Berechnung vom Katodenkondensator?

Fragen über Fragen Evtl. kann hier jemand Licht ins Dunkel bringen.

Hallo Manfred,

nach hergeleiteten Formeln gilt für den Katodenkondensator

für die Pentode:

Ck = 3*S / (2*pi*fu)

S = mA/V
1 Hz = 1/s
1 F = 1 As/V

für die Triode:

Ck = 3 / (D*(Ri+Ra) * 2*pi*fu)

D = 1/µ
1 Hz = 1/s
1 Ohm = 1 V/A
1 F = 1 As/V

Um die Berechnungen zu erleichtern, wurden die entsprechenden Einheiten hinzugefügt.

Quelle: Heinrich Schröder, Elektrische Nachrichtentechnik, Band 2, Verlag für Radio-Foto-Kinotechnik, 1963/1968, Seite 124

MfG, EL156

Hallo Manfred,

Justfun schrieb:

Jetzt sollte doch der Katodenkondensator so bemessen sein, dass die fg = 1/ 2 x pi x Ri (röhre) x Anodenwiderstand x Katoden C recht niedrig ist, so ca. 15Hz.

Da ist irgendwas faul:
fg = 1 / (2*Pi * R * C), bei Dir sind aber 2 mal R's im Nenner ...

Du musst den Kathodenwiderstand allein nehmen, also:
fg = 1 / (2*Pi * Rk * Ck)
Gibt für dein Beispiel eine fg von 3.1Hz, ein sinnvoller Wert.

Einschub: Das ist jetzt eine andere Rechnung als die von EL156 zitierte, meine ist die -3dB-Grenzfrequenz der Impedanz der RC-Gliedes in der Kathodenleitung, die von Schröder wird die (tiefer liegende) -3dB-Grenzfrequenz der ganzen Stufe sein, nehme ich an. Mich wundert jetzt dabei, dass dort Rk nicht auftaucht, ist wohl implizit darin versteckt. Egal, für eine 6BL7-GT ergäbe sich nach Schröder fg = 1.0Hz. Und das hört sich noch besser an

Bei diesen 3.1Hz ist der Betrag der Impedanz des Cs -- X(C) = 1 / (2*Pi*f * C) -- gleich der des Widerstands. Die Gesamtimpedanz, da komplex, errechnet sich pythagoräisch; und weil es eine Parallelschaltung ist, in Kehrbrüchen (Leitwerten):
1/Z² = 1/R² + 1/X(C)², bei X(C)=R ergibt sich eine wirksame Impedanz von R/Wurzel(2).

Bei den 3.1Hz ist AC also noch keineswegs kurzgeschlossen, das ist erst nennenswert ab etwa 10*fg der Fall, dann ist der Beitrag vom Widerstand zum gesamten Leitwert nur noch gering, C dominiert.

Fährt die Röhre längere Zeit am Limit, verschiebt sich der DC-Arbeitspunkt temporär etwas, weil die Kennlinie krumm ist und der Kondensator den Strom aber mittelt. Das ist unvermeidbar, aber wenn soll das eher mit einer langsamen Zeitkonstante passieren, damit es nicht störend wird.

Ein guter Bypass-C (Glimmer oder Folie, z.B.) zu dem hochkapazitiven Elko ist wiederum für hohe Frequenzen sinnvoll, evtl. kann man aber den Elko mit einem kleinen Serienwiderstand (~0.5Ohm) ESR-mässig abhängen, damit die Cs sich nicht gegenseitig bekriegen.

Grüße, Klaus

Normalerweise versucht man, den kapazitiven Blindwiderstand bei der angestrebten Grenzfrequenz bei einem Zehntel des Kathodenwiderstandes zu halten. Das gilt für alle Röhren, ob Triode oder Pentode. Natürlich kann man da mit den Röhrendaten operieren, aber es bringt eigentlich nichts, weil man ja sonst zu "krummen" Kapazitätswerten kommt, die nicht käuflich sind. Ausserdem haben die Elkos im Maximum bis zu +100% / -50% Toleranz.

Wie hoch der Elko im Maximum sein darf, hängt noch etwas von der Schaltung und dem Arbeitspunkt ab. Bei Klasse A, also sicher allen SE-Endstufen darf der Elko fast beliebig gross werden. Eine Grenzfrequenz von unter 1 Hz (Fg = 1 : (2Pi*R*C) ist kein Problem.

Bei Klasse B gibt es keinen nennenswerten Kathodenwiderstand, also auch keinen Elko.

Bei Klasse AB ist im Fall ohne Signal die Gittervorspannung leicht erhöht, sodass der Ruhestrom gegenüber Klasse A um etwa 20% abgesenkt ist. Somit ist auch mit Signal, aber kleiner Leistung der Ruhestrom fast stabil.
Bei höherer Leistung kann die Röhre weiter in den höheren Strombereich ausgesteuert werden, da ja der Arbeitspunkt nicht in der Mitte liegt, sondern weiter gegen den Sperrbereich. Damit steigt der durchschnittliche Röhrenstrom. Und damit steigt die durchschnittliche Kathodenspannung, also die Gittervorspannung.
Höhere Gittervorspannung bedeutet aber Klasse B und damit eine längere Aussteuerungskurve, also mehr Leistung.

Durch die Wahl des Ruhestroms zusammen mit dem Kathodenwiderstand und der daraus ändernden Vorspannung entsteht Klasse AB, also bei kleinen Leistungen Klasse A mit geringen Verzerrungen und mit zunehmender Leistung mehr Strom = mehr Vorspannung = mehr Leistung.

Nun soll der Elko eigentlich die NF gegen Masse kurzschliessen, andererseits darf er aber die relativ schnelle Reaktion der Gittervorspannung nicht behindern.
Aus diesem Grund wird man Xc auf 0,1*Rk bei 30Hz festlegen und daraus C berechnen.

Danke für die Antworten
Justfun schrieb:
Jetzt sollte doch der Katodenkondensator so bemessen sein, dass die fg = 1/ 2 x pi x Ri (röhre) x Anodenwiderstand x Katoden C recht niedrig ist, so ca. 15Hz.

Da ist irgendwas faul: fg = 1 / (2*Pi * R * C), bei Dir sind aber 2 mal R's im Nenner ...

Ja da ist in der Tat was faul, tatsächlich habe ich
1 / (2 x pi x ( Ri+Ra) x c )gerechnet.
Dann ist es aber immer noch falsch weil ich Ri der Röhre mit gerechnet habe.
Ohne Ri wird ein Schuh draus, das war der Knackpunkt.

Damit scheint es aber auch zu gehen

Ck = 3 / (D*(Ri+Ra) * 2*pi*fu)

Oder mit Richis Formel

Aus diesem Grund wird man Xc auf 0,1*Rk bei 30Hz festlegen und daraus C berechnen

Das ist so eine richtig schöne "dicke Daumen Formel" sowas brauch ich, damit geht es fast schon per Kopfrechnung.
Mit dieser Formel komme ich auf ca. 33uF, wenn ich mir die Schaltungen von Klaus Barton ansehe, muss er auch so gerechnet haben.
Denke ich werd mal zum Testen einen 33uF Elko einbauen, wenn es passt, kommt dann dafür ein Folienkondensator rein.
33uF gibt es von Wima MKS04 mit geringer Spannungsfestigkeit mit dem entsprechenden Wert.

Danke noch mal
Gruß
Manfred

...und ich habe bei der Rechnung mit 1k5 und 330µ ==> 3.1Hz das Kehrbrechen vergessen, richtig wären 0.32Hz gewesen -- etwas arg tief, folglich... mit den 33µ ergibt sich wieder der sinnvolle Wert von 3.2Hz... und passt zu Richis Formel.

Warum Fu nach Schröder, der ganzen Stufe, aber höher ist als Fg des RC, muss ich nochmal überdenken.

Grüße, Klaus

Hallo Klaus,

das Kehrbrechen

Als ich vor einem Jahr mit den Röhren anfing, hatte ich das recht oft
Jetzt klappt es aber schon ganz gut, naja fast, zumindest finde ich schon mal bugs in den abgekupferten Schaltplänen.
Dank des Forums kann ich die Fehler sogar beheben
Habe letzt schon die Koppel C's getauscht, waren alle auf fg - 3dB berechnet, habe dadurch auch bei moderater Zimmerlautstärke schon ein ordentliches Bassfundament.
Bin mal gespannt ob sich der Amp mit 33uF Folie besser anhört als mit 330uF Elko.
Könnte mir vorstellen, dass große Pegelsprünge etwas markanter rüberkommen, werde berichten.
Ist halt jedesmal eine riesen Fummelei da der Amp mit Leiterplatten aufgebaut ist.
Gruß
Manfred

Bin mal gespannt ob sich der Amp mit 33uF Folie besser anhört als mit 330uF Elko. Könnte mir vorstellen, dass große Pegelsprünge etwas markanter rüberkommen, werde berichten

Ob da ein Unterschied hörbar ist, bezweifle ich. Und wenn, müsste er in einem direkten A/B-Vergleich hörbar sein, also mit umschalten.

Wenn ich mir anschaue, wie hoch die Impedanz eines ganz normalen Elkos bei 100kHz und 330 Mikrofarad ist, so liegt diese bei rund 0,13 Ohm. Somit ist diese Impedanz im Verhältnis zu den 1,5k des Kathodenwiderstandes kein Gedanke wert. Je nach Führung der Leiterbahn kann deren Widerstand auch schon in dieser Gegend landen.
Und sofern der Verstärker eine Gegenkopplung hat, verringert sich der Einfluss von solchen Cs um den Faktor der Gegenkopplung.

Hallo,

Ob da ein Unterschied hörbar ist, bezweifle ich

Dann werde ich mir das wohl schenken und den 330uF drinnen lassen.
Gruß
Manfred

Genau und mit 33µF Folie wäre der Bass sicher auch nicht besser geworden.