Röhrenverstärker, wie fang ich an.

Hi,
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robernd schrieb:

Für die Leser ist es hilfreich, aus dem ganzen Beitrag die Teile heraus zu löschen, die nicht wichtig sind.

Thanks!!!

Eigentlich hat sich hier schon lange nichts mehr getan. Und nicht mal die Grundlagen eines Schaltungskonzepts haben wir bisher geschafft. Darum mal ein paar Überlegungen in dieser Richtung. Und da kommen mir grundsätzliche Dinge in den Sinn:

Zuerst die Endstufe.
Warum Eintakt und warum Gegentakt? Was ist der jeweilige Vor- und Nachteil?
Eintakt ist einfacher, Gegentakt braucht mehr Röhren.
Die prinzipiellen Unterschiede sind aber nicht so gross. Eintakt funktioniert nur in Klasse A, Gegentakt auch in AB und B.
Diese Einteilung bezieht sich auf den Arbeitspunkt, wo also auf der Röhrenkennlinie im Ruhefall Strom und Spannung liegen.

Bei Klasse A ist dies jeweils in der Mitte des geraden Teils der Kennlinie, bei B etwas gegen den gekümmten Teil (nach weniger Strom hin) verschoben und bei B ist der Ruhestrom schon deutlich reduziert.

Mit Klasse A (durch den geraden Kennlinienteil) ist ein "unverzerrtes" Signal möglich, bei AB nur ein leicht verzerrtes und bei B ein stärker verzerrtes. Bei Gegentakt kompensieren sich aber diese Verzerrungen weitgehend (Klasse AB), sodass in der Summe die Verzerrung nicht so arg ausfällt. Wenn wir nun die Kennlinienlänge betrachten, so ergeben zwei Röhren in Klasse A die gleiche Länge wie nur eine Röhre. Unterschiedlich ist der mögliche Strom, der bei zwei Röhren doppelt ist. Und damit ist eine doppelte Leistung gegenüber einer "Einröhren-Schaltung" gegeben. Und haben wir es mit Röhren mit generell geringer Kennlinienkrümmung zu tun, so können sich diese gegenseitig weitgehend aufheben (bei Gegentakt).

Bei einer Gegentaktschaltung ist AB oder B möglich, was einerseits die Kennlinie "verlängert" und damit eine höhere Leistung ermöglicht, andererseits ist auch ein höherer Strom möglich, weil die Endröhren nur wechselseitig im Betrieb sind und damit die Anoden-Leistung (Belastung) nur halbzeitlich entsteht.

Der grosse Unterschied ist einerseits, dass bei Gegentakt die Ansteuerung der Röhren invers erfolgen muss. Wenn also die eine "aufgesteuert" wird muss die andere "zugesteuert" werden. Es braucht also eine "Phasenkehrschaltung".

Der Hauptunterschied ist aber, dass sich die Röhren-Ruheströme gegenseitig kompensieren. Bei Eintakt muss der Eisenkern so gross sein, dass er ohne in die Sättigung zu geraten ein Magnetfeld zwischen Null und (einseitigem) Maximum verträgt. Bei Gegentakt haben wir jeweils ein positives und ein negatives Maximum, also die doppelte Kennlinienlänge und keine dauernde Vormagnetisierung. Daher kann der Eisenkern kleiner sein.
Und um die Vormagnetisierung bei Eintakt "verträglicher" zu machen fügt man dem Eisenkern einen Luftspalt ein, der diese Vormagnetisierung entschärft, der aber auch die magnetische Leitfähigkeit generell verschlechtert. Vergleicht man einen Eintakt-Trafo mit einem Gegentakt so sind bei praktisch gleichen Daten und gleichem Kernquerschnitt im einen Fall (Eintakt) 6W möglich, im anderen Fall rund 16W.

Jetzt noch ein prinzipielles Thema: Der Dämpfungsfaktor. Der Dämpfungsfaktor ist das Verhältnis von Nennlast-Impedanz zu Ri des Verstärkers. Und der Ri des Verstärkers wird gebildet aus dem Verhältnis von (transformierter) Lastimpedanz zum Ri der Endröhre, multipliziert mit dem Gegenkopplungsfaktor (sofern eine Gegenkopplung vorhanden ist). Der Begriff "Dämpfungsfaktor" ist eigentlich Unsinn, präziser wäre der "Ri". Da es sich aber um eine einfache Umrechnung handelt lassen wir ihn mal so stehen.
Der Dämpfungsfaktor (oder eben richtiger der Ri) hat Einfluss auf den Lautsprecher (mit seinem Gehäuse!), andererseits bestimmt er, wie gross der Einfluss des Lautsprechers auf den Verstärker-Frequenzgang ist. Es gibt also die "Vorwärts-Wirkung" besonders auf die Gehäuse-Abstimmung, aber auch die Rückwärts-Wirkung (Spannungsteiler) auf die Verstärker-Ausgangsspannung. Der DF kann durch die Wahl der Endröhre UND durch die Gegenkopplung beeinflusst werden.
Verwenden wir eine Triode (oder deren zwei bei Gegentakt) so bekommen wir einen DF von etwa 3, weil der Röhren-Ri etwa 1/3 der (transformierten) Lastimpedanz beträgt.
Verwenden wir eine Pentode, so ist deren Ri rund 10 mal höher als die Lastimpedanz, was einen DF von 0.1 ergibt. Und es ist Tatsache, dass bereits bei einem richtig berechneten Lautsprecher in einer geschlossenen Box durch den DF von 0.1 Frequenzgangfehler von über 20dB!! entstehen können. Es macht folglich Sinn, das Thema Gegenkopplung nicht aus dem Vokabular und dem Kopf zu streichen. Ohne diese ist eine brauchbare Wiedergabe im Sinne von Hifi nicht möglich!!

Nun mal zu den ersten praktischen Überlegungen: Nehmen wir eine Triode AD1.
http://www.mif.pg.gda.pl/homepages/frank/sheets/030/a/AD1.pdf
Diese leistet nach den obigen Unterlagen 4.2W in Eintakt. Und sie benötigt dazu eine Gittervorspannung von -45V. Und weil es Eintakt ist, ist es Klasse A. Das bedeutet, dass wir das Gitter bis 0V Ugk aussteuern können, aber auch gleich viel in Sperrrichtung. Die Gitter-Wechselspannung beträgt als Spitzen-Spitzenwert somit 90V, was einer Effektivspannung von 31.8V entspricht.

Da wir keine Quelle haben, welche eine entsprechende Spannung liefert brauchen wir eine zusätzliche Verstärkerstufe. Und gehen wir mal von einer Quellenspannung von 0.775V aus, so braucht diese erste Stufe eine Minimalverstärkung von 31.8 / 0.775 = 41.
Das bedeutet, dass wir mit einer EC92 (=ECC81) gerade über die Runden kommen. Eine ECC82 oder 6SN7 hätte zu wenig Verstärkung, ebenso eine E88CC.
ABER
Dies geht nur ohne Gegenkopplung!!

Setzen wir eine Pentode ein, etwa eine EF86, so bekommen wir damit eine Verstärkung von rund 100 und können somit einen Gegenkopplungsfaktor von 2.44 realisieren.
Dies ergäbe einen Dämpfungsfaktor von rund 8.3 und damit liesse sich leben. Dass dabei ein Klirr von etwa 2,4% entsteht ist aber bereits grenzwertig. Denn es gibt nicht nur den Klirr, sondern auch die "hässlichere" Intermodulation, die auch meist um einiges stärker ausfällt.

Bei den gezeigten Schaltungen handelt es sich erst um Prinzipbilder, noch nicht um fertige Schaltungen! Solche kann man sich bei Bedarf im Netz suchen oder selber berechnen (oder sich berechnen lassen).


Die Alternative ist eine Pentode als Endröhre. Und je nach Typ und je nach Betriebsspannung bekommen wir unterschiedliche Leistungen. Ich habe hier mal drei Schaltungen berechnet und aufgezeigt. Generell verwende ich die EF86 als Verstärker. Als Endröhren kommen EL84, KT66 und EL34 zum Einsatz, dies bei einer Anodenspannung von 250V. Da die Gittervorspannung der einzelnen Röhren unterschiedlich ist und diese am Katodenwiderstand anfällt "muss" die Betriebsspannung entsprechend angepasst werden. Das habe ich entsprechend berücksichtigt. Nur, in der Praxis kann man generell von 260V ausgehen, denn die Netzspannung ist ja auch nicht "felsenfest", also sind entsprechende Toleranzen eh unvermeidlich.
Hier nun die drei Schaltungen:

Im nachfolgenden Schaltbild habe ich die differierenden Bauteile und Angaben markiert.

Wenn wir uns nun überlegen, was wir mit den jeweiligen Schaltungen erreichen (und allenfalls die Preise der Ausgangstrafos anschauen,( http://www.roehrenendstufen.de/ zu finden unter "Ausgangsübertrager, Eintakt, Studio") so drängt sich der Gedanke an eine Gegentaktschaltung auf, welche von Hause aus (zumindest bei mittlerer Auslastung) einen geringeren Klirr zeigt. Und wie gesagt ist das Teure jeweils der Netztrafo und der Ausgangstrafo und nicht so sehr die zusätzlichen Röhren.

Aber bevor wir uns an die Gegentaktschaltung wagen möchte ich bei der obigen noch so einige Berechnungen aufzeigen, schliesslich sollte klar werden, wie sowas geht.

Hier zuerst ein Blick auf die Daten der KT66. Dort steht eine Lastimpedanz von 2.2k, während ich mit 2.5k rechne. Eine Nachkontrolle der Kennlinienschar ergibt sogar einen Wert von 2.778k. Letzten Endes ist massgebend, was überhaupt erhältlich ist und die Grenzwerte der Röhre nicht überschreitet. Hier der Weg, wie sich so eine Berechnung aus der Kennlinienschar ergibt:

Die Kennlinienschar geht eigentlich nur bis 475V, darum habe ich sie bis 500V erweitert. Bei einer Eintaktschaltung (hier mit 250V Ua) haben wir im Ruhefall diese 250V an der Anode und damit auch am Ausgangstrafo. Jetzt stellen wir uns mal vor was passiert, wenn wir die Röhre voll aussteuern. Dann wird sie voll leitend, also macht sie einen "Kurzschluss" von der Anode nach Masse (ist praktisch nicht möglich, aber theoretisch). Damit sinkt die Anodenspannung auf Null und die Trafospannung geht (bei maximalem Strom) auf 250V. Nehmen wir nun diesen Kurzschluss weg, so bildet sich eine Gegenspannung von ebenfalls 250V (wenn die Zustandsänderung gleich schnell vollzogen wird), welche sich zur Speisung addiert. Daher kommen wir im Maximum (bei Tonspannung) zur Spannungsverdoppelung und daher brauche ich die Kennlinien-Verlängerung auf 500V. Dies mal zum Anfang.

Jetzt gibt es die rote, gekrümmte Kennlinie, die ich eingezeichnet habe. Das ist die maximale Anoden-Verlustleistung. Diese ist im Datenblatt mit 25W angegeben, in anderen Datenblättern aber nur mit 21.5W. Ich habe meine Rechnung und Zeichnung auf der Basis von 22W erstellt. Und nun gibt es eine Gerade grüne Linie, welche von der theoretischen maximalen Spannung (500V) zu 0V Ua geht. Und dabei soll sie so dicht als möglich an der maximalen Anoden-Verlustleistung liegen. Dies ergibt einen maximalen Strom bei 0V Ua von 180mA. Diese grüne Linie stellt also die Arbeitsgerade (oder den Ra) dar. Das bedeutet, dass Ra = 500V / 180mA = 2.778k sein sollte.
Nehmen wir nun die 0V Gitter-Linie und verlängern sie so weit, dass sie auf die Arbeitsgerade reicht, so bekommen wir einen Kreuzungspunkt, der senkrecht auf die Spannungs-Koordinate "verlängert" wird. Das bedeutet, dass diese Röhre bei Ug1 = 0V und einem Ra von 2.778k eine Spannung von 36V als Rest an der Anode hat.

Der nächste Punkt, der interessiert ist jener bei Ua 250V. Da sehen wir, dass sich die Arbeitsgerade, die Leistungshyperbel und die -15V Gitterlinie treffen. Das bedeutet, dass wir an diesem (Arbeits-)Punkt einen Ruhestrom von etwa 90mA haben. Hinzu kommt der Schirmgitterstrom von gegen 10mA, sodass am Rk von 150 Ohm die geforderten 15V anfallen.

Als Letztes haben wir den Punkt der maximalen Aussteuerung. Wenn wir einerseits von -15V auf 0 aussteuern geht es in der anderen Richtung symmetrisch auf -30V Ug1 und da ist eine Spannung von 447V zu erwarten. Und die entsprechenden Ströme liegen bei 20mA und 170mA. Die Spannungsdifferenz wäre somit 411V und die Stromdifferenz 150mA, was eine Leistung von rund 7.7W ergibt.


Im Datenblatt der EL34 steht etwas von 11W bei 250V Ua bei einem Klirr von 10%. Und da steht auch ein Rk von 106 Ohm und noch so einiges.

Was hier nicht steht ist der Schirmgitter-Widerstand. der wird (als Schwingschutz) mit rund 470 Ohm eingesetzt, wie ich es getan habe. Den Gitterableitwiderstand von 470k habe ich einem anderen Datenblatt der EL34 entnommen. Und wie wir die Daten der Endröhre haben, brauchen wir auch die Daten der Vorröhre EF86.

Hier interessiert uns die Verstärkung, der Rk und die Ausgangsspannung Vo.
Die Verstärkung ist normalerweise gerechnet mit einem überbrückten Katodenwiderstand, also ohne Stromgegenkopplung. Dies ist in unserer Schaltung nur teilweise der Fall, denn RK ist aufgeteilt in 1,8k überbrückt und 390 Ohm nicht überbrückt, als Einspeisung der Gegenkopplung. Daher nehme ich eine geringere Verstärkung von 100 für die Berechnungen an.
Die Teilung von Rk habe ich soeben erklärt, bleibt noch Vo, also die Ausgangsspannung. Diese ist bei der dargestellten Konstellation 44V. In den Daten der EL34 ist von 8V die Rede (bei der KT66 wären es 10.6V). Das bedeutet, dass wir genügend Reserven haben bezw. dass der Klirr der EF86 weit unter den 5% des Datenblattes bleiben wird. Ich gehe von unter 1% aus.

Wieder zurück zum Schaltbild: Die Bauteile um die Endröhre haben wir teils aus Erfahrung eingesetzt, teils aus den Datenblättern entnommen. Ebenfalls ein Erfahrungswert ist die RC-Kombination aus 1.5k und 2.5n zwischen Anode und Speisung. Dieses Glied reduziert die Schwingneigung.
Die 220 Ohm in der Speisung dienen zusammen mit den 100 Mikrofarad der Siebung. Ich gehe davon aus, dass daran eine Spannung von etwa 3.5V anfällt.

Die Bauteile rund um die EF86 entstammen weitgehend dem Datenblatt.

Kämen wir folglich zur Berechnung der Gegenkopplung.
Wir haben die Verstärkung der EF86 mit 100 angenommen, die Eingangsspannung haben wir auf (0dBU) 775mV festgelegt und Rk wie beschrieben (und im Schaltbild gezeichnet) aufgeteilt. Ug1 der EL34 sind 8V~.
Wenn wir jetzt retour rechnen, so ist die Spannung Ugk der EF86 = Ug1(EL34) : V, also 8 : 100 = 80mV. Die Spannung zwischen Ug1 der EF86 und Masse ist 775mV, entsprechend der Eingangsspannung. Also muss Uk gegen Masse diese 775mV minus Ugk (80mV) sein, also 695mV. Diese Ton-Wechselspannung liegt am Rk-Teilwiderstand von 390 Ohm, weil dieser Teil ja nicht überbrückt ist. An den 1.8k kann keine zusätzliche Wechselspannung liegen, da dieser Widerstand überbrückt ist.

Wir haben also jetzt die Spannung an Rk (390) von 695mV. Aus 10W und 4 Ohm lässt sich U Out des Verstärkers berechnen. U^2 = P*R und damit ist U = Wurzel aus P*R = Wurzel aus 40 = 6.325V = 6325mV.
Die Spannung über dem Gegenkopplungswiderstand (2,7k + 470 Ohm) muss folglich (6325mV - 695mV =) 5630mV sein. Das ergibt ein Spannungsverhältnis (URgeg / URk) von (5630 / 695) 8.1 und damit auch ein entsprechendes Widerstandsverhältnis. Somit wird der Gegenkopplungswiderstand 3.1593k. Ich habe ihn aus den Teilwiderständen 2.7k und 470 Ohm gebildet, was zusammen 3.17k ergibt. Die nötige Genauigkeit ist eingehalten, denn ich habe ja die Verstärkung der EF86 weder nachgemessen noch nachgerechnet. Deren Abweichung wird durch die Gegenkopplung auch auf etwa 2% Genauigkeit ausgeglichen, sodass die Bauteiltoleranzen (auch die ungewollten) und die Spannungsabweichungen im Netz mindestens eben solche "Fehler" bewirken.

Parallel zum einen Gegenkopplungswiderstand (2.7k) ist noch ein Kondensator eingefügt, der ebenfalls die Schwingneigung reduziert und auch Transient-Intermodulationen verhindert.

Im Grunde ist dies schon die ganze Rechnerei rund um so eine Endstufe. Die "Unsicherheit" rund um die Verstärkung der EF86 hat allenfalls Auswirkungen auf den Klirr. Eine höhere Verstärkung reduziert den Klirr. Ich habe mal 0,5% bei 10W eingetragen. Es können aber auch bis zu 1% werden. Nur muss uns klar sein, dass wir mit einer relativ schwachen Eintaktendstufe nicht unbedingt eine Disco "befeuern". Die Leistung von 5 oder 7,5 oder 10W ist für Zimmerlautstärke mehr als ausreichend und der Klirr tritt dank der Gegenkopplung wirklich erst bei Pegeln an der Leistungsgrenze auf.

Was jetzt noch fehlt ist das Netzteil. Dieses lasse ich vorderhand noch weg, denn für seine Berechnung ist entscheidend, was noch alles mit diesem betrieben werden soll (Mono-Endstufe oder Vollverstärker)

Und die Gegentaktschaltungen schauen wir uns in der nächsten Folge genauer an.

Hallo Richi,

das hat einfach Klasse!

Bisher habe ich nach Kennlinie nur Klasse-A Verstärker entwickelt. Ich bin schon gespannt auf Gegentakt!

Grüße

Bevor ich zum Gegentakt komme noch schnell ein kurzer Rückblick:
Bei Trioden (AD1) haben wir gesehen, dass diese Endröhre eine hohe Ansteuerspannung benötigt. Wir haben weiter festgestellt, dass wir mit einer ECC82 zu wenig Verstärkung hätten, um sie auch wirklich voll auszusteuern. Wir sind daher letztlich bei der Vorstufen-Pentode EF86 gelandet.

Was wir nicht betrachtet haben ist der Umstand, dass eine Vorstufe genau wie die Endstufe Klirr produziert und zwar je höher die Aussteuerung (je grösser die Ausgangsspannung) desto höher der Klirr. Und zwar verhält sich der Klirr (bei Vorstufen) etwa proportional der Ausgangsspannung (bei Endröhren etwa proportional der Ausgangsleistung).

Und was wir auch nicht näher betrachtet haben ist der Umstand, dass der Klirr der ganzen Schaltung die"quadratische Addition" der Einzelwerte ist. Hat die Vorstufe einen Klirr von 3% und die Endstufe einen von 4%, so ist die Summe 5% (3^2 + 4^2 = 9 + 16 = 25, Wurzel aus 25 = 5). Was wir also beachten müssen ist, dass wir die einzelnen Klirrs nicht zu hoch werden lassen. Wenn wir also annehmen würden, die End-Triode hätte einen geringeren Klirr, braucht aber eine höhere Ansteuerung, so könnte der Klirr in der Summe höher ausfallen als bei einer Endpentode mit etwas höherem Klirr, dafür einer geringeren Ausgangsspannung der Vorröhre.

Und worauf ich auch noch verweisen möchte ist folgender Beitrag im HF:
http://www.hifi-foru...orum_id=42&thread=83
wobei davon eine PDF-Datei besteht, die ich gerne per Mail zustellen werde, wenn ich die direkte Mailadresse bekomme. Hier ist leider die Zustellung einer pdf nicht möglich.


Nun zur Gegentakt-Schaltung. Hier eine prinzipielle Schaltung (Grundig NF2), wie sie ähnlich des öfteren zu finden ist.
http://www.hifimuseum.de/hifi-stereo-um-1962.html
(Sicherheitshalber habe ich sie nicht im Original veröffentlicht, sondern abgezeichnet:)

Die Bauteilwerte sind dem Original (Siehe Link) zu entnehmen.

Wir haben wie bei der Eintakt-Schaltung eine Vorverstärkerröhre (erste Triode), daran anschliessend eine Phasenkehrstufe (zweite Triode) und letztlich die beiden Endpentoden. Dies ist die beinahe einfachste Schaltungsmöglichkeit. Wenn man die Ansprüche an Verzerrungsarmut nicht zu hoch steckt reicht dieses Konzept aus.

Wir können diese Gegentaktschaltung mit den vorherigen Eintaktern vergleichen. Auch hier haben wir eine einfache Vorstufe mit einer eher hohen Verstärkung. Diese wäre im vorliegenden Fall etwa 67, wobei wir eine Verstärkung von rund 20 benötigen. Folglich gehen etwa 10dB (V = 3.3) in die Gegenkopplung. Damit war der (damals gültigen) DIN 45500 Genüge getan.

Nach dieser ersten Stufe folgt die Phasenkehrschaltung in Form einer Katodyn. Diese basiert darauf, dass bei einer Triode nur ein Nutzstrom vorhanden ist, der von der Katode zur Anode fliesst. Verwendet man in der Anode und der Katode die selben Widerstände (hier 33k), so fällt logischerweise an beiden die selbe Spannung ab. Bei positiver Ansteuerung des Gitters wird die Katode ebenfalls positiv, die Anode aber "negativ" (die Spannung sinkt dort von z.B Plus 200V auf Plus 180V). Damit haben wir die gewünschte invertierende Funktion.


Nehmen wir hier diese Schaltung so bekommen wir die optimale Funktion, wenn wir die Betriebsspannung dritteln. Wir hätten bei einer Betriebsspannung von 300V jeweils 100V über den Widerständen Ra und Rk' von jeweils 33k und 100V über der Röhre zusammen mit dem Rk von 1,5k. Der Strom beträgt knapp 3mA, macht am Rk etwa 4V. Dies müsste bei einer ECC82 in etwa passen.

Vergleichen wir dies mit der Grundig-Schaltung, so haben wir dort eine tiefere Betriebsspannung, keinen Rk und dafür einen höheren Rg. Und dies alles mit einer ECC83.
Die Gittervorspannung wir dort durch den Gitteranlaufstrom und der daraus entstehenden Anlaufspannung an dem 10M gebildet.
Für eine ECC83 sind die Werte von Rk' und Ra mit 33k relativ tief angesetzt. Entsprechend würde die Spannung nicht an Röhre, Rk' und Ra gedrittelt, sondern sie wäre an der Röhre höher, an den Widerständen geringer. Dies führte eigentlich zu einem höheren Klirr. Wir benötigen aber nur 10V als effektive Steuerspannung für die Endröhren, sodass die mögliche Ausgangsspannung der Phasenkehrschaltung sicher ausreicht.
Zu erwähnen ist, dass diese Schaltung keine aktive Verstärkung erzeugt, es kommt also höchstens das raus, was rein geht.

An den Endröhren haben wir eine Mischform, indem die Gittervorspannung einerseits fest mit -11V aufs Gitter gegeben wird, andererseits aber durch den Röhrenstrom am Rk von 50 Ohm eine Spannung generiert. Diese Schaltung arbeitet in Klasse AB, was relativ geringe Verzerrungen bei kleinen Leistungen ergibt.

Jetzt können wir beginnen, andere Konstellationen zu überlegen. Wir könnten sagen, wir möchten weniger Klirr. Dazu könnte man den Eingangsverstärker anders aufbauen. Da wäre eine Pentode denkbar, weil wir mit der höheren Verstärkung einen höheren Gegenkopplungsgrad erreichen.
Wir können aber auch die Phasenkehsrstufe so aufbauen, dass wir eine Verstärkung erhalten.


Hier haben wir zwei Trioden, wovon nur die obere angesteuert wird. Und wir haben einen gemeinsamen Katodenwiderstand Rk, an welchem die Gittervorspannung gebildet wird. Und letztlich haben wir einen Rz, welcher die Katode hoch legt. Das untere Gitter ist für Wechselspannung über einen Kondensator an Masse gelegt.
Steuern wir das obere Gitter an, so bildet sich eine Stromänderung, welche einerseits im oberen Ra eine Spannungsänderung ergibt und damit ein Ausgangssignal erzeugt. Andererseits verändert sich auch die Spannung an Rz. Da das untere Gitter eine Spannungsänderung nicht mit macht, führt dies über die Katodenverkopplung zur Ansteuerung der unteren Röhre. Und dies geschieht strommässig entgegengesetzt zur oberen. Also bekommen wir ebenfalls am unteren Ra eine Spannungsänderung, welche aber der oberen entgegengesetzt reagiert. Diese Stromänderung hat ihrerseits wieder Rückwirkungen auf Rz, sodass sich dessen Spannungsänderung reduziert. Letztlich wird URz halb so gross wie die Steuerspannung am oberen Gitter und somit teilt sich die die Reaktion symmetrisch auf.
Je grösser Rz, desto genauer ist die Symmetrie, desto geringer ist aber die Verstärkung.

Und diese Schaltung hat einen Haken: Dadurch, dass die Katode durch Rz hoch gelegt ist, geht ein rechter Teil der Betriebsspannung für die eigentliche Verstärkung verloren, wir bekommen also zwar eine geringe Verstärkung, aber auch nur eine eingeschränkte Ausgangsspannung. Der Klirr dieser Schaltung reicht für normale Pentodenschaltungen aus und der Schaltungs-Ri ist für beide Zweige klein genug und symmetrisch, aber spezielle Pentodenschaltungen oder Trioden lassen sich so kaum antreiben.

Nehmen wir also die nächste Variante:

Hier haben wir im Grunde nochmals das Selbe, aber wir haben die untere Röhre auch angesteuert. Dazu haben wir R1 und R2. Die beiden Ausgangssignale sind gegenphasig und heben sich daher auf bei opimaler Symmetrie. Sind sie aber ungleich, so entsteht eine Steuerspannung am unteren Gitter, welches die Unsymmetrie ausgleicht. Wenn wir von der selben Symmetrie wie im vorherigen Fall ausgehen, so können wir hier Rz kleiner machen, was eine höhere Verstärkung zur Folge hat.

Die nächste Variante

verzichtet auf Rz und bildet nur die untere Ansteuerspannung aus R1a und R1b gegen R2. Hier ist ein Abgleich nötig, der gelegentlich wiederholt werden muss. Dafür bekommen wir eine hohe Verstärkung und da Rz fehlt auch eine hohe Ausgangsspannung.

Die letzte Variante sieht folgendermassen aus:

Hier haben wir einen Vorverstärker mit der ersten Triode der ECC83, dann eine Katodyn aus deren zweiter Triode und dann einen Differenzverstärker aus der ECC82.
Dieser Differenzverstärker ist den vorherigen Phasendrehern mit "Rz" vergleichbar, denn auch hier haben wir eine gemeinsame Katode. Der Trick 1 ist, dass diese Differenzstufe nicht die Phase drehen muss, das hat bereits die Katodyn erledigt und zwar nahezu perfekt (in Abhängigkeit der Widerstandstoleranzen). Wird die ECC82 einmal postiv angesteuert und am anderen Gitter negativ, so ergibt dies im Idealfall keine Stromdifferenz und damit ist die Katodenspannung fest. Der Widerstand von 3,9k gegen die -80V wirkt sich dann nicht aus und damit zeigt die ECC82 die maximale Verstärkung.

Haben wir eine Unsymmetrie, so bildet sich eine Katodenspannung am 3,9k und damit wird die eine Röhre schwächer und die andere stärker angesteuert, sodass letztlich die Stromänderungen in beiden Zweigen genau gleich ausfallen. Wenn die Arbeitswiderstände von je 39k genau gleich sind dann ist auch die Ausgangsspannung genau gleich, nur gegenphasig.

Soviel eigentlich zum Kapitel Phasenkehrschaltung.
Logischerweise müssen bei der Bauteile-Bemessung die Spannungsverhältnisse berücksichtigt werden.
Logisch ist auch, dass wir bei Endröhren, welche keine hohe Leistung bringen müssen und bei welchen wir (aus Preisgründen) eher billige Ausgangstrafos einbauen, also auf beste Qualität verzichten, nicht unbedingt das Höchste in die Phasenkehrstufe stecken werden. Dies siehe Grundig NF2.

Haben wir höhere Ansprüche, so können wir entweder eine EF86 als Vorverstärker einsetzen und eine Phasenkehrstufe mit Rz oder
eine ECC83 als Vor- und Phasenstufe und eine ECC81 oder -82 oder gar eine 6SN7 als Differenzstufe und Treiber. Und diese Schaltungen (vor allem die Letzten) lassen sich auch als Treiber für Trioden, Ultralinear oder Katoden-Gegenkopplung der Endröhren verwenden, weil sie bei relativ geringem Klirr eine recht hohe Spannung liefern können.

Hier noch die fertigen Schaltbilder für eine Endstufe mit Ultralinear


und eine mit Katoden-Gegenkopplung der Endröhren.


Auf die weiteren Tricks und Berechnungen rund um die Gegentaktschaltung gehe ich im nächsten Beitrag ein.
Hier sei noch angemerkt, dass die Gegenkopplungsberechnung gleich erfolgt wie bei der Eintakt-Schaltung.

Wieder ein kleiner Rückblick.
Wir haben im Eintakt-Beitrag die Eingangsstufe betrachtet und festgestellt, dass wir eine Minimalverstärkung brauchen, welche mindestens den Gitter-Spannungsbedarf der Endröhre abdeckt. Wenn wir eine Überalles-Gegenkopplung wollen brauchen wir eine höhere Verstärkung, denn die Gegenkopplung reduziert die Verstärkung der kompletten Schaltung.

Wir haben auch gelesen, dass der Klirr der Eingangsstufe mit in den Totalklirr eingeht. Wenn wir also den Klirr tief halten wollen ist es sinnvoll, diesen bereits in der Eingangsstufe nicht zu gross werden zu lassen. Dies könnten wir erreichen, wenn wir klirrarme, hochlineare Röhren verwenden. Da käme die EC86 in Frage. Nun ist diese Röhre aber in ihrer Schwingneigung eine "Mimose". Man kann ihr durch eine Stromgegenkopplung (nicht überbrückter Katodenwiderstand) und eine kapazitive Kompensation (g-a + g-k) sowie Schwingschutzwiderständen ihre "Zickigkeit" etwas abgewöhnen. Wie gross diese Bauteile jeweils sein müssen hängt aber stark vom direkten Verdrahtungs-Aufbau ab und ist daher nicht vorhersehbar.
Tatsache ist jedenfalls, dass der Klirr bei normalen Endstufen aus der Vorstufe nicht so eminent gross wird, weil keine zu hohen Steuerspannungen an den Endröhren nötig sind. Welche Vorstufenröhre nötig ist kann eigentlich erst beim Erstellen des Gesamt-Konzepts entschieden werden.

Weiter haben wir im letzten Beitrag die Phasenkehrschaltungen betrachtet und dabei festgestellt, dass diese bestimmte Voraussetzungen erfüllen müssen. Haben wir nur einfache Endröhren, so ist der Steuerspannungsbedarf nicht hoch und damit können wir die Endröhren direkt mit einer Katodyn ansteuern.
Haben wir Endpentoden mit Katoden-Gegenkopplung oder Ultralinear oder gar Endtrioden, so reicht die Katodyn-Ausgangsspannung nicht aus. Dann macht es Sinn, eine andere Schaltungsart zu wählen. Da habe ich die verstärkende Schaltung mit hochgelegter Katode (mit Rz) vorgeschlagen oder die Katodyn mit nachgeschaltetem Treiber.

Die "luxuriöseste" Variante ist die Folgende

Hier wird eine Cascodestufe im Eingang mit einer Katodyn als Phasendreher und zwei SRPP-Treiberstufen kombiniert. Die Cascode hat eine hohe Verstärkung von etwa 260 bei geringem Rauschen und dank der hohen Linearität der E88CC (oder ECC88 oder PCC88) einen geringen Klirr.
Die EC92 ist im Grunde klirr- und rauscharm in dieser Schaltung.
Die Treiberstufen werden aus je einer SRPP-Stufe gebildet. Diese kann eine hohe Ausgangsspannung bei minimalem Klirr liefern, wenn ihre Last entsprechend abgeglichen ist. Dazu dienen die Trimmpot R 20 und 21. Mit dieser Kombination könnten nun wirklich (fast) alle Varianten von Endröhrenschaltungen angetrieben werden (ausser PPP-Endstufen). Voraussetzung für so eine Konstruktion ist allerdings ein Messmittel-Park, der auch die Klirrmessungen möglich macht. Und noch zur Ergänzung: Der grüne Pfeil an der Katode der ersten Stufe bedeutet die Rückführung des Gegenkopplungssignals

Neben dieser Luxus-Variante hatten wir ja schon die Möglichkeiten mit der ECC83 nach Grundig, bei welcher man die Katodyn auch durch eine verstärkende Schaltung ersetzen kann, sowie die Kombination von ECC83 mit ECC82, ECC81 oder 6SN7. Und natürlich kann man auch die Eingangstriode durch eine Pentode ersetzen, was ja im Eintaktfall genau so möglich ist wie bei einer Gegentaktstufe.

Theoretisch könnte man die Luxusvariante mit EL95-Endröhren kombinieren, nur sieht das nicht nur bescheuert aus, es ist auch bescheuert. Das Ganze muss irgendwie zusammen passen, wie bei einem Auto. Es gibt keinen Sportwagen mit dem Motor einer Ente und auch das Umgekehrte macht nicht wirklich Sinn.

Damit möchte ich zunächst Diesen Teil abschliessen.


Jetzt geht es um die Endröhren-Schaltungen und deren Wahl.
Generell können wir alle Endröhren in normaler Gegentakt-Schaltung betreiben. Wenn wir nochmals die Grundig-Schaltung anschauen,
so wäre es möglich, die Endröhrengitter nicht auf -11V zu legen, sondern auf Masse und die Katodenwiderstände statt 50 Ohm 270 Ohm werden zu lassen.
Oder wir könnten die Katodenwiderstände und -Elkos weg lassen und die Katoden auf Masse legen, dafür aber die Gittervorspannung auf 14.7V fest legen.
Oder wir könnten zusätzlich zu diesen drei Gitter-Varianten die Katoden nicht an Masse legen, sondern an eine Wicklung des Ausgangstrafos und so eine Gegenkopplung nur über die Endröhren herstellen. Dies wäre dann die im letzten Beitrag vorgestellte Variante
Und wie dort gezeigt käme noch die Möglichkeit der Ultralinear-Schaltung hinzu, also dem Betrieb mit Schirmgitter-Gegenkopplung über den Ausgangstrafo.
Und würden wir die Ultralinear und die Katoden-Gegenkopplung noch kombinieren wäre die Gegenkopplung innerhalb der Endröhren stärker, sonst gäbe es aber (ausser dem entsprechend höheren Ansteuerungs-Spannungsbedarf mit höherem Klirr der Vorstufen-Röhren) keinen Unterschied mehr.

Damit sind wir nun bei der Wahl der Endröhren gelandet. Und hier gibt es eine erste Einschränkung:
Es gibt Endröhren wie die EL34 oder 6L6, welche eine deutlich höhere Anodenspannung verträgt als es die Schirmgitter-Spannung ist. Es gibt natürlich auch die Röhren, bei welchen Schirmgitter- und Anodenspannung gleich sind. Hier mal eine kleine Auswahl:
Dort, wo bei "UL" ein Kreuz in Klammern steht ist Ultralinearbetrieb bedingt möglich, sofern die Schirmgitterspannung nicht überschritten wird. Dabei ist aber die Ausgangsleistung, die angegeben ist, nicht zu erreichen. Jedenfalls ist diese Betriebsart nicht unbedingt angesagt.


Hier noch schnell ein anderer Aspekt: Man kann natürlich Pentoden auch als Trioden betreiben, wenn man Anode und Schirmgitter verbindet. Voraussezung ist natürlich, dass die Röhre ultralinear-tauglich ist, dass also die Anoden- und Schirmgitterspannung gleich sein kann.
Zieht man die (Internet-) Datentabelle zu Rate so sind einige Röhren auch in Trioden-Schaltung aufgelistet. Das bedeutet nicht, dass es mit anderen Typen nicht auch möglich wäre, aber wenn diese Betriebsart nicht aufgeführt ist besteht die Gefahr, dass das Ergebnis nicht befriedigend ist.

Betrachten wir die Datentabelle, so sehen wir z.B. folgendes:
Dies ist eine Leistungspentode, welche eigentlich nicht für Audio gebaut wurde. Wir sehen da eine beliebig angenommene Arbeitsgerade und die der Gitterspannung entsprechende Anodenspannung. Das bedeutet, dass wir (bei angenommenem Arbeitspunkt bei -10V am Steuergitter) bei kleiner werdendem Strom (Gitterspannung von -10V nach -20V verändert) eine Anodenspannungs-Änderung von 105V bekommen, in der anderen Richtung aber (gegen 0V Ug) eine solche von 175V. Diese Asymmetrie ist nichts anderes als Klirr. Wären die Abstände der Linien für die einzelnen Gitterspannungen gleich, so wäre auch die resultierende Anodenspannungs-Änderung gleich und der Klirr wäre Null. Wenn ich mit so einer Röhre ein Gerät plane muss ich mir im Klaren sein, dass ich mir einen Endstufenklirr von 25% einhandle. Um diesen auf 0.5% zu bringen muss ich eine 50 fach zu hohe Verstärkung der Vorstufe vorsehen, damit die Gegenkopplung das ausgleichen kann. Ich muss dann aber wissen, dass Probleme durch den Ausgangstrafo oder durch die Verdrahtung eine derartige Gegenkopplung verunmöglichen und somit diese Klirrwerte nicht erreichbar sind.

Eine zweite Einschränkung ergibt sich durch die Anoden-Verlustleistung. Nehmen wir Eintakt Klasse A. Und gehen wir mal von einer PL508 aus. Hier haben wir eine zulässige Anodenspannung von 400V, einen zulässigen Dauerstrom von 100mA und eine Verlustleistung von 12W. Stellen wir damit eine Rechnung an, so wäre bei 400V und 100mA Die Verlustleistung 40W, oder wir nehmen die erlaubten 12W und 400V Anodenspannung, dann kann der Strom nur 30mA werden. Oder wir nehmen die 12W und den Strom von 100mA, dann wird die Anodenspannung nur 120V.
Klar ist, die 40W gehen gar nicht. Klar ist aber auch, dass bei einem Ruhestrom von 30mA die Kennlinienkrümmung zu erheblichem Klirr führt. Und sicher ist ebenfalls, dass wir bei einer Minimalspannung von 50V, die sich aus der Kennlinienschar ablesen lässt, eine Anodenspannung von 120V zu keinem grossartigen Ergebnis führt. Zumindest in Klasse A, also für Eintakt.
Wenden wir diese Röhre (wie auch jede andere) in Gegentakt Klasse B an, so ist jeweils nur bei einer Signal-Halbwelle eine Röhre am arbeiten, die andere sperrt. Und damit ist auch die Anoden-Verlustleistung an jeder Röhre nur halbzeitlich. Folglich kann ich bei der besagten PL508 statt der 12W Pa mit 24W rechnen. Damit sind bei dieser Röhre 35W Ausgangsleistung in Gegentakt B möglich. Klasse AB ist da bereits kritisch, weil ohne Signal schon ein zu hoher Ruhestrom fliessen würde und damit die 12W jeder Röhre überschritten würde. Und bloss eine etwas "exotische" Röhre zu verbauen, die letztlich nicht mehr kann als eine "popelige" EL84 macht auch nicht wirklich Sinn.

Als Überschlagsrechnung kann man davon ausgehen, dass in Eintakt eine Ausgangsleistung von höchstens 50% der Anoden-Verlustleistung möglich ist.


Jetzt könnten wir eigentlich mit den Überlegungen starten, was es werden soll. Zuerst also die Frage, Eintakt oder Gegentakt, verbunden mit der Frage nach der gewünschten Leistung. Und dann kann man sich mal schlau machen, welche Röhren gut erhältlich sind (mehrere Läden) und welche als Raritäten gelten. Dort wo das Angebot gross ist hat man keine Ersatzprobleme und spart Geld, bei Exoten aber kann es richtig teuer werden und hat man sich mal entschieden und die zur Schaltung passenden Ausgangstrafos fertigen lassen ist ein Tausch nicht sinnvoll.

An dieser Stelle noch drei "Spezialitäten" Zuerst mal der Quad II. Dieser liefert 15W aus zwei KT66, die eigentlich bis 50W einsetzbar wären. http://www.uploadarchief.net/files/download/quad-ii.gif
Trotz eigentlich bescheidener Bestückung (zu den KT66 noch zwei EF86) sind damit ausgezeichnete Klirrdaten möglich http://www.keith-snook.info/QUAD-II-power-amp.html .

Eine zweite Spzialität ist die PPP-Endstufe. Sie ist 1957 in der Funkschau Heft 2 beschrieben und leistete damals mit 2 EL34 20W. Eine neuere Variante ist eine Schaltung mit 4 EL84 http://www.luft-zug.ch/pages/t_ppp_amplifier.htm und denkbar ist auch ein Verstärker mit EL34 nach folgendem Schema:

Damit sollten gegen 40W möglich sein. Das Besondere an der PPP-Schaltung ist, dass die Endröheren eigentlich parallel arbeiten, trotzdem aber in Gegentakt. Dies braucht zwei getrennte Stromversorgungen, also für jede Endröhre eine. Und da die Endröhren mit ihrer Katode durchaus auf hohem Spannungspegel arbeiten können (volle Ausgangsspannung) ist es sinnvoll deren Heizung mit ebenfalls separaten Wicklungen an die jeweilige Katode zu binden.

Das PPP-Prinzip hat gewisse Vorteile, die sich aber mit anderen Schaltungen ähnlich ebenfalls erreichen lassen. Und wenn man die Sache etwas umstellen würde, bekäme man Endstufen mit Katodenfolger. Der Nachteil dieser Schaltung wäre, dass die Steuerspannung etwas höher sein müsste als die maximale Ausgangsspannung und damit mit normalen Röhren kaum mehr möglich ist.

Auch bei der PPP ist eine erhebliche Steuerspannung an den Endröhren nötig. Um diese zu ermöglichen, werden die Betriebsspannungen der Treiberröhren so mit den Endröhren verkoppelt, dass sich eine art Rückkopplung ergibt. Damit ist die hohe Spannung möglich, damit werden aber auch alle Verzerrungen rückgekoppelt und damit ist die Schaltung lange nicht so klirrarm, wie sie auf den ersten Blick erscheint. Der wesentliche Vorteil ist die tiefere Ausgangsimpedanz und folglich das geringere Übersetzungsverhältnis des Ausgangstrafos. Weiter liegt er gegen Masse, sodass die Lautsprecherwicklung Teil der Röhrenwicklung sein kann. Braucht man aber einen Trafo, den es fertig nicht gibt, wird die Sonderanfertigung sicher nicht preiswerter als ein normaler Gegentakttrafo "von der Stange".

Die letzte "besondere" Schaltung ist die SRPP (mit ihren Abwandlungen). Bei dieser Schaltung liegen die beiden Endröhren gleichspannungsmässig in Serie und ihr grundsätzlicher Vorteil ist, dass die eine Röhre der Arbeitswiderstand der anderen ist.

Ist der Röhren-Innenwiderstand unlinear, der Arbeitswiderstand aber linear, so kommt es zu Verzerrungen. Wird der Arbeitswiderstand durch die zweite Röhre gebildet, so ist dieser folglich genau gleich unlinear, sodass sich die Unlinearitäten aufheben. Dies funktioniert aber nur, wenn bestimmte Bedingungen eingehalten werden. So muss die ganze Schaltung in Klasse A betrieben werden, sodass zuerst mal die Gegentaktschaltung gerade mal die gleiche Leistung erbringt wie eine Eintaktschaltung. Weiter wird die obere Röhre (bei der echten SRPP) durch den Laststrom angesteuert, welcher durch den oberen Rk fliesst. Und letztlich muss dieser Laststrom (und damit die Last) so eingestellt sein, dass die Steuer-Symmetrie auch tatsächlich zustande kommt. Ist die Last ein Lautsprecher (über einen Ausgangstrafo angesteuert) so ist die Lastimpedanz alles andere als konstant! Und damit ist die Steuersymmetrie und folglich der tiefe Klirr illusorisch.

An diesem ganzen Konzept stört einerseits die Unsymmetrie eines Schirmgitterstroms, sodass eigentlich nur Trioden optimal damit funktionieren. Bei Vorstufen auf dieser Basis ist ein Klirr von 0.01% kein Problem. Trioden sind aber als Endröhren relativ "unergiebig". Und da die obere Ansteuerung durch den Rk geschieht und die Schaltung symmetrisch sein muss ist auch unten ein nicht überbrückter Katodenwiderstand Pflicht. Das "nagt" aber an der Ausgangsleistung. Da hilft eigentlich nur eine "Abart" nach folgendem Muster:

Damit sind 15W möglich. Das "Besondere" ist, dass die Endröhren hier ohne Katodenwiderstand auskommen und in Klasse B betrieben werden. Allerdings ist bei dieser Betriebsart die Kompensation der Kennlinienkrümmung nicht mehr gegeben und damit liegt der Klirr genau so hoch wie bei einer konventionellen Endstufe.

Die "hohe" Ansteuerung der oberen Röhre geschieht dadurch, dass einmal R11 und R12 gleich gross sind, dass also die treibende Phasenkehrröhre eigentlich eine Katodyn ist, dass aber über C6 der Anodenspannung dieser Triode die Schaltungs-Ausgangsspannung überlagert wird (ein sogenannter Bootstrap). Damit ist natürlich der Klirr wieder zurückgeführt und folglich unverändert hoch. Die ganze Sache funktioniert also nur mit einer Gegenkopplung, was die klassische SRPP nicht braucht.
Zu diesen "Exoten" ist zu sagen, dass sie letztlich keine Vorteile bieten gegenüber einer klassischen Schaltung. Und der Aufwand im Netzteil ist eindeutig höher, teils, weil separate Anodenspannungen benötigt werden oder auch weil die hohen Katodenspannungen nach entsprechend verknüpften Heizspannungen verlangen.

Eine ganz gewöhnliche Schaltung bringt die selben Ergebnisse und sie braucht keine speziellen Ausgangstrafos, die man nicht "von der Stange" bekommt.

Im Grunde kann ich davon ausgehen, dass wir nun wissen, was wir wollen.

Ich gehe mal von einer grösseren Gegentakt-Endstufe aus. Diese ist im Grunde nichts aussergewöhnliches, aber durchaus hochwertig. Hier das Schaltbild:

Wir könnten jetzt damit anfangen, ein Chassis zu zeichnen und das Ganze zu "designen". Dafür ist es mir noch zu früh. Ich möchte diese Schaltung erst mal genauer betrachten und die einzelnen Bauteile begründen und erklären, wie deren Werte zustande kommen. Diese "Arbeit" bleibt sich nämlich gleich, ob ich nun Mono-Endstufen baue oder ein riesen Ding für Surround mit allen möglichen Finessen.

Betrachten wir zuerst das Datenblatt der Endröhre. http://frank.pocnet.net/sheets/086/k/KT77.pdf
Hier finden wir auf Seite 3 diese Daten:

Es ist eine Leistung von 72W mit diesen Röhren möglich, wir beschränken uns auf 60W, weil wir damit einen Klirr von etwa 0.7% bekommen, wie die folgende Grafik zeigt:

Und dieser Klirr bezieht sich auf die Schaltung ohne zusätzliche Gegenkopplung. Wir haben in unserem Fall aber (neben der Gegenkopplung durch die Ultralinearschaltung) eine Überalles-Gegenkopplung eingesetzt. Diese beträgt rund 25dB oder 18 fach. Damit wird der Restklirr von 0.7% (zuzüglich der Klirr aus der Eingangsstufe dieser Schaltung) auf rund 0.05% reduziert.
Und da 60W zwar anständig, aber nicht "die Welt" sind habe ich jeweils zwei Endröhren KT77 parallel geschaltet. Damit kommen wir auf wirklich hochwertige 120W!

Jetzt die Bauteile im Einzelnen:

In den Endröhren-Katoden haben wir jeweils einen Widerstand von 1 Ohm (0.5W) eingesetzt. An diesem fällt eine Spannung entsprechend dem Röhrenstrom an. Laut Datenblatt ist dieser Ruhestrom (ohne Ton) 47mA, entsprechend 47mV Spannung am Widerstand. Im Betrieb wird der mittlere Strom 109mA, der Spitzenstrom noch höher. Dieser Spitzenwert interessiert uns eigentlich vorerst nicht, denn dieser kann vom Netzteil problemlos geliefert werden, wenn wir den mittleren Strom in die Netzteil-Rechnung einfliessen lassen.

Jede Endröhre besitzt eine Bias-Einstellung und damit wird der Ruhestrom von besagten 47mA eingestellt.

An den Schirmigittern sind DIREKT AN DER RÖHRENFASSUNG jeweils 22 Ohm angebracht als Schutz vor Überlastung und wilden Schwingungen.

Wie erwähnt gibt es die Bias-Trimmpotis, welche von einer 80V Spannungsquelle aus dem Netzteil betrieben werden. Dazu wird die Spannung über ein Siebglied von 3.9k und 10 Mikrofarad zugeführt und die "Masseseite" der Trimmer wird über eine zweite RC-Kette von 15k und 10 Mikrofarad an Masse gelegt. Damit steht jeweils eine Spannung zur Verfügung, mit welcher der Ruhestrom vernünftig einstellbar ist.

Direkt an der Röhrenfassung sind auch die Gitter-Schutzwiderstände von 2,2k angebracht. Diese, wie auch die Schirmgitterwiderstände müssen unmittelbar an der Fassung angelötet werden!

Mit einer Gittervorspannung von etwa -56V wird die Gitter-Wechselspannung in der Grössenordnung bis 94V Peak liegen. Das entspricht einer Effektivspannung von rund 34V. Diese muss von den Treiberröhren geliefert werden.

Die 80V für die Gittervorspannung der Endröhren wird ausserdem als Katoden-Vorspannung für die Treiberröhre 6SN7 verwendet. Da die Katode mit etwa 5V positiv liegen muss bilden sich am 4.7k Widerstand diese 85V, was einem Totalstrom von rund 18mA entspricht. Dieser Widerstand muss mindestens 2W belastbar sein!

An den Röhrenanoden der 6SN7 sind die Arbeitswiderstände von 22k zu finden, welche ab einer Betriebsspannung von 400V versorgt werden. Auch diese Widerstände müssen mindestens 2W belastbar sein! An ihnen fliessen jeweils 9mA, was eine Spannung von 198V ergibt. Die Anodenspannung liegt damit bei etwa 200V.

Die Verstärkung der 6SN7 beträgt etwa 13 fach, sodass an ihren Gittern im Maximum jeweils rund 2.6V Tonspannung vorhanden sein müssten.


Die Koppelkondensatoren zwischen diesen Anoden der 6SN7 und den Steuergittern der KT77 (1 Mikrofarad) müssen mindestens 500V Gleichspannung vertragen können!
Im Schaltbild sind die Massen eingezeichnet (dicke schwarze Linie). Diese ist aus zeichnerischen Gründen nicht durchgehend eingezeichnet. Die Verbindungen sind mit schwarzen Pfeilen angedeutet. Ebenso ist die -80V wie auch die +600V der Endröhren mit blauen und roten Pfeilen markiert. Die "untere" Treiberröhren-Anodenspannung ist mit einem Pfeil an der "oberen" angeschlossen.

Vor den Treiberröhren liegt die Phasenkehrschaltung (Katodyn) mit 2 x 100k (in Anode und gegen Masse) und einmal 2.2k. Damit sollte an jedem dieser 100k rund 100V stehen. Die Phasenkehrschaltung hat eine ganz leichte "negative Verstärkung (Abschwächung). Man kann folglich davon ausgehen, dass ihr Eingangssignal wie auch die Ausgangssignale bei rund 2.6V liegen. Ihr Strom liegt bei 1mA. Die Koppelkondensatoren müssen eine Gleichspannung von mindestens 400V vertragen.

Davor liegt die Eingangstriode mit einer Verstärkung von rund 60 fach. Ihre Steuerspannung zwischen ihrem Gitter und ihrer Katode muss demnach bei etwa 43mV sein. Da die Eingangsspannung der Schaltung mit 775mV angenommen wird muss am Katodenwiderstand von 390 Ohm eine Spannung von etwa 730mV vorhanden sein, welche von der Gegenkopplung geliefert wird. Die Berechnung dieser Gegenkopplung habe ich im Eintakt-Bereich bereits erklärt.

Wir können an den 390 Ohm den Strom berechnen, den die 730mV erzeugen. Das wären 1.877mA. Und wir kennen die Ausgangsleistung, nämlich 120W und die Ausgangsimpedanz von 8 Ohm. Also können wir die zu erwartende Ausgangsspannung berechnen. Diese beträgt 31V. Am Gegenkopplungswiderstand (15k) müssten folglich 30.27V abfallen, da ja auch dort der Strom von 1.877mA fliesst. In der Praxis ergibt dies eine nötige Eingangsspannung der Schaltung von 830mV. Dies spielt aber keine Rolle, weil wir ja nicht mit "festen Pegeln" arbeiten.

Der Strom durch die erste Stufe beträgt etwa 0.65mA und die Anodenspannung dürfte demnach bei rund 160V liegen. Dies, weil wir neben den Anodenwiderstand von 220k auch noch einen Siebwiderstand mit 150k haben. Der Auskoppel-Kondensator muss wiederum 400V spannungsfest sein, der Einkoppel-Kondensator mindestens 63V.

In der Schaltung sind noch vier Elkos verbaut. Der erste befindet sich an der Eingangsstufen-Katode. Er ist 100 Mikrofarad und sollte mindestens 10V vertragen. Der zweite ist in der Anodenspannuns-Siebung eingesetzt, hat 10 Mikrofarad und ist für 450V vorzusehen. Der dritte dient der Eingangssiebung der Gittervorspannung, hat 10 Mikrofarad und muss 100V vertragen, der vierte hat ebenfalls 10 Mikrofarad und ist mit 63V vorzusehen.

Wenn wir jetzt davon ausgehen, dass es eine Mono-Endstufe werden soll, dann können wir das Netzteil für die hier vorgesehenen Bauteile berechnen.
Wir brauchen eine Anodenspannung von 600V bei einem Strom von 218mA und eine Anodenspannung von 400V mit 20mA. Ausserdem ist die Minus 80V Spannung mit rund 22mA nötig. Weiter brauchen wir eine Heizwicklung mit 6.3V und 6.2A. Dies sind die absoluten Minimalwerte!

Jetzt kann man sich fragen, wie man so ein Netzteil aufbaut. Sicher ist, dass Spannungen über 400V problematisch sind, da man nicht die grosse Auswahl an hochspannungsfähigen Elkos hat. Denkbar wäre etwas nach folgender Schaltung:

Hier ist ersichtlich, dass eine Speisung für 400V berechnet ist und die zweite auf der ersten aufgesetzt wurde. Würde man die Speisungen total unabhängig bauen, so müsste im 600V Zweig ebenfalls mit serie geschalteten Elkos gearbeitet werden, also gäbe dies keine nennenswerte Ersparnis (etwas tiefere Spannungsfestigkeit von 350V), dafür wäre dann aber eine komplette Kette für die 400V zusätzlich nötig (allerdings mit geringerer Kapazität)

Angenommen, ich hätte mich für eine Mono-Endstufe entschieden, so könnte ich jetzt damit beginnen, den Netztrafo irgendwo herstellen zu lassen und ebenso die übrigen Bauteile zu beschaffen. Und ich könnte auf einem leeren Platz in der Wohnung (Küchentisch) eine Auslegeordnung beginnen und die Bauteile herum schieben bis es mir gefällt und dann mit der Chassiszeichnung anfangen und das Gehäuse planen und bauen....
Aber angenommen, es soll eine Stereo-Endstufe werden, dann muss ich die Anzahl Elkos (oder ihre Kapazität) verdoppeln und den Trafo ebenfalls auf den doppelten Strom auslegen.
Und angenommen, es soll ein Vollverstärker mit Klangreglern und allem Schnickschnack werden, dann muss ich mich erst um diese Schaltungen kümmern. Zum Glück ist da die Auswahl nicht wirklich gross. Ich muss einfach letztlich wissen, wie viel Platz ich brauche und wie ich alles unterbringen will. Und natürlich wie viel Strom und welche Spannungen die zusätzlichen Schaltungen benötigen. Und halt den Netztrafo nochmals überdenken und das ganze Netzteil entsprechend ausrüsten.


Und dann kann ich zeichnen und bohren und löten und hoffen...

Es sind fast 2 Jahre seit dem letzten Beitrag vergangen, trotzdem (und weil einige neue Projekterum schwirren) nehme ich nochmals den alten Fred raus.

Es gibt nämlich einiges, das noch zu besprechen wäre. Wenn wir eine Endstufenschaltung entwerfen, können wir (wie mehrfach erwähnt) die Leistung als Richtschnur nehmen. Wir können aber auch versuchen, den Klirr und die Intermodulation (also alle nichtlinearen Verzerrungen) möglichst gering zu halten. Oder wir können eine Schaltung auf einen grossen Dämpfungsfaktor auslegen. Oder wir können die Effizienz in den Vordergrund rücken.

Vor einiger Zeit habe ich einen Verstärker mit 2 EL84 in Gegentakt vorgestellt und bin nun "angefeindet" worden, weil dieses Ding nicht Spitzendaten liefere. Dazu ist zu bemerken, dass so eine Schaltung praktisch immer in gleicher Manier aufgebaut ist, denn es gibt Vorgaben, die nicht umsonst in den Datenblättern vorhanden sind.
http://frank.pocnet.net/sheets/129/e/EL84.pdf
Hier ist die EL84 auch in Ultralinear aufgeführt, was sonst kaum anzutreffen ist.
Festzustellen ist ganz allgemein, dass die Ausgangsimpedanz einen grossen Einfluss auf die Ausgangsleistung und auf die Verzerrungen hat. Meistens findet man bei der EL84 in Gegentakt einen Raa von 8k, im vorliegenden Datenblatt ist aber auch Raa = 6k vorgesehen. Auf Seite C14 ist das Diagramm aufgezeichnet für einen Raa von 6k und eine Ultralinear mit Schirmgitter-Anzapfungen bei 43%. Und da kommen mit einer Betriebsspannung von 300V und einem Klirr von etwa 0,7% immerhin rund 11W zustande. Und zu erwähnen ist, dass K3 deutlich tiefer liegt als K2, was bei Pentoden und Gegentakt eher unüblich, aber vorteilhaft ist. Leider habe ich das Schaltbild dieses Verstärkers nicht, ich müsste also dieses Ding selbst "nach-erfinden" und das ist mir nicht mehr möglich.

Wenn wir aber nicht (mehr) über die nötigen Messmittel verfügen (wie in meinem Fall) oder wenn das nötige Wissen fehlt bleibt nur, sich an die Vorgaben der Datenblätter zu halten. Und es ist auch wichtig daran zu denken, dass Röhrengeräte vor 50 Jahren Massenprodukte waren, die verkauft werden mussten. Und die Röhren, mit denen wir heute basteln stammen grösstenteils aus jener Zeit oder sind noch älter. Neue Röhren (von der Konstruktion her) gibt es seit 1970 nicht mehr. Und die üblichen Dinger wie EL84 sind nicht unbedingt auf Qualität in Bezug auf Klirrfreiheit (Highend) gezüchtet, sondern eher auf unproblematische Fertigung. Dies hat zur Folge, dass es nicht ganz einfach ist, hochwertige Schaltungen mit allen möglichen Röhren hin zu bekommen.

Wenn ich also einen Röhrenverstärker konzipiere, dann schaue ich mir die Datenblätter an und da finde ich Angaben, dass z.B. mit zwei EL34 eine Leistung von 25W möglich sind bei Ultralinear und mit einem Klirr von 0,4%. Bei der 6550 sind 60W mit 0.6% möglich und bei der KT77 in Ultralinear 45W mit 0.8%.
Diese Daten entstammen den entsprechenden Unterlagen, die man hier findet: http://frank.pocnet.net/
Voraussetzung sind natürlich Ausgangsübertrager höchster Güte, denn was diese verbocken lässt sich mit keinen Massnahmen ausgleichen.
Weitere Voraussetzung ist eine brauchbare Schaltung. Ich kann z.B. wie im
http://www.hifi-foru...rum_id=103&thread=89 eine Trafo-Gegenkopplung auf die Endröhren-Katoden vorsehen. Damit kann ich den Klirr entsprechend senken (auf etwa die Hälfte) und auch den Dämpfungsfaktor im gleichen Ausmass verbessern.
Ich muss mir einfach im klaren sein, dass solche Massnahmen maximale Gitterspannungen von bis zu 120V erfordern und diese Spannung muss sauber und absolut klirrfrei geliefert werden. Wenn das nicht möglich ist sind solche Katoden-Gegenkopplungen nicht zu realisieren.

Was natürlich immer bleibt ist die Möglichkeit der Über-Alles-Gegenkopplung. Diese ist zu Unrecht verpönt, denn sie bietet dann hohe Wiedergabequalität und Klirrfreiheit, wenn seriös geplant wird. Wenn wir mit Endröhren arbeiten, die wegen Leistungsmangel dauernd am Limit fahren und der Verstärker bei jedem Fortissimo klirrt, dann ist ein entspanntes Hören nicht möglich. Und wenn wir daran denken, dass so eine Gegenkopplung versucht, die mangelnde Leistung durch höhere Verstärkung auszugleichen, so wird klar, dass dies nicht möglich ist. Im Gegenteil, durch die höhere Verstärkung wird die Endröhre erst recht übersteuert und die Verzerrungen nehmen zu.
Was die Gegenkopplung kann sind sehr wichtige Dinge wie Frequenzgang-Glättung und Verzerrungs-Minderung (solange man die Maximalleistung nicht erreicht). Was aber nicht geht ist Fehlerbehebung. Wenn ich etwa einen zu schwachen Verstärker plane und glaube, durch Gegenkopplung einen besseren Klang zu bekommen, auch bei sehr lauten Stellen, so habe ich mich getäuscht.

Nabend Richi,

... im vorliegenden Datenblatt ist aber auch Raa = 6k vorgesehen...Leider habe ich das Schaltbild dieses Verstärkers nicht

Hab da was gefunden, siehe Mullard 5-10.
Über dem ersten Schaltbild steht: " In addition, three arrangements of the output stage are possible: normal loading, low loading and distributed loading. ",
unten links im ersten Schaltbild sind Kathodenwiderstandswerte für verschiedene Raa angegeben.
Ich denke, das ist die Schaltung zum Datenblatt.

Grüße,

Michael