ARTIKEL

Versterkerklassen


Redactie HiFi.nl | 01 maart 2007

Het leveren van veel vermogen is geen eenvoudige klus voor een versterker. Er is zowel spannings- als stroomversterking nodig om voldoende vermogen aan de aangesloten luidsprekers te kunnen leveren. Luidsprekerboxen hebben immers maar een rendement van enkele procenten en dat betekent dat voor het produceren van voldoende geluidsdruk in een huiskamer toch zeker enkele watts nodig zijn. Bij concerten en openluchtmanifestaties wordt heel wat meer gevraagd, daar gaat het al gauw om kilowatts.

Voor de vermogensversterking in een eindversterker zijn in de voorbije decennia diverse concepten ontwikkeld om met behulp van transistoren of FET’s een kwalitatief hoogwaardig
uitgangssignaal te produceren en/of het rendement van de eindtrap te verbeteren (Buizenversterkers laten we in dit verhaal buiten beschouwing).
Bij de opzet van de uitgangstrap moet de ontwerper rekening houden met de specifieke eigenschappen van de toegepaste halfgeleiders. Zouden we kunnen werken met ideale transistoren of FET’s, dan was de constructie van een goede versterker veel gemakkelijker. Maar helaas hebben alle halfgeleiders last van niet-lineariteit bij de signaalversterking en dat geeft vooral bij het verwerken van analoge signalen grote problemen. Dankzij een goed gedimensioneerde terugkoppeling kan men dit probleem minimaliseren. Verder kunnen afhankelijk van de gekozen configuratie nog andere nare bijverschijnselen optreden, zoals de beruchte crossover-vervorming.

Ook de warmteproductie is vooral bij grotere versterkers een punt waarmee rekening moet worden gehouden. Dit kan verstrekkende thermische gevolgen hebben (zoals verloop van de ruststroominstelling en thermische modulatievervorming). Gewoonlijk worden eindversterkers ingedeeld in verschillende klassen die betrekking hebben op de configuratie van het uitgangsgedeelte. Dat bepaalt namelijk in hoge mate de efficiëntie en kwaliteit, omdat hier de eigenlijke vermogensversterking plaats vindt.

Het aantal versterkerconfiguraties wordt aangeduid met de letters van het alfabet, waarbij de letter niet meteen iets zegt over de werkingswijze. Men is ooit begonnen bij de eerste letter...


Klasse A

We beginnen hier met de meest eenvoudige, maar tevens een van de beste configuraties voor hoogwaardige audioreproductie, de klasse-A eindtrap. In de basisopzet kunnen we hiervoor een gewone emittervolger gebruiken (figuur 1). De ruststroom door de transistor is gelijk aan de maximale uitgangswisselstroom, zodat de transistor midden in zijn werkgebied is ingesteld en alleen meer of minder geleidt bij aansturing door een wisselspanning. Het rendement is heel laag, 25% bij maximale uitsturing en bij geringe signaalgrootte nog kleiner.


Eén van de bekendste klasse-A versterkers: de Sugden A21SE

Door gebruik te maken van een symmetrische opzet met twee transistoren kan het rendement verbeterd worden, maar ook hiermee is maximaal 50% haalbaar.

Klik hier voor een vergrote afbeelding
Figuur 1
. Bij een klasse-A-eindtrap is het rendement zeer laag, maar daarvoor is crosssover wel geheel afwezig.


Klasse B

Bij de klasse-B configuratie wordt gebruik gemaakt van twee transistoren die elk precies de helft van de periodetijd geleiden. In de rustsituatie loopt er helemaal geen stroom door de transistoren. Het rendement van een klasse-B-eindtrap bedraagt circa 78%, maar het grote nadeel hiervan is de overnamevervorming die ontstaat op de momenten dat de twee transistoren het van elkaar moeten overnemen. Door de scherpe knik in het onderste deel van de overdrachtscurve zullen de twee periodehelften niet goed op elkaar aansluiten en ontstaat de beruchte crossover-vervorming, een aantasting van de signaalvorm die zeer goed hoorbaar is.


NAD Masters series meerkanaals-eindversterker

Om dit probleem op te lossen, heeft men klasse A en B gecombineerd tot klasse AB. Dit is een klasse-B-configuratie waarbij er een kleine ruststroom loopt, zodat de eindtrap bij geringe vermogens toch in klasse A staat te werken. Dit wordt bij het merendeel van alle eindversterkers tegenwoordig nog toegepast, in een aantal varianten. Het rendement blijft ongeveer gelijk aan dat van klasse-B.

Klik hier voor een vergrote afbeelding
Figuur 2
. Bij een klasse-B-opzet geleidt elke transistor gedurende de halve sinusperiode. Problemen ontstaan hier rond de nuldoorgang
.

EDITORS' CHOICE