Röhrenvorstufe rauscht

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amplifier2
Ist häufiger hier
#1 erstellt: 07. Sep 2006, 11:52
Ich bin gerade beim Aufbau einer Röhrenendstufe. Schaltung ist aus mehreren modifiziert, aber den Eingang habe ich ähnlich dieser http://www.jogis-roe...Amp/Schaltung-ES.gif aufgebaut.
Es funktioniert alles, jedoch bin ich mit dem Rauschen äußert unzufrieden.

Die erste Vorstufe (Kaskode) erreicht eine Verstärkung von etwa 60. Der Phasenumkehrdifferenzverstärker verstärkt noch mal um Faktor 8.
Also v = 480.

Ich kann das Rauschen mit dem Oszilloskop deutlich sehen. Es kommt eindeutig aus der Vorstufe (ohne Vorstufe läuft der Verstärker ruhig) und liegt in schwacher Form auch schon am Differenzverstärker an (schließt man den Eingang des Differenzers mal mit einem Elko kurz isses ziemlich weg)  also is doch die Eingangskaskode schuld!!! (hat ja auch die größte Verstärkung)

Kann das Rauschen noch andere Ursachen haben? Kann ich noch was prüfen?

Die Gittervorspannung liegt bei etwa 60V. Das hieße, dass man am Eingang lediglich eine Spannungsamplitude von 125mV zur Vollaussteuerung braucht.
Ist das wirklich nötig? Die meisten Signalquellen (CD-Player, Platte nach Entzerrer…) haben doch bereits Ausgangsamplituden von mindestens 500mV – 1V. Da wäre doch eine Vorstufe mit v=100 ausreichend???

Warum wird die Lautstärkeregelung eigentlich immer am Eingang vorgenommen?
Das Rauschen ist hier ziemlich Lautstärkeunabhängig. Also wärs doch sinnvoll das Signal am Ausgang der Vorstufe abzuschwächen oder die Verstärkung der Eingangstufe herabzusetzen. Dann wäre zumindest das Rauschen auch dann leise, wenn der Verstärker auf leise eingestellt ist????

Vielleicht kann mir jemand helfen,
viele grüße

horst
RBS
Schaut ab und zu mal vorbei
#2 erstellt: 07. Sep 2006, 13:30
versuch mal die Röhren gut abzuschirmen und ableitkondensatoren in den Anodenweg zu legen 5nF reichen.

Mfg

tobi
DB
Inventar
#3 erstellt: 07. Sep 2006, 13:41
Hallo,

die Lautstärkenregelung läßt sich nirgendwo anders hinsetzen, weil die Gegenkopplung vom Ausgangsübertrager in die Katode der 1. Stufe führt. Ach ja, was passiert eigentlich, wenn Du den Grad der Gegenkopplung (Wert P3, R5) veränderst?

Weiterhin wäre auch möglich, daß die Schaltung hochfrequent schwingt. Das äußert sich ganz komisch, in hochlaufenden Strömen, qualmenden Schirmgitterwiderständen, Rauschen,...

MfG

DB
amplifier2
Ist häufiger hier
#4 erstellt: 07. Sep 2006, 21:30
@DB ganz gute Idee mit der GK.. ich hab den Gegenkopplungszweig nochmal mit andern Widerständen bestückt und die Gitterableitwiderstände noch etwas verringert.
Es is jetzt viiiel leiser geworden.

Ich werd morgen mal messen, wie der Frequenzgang aussieht. Mal sehen ob dann die nächste Überraschung kommt

Danke erstmal ..

PS. Es qualmt zum Glück nichts. Und mit dem Oszi ist mir nichts aufgefallen, also hoff ich mal dass das mit den HF-Schwingungen nicht stimmt.


[Beitrag von amplifier2 am 07. Sep 2006, 21:32 bearbeitet]
Ultraschall
Inventar
#5 erstellt: 07. Sep 2006, 21:54
Normalerweise sollte eine Verstärkung von 20...50 völlig reichen. Die Gesamtverstärkung-Verstärkung stellst Du letzten Endes mit P3 ein (minimaler Widerstandswert= minimale Verstärkung).
Die erwähnten (maximal-eher weniger)480 stellen die Leerlaufverstärkung der Kaskode ohne zusätzliche äußere Gegenkopplung dar.

Im übrigen ist es auf Grund der Hochohmigkeit von Röhrenschaltung, gewissermaßen gegeben, das sie stärker, als niederohmige Transistorschaltungen rauschen.
Das wird in Klangbeschreibungen von Röhrenverstärkern nur sehr oft "elegant" "vergessen" zu erwähnen.

Grund dafür: mal nach Widerstandsrauschen googeln, sich die Formel ansehen und überlegen, was für hohe Widerstandswerte man so in Röhrenschaltungen hat und dagegen die Werte in einer gut dimensionierten Transistorschaltung sehen.

Außerdem rauschen Röhren eben auch selbst als Bauelement, weil der Aufprall der Elektronen auf die Gitter und die Anode nicht absolut regelmäßig ist, sondern eien gewisse statistische Verteilung hat.
richi44
Hat sich gelöscht
#6 erstellt: 08. Sep 2006, 08:37
Die Schaltung zeigt einige grobe Fehler. So, wie gezeichnet, wird das nichts.
Bei einer Cascode-Schaltung wird das Gitter der oberen Röhre auf eine feste Spannung gelegt. Hier ist aber nur ein Gitterableitwiderstand vorhanden, aber kein Kathodenwiderstand. Damit hat die obere Röhre keine Gittervorspannung und leitet dementsprechend voll.
Und damit ist die untere nicht also Cascode geschaltet, sondern als normale, einfache Triode (die obere ist wirkungslos).

Es macht mehr Sinn, das Gitter der ersten Röhre mit einem eigenen Gitterableitwiderstand zu versehen und das Pot gegen das Gitter über ein C abzukoppeln. Weird das Gitter direkt an das Pot gelegt, kommt es sehr bald zu Kratzgeräuschen beim Drehen.

Die Kathodenkombination der ECC82 mit einem Trimmer ist nicht nötig, wenn die obere Röhre richtig betrieben wird. Das hier ist nur nötig, weil sich durch die falsche Schaltung kein richtiger Arbeitspunkt einstellt und die Röhrenalterung starken Einfluss auf den Arbeitspunkt hat.

Es ist nicht sinnvoll, das Gitter der ECC91 direkt mit der Anoder der ECC82 zu verbinden. Während des Aufheizens liegt eine hohe positive Gittervorspannung an der ECC91, was zu Sättigungs-Schäden der Röhre fürhren kann. Es wäre sinnvoller, das Gitter über ein Koppel-C zu betreiben (Änderungen auch in der Kathode erforderlich!)

Auf Drossel 1 kann verzichtet werden und D 2 und 3 werden durch Widerstände 1k ersetzt.

Die ECC82 ist so aufzuteilen, dass eine Röhre die unteren beiden Systeme beider Kanäle darstellt, die andere die oberen beiden. Dann ist die Heizung der oberen Röhre von einer eigenen Heizwicklung zu beziehen, die nicht gegen Masse geführt wird, sondern deren Bezugspunkt auf der ca. halben Betriebsspannung liegt (entsprechend der Kathodenspannung des oberen Systems). Damit ist das Problem von Ufk behoben.

Ich kann mir es nicht verkneifen zu sagen, dass dies wieder eine jener Schaltungen auf der Jogi-Seite ist, die so nie veröffentlicht werden dürfte. Aber es ist beileibe nicht die einzige...

Bei Bedarf werde ich die Sache umzeichnen, also bitte melden.

Nachtrag:
Zur Berechnung müsste zumindest noch die Betriebsspannung in Deiner Schaltung bekannt sein, sowie die angestrebte Leistung.


[Beitrag von richi44 am 08. Sep 2006, 10:26 bearbeitet]
richi44
Hat sich gelöscht
#7 erstellt: 08. Sep 2006, 11:25

Hier die überarbeitete Schaltung, wobei ich von einer Betriebsspannung von rund 250V an der ECC82 ausgehe.
amplifier2
Ist häufiger hier
#8 erstellt: 08. Sep 2006, 15:50
Auf die Sache mit der Kaskode hätt ich nach 2 jahren Studium auch kommen können :] Ich hat mich ehrlich gesagt auch bissl drüber gewundert, aber da es offenbar bei andern auch funktioniert hat, hab ichs eben so nachgebaut.

Die direkte Kopplung am Eingang und zwischen den Vorröhren soll angeblich ein großer Vorteil der Schaltung sein (Bandbreite). Ich denke für die ECC99 ist selbst eine kurzzeitig höhere Spannung ungefährlich, weil ja durch die 22K der Anodenstrom stark beschränkt wird, und die Spannungen nicht das Limit der Röhren erreichen!?

Im Übrigen basiert dieser Schaltungsvorschlag auf einem Verstärker, der in den 50ern in den USA gefertigt wurde (und auch heut noch in limitierter Auflage wieder gefertigt wird)
Die müssen sich doch damals auch was gedacht haben
http://www.jogis-roe...Amp/Grommes_260A.gif

Zu den Spannungen (ich hab die Spannungen durch FETs stabilisiert da der VBxxx nicht mehr gefertigt wird). Vorgesehen ist an Punkt B: 455V, ich habe jedoch etwas über 500V anliegen (zum Schutz des Gitters noch 1k in die Schirmgitterleitung eingefügt und entsprechend leicht höhere Impedanz des AÜs).
Die Spannung an C5/C8 beträgt 290V, an C4 dann etwa 250V.
Der Arbeitspunkt der ersten Röhre sollte so eingestellt werden, dass am Steuergitter der ECC99 genau 80V anliegen (wenn man hier direkt koppelt)

Dass Vorstufenröhren stärker Rauschen als Transen, hab ich wirklich nicht gewusst.
Man kann nur dazulernen
Ich habe als erstes Röhrenprojekt einen Mini-1W-Verstärker aus einer alten EL83 gebaut und war trotz der einfachheit der Schaltung begeistert dass man kein Rauschen hört. Aber die hat auch kaum Verstärkung
Was wäre den Rauschtechnisch gesehn das Günstigste?? Mein Prof hat mal erwähnt dass SFETs sehr günstige Rauscheigenschaften haben, aber offenbar aufgrund Fertigungstolernazen selektiert werden müssen und deshalb wenig Einsatz finden.

So jetzt probier ich mal was die Schaltungsänderung von richi bringt
Erfolge werden dann an dieser Stelle gepostet...

gruß horst
DB
Inventar
#9 erstellt: 08. Sep 2006, 16:21
Hallo,

amplifier2 schrieb:

Die direkte Kopplung am Eingang und zwischen den Vorröhren soll angeblich ein großer Vorteil der Schaltung sein (Bandbreite).

Das ist schon richtig, allerdings handelt man sich damit auch die Nachteile galvanischer Kopplung ein. Wenn man mal nachblättert, wurde die galvanische Kopplung in wirklich sehr hochwertigen NF-Geräten (Studiotechnik) so gut wie überhaupt nicht verwendet.


Ich denke für die ECC99 ist selbst eine kurzzeitig höhere Spannung ungefährlich, weil ja durch die 22K der Anodenstrom stark beschränkt wird, und die Spannungen nicht das Limit der Röhren erreichen!?

Da müßte man in den Grenzdaten nachsehen, ob irgendwelche Spannungen zwischen Gitter und Katode im ungeheizten Zustand nicht überschritten werden dürfen. Generell besteht ja auch die Gefahr eines Überschlages. Du könntest allerdings zwischen g und k eine Klemmdiode setzen, die dafür sorgt, daß das Gitter gegenüber der Katode nicht positiv werden kann.



Vorgesehen ist an Punkt B: 455V, ich habe jedoch etwas über 500V anliegen (zum Schutz des Gitters noch 1k in die Schirmgitterleitung eingefügt und entsprechend leicht höhere Impedanz des AÜs).

Das ist riskant, EL34 sind nur für Ug2=425V spezifiziert.


Dass Vorstufenröhren stärker Rauschen als Transen, hab ich wirklich nicht gewusst.

Nicht unbedingt, es kommt auf das Gesamtkonzept an.

MfG

DB
richi44
Hat sich gelöscht
#10 erstellt: 08. Sep 2006, 16:48
Wenn die Amis den Irakkrieg beginnen können, ohne dass es was bringt, können sie auch Verstärker-Fehlkonstruktionen bauen. Und verkauft wird alles

Aber das mal am Rande.
Die Bandbreite einer Röhrenstufe wird normalerweise durch den Ausgangstrafo bestimmt. Wenn man also am Eingang möglichst wenige Kapazitäten einfügt, so bringt das am Ende nichts. In dieser Schaltung ist das Koppel-C zur Endröhre und der Ausgangstrafo für die untere Grenzfrequenz massgebend. Wenn man nun zwei weitere C einfügt, die eine Grenzfrequenz von jeweils 1,6Hz aufweisen, hat das auf die gesammte Grenzfrequenz einen Einfluss von unter 1Hz. Es ist schlicht belanglos. Aber es ist sehr sinnvoll, wenn der Lautstärkeregler nicht zu kratzen beginnt.

Und natürlich ist die ECC99 mit den 22k im Strom begrenzt. Aber während der Aufheizphase wird durch die positive Spannung (Die Anode der ECC82 ist auf Speisungsniveau beim Aufheizen, also auf der Leerlaufspannung des Netzteils!!) die volle Elektronen-Emission "verbraten", was einer Röhre entschieden schadet. Und ob die ECC82 schneller aufgeheizt ist als die ECC99 steht auf einem anderen Blatt. Es kann also sein, dass an dieser am Gitter noch 250V stehen, wärend sie heizmässig hochfährt. Das kann mit diesem einfachen Trick vermieden werden. Und damit entfällt auch die Stromeinstellung der ersten Stufe. Sowas ist ohnehin Murks. Bei einem Transistor verstehe ich, wenn man Bauteiltoleranzen so ausregeln will (ist auch nicht elegant), aber das stellt men einmal ein. Bei einer Röhre mit ihrere Alterung ist man doch dauernd am Schrauben, vor allem bei solchen falschen Schaltungen.

Zum Rauschen ist zu sagen, dass die Röhren ihre im Datenblatt festgelegten Werte nur einhalten, wenn sie im angegebenen, also artgerechten Bereich betrieben werden. Das gilt auch für das Rauschen. Wenn man also eine Röhre normal betreibt (das untere System), die andere aber nicht als Triode, sondern durch die Stromsteuerung über den Durchgriff, also die geringe Anodenspannung quasi fast als Diode, ist das Rauschen nicht mehr garantiert. Es ist daher durchaus möglich, dass man da ein wesentlich höheres Rauschen bekommt als bei artgerechtem Betrieb. Weiter hat die obere Röhre keinerlei Funktion. Man könnte sie auch durch eine Zenerdiode ersetzen.
Der Sinn der Cascode-Stufe ist, dass die untere Röhre einen veränderlichen Strom erzeugt, dabei ihre Anodenspannung praktisch konstant bleibt. Dies ist dann gegeben, wenn sie die Kathode der zweiten Röhre strommässig ansteuert. Da das Gitter auf einer festen Spannung liegt, ist die Anode der unteren Röhre praktisch auf diese Spannung festgelegt. Das wäre hier auch der Fall für die Wechselspannung, aber nicht für die Gleichspannung und damit ist der Arbeitspunkt unstabil.

Durch die Stromansteuerung der oberen Röhre wird ihr Rückgriff kompensiert. Die Kombination aus Kathodenbasis (untere Stufe) und Gitterbasis (obere Stufe) führt zu einer Verstärkung entsprechend einer Pentode (knapp S * Ra) und einem Rauschen einer Triode. Wenn aber solche Schaltungen verbaut werden, die mit der Betriebsspannung an der unteren Grenze arbeiten und keinerlei Arbeitspunkt-Stabilisierung besitzen, sind die Resultate mehr als fraglich.

Dass Röhren rauschen ist bekannt. Und es gibt wenige Röhren, die nur annähernd an die Rauschwerte von Transistoren heran reichen.
Tatsache ist natürlich, dass es sich hier um eine Schaltung mit viel zu hoher Verstärkung handelt. Eine Endstufe, und darum geht es ja, wird in der Praxis mit Spannungen von 0dBU oder höher betrieben. Das bedeutet, dass die Nennleistung der Endstufe bei einer Eingangsspannung von 775mV oder höher erreicht wird.
amplifier2
Ist häufiger hier
#11 erstellt: 10. Sep 2006, 20:22
Um das Aufheizproblem zu umgehen hab ich ohnehin mein Netzteil mit einer Einschaltverzögerung der Betriebsspannung zur Heizspannung versehen. Aber für den Fall dass mal die ECC82 kaputt geht, ist die Schaltungskorrektur eingeflossen

Nur um noch was dazuzulernen: Wovon bist du ausgegangen, als du die Widerstände berechnet hast????
Ich bin mir nicht sicher ob man den AP der Eingangsstufe Klirrmäßig noch etwas optimieren kann.
Ich hab mal einen Sinus aufn Eingang gelegt und mir mal das Spektrum angeschaut. Ohne GK gibts da schon erhebliche Verzerrungen.
Vielleicht löt ich das Poti nochmal rein und beobachte was die Harmonischen machen.

Und wozu dient R4/C2? (Unterdrückung HF-Schwingungen??)

Ansonsten hab ich die Schaltung endlich soweit zum Laufen bekommen und auch das Rauschen ist ok!!
Ich überleg nur ob ich die LP nochmal neu mache, sieht nach den Änderungen jetzt leicht Russisch aus.

Danke für all die Hinweise bisher
richi44
Hat sich gelöscht
#12 erstellt: 11. Sep 2006, 08:16
Ich bin mal grob von einer Betriebsspannung von 300V ausgegangen. Und da wir in der Eingangsstufe einen Ra von 100k und zwei Trioden haben, habe ich mal die Spannung dreigeteilt. Das ergibt einen Ruhestrom von 1mA durch die Röhren. Darum am Gitter der oberen Röhre rund 100V. Das ist die Grundüberlegung.
Im Röhrendatenblatt finde ich bei einem Rk von 2,2k und einem Ra von 100k einen Strom von knapp 1mA bei einer Anodenspannung von ca. 60V. Das kommt der Realität schon recht nahe.

Wenn ich allerdings den Verstärker selbst entwickelt hätte, hätte ich niemals eine ECC82 an dieser Stelle verwendet. Betrachtet man die Ia/Ua-Kennlinienschar, so sieht man, dass die Kurven schon arg gekrümmt sind, weil man sich ja im Bereich niedrigster Ströme bewegt.
Ich hätte lieber eine ECC83 dort im Einsatz mit einem Kathodenwiderstand von 680 Ohm und einem Anodenstrom von 1mA. Bei diesen Daten ist die Kurvenschar schon wesentlich linearer.

Das RC-Glied würde ich mal weg lassen. Man kann damit HF-Störungen (schwingen) reduzieren, aber es ist irgendwie nicht die elegante Lösung. Schliesslich ergibt das eine Grenzfrequenz (Einsatz Höhenabsenkung) von gut 7kHz und erst bei 70kHz wird die Sache wieder linear. Ein Frequenzgangausgleich ist erst mit einer Gegenkopplung von 20dB möglich.

Ein Wort noch zur ECC99. Auch diese Röhre ist eigentlich fehl am Platz. Hier wird ebenfalls mit minimalem Strom gearbeitet, so schätzungsweise um 2mA. Bei diesen Minimalströmen ist auch diese Röhre im krummen Kennlinienteil. Auch hier wäre eine ECC83 oder ECC81 besser.
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