staat zelfs al een complete integratie van bepaalde apparaten en circuits voor de deur. Elektronici zijn door deze ontwikkeling gewoonweg verplicht zich grondig in de techniek en mogelijkheden van geïntegreerde schake­lingen te verdiepen en te bekwamen. Doel van dit boek is de lezer een beknopt maar representatief overzicht te geven van een aantal IC-toe- passingen in de laagfrequenttechniek en verder zelfbouwers met de meest essentiële aspecten bij de omgang met deze schakelingen ver­trouwd te maken.

iSSP

Afb. 135. Uiterlijk van de in dit boek toegepaste IC's.

151

11. LITERATUUROPGAVE

BendixGeneral Electric Motorola

Data-sheet BHA 0002.Technische informaties en toepassingen. Technische informaties en toepassingen van de IC's type MC 1303 P en MC 1306 P, alsmede van Darlington-vermogenstransistors.Handboeken, informatiebladen, Valvo-Transis- torcompendium lil.Technische informaties en toepassingen van de IC's type HC 2000 en CA 3052.Technische informaties.Informatiebladen.Informatiebladen 2-70 en 3-70 met voorbeelden van IC-toepassingen.Technische informaties Valvo-handboeken, Valvo-informatiebladen, Valvo-Transistorcompendium III.

Philips-Valvo

RCA

Sanken ElectricSGSSiemens

ToshibaValvo

152

12. IC-CODERINGBIJ DE DIVERSE FABRIKANTEN

*

CA RCASGSNational Semiconductors National Semiconductors Mitsubishi Motorola

LLH !LM 'MMCMIC ITT IN Signetics

General Instrument SigneticsNational SemiconductorsNewmarket TransistorsGeneral Electric (USA)General InstrumentRaytheonRaytheonSigneticsSigneticsSescosemSankenPlesseyTexas InstrumentsTransitronTransitronTransitronFairchild

NCNENHNMCPAPCRCRMSSESFCSISLSNTDCTOATVR !ma

naar „Wireless World", nov. 1970

153

13. SNIJKARAKTERISTIEK

Snijkarakteristiek volgens de RIAA (Record Industry Association of America) en de fre- quentiecorrectie die bij het afspelen van grammofoonplaten vereist is.

- . snijkarakteristiek — — — weergavekarakteristiek frequentie in Hz

154

14. TABEL VAN DECIBEL- EN NEPERWAARDEN

Np-tabeldB-tabel

Span­nings­

verhouding

Span­nings­

verhouding

NpNpSpan­nings­

verhouding

Span­nings­

verhouding

dB dB

3.671,301.010.010.1 9.8 3,091,0121,0591,1221,1891,2591,2881,3181,3491,3801.4131,4451,4791,5141,5491,5851,6221,6601,6981,7381.7781,8201,8621,9061,9501,995

3,861,351,050,053,160.5 10,04,051,401,110,103,351.0 10,54,261,451,220,201.5 3,5511,04.481,501,280,252,0 3,7611,54,711,551.310,273,982.2 12,04,951,601,350,304,222.4 12,55,211,651,380,324,472.6 13,05,471.701.420,352.8 4.7313,55.761.751,450,373.0 5,0114,06,051,801,490.405,313.2 14,56,361,851,520,425,623.4 15,06,681,901.570.455,963,6 15,57,031,951,600,476,313.8 16,07,392.01,650,50 I :6,684.0 16,5

il !8.22.11,680,527,0817,04.29.02.21.730,557,5017,54.410,02.31.770,577,944.6 18,011.02.41,820,608,4118,54.812,22.51,860.628,9119,05.013,52,61,920,659.4419,55.214,92.71,950,6710,00

11,2212,5914,13

205.42.8 16,42,010,705.6 21 I:18,22.92,050,72 5!225.8

20,13.02,120,756,0 23 il22,23.12,160,7715,96,2 242,04 .24,53.22,23 J i .0,8017,86.4 252,0927.13.32,270,8220,0266.6 2,1430,03.42,34 :0,8522,4276.8 2,1933,13.52,390,8725,1287,0 2,24 '36,63,62,460,9028,27,2 2,29 2940,53.72,510,9231,6307.4 2,3444,73.82,590,9535,5317.6 2,4049,43.92,640,9739,8327.8 2,4554,64.02,721,0044,7338.0 2.5160,34,11,05 2,8850,18.2 342,5766,74,23,001.1056,2358,4 2,6373,74.33,161.1563,1368.6 2,6981,54,43,321,2070,8372,758,890,04,53,491,2579,4389.0 2,8299,54.689,1399.2 2,88

100,0402,959.43,029.6

155 J

TREFWOORDENREGISTER

20, 21A chipclosed loop gain, zie gesloten-lusverster- king CMRR

aarding ...................aarding, centrale . .aardlus ...................AC 187 K...................AC 188 K...................actief hoogdoorlaatfilter actief laagdoorlaatfilter AD 161/162 afscherming afsluitweerstand array . . .

133, 136 133, 134 133, 136

54common mode rejection ratio, zie CMRR common mode-versterking compatibiliteit .... compensatie, inwendige complete versterkers condensatormicrofoon

554312043

22232823459835continuvermogen

Cordwood-blokkencorrectieversterker

13312. . 83, 84, 88, 130

. . . . 142, 143 75

B D

58balanseindtrap . . balansinstelling balansuitgangstrap bandbreedte . . BC 107 . . . .BC 107/108/109 BC 109 . . . .BC 147 . . . .

. . 58,90,98 Darlington-eindtrap Darlington-schakeling Darlington-transistor Darlington-vermogenstransistor Darlington-versterkertrap . .decibel .................................demodulator .......................dempingdifferentiaalversterker, zie verschilverster-

. . 25,91,138

. . . 139, 140. 138

3758

80, 110, 136 . . 78, 105 21

155529246

49, 75, 10578begrenzing, asymmetrische ... 135 —, symmetrische behuizing . .

ker13524dikkefilmschakelingen . .

dikkefilmtechniek ... 108, 142, 143DIN 45 403 DIN 45 500 DIN 45 565 DIN 45 566 DIN 45 567 DIN-plug . . dissipatie . . doorlaatrichting doteren . . drain-source-stroom dreunfilter . . . drietrapsversterkerdrift.......................driftverschijnselen

20, 129belastbaarheid van luidspreker . .135 B HA 0002 52, 108, 109, 111, 113, 120, 152 bootstrap-.element bootstrappen Boucherot-filter

34. . 28,32,35,36,3793

287428135, 136

28. 34boventonen brommen brugschakeling brugversterker . . . 103, 104, 107, 111 BZY 85 D 12

33133132

85, 129, 142102,104,11139191164732C4060CA 3052 . . .

cascadeschakeling80, 81, 82, 84, 152

2556

156

i

driver.......................dunnefilmschakelingen dunnefilmtechniek dunnelaagschakelingen dunnelaagtechniek dynamiek . . . .

hybridische microschakeling hybridische schakeling . .

194210824

. . .19, 143

. . 19, 20. 24 I18

impedantieomvormer . . 31,47,105impedantietransformatie . . ingang, inverterende ingang, niet-inverterende 59, 61, 104, 116 ingangsimpedantie 30,31,65,74,80,86,

87, 95, 97, 100, 140

35, 36, 6539

E . . 59, 104, 111

eindversterkersemittervolgerepoxyhars

2856, 74, 115

ingangs-offsetspanning ingangs-ruststroom instelpotmeter 70, 78, 100, 104, 110, 113 integrale versterker integratie . . . intercom . . .

5614356

F28

fasecompensatie . . . fasecompensatie, externe fasedraaiing . . . . fasegelijkheid . . . . faseomkeertrap . . . faseomkering . . . . FETFET 2 N 4303 . . .f iltercïrcuït ....fluiten.......................fotocellen ....foutaanpassing . . frequentiebereik . . frequentiekarakteristiekFT 2 ........................functiegenerator . .

11619958

intercomversterker intermodulatie .... 34, 35, 60, 101 intermodulatiefactor

8838, 5938

34. 50,51,111. 39,91,105

. 23, 24. 46. 47, 100, 104, 105, 111 J52

Jedec TO-89 44134132

K4530

37, 59, 80kanaalscheiding kapsel, zie behuizing kathodeverstuiven klankregeling . .klankregeltrap . .kniespanning . .koeling .... koppeling, galvanische . 23, 25, 40, 130 kortsluitbeugel kristalelementen kristalschakelingen

32. . 30, 32, 35

19105325327

104G130, 134

galvanische koppeling . 23, 25, 40, 130 gate-lek-weerstand gelijkstroomkoppeling gesloten-lusversterking gevoeligheid . . . gietharsblokken . .grensfrequentie . .grondtonen ....

4649.................. 45,63. . 19,20,21,23

25. . 57,61

2912 L

. 41, 64, 87, 99105laagdoorlaatfilter . . . .

large scale integration . .lay out................................loop gain, zie lusversterking

3417

129, 132H

17LSIhalfgeleiderkristal harmonische vervorming HC 2000 ....hifi-stereoversterker hoofdtelefoon . . hoogdoorlaatfilter houder, zie behuizing

. . 14, 130 33, 34. 35, 36

143, 144, 145, 15257lusversterking

127 M148

magnetodynamisch groeftastelement, zie MD-element

105

157

i

MC 1303 L MC 1303 P

open-lusversterking . . 57, 59, 80, 87operationele versterker 23, 52, 53, 57, 59,

98, 114, 137operationele versterker, niet-inverteren-

78. . . 52, 53, 54, 55, 56

59, 60, 62, 67, 68, 73, 75, 78, 85, 109, 114, 115, 118, 120,

134, 137, 152.............................. 86, 152

26, 62, 63, 64, 70, 72, 80, 138

58de136oscillatieverschijnsel

overspraakdemping overspreken . .

MC 1306 P MD-element

37, 3837

MD-stereo-element mengpaneel 27, 80, 83, 118, 120, 125, 126 metaaloxyde-halfgeleider-veldeffecttran- sistor, zie MOS-FET micro-elektronica . . micromodulaire techniek micromodules miniaturisatie mixer .... modulatieversterker modulen . . . monitorluidspreker monolithische schakelingen, zie kristal- schakelingen monolithische techniek MOS-FET . . . multichip-techniek music power, zie muziekvermogen muziekvermogen.......................

120 P

. . . . 93, 94

. . 96, 97, 12299, 100, 102, 120

PA 234 . .PA 237 . .PA 246 . .PAL-omvormers

24171325parasitaire effecten . . .

peak power, zie piekvermogenpiekvermogen...................plak.....................................plak („wafer")...................planaire techniek ....plateren ............................power-bandwidth, zie vermogensband- breedte printplaat

24. . . 10,11,18,39. . .27,82,118,138 36

16421712, 141912319

18. .12, 72, 75, 78, 105, 130,

132, 139. . 46, 47, 49, 51................ 18, 21 1

Q36

N 138quadrofonie quasi-complementaire schakeling 91

2 N 3055 . .2 N 4303 . .2 N 4304 . .naaldruis . . NAB-kromme nagalm-apparaat nagalmsysteem neper . . .

143R52

104reactietijd . . .referentie-elementen rendement . . .

156366, 67 21

88, 90, 93, 95 RIAA-karakteristiek 63, 64, 65, 71, 80, 154

118122, 128

ruisfilters 3215533,43ruststroom . . .

ruststroominstellingO 136

offset, zie onbalansoffsetcompensatie ...................offsetspanning............................offsetspanningsdrift...................omzetter......................................onbalans......................................op-amp, zie operationele versterkeropdampen .................................open-kringversterking .... open loop gain, zie open-lusversterking

S56

i61,70 scheidingsversterker SI 1050 A signaal-ruisverhouding

. . 27,45 . . 145, 146, 147, 148

35, 48, 61,66, 72, 82, 95,

96, 110

5633 j

56, 57

Isignaalvoltmeter, zie VU-metersiliciumdiode .......................simiblokken............................

1955 117

13

158

t

i

soldeerplaats . . soldeertijd . . . somfrequentie . . somsignaal . . . spanningsaanpassing spanningszwaai spergebied . . . sperlaag .... stabilisatie . . . stabiliteit .... steilheid .... stereodecoder . . stereo-mengpaneel stereo-stuurversterker stereo-voorversterker stifttemperatuur strooispanning stuurversterker substraat .... 15,19,80,108,130synchroon-demodulator

131 toonregeleenheid . . . toonregeleenheid, stereo- toonregeling . . . .toonregeltrap . . . .transistor, bipolaire . . tijdconstante . . . .

78, 80131 8234 123

125 10231 4762 41, 64,713922 U40, 83, 110

130 uitgangsimpedantie . . . .30,31,80 uitgangsoffsetspanning uitgangsspanningszwaai 57, 59,66,67,120

47 6113. . 123, 124

137V122

. 131vaste-stofschakelingen . veldeffecttransistor, zie FET vermogensaanpassing vermogensbandbreedte vermogensversterker verschilfrequentie verschilversterker

1613378

31. . 36, 14317

28T 34

. 15,23,25,52,54, 56, 59, 92, 111, 143TAA 14?

TAA 263 TAA 300 TAA 320 TAA 370 TAA 611 C TAA 861 tandempot.meter tantaal-elco . . 112TBA231 TBA 231 . . .

..................................... 44, 45

....................... 40,41,42,43

............................ 90, 92, 122

. 32, 45, 46, 47, 48, 50, 51, 120

..................................... 43, 44

versterkerblok 144versterkingsfactor vervorming, harmonische 33, 34, 35, 36 vervorming, lineaire —, niet-lineaire . . . 33, 60, 65, 66, 87 verzadigingsgebied verzadigingsspanningen voedingsspanning, symmetrische 134 voorversterker VU-meter

68 .

32148

3959, 98, 115, 116 ... 37, 78 40

11...................26,27. .48,50,120,123

137 ;138 ;tegenkoppelfactor . . .

tegenkoppelingsfactor . .telefoonadapterspoel . .temperatuurdrift . . . .terugkoppelingsfactor . .TH 9013 P TO 18 ...TO 74-behuizing TO 116toonregelcircuit

57 iW5841

werkpunt . 33, 39, 40, 99, 104, 105, 135 werkspanning, maximale .... 129

54, 10060

145, 146, 147Z46

90114, 115, 134zenerdiode

ZL 15 .Zobel-filter

...................... 12973,74,75,76,104,109,

120, 122, 123, 133, 138115

135, 136■

159

i

;>.C'

:• :v v:•

v.V-rV'*

V

%

De geïntegreerde schakeling (afgekort: IC) is een fenomeen van het laatste decennium.Dank zij de IC is het mogelijk allerlei omvangrijke schakelin­gen op een veel eenvoudiger en overzichtelijker wijze en in miniatuurformaat te bouwen. De praktische toepassing van deze nieuwe „bouwstenen" in de LF-techniek vormt het hoofdthema van dit boek. Aan de hand van een aantal tegen­woordig alom in de handel verkrijgbare IC's wordt de lezer vertrouwd gemaakt met deze nieuwe techniek en de moge­lijkheden van IC's bij de zelfbouw van diverse soorten ver­sterkers. Verder worden aan de hand van een systematische, op de praktijk gerichte schakelingsanalyse een aantal com­patibele JC-versterkermodules besproken die zo veelzijdig gecombineerd kunnen worden dat zelfbouwers er moderne versterkers mee kunnen samenstellen die precies aan hun

'•VV

persoonlijke verlangens voldoen.Naast de bouw van deze „versterkers op maat" is de con­structie en werking behandeld van versterkers met comple­mentaire Darlington-vermogenstransistoren. Ten slotte is ook aandacht geschonken aan toepassingen van een aantal andere moderne hybridische en monolithische IC's in ver­mogens-en voorversterkers. Doel van de in dit boek gegeven schema's en beschrijvingen is in de eerste plaats een beeld te geven van de veelsoortige toepassingsmogelijkheden van IC's in de laagfrequenttechnïek. Daarnaast vormen de diver­se voorbeelden een nuttig hulpmiddel bij het verkrijgen van een goed inzicht in de werking van IC's en hun toepassing m de versterkerbouw

’.r

- jsfy

.-V *•*,

ISBN 90 2010 786 0 ■

:■

' V,.