Variant 2: Uitbreiding voor brugschakeling

Twee eindversterkers staan in een brugschakeling als ze aangestuurd worden met tegenfase-signalen en de belasting aansloten is tussen de uitgangen; de belasting is dus op geen enkele wijze met massa verbonden. Deze opzet verdubbelt de signaalspanning over de belasting, waardoor - tenminste in theorie - het uitgangsvermogen verviervoudigd wordt.

Dit is een gemakkelijke en goedkope manier om van een stereo versterker een krachtiger mono versterker te maken. De meeste conventionele eindversterkers komen op geen enkele manier ook maar in de buurt van het viervoudige van het vermogen – in werkelijkheid is de toename van het uitgangsvermogen aanzienlijk minder omdat de voeding in elkaar stort en er extra spanningsverliezen zijn in de twee uitgangstrappen die in feite in serie staan. In de meeste gevallen krijg je ongeveer drie maal het vermogen in plaats van vier maal en het kan ook nog minder zijn.

De 5532 vermogensversterker zal betere resultaten geven en wel om twee redenen – ten eerste is de voeding gestabiliseerd en deze zal dus niet erg in elkaar storten bij grote belasting.

Ten tweede minimaliseert de parallelschakeling spanningsverliezen; zo staan alle 1-Ohm-uitgangsweerstanden parallel en is de effectieve weerstand daarvan dus heel klein.

Een brugschakeling wordt zo genoemd omdat het schema van de vier uitgangstransistoren van een gewone versterker met de belasting er tussen in, zoals in figuur A, lijkt op de vier takken van een Wheatstone-brug. In het schema is de belasting van 8 Ohm gesplitst in twee helften van ieder 4 Ohm om te benadrukken dat de spanning in het midden nul is en wat betreft de stroom zien de uitgangen dus 4-Ohm-belastingen naar massa.

De stroombehoefte is daarom verdubbeld, waardoor ook de verliezen in de uitgangstrappen toenemen. Een inverterende buffertrap met een versterking van éénmaal levert het tegenfase-signaal; er zijn ook andere manieren om dat te doen, maar dit is het gemakkelijkste omdat er gewoon een extra 5532-sectie bij komt en we hadden er toch al een heleboel. De eenvoudige shunt-feedback unit-gain trap doet het hier heel goed en op de print van de 5532-eindversterker zit een versie van deze schakeling. De weerstanden in de inverterende trap moeten een zo laag mogelijke waarde hebben om de Johnsonruisbijdrage minimaal te houden, maar natuurlijk mag de waarde niet zo klein zijn dat de opamp-vervorming vergroot wordt. Condensator C1 over terugkoppelweerstand R2 zorgt voor HF-stabiliteit – met de vermelde waarden in de schakeling ligt het -3-dB-kantelpunt op 5 MHz, de audiobandbreedte van de twee versterkers wordt dus op geen enkele wijze aangetast.

Er wordt soms beweerd dat een brugschakeling altijd leidt tot minder vervorming over de belasting, omdat de push-pull-actie de vervormingsproducten elimineert. Dat is niet waar. Push-pull systemen kunnen alleen de even-orde vervormingsproducten opheffen, maar niet de oneven harmonischen.

De 5532-eindversterker heeft dus ingebouwde faciliteiten voor een brugschakeling. De laatste trap in het ingangsgedeelte is de inverterende trap rond IC3A, die nodig is om de versterkeringang en de uitgang in fase te krijgen. Als we het signaal vóór deze trap aftakken, dan is het geïnverteerd ten opzichte van de versterkeruitgang en kan het dus gebruikt worden om een andere eindversterker in tegenfase aan te sturen; deze print kan dan opgebouwd worden zonder het hele ingangsgedeelte, net zoals bij de 4-Ohm-versie die hiervoor beschreven is. Dit geïnverteerde signaal is beschikbaar op connector K3. De luidspreker wordt aangesloten tussen de twee uitgangsaansluitingen van de versterkerprinten en de uitgangsmassa-aansluitingen worden niet gebruikt.

Zoals hierboven uitgelegd betekent het aansturen van een belasting van 8 Ohm met twee eindversterkers in een brugschakeling dat elke versterker in feite een belasting van 4 ohm naar massa ziet, dus moet de uitgangstrap ook weer verdubbeld worden om ten volle profijt te trekken van de brugschakeling. Er zijn dus twee eindversterker-prints in de in-fase tak en twee in de tegen-fase tak. Dat is nogal wat, want het aantal uitgangsopamps is ook al verdubbeld voor de brugschakeling zelf en dan nog eens een verdubbeling om genoeg uitgangsstroom te kunnen leveren. De voeding moet eveneens behoorlijk worden uitgebreid.

Verschillende fabrikanten - welke 5532?

Het is verwarrend, maar niet alle 5532-opamps zijn hetzelfde. Dit IC wordt gemaakt door een aantal fabrikanten en er zijn uitgesproken verschillen in technische eigenschappen. Is er in de ruiseigenschappen weinig variatie, des te meer verschillen zijn er in de vervormingspercentages tussen de verschillende fabrikaten. Ofschoon voorzover ons bekend alle versies van de 5532 dezelfde interne schakeling hebben, maken ze niet noodzakelijkerwijs gebruik van dezelfde maskers. Zelfs als dat wel het geval was, zijn er altijd nog onvermijdelijke productieverschillen tussen de fabrikanten.

Omdat de vervormingspercentages van de versterker zo extreem laag zijn en deze worden bepaald door de gebruikte 5532-IC's, is het zinvol daar dan ook de beste componenten voor te nemen. In de loop van de ontwikkeling van dit project werden 5532's van verschillende leveranciers getest. De auteur heeft een zo breed mogelijke reeks samples gebruikt, van gloednieuwe exemplaren tot typen die al twintig jaar oud waren, en het was geruststellend om te zien dat elke component die we op de testbank hadden de goede lineariteit vertoonde die we van een 5532 konden verwachten. De informatie hier is niet alleen nuttig voor het project van de 5532-eindversterker, maar het zou ook heel waardevol kunnen zijn voor iedereen die 5532's gebruikt in toepassingen waar hoge kwaliteit belangrijk is.

De belangrijkste leveranciers op dit moment zijn Texas Instruments, Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor (voorheen Motorola), NJR (New Japan Radio) en JRC (Japan Radio Company). Samples van TI, ON Semi en Fairchild werden vergeleken in het Elektor-lab door Ton Giesberts. Douglas Self deed THD-testen bij zes samples van Fairchild, JRC en Texas, plus een oude Signetics 5532 uit historische overwegingen. De testen in het Elektor-lab testen werden uitgevoerd aan een belangrijk onderdeel van de OpAmplifier: de driver-trap! Zie figuur A voor de schakeling en figuur B voor de vervormingscurves.

Het bleek dat de Texas 5532's (groene lijn) duidelijk de mindere waren in alle testen. We moeten toegeven dat we hier zeer verbaasd over waren, omdat we altijd dachten dat TI-onderdelen de beste zijn, maar de metingen wezen anders uit. De vervorming bij 20 kHz lag tussen 0,001% tot 0,002%, met meer variaties dan bij Fairchild en ON Semi en ook op een hoger niveau. De meting bij lagere frequenties, beneden 10 kHz, komt dicht bij de meetgrens, en de vervorming is nog maar net zichtbaar in de ruis; dat is overigens ook zo bij alle andere componenten.

Vergeleken met de IC's van andere fabrikanten is de THD van de TIexemplaren boven 20 kHz iets hoger, bij 30 kHz stijgt dat tot meer dan 3 maal. Dat zou eigenlijk geen effect moeten hebben, tenzij er een zeer sterk ultrasoon signaal is dat intermodulatie zou kunnen veroorzaken. Als dat het geval is, dan hebt u wel andere problemen dan het kiezen van de beste fabrikant van opamps...

De meetresultaten tonen onmiskenbaar dat de 5532’s van Fairchild (blauwe lijn) de allerbeste zijn en echte audiofielen zouden deze onderdelen moeten kiezen, ook al is de prijs wat hoger en is de opdruk wat onhandig wat betreft de code op het IC. Kijk eens welke typen uw leverancier levert, dat kan heel nuttig zijn. Bij de Fairchild-IC's is geen vervorming zichtbaar boven het ruisniveau tot ongeveer 12 kHz en de vervorming bij 20 kHz ligt onder 0,0005%.