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Der Grosse - richi44 - 07.08.2009
Nachdem ich einen kleinen Röhrenverstärker mit zwei mal vier 6AQ5 vorgestellt habe folgt hier ein grösseres Exemplar mit rund zwei mal 100W Leistung.
Bestückt ist es mit je zwei 6550, zwei 6SN7 und zwei 6SL7.
An diese Stelle gleich der Hinweis, dass ich das Gerät nicht gebaut sondern lediglich berechnet habe. Dies reicht aber im Grunde völlig aus, um von einem Funktionieren der Schaltung auszugehen. Ebenso kann man von den errechneten Daten ausgehen.
Und es ist zu erwähnen, dass man natürlich auch andere Schaltungen wählen könnte, um an ein ähnliches Ziel zu gelangen. So wäre eine Röhrenbestückung mit ECC99 (JJ) und ECF82 denkbar, allerdings mit nicht wirklich verringertem Klirr. Oder mit der ECC99, einer EC86 und einer EF86 oder....
Ebenso wäre eine zusätzliche Rückführung des Ausgangssignals durch eine Unterteilung der Ausgangswicklung möglich, um den Ri zu senken. Aber bleiben wir mal beim vorliegenden Vorschlag.
Im Folgenden erst mal eine Datenübersicht (Bild 1), zusammen mit der Endröhren-Kennlinie.[attachment=413]
Zuerst sind die zu erwartenden Brummspannungen des Netzteils angegeben. Mit diesen Werten ist ein Brummabstand von rund 110dB möglich. Damit ist ein Brummen aus dem Netzteil nicht hörbar.
In die Kennlinienschar ist in dunkelblau die maximale Anodenverlustleistung eingetragen. Diese beträgt laut Datenblatt 42W und wird im gewählten Betrieb (Anodenspannung 600V, Schirmgitterspannung 300) nicht überschritten. Bei einer Gegentaktschaltung dürfte diese Leistung geringfügig (20%) überschritten werden, da die Röhre nur bei einer Halbwelle Leistung abgeben muss. Da sie hier nicht überschritten wird, ist die Röhre optimal geschont.
Rot ist die Arbeitsgerade eingetragen Diese beträgt 4,7 bis 5k über beide Röhren gerechnet, also rund 2,5k pro Röhre.
Bei einer Gittervorspannung von 35V fliesst ein Ruhestrom von etwa 15mA, was mit der unteren grünen Linie dargestellt ist.
Die linke, senkrechte grüne Linie stellt die maximale positive Aussteuerung dar, was bei Ug1 0V der Fall ist. Man stellt aber fest, dass an dem Punkt, wo sich die 0V Gitterlinie mit der Arbeitsgeraden schneidet, auch die Gitterlinie für –5V endet. Das bedeutet, dass bei diesem Pegel zwar eine grössere Gitterspannung (Ansteuerung) vorliegt, am Ausgang aber nicht mehr heraus kommt. Es ist also nicht sinnvoll, höher als bis –10V die Röhre anzusteuern.
Bei –10, -15, -20 usw habe ich hellblaue senkrechte Linien eingezeichnet. Diese geben die zu erwartende Anodenspannung bei entsprechender Gitterspannung an. Die ungleiche Verteilung deutet auf einen Klirr hin. Allerdings ist es unwahrscheinlich, dass dieser Klirr in der heir zu erwartenden Grössenordnung von ca. 10% anfällt. Es ist nämlich bei solchen Kennlinien immer eine Glückssache, wenn sie tatsächlich so verlaufen wie es auf dem Papier steht (oder umgekehrt). Nach Datenblatt ist nämlich bei einem idealen Ausgangstrafo der Klirr bei rund 3%. Dieser Wert wird durch die Gegenkopplung entsprechend reduziert, sodass die fertige Konstruktion bei rund 0,2% landen wird.
Zu erwähnen ist, dass ich bei einer Gittervorspannung von 35V maximal bis 0V und im negativen Maximum bis –70V ansteuern könnte (entspricht 0V der zweiten Röhre). Jetzt habe ich aber gesagt, dass es wenig Sinn macht, über –10V hinaus anzusteuern. Das ergäbe dann eine totale Ansteuerung von 50V. In den Daten gehe ich aber von 60V aus.
Diese Diskrepanz hat eine Ursache und die nennt sich Katodenwiderstand der Endröhren. An diesen jeweils 22 Ohm entstehen im Ruhefall etwa 0,33V. Bei Vollaussteuerung steigt diese Spannung auf rund 5V an, sodass die Ansteuerung jeweils um diese 5V im Maximum höher sein muss.
Diese Widerstände führen folglich zu einem kleinen Verlust, aber sie stabilisieren den Arbeitspunkt auch, sodass eine alterungsbedingte Veränderung weniger ins Gewicht fällt. Und ausserdem sinkt damit der Klirr geringfügig ab. Weiter kann man an den Endröhrenkatoden (über diese Widerstände) eine Spannung entsprechend dem Ruhestrom messen.
Die weiteren Daten bezeichnen die zu erwartende Verstärkung der Röhren und die Gegenkopplung.
Der Verstärkereingang (Cinch) ist auf einen Pegel von 0,5V eff. festgelegt. Damit ist auch der angegebene Frequenzgang zu erreichen, wenn die angegebenen Bauteile verwendet werden.
Bild 2 zeigt das Netzteil. [attachment=414]Es fällt auf, dass drei fast identische Gruppen verwendet werden. Die Anodenspannung (+4) der Endröhren beträgt 600V, jene der Schirmgitter 300V. Da es nicht einfach ist, Elkos für höhere Spannungen zu bekommen, sind hier zwei Gruppen in Reihe geschaltet, die beide von einer eigenen Trafowicklung bedient werden (215V ~) und damit 300V= liefern.
Die beiden Gruppen sind am Ausgang verbunden. Da die Spannung an jeder Gruppe etwas höher ist als angestrebt, kann in der Schirmgittergruppe ein Widerstand und eine zusätzliche Siebung eingesetzt werden. Damit ist die Schirmgitterspannung so brummfrei, dass sie die Qualität des Gerätes nicht beeinflusst.
Der etwas höhere Brumm der Anodenspannung stört nicht, da er erstens vom hohen Ri der Endröhren (15k laut Datenblatt) im Verhältnis zum Lastwiderstand reduziert wird und weiter die Gegenkopplung nochmals die Brummstörung reduziert.
Die dritte Sektion liefert eine Ruhespannung von 445V, welche durch die Siebung R2/C3 auf 415V im Betrieb reduziert wird. Weiter wird der Brumm dieser Speisung auf unhörbare 0,00002V reduziert. Und dieser Siebung ist eine zweite nachgeschaltet, welche die Speisung auf 300V für die erste Röhre reduziert. Hier wäre ein Brumm noch 0,000000015V gross.
In der 4. Gruppe sind die Dioden und Elkos nicht auf einer vorgefertigten Printplatte angebracht, sondern sie sind individuell zu montieren. Dies kann natürlich ebenfalls auf einer Printplatte geschehen. Hier sind die Dioden und Elkos „verpolt“, denn wir wollen damit eine negative Spannung erreichen. Diese negative Spannung mit zwei Siebgliedern bedient einmal die Vorröhren für die Differnzstufenschaltung, andererseits auch die Endröhrengitter als Vorspannungserzeugung.
Letzten Endes sind noch zwei Heizwicklungen vorhanden, wobei eine mit 7A belastet werden kann, die andere mit 2A. Bei einem Heizstrom von 4x 1,6A der Endröhren wird die 7A-Wicklung für die Endröhren verwendet. Die 2x2 Vorröhren benötigen zusammen 1,8A Heizstrom, sodass diese aus der 2A Wicklung betrieben werden. Die Heizwicklungen werden jeweils über je zwei 100 Ohm Widerstände symmetriert.
In den Sektionen 1 bis 3 und in der Primärwicklung sind Sicherungen vorgesehen, um im Störungsfall schlimmere Schäden zu verhindern.
In Bild 3 ist der Verstärker dargestellt. [attachment=415]Wie angetönt sind die beiden Vorröhren (jeweils Doppeltrioden) als Differenzverstärker geschaltet. So wird die obere Röhre 1 (6SL7) mit dem Eingangssignal bedient, die untere bekommt das Gegenkopplungssignal. Nehmen wir mal an, wir hätten an beiden Gittern ein identisches, aber phaseninvertiertes Signal, so würde sich das Signal an der verbundenen Katode aufheben. Es käme also zur maximalen Verstärkung.
Hätten wir an beiden Eingängen ein identisches Signal, so würde an den Anoden aufgrund der Widerstandsverhältnisse nur gerade eine Verstärkung von 1,5 stattfinden.
Haben wir nur an einem Gitter ein Signal (die Gegenkopplung denken wir uns mal weg), so kommt es zur Hälfte der maximalen Verstärkung, aber wir haben an beiden Anoden gleich grosse, phaseninvertierte Signale. Dies wäre der Idealfall. Nun ist nichts im Leben ideal und somit ist die Symmetrie auch nicht hundertprozentig.
Die maximale Verstärkung der ersten Stufe beträgt 64 fach. Wenn wir also erst mal nur das reine Eingangssignal betrachten, kommen wir auf eine Verstärkung von 32.
Diese Spannung wird den zweiten zwei Stufen zugeführt, in genau gleicher Weise. Nur ist die Verstärkung dieser Röhre maximal etwa 20 fach. Da wir eigentlich schon ein „symmetrisches“ Signal haben, kommt es in dieser Stufe zur maximalen Kompensation der Katodenspannung und damit zur maximalen Verstärkung von 18,5. Die verbliebene Unsymmetrie der ersten Stufe wird um mindestens Faktor 10 reduziert. Damit ist eine genügend genaue Symmetrie erreicht. Zu bedenken ist, dass alle Bauteile, vorab die Röhren eine nicht zu unterschätzende Toleranz aufweisen.
Dass hier unterschiedliche Röhren eingesetzt wurden liegt daran, dass die zweite 6SN7 niederohmiger arbeitet und eine höhere Betriebs- und damit Signalspannung verträgt. In der ersten Stufe ist aber die 6SL7 mit der höheren Verstärkung besser geeignet.
Zu erwähnen ist auch, dass absichtlich Parallelschaltungen (R7 und 8 / R13 und 14) eingesetzt sind. Um den Arbeitspunkt möglichst optimal zu treffen sind Widerstände nötig, die es zwar in der 1% Reihe gibt, nicht aber in der 5% Reihe. Und es ist nicht immer gesagt, dass jeder Händler alle Bauteile in den geforderten Werten und Leistungen an Lager hat.
Zu erwähnen sind die roten und blauen Dreiecke im Schaltbild. Sie zeigen jeweils die Phasenlage der Signale an. So ist der Eingang mit einem roten Pfeil markiert und letztlich der 4 Ohm-Ausgang und die untere Endröhrenanode ebenfalls.
Beim Aufbau ist also darauf zu achten, dass die hier als untere gezeichnete Endröhre mit jenem Anodenanschluss des Ausgangstrafos verbunden ist, der auch die gleiche Phasenlage wie der 4 Ohm Ausgang besitzt.
Bei den Endröhren sind wie bereits erwähnt Katodenwiderstände eingesetzt, um einmal eine Strommessung (Spannungsmessung) zu ermöglichen und andererseits einen kleinen Toleranzausgleich zu gewährleisten. Nun kann es Sinn machen, an den Endröhrenkatoden zusätzlich 1k Widerstände anzubringen, welche zu Messbuchsen führen, um die Einstellung zu überwachen.
Letztlich Bild 4. Dies ist die Stückliste. [attachment=416]Darauf sind alle für Netzteil und Verstärker wichtigen Teile aufgeführt. Man könnte das Gerät noch mit einem Eingangswahlschalter bestücken, was zusätzliche Buchsen benötigt. Weil dies jedem Bastler überlassen sein soll, sind weder Buchsen noch Knöpfe oder ähnliches Kleinzeug aufgeführt.
Zur Verdrahtung ist zu sagen, dass ich hier für das Netzteil fertige Platinen von Ritter vorgeschlagen habe. Es wäre jetzt denkbar, die übrigen Netzteilkomponenten ebenfalls auf einer zusätzlichen Platine unterzubringen oder bei Einzelbeschaffung der Teile, die jetzt auf den Ritter-Platinen sitzen, eine komplette Netzteilplatine zu entwerfen.
Ähnliches gilt auch für die eigentliche Verstärkerverdrahtung. Dies kann mit Lötleisten und Drähten geschehen, was am ehesten einem solchen Gerät entspricht. Es ist aber auch möglich die Sockel fest zu montieren und für die Komponenten eine Platine zu entwerfen oder auch die Sockel auf die Platine zu löten, was aber bekannterweise nicht ideal ist, zumindest nicht bei den Endröhren. Durch die stärkere Erwärmung nehmen die Lötstellen im Lauf der Zeit Schaden und können zu Störungen am Gerät führen.
Ob das Gerät funktioniert oder nicht hängt oft mit der Verdrahtung zusammen. Auf jeden Fall ist auf kurze Leitungsführung ohne lange „Parallelstrecken“ zu achten. Röhrenschaltungen dieses Kalibers verlangen nach Erfahrung , denn wenn da z.B. die Eingangsleitung parallel zur Anodenleitung der Endröhren geführt wird, ist mit einem Schwingen zu rechnen, was sogar das Gerät zerstören kann, zumindest aber die angeschlossenen Lautsprecher.