Versterkers: hoe werken ze?

Het zware werk
Het ingangssignaal dat versterkt moet worden, is gewoonlijk een wisselspanningsignaal met variërende amplitude en frequentie, met andere woorden muziek. Over het algemeen is het gemakkelijker gelijkspanning te versterken dan wisselspanning. Vandaar dat men over de jaren heen verschillende methodes ontwikkelde om een signaal te versterken. Die methodes heeft men ingedeeld in klassen: de versterkerklassen. Elk heeft zijn voor- en nadelen. We onderscheiden voor onze doeleinden de versterkerklassen A, B, AB en D. Er bestaan er nog meer, maar die worden niet toegepast voor consumentenaudio en daarom zullen we die hier negeren.

Klasse A
Een klasse A-versterker probeert de ingangswisselspanning ongewijzigd te versterken tot een uitgangswisselspanning. Als we de wisselspanning als een eenvoudige sinusvorm voorstellen, dan wordt zowel de bovenste als de onderste helft van de sinus door hetzelfde element (transistor of buis, daar komen we later in dit artikel op terug) versterkt. Dit zorgt voor de hoogste mogelijke getrouwheid (de hoogste norm inzake "high fidelity"), maar helaas is een dergelijke versterker vreselijk inefficiënt. Ruim 90% van de ernergie die hij vreet wordt omgezet in warmte en slechts de resterende 10% dient effectief voor de versterking.

Klasse A versterkers leveren dus met moeite enkele tientallen Watt uitgangsvermogen maar vreten daarvoor wel meer dan duizend Watt aan elektriciteit. Omdat de versterkende transistor of buis voortdurend ‘aan’ staat, is het elektriciteitsverbruik altijd maximaal – ongeacht of het volume zacht of hard staat. Ondanks de erg hoge geluidskwaliteit is een klasse A versterker dus erg duur in elektriciteitsverbruik. Klasse A wordt daarom vooral gebruikt bij versterkers die weinig vermogen moeten afgeven, zoals microfoonversterkers, voorversterkers en dergelijke. Er bestaan ook nog heel erg dure klasse A versterkers voor audiofielen, maar dan praten we meestal eerder over mensen met veel te veel geld en niet genoeg realiteitszin. Sommige merken passen ook klasse A toe bij lage vermogens en gaan over naar klasse AB vanaf 10 of 15 W.

Klasse B
Om het nadeel van het hoge stroomverbruik bij klasse A te bekampen, bedacht men een alternatief: de klasse B-versterker. Die gebruikt twee transistoren of buizen voor iedere helft van de wisselspanning. Elke transistor of buis moet dus maar één helft versterken en kan rusten terwijl een andere transistor of buis de andere helft verwerkt. Bijgevolg staat elke transistor of buis maar de helft van de tijd aan. Voorbij deze versterkende trap worden de beide helften van de wisselspanning dan weer samengevoegd.

Het voordeel van deze oplossing is dat het stroomverbruik veel minder is. Het nadeel zit ‘m in het samenvoegen van beide signaalhelften. Als de twee transistoren of buizen niet exact gelijk functioneren, zullen er lichte verschillen zijn in beide versterkte signaalhelften waardoor ze niet meer goed bijeen zullen passen. Dat speelt nauwelijks een rol bij sterk wisselende signalen zoals muziek, al is het natuurlijk wel een vervorming van het oorspronkelijke signaal. Bovendien is er bij het naderen van de nullijn van de wisselspanning, als de transistor of buis moet stoppen met werken omdat zijn helft van de wisselspanning ‘gedaan’ is, een zekere stopvertraging mogelijk voordat de transistor of buis echt gestopt is met versterken. Zoiets levert dus een vervorming van het signaal op en dat is helaas goed hoorbaar: het gaat om een erg lelijk geluid. Dat heet een overname- of nullijnvervorming.
Moderne versterkers hebben hier weinig last van en zijn dus vrijwel allemaal klasse B (al zeggen de fabrikanten liever dat het om klasse AB gaat omdat dat "beter" klinkt). Vroeger was de technologie echter niet zo secuur als nu en werd dus klasse AB ontwikkeld om dat nadeel van vervorming tegen te gaan en toch te kunnen genieten van de voordelen van klasse B in verband met energieverbruik.