Verstärkungsänderung Trioden Pentoden

[EL95]

Hallo!

Ich habe um mehrere Vorstufenvarianten auszuprobieren mit EF94, EF95 und EC92 gearbeitet.
Bei Erhöhung des Anodenwiderstandes änderte sich auch die Verstärkung bei Pentoden. Höherer Widerstand höhere Verstärkung, fast linear. Bis über 300 (EF95) bei 150K, 470K G2
Die G2 Widerstände entsprechend mit geändert.

Bei der EC92 blieb die Verstärkung bei 33k bis 150K fast gleich 58 bis 62.

Die EF95 hat zwar bei 150K eine hohe Verstärkung, Ich habe bei dem niedrigen Kathodenstrom bedenken der Zwischenschichtbildung.

Hartmut

[richi44]

Hallo Hartmut, ich schmeiss da mal ein paar Formeln und Kennlinien auf den Tisch.
Barkhausen: S x D x Ri = 1
Barkhausen D = 1 : Mü
V= Mü x Ra : (Ri + Ra)

           

Nehmen wir mal eine ECC83 (die kann ich auswendig) mit einem Ra von 100k. Da wird die Vesrtärkung Mü (100) mal Ra (100, = 10'000) : Ri (ca. 80) + Ra (100), also 10'000 : 180 = 55,55
Im zweiten Fall haben wir Ra 220k. Also wird die Rechnung 22'000 : 300 = 73.33
Würden wir den Ra weiter vergrössern (470k) bekämen wir eine noch höhere Verstärkung von rund 82,4. Nur ist dann die Anodenspannung so gering, dass der Ri der Röhre ebenfalls zunimmt und damit ist der Divisor nicht mehr 470 + 100, sondern vielleicht 470 + 150, sodass die tatsächliche Verstärkung noch 74,6 wird, also nicht mehr wirklich zu nimmt.
Dies ist ersichtlich in der ersten Grafik (EC86). Eine steile Kurve bedeutet kleiner R, eine flache Kurve grosser R. Das gilt einerseits für die farbigen Ra (da sieht man, dass die Ausgangsspannung bei grösseren R zunimmt), aber ebenso für die Ri, die ja gegen Null Strom flach verlaufen.
Wenn wir also bei der gewünschten Röhre den möglichen und geringen Strom beachten und die geringe Anodenspannung, dann sehen wir den flachen Verlauf der originalen Gitterlinien und können daraus (Delta Ua : Delta Ia) den Ri der Röhre berechnen. Und da dieser bei der Verstärkungsberechnung im Divisor auftaucht, bekommen wir selbst bei einer unendlich hohen Speisespannung (um Ua wieder in praktikable Höhe zu bringen) und unendlichem Ra im Maximum ein V = Mü.
Folglich ist die Verstärkung einer Triode begrenzt und zwar durch Mü oder 1 : D

Eine weitere Begrenzung (nicht der Verstärkung, sondern der nutzbaren Spannungen) ergibt sich dadurch, dass wir die Röhre tunlichst nicht bis zu einem positiven Gitter aussteuern wollen, weil der Gitterstrom dann das Eingangssignal wie mit einer Diode belastet und somit zu Verzerrungen führt. Bei grossem Ra bekommen wir aber eine kleine Ua und damit einen kleinen Ia, sodass die Gittervorspannung (die Spannung am Rk) ebenfalls klein wird und damit nur eine kurze Kennlinie zur Aussteuerung zur Verfügung steht. Wir können folglich so eine Röhre noch als Mikrofonverstärker einsetzen, nicht aber bei höheren Signalspannungen.

Die dritte Grafik zeigt, dass bei einer Pentode der Eingangsverlauf bei sinkender Spannung zwar kürzer wird (Null Ia bei geringerer -Ug1), die Steilheit aber unverändert ist. Und wenn man die Parameter anschaut, welche bei einer Pentode angegeben sind, so fehlt die Angabe Mü oder D für das Steuergitter immer! Also liesse sich die Verstärkung eigentlich nicht berechnen.
Oder man geht von der Faustformel aus, dass es keinen Durchgriff gibt, weil dies das Schirmgitter ja verhindert. Dann wäre die Verstärkung S mal Ra. Und wenn wir nochmals Grafik 3 betrachten, so sind die Steilheiten ja unabhängig von Ua und Ug2.
Nun stimmt es leider nicht ganz, dass es da keinen Durchgriff gibt. Er ist nicht null, nur wesentlich geringer. Und dies ersieht man, wenn man die Barkhausen-Formel in die Verstärkungsformel integriert. Mü ist 1 : D. Und wenn S x D x Ri 1 ist, so ist D = 1 : (S x Ri). Damit können wir bei der Pentode die Verstärkung mit den vorhandenen Parameters S, Ri und Ra berechnen, also V = S x Ri x Ra : (Ri + Ra)

Was sehen wir? Wir haben jetzt über und unter dem Bruchstrich Ri. Und wir sehen in der zweiten Grafik, dass Ri sehr gross sein muss, denn die Linien verlaufen oberhalb einer bestimmten Minimalspannung (oberhalb des braun eingekreisten Bereichs) sehr flach. Und flache Kennlinie bedeutet grosser R.
Setzen wir in unserer Rechnung einen grossen Ri ein, so haben wir über dem Bruchstrich eine riesige Zahl, aber auch unter dem Bruchstrichhaben wir eine sehr grosse Zahl, welche namhaft vom Ri bestimmt wird. Wären die beiden Zahlen gleich (wenn Ra 0% von Ri wäre), könnten wir sie auskürzen. Dann wäre V tatsächlich S x Ra. In der Praxis ist Ra etwa 10% von Ri und damit ist auch die Faustformel V = S x Ra um etwa 10% zu gross angesetzt. Aber wir sehen daraus, dass diese Formel mit der Korrektur von -10% ganz ordentlich stimmt, solange wir den braun eingekreisten Bereich meiden. Sobald wir mit der Betriebsspannung in jenen Bereich kommen, werden die Kennlinien steil und somit nimmt der Ri ab. Dies bedeutet aber, dass da Ra nicht mehr 10% von Ri ist, sondern gleich gross oder grösser und damit spielt in der ganzen Rechnung Ri eine Rolle (lässt sich nicht mehr auskürzen).

Bei einer Pentode haben wir also beinahe eine Verstärkung, die nahe an S x Ra liegt und somit "nur" durch Ra bestimmt wird. Wenn wir aber in den braunen Bereich kommen, ist Schluss damit.
Und es ist tatsächlich so, dass wir letztlich bei zu geringem Strom die Zwischenschicht bekommen können. Bei welchem Strom dies aber stattfindet lässt sich nicht pauschal sagen, das hängt von der Röhre ab und ist wohl kaum untersucht und dokumentiert worden.
Was man aber auch sieht ist die Tatsache, dass der Eingangswiderstand der nachfolgenden Schaltung parallel zu Ra liegt und folglich in die Rechnung eingeht und dass weiter die Kennlinien im Bereich kleiner Ströme gekrümmt sind, folglich nur kleine Signale verarbeitet werden können und dies erst noch mit deutlichem Klirr.

Zusammenfassend:
Um eine praktikable Schaltung zu bekommen darf Ra nicht zu klein werden, weil sonst Kapazitäten eine Rolle spielen. Und Ub darf nicht zu hoch werden, weil eine Röhre auch im kalten Zustand (Einschaltmoment) keine unendlichen Spannungen verträgt. Und bestimmte Minimalspannungen müssen eingehalten werden, damit die Röhre im geraden, klirrarmen Bereich der Kennlinien betrieben werden kann. Und daraus resultiert immer ein vernünftiger Anodenstrom.

[EL95]

Hallo Richi!

Nun ja wenn der Innenwiderstand der Triode steigt, dann ist auch zu erklären, das die Verstärkung nicht mit steigt.
Das was ich ausprobiert habe bestätigt wieder alle Theorieen, war für mich interessant, solche Test's durchzuführen.
Jeder Versuch macht Kluch.
Klang oder Sinusänderungen im normalen Aussteuerbereich konnte ich zwischen Triode und Pentode nicht feststellen.
Auch Klangunterschiede zwischen Triode und einem guten OPV konnte ich nicht feststellen.
Ich könnte also eine Endstufe auch mit OPV, siehe Echolett 100 Reihe, ansteuern.

Der entscheidende Klang entsteht in meinen Experimenten in der Endstufe.
Röhren Vor.- und Transistorendstufe würdn also außer im Instrumenten(Gitarre Verzerrung)bereich nicht viel bringen.

Hartmut

[richi44]

Hartmut schrieb:

Klang oder Sinusänderungen im normalen Aussteuerbereich konnte ich zwischen Triode und Pentode nicht feststellen.

Mit Messgeräten ist die Differenz schon auszumachen, wenn die Aussteuerung gross genug ist und bei der Pentode in den "braunen" Bereich geht. Dann steigt der K3, weil die Röhre bei der positiven wie negativen Halbwelle das Signal etwas staucht. Bei kleineren Signalen bleibt der Klirr aber eher im Bereich K2. Umgekehrt kann auch die Triode K3 erzeugen, weil sie unter Umständen ebenfalls das Signal bei der positiven Eingangshalbwelle staucht. Nun kann man dies mit einer Klirrbrücke nachweisen und ebenfalls mit einem entsprechenden Software-Instrument per PC. Nur mit einem Oszilloskop sind aber Abweichungen im Prozentbereich kaum auszumachen. Und um diese Bereiche handelt es sich (und bei Hifi hoffentlich noch weit kleiner!!). Und ein K2 von 3% ist noch kaum auffällig, geschweige denn einer von 0,1%. Ohne entsprechendes Equipment ist es also nicht nachweisbar. Daher "stimmt" Deine Aussage vonwegen kein Unterschied. Und da ein OPV nicht schlechter ist als eine normale Triode oder Pentode sind auch da keine Unterschiede zu hören.