Röhrenmusik
SRPP-G2-gesteuerteRöhrenendstufe
1: SRPP-G2-angesteuerte Endstufe
Hier die fertiggestellte Stereo-Endstufe mit Sovtek-6550WE-Röhren
Hallo, schönen Gruß an alle, die sich für diese Seite interessieren. Ich nehme an, Sie sind irgendwie an Röhrenverstärkern / Röhrenschaltungen interessiert. Ich möchte hier eine etwas aussergewöhnliche Röhrenendstufe vorstellen. Die Schaltung ist entstanden durch zahlreiche vorherige Versuche. Mein Ziel war eigentlich nicht, die SRPP-Schaltung hier einzusetzen sondern eher den Endübertrager einzusparen und die Gitter2-Ansteuerung auszuprobieren. Daß dabei trotzdem eine SRPP hervorkam liegt daran, daß diese Schaltung den Endübertrager nicht mit Gleichstrom belastet. Als Alternative hätte es da noch die Anodenbrückenschaltung (PPP-Sch.) gegeben, die durch den entkoppelten Ausgang mehr Leistung bringt, jedoch komplizierter im Aufbau ist, da sie eine Phasenumkehrstufe benötigt.
Mein Bedürfnis, eine eigene Schaltung auszutüfteln, entstand größtenteils durch ständiges Ärgern beim Herumschleppen von superschweren Röhrenendstufen und schlussendlich auch der Preis, den diese Dinger kosten. Ich beschloss also, eine Schaltung zu entwerfen, die ohne solche teueren und schweren Endübertrager auskommen soll, dabei so wenig wie möglich Verlustleistung produziert, wenn möglich ohne Rückkopplung bei annehmbarem Klirrfaktor und das Ganze auch noch ohne Koppelkondensatoren. Die Röhrenfachleute werden sich in diesem Moment bestimmt an den Kopf fassen und meine Idee als kompletten Unsinn abtun. Sie haben dabei natürlich nicht so ganz unrecht. Nach einem Jahrhundert Röhrengeschichte kann man schließlich in der Branche nicht das Rad neu erfinden. Ich bin mir dessen vollkommen bewusst. Die Röhre ist nun mal auf eine Stromrichtung begrenzt und Schaltungsmöglichkeiten werden wohl auch nicht mehr viele hinzukommen. Und doch ist es mir gelungen, eine sehr einfache und billige Kombination von 3 Röhren zu einer kompletten Shunt-regulated-push-pull-Gitter2-angesteuerten Endstufe mit einfachem und billigem 100-Volt Endübertrager und ohne Koppelkondensatoren zusammenzufügen. Dazu sei gesagt, daß es sich hierbei um einen reinen Klasse-A Verstärker handelt und die Endleistung einiges zu wünschen übrig läßt. Als Stereoendstufe fürs Wohnzimmer reicht es aber allemal.
Für die ersten Versuche habe ich die EL34 ausgesucht. Dann probierte ich Röhren wie die 6550 / KT88 / 6L6 mit einem maximalen Anodengleichstrom von 100 mA aus. Die 6L6 ist nicht gerade die ideale Röhre, bei dieser Schaltung die größte Leistungsausbeute zu erzielen. Sie hat mir klanglich jedoch am besten gefallen und vor allem hat sie den Netztrafo weit weniger belastet durch weniger Anodenstrom und weniger Heizstrom. Da ich mit maximal 3 Röhren pro Kanal auskommen möchte und ausserdem die Endröhren ohne Koppelkondensator, also in diesem Fall mit dem Gitter 2 ansteuere, ist bei der Vorverstärkung meine Wahl auf die billigste Komplettverstärker-Verbundröhre überhaupt gefallen und zwar auf die PCL86. Nebenbei bemerkt, die Ansteuerung der EL34 mit Gitter 2 verlangt einen Strom von 10 bis 15 mA. Da reichen auch 2 zusammengeschaltete Vorverstärkertrioden nicht aus. Die Pentode der PCL86 schafft dies jedoch locker. Ihr Anodenruhestrom ist mit 39 mA angegeben. Alles in allem kommt diese Klasse-A-SRPP-Endstufe mit ihren 3 Röhren auf 7 Watt Ausgangsleistung, dies bei einem Eingang von 1 Volt eff. ungefähr.
Als Endübertrager verwende ich einen 20 Watt-100V-Ringkernübertrager, der vom Hersteller mit einer Bandübertragung von 20 bis 20.000 Herz angegeben ist und nur 400 Gramm wiegt. Man hat die Wahl primärseitig zwischen 4 Teilwicklungen, wobei in diesem Fall der mittlere Anschluß ( 1500 Ohm ) das beste Ergebnis gebracht hat.
Da bei dieser Schaltung die 2 Endröhren gleichstrommässig in Reihe liegen und der eingestellte Ruhestrom bei 90 mA liegt, genügt normalerweise, die Heizung der 3 Röhren miteinbezogen, ein Netztransformator von 80 VA bei einer Anodenwechselspannung von rund 300 V. Da meine Versuchsschaltung als Stereoendstufe aufgebaut ist, verwende ich einen 200 VA trafo mit 290 V 400mA Anodenspeisung und 2 x 6,3 V 4A für die Heizung. Jetzt müssen nur noch 13,3V / 600mA für die beiden PCL86 her. Da ich eine der beiden 6,3V-Wicklungen auf 200 V hochlegen möchte wegen der maximal erlaubten 100 V Heizung / Kathoden-Spannungsdifferenz, ist es leider nicht möglich, die beiden Wicklungen in Reihe zu 12,6 V zu legen. Ein Transformator mit zusätzlicher 8 oder 16 V Wicklung wäre hier ideal. Da mein Trafo keine solche Wicklung hat, mußte ich einen zusätzlichen kleinen 10 Watt-Trafo ins Gehäuse hineinbauen.
Beim Gehäuse ist meine Wahl auf ein sehr kleines Exemplar aus Aluminium gefallen, das eigentlich für einen Kopfhörerverstärker gedacht ist. Es misst gerade mal 300 x 185 x 60. Für meinen Zweck reicht es vollkommen, da die Endübertrager sehr klein sind.
Die Stanz / Bohrarbeiten am Gehäuse sind mittlerweile abgeschlossen und das Ganze ist bis auf die Verdrahtung fertig. Das Gehäuse ist in Ober und Unterhälfte aufgeteilt, wobei das Unterteil als Deckel dient. Alles ist im Oberteil untergebracht, was von Vorteil hat, daß beim Auseinanderschrauben des Gehäuses keine Verbindungsleitungen zwischen den Teilstücken bestehen. Das Gewicht des gesamten Verstärkers beträgt momentan 5,6 Kg. Da nicht mehr als 200g bei der Verdrahtung hinzukommen, wird diese Stereoendstufe also unter 6 Kg wiegen, was sehr wenig ist.
Zum Schaltplan: Bild 2
Vorverstärker wie auch Endröhren werden mit 400 V gespeist, was den Aufbau der Stromversorgung sehr vereinfacht. Es genügt hier eine klassische Schaltung mit Gleichrichter, Lastwiderstand, 4 Elkos und 2 x 220 Ohm-Widerstände die die Spannungsmitte definieren. An der Mitte der linken Elkogruppe ist der Ausgang des Verstärkers angeschlossen, was zum Vorteil hat, daß Lade und Entladevorgang der Elkos sich ausgleichen und die Endstufe sich weniger brummempfindlich zeigt als mit Kondensator gegen Masse.
Zur vollen Aussteuerung der Endstufe wird am Eingang ungefähr 1 Volt Wechselspannung benötigt. Die Anode der Triode liegt an 110 bis 140 Volt und hat dadurch einen kleineren Strom zur Folge, als im Datenblatt angegeben. Der 15 KOhm-Poti erzeugt die Gittervorspannung der Pentode so wie das Wechselspannungssignal, das zum Gitter der Pentode geleitet wird. Dies funktioniert ähnlich wie bei der klassischen SRPP-Schaltung, nur mit dem Unterschied, daß hier der Hauptstrom nicht zur Triode, sondern zum Gitter 2 der unteren Endstufenröhre fließt. Die untere Endröhre dient also in diesem Fall als Lastwiderstand für die PCL86-Pentode. An dieser Leitung wird mittels des 15 KOhm-Poti eine Spannung von 120 bis 150 Volt eingestellt, was einen maximalen Gitter2-Strom von 14,5 mA an der unteren Endröhre zur Folge hat. Der Hauptstrom der PCL86-Pentode fließt also zum Gitter2 der Endröhre und von dort zur Masse. Die Triode zweigt nicht mal 1 mA von diesem Strom ab und hängt lose an der Gitter2-Amplitude von über 250 Volt-SS bei Vollaussteuerung. Die Kombination 10 Kohm-100pF dient zum Ableiten von Hochfrequenz-schwingungen. Der Kathodenelko ist unbedingt erforderlich, wobei die Gegenkopplung an der Kathode nur Zweck macht bei optimaler Klangwiedergabe, da der Verstärker auch ohne Gegenkopplung einen geringen Klirrfaktor aufweist. Die hier eingezeichnete Gegenkopplung ist mit ungefähr 10 % relativ gering eingestellt und mindert die Lautstärke nicht zu sehr.
Der Kathodenwiderstand von 22 Ohm / 5 Watt ( gemeinsam für 2 Endstufen ) an der unteren Endröhre ist so gewählt, daß sich bei 130 V am Gitter 2 200 Volt zwischen den beiden Endröhren, also am Ausgang zum Endübertrager einstellen. Die beiden Spannungen lassen sich also bei einigermassen gleichen Endröhren anhand des Potentiometers 15 KOhm einstellen. Die Endröhren arbeiten in SRPP-Gegentakt-Schaltung, wobei die obere Röhre durch die untere über das Steuergitter angesteuert wird. Es handelt sich also hier um eine reine Klasse A Endstufe, da das Signal als Ganzes von der unteren zur oberen Endröhre übertragen wird. Bei EL34-Röhren stellt sich ein Gleichstrom von ungefähr 90 mA ein, bei Kt88-Röhren 100 mA. Beide Typen habe ich ausprobiert und können ohne irgendwelche Einstellung ausgetauscht werden. Die beste Übertragung habe ich mit dem mittleren der 5 Anschlüsse am Endübertrager erzielt, wobei die Wechselspannung primärseitig um die 210 V SS lagen. Bei optimaler Anpassung der Lautsprecher werden 8 Watt erzielt. Der Verstärker überträgt ungefähr 30 bis 15 KHz relativ linear. Bei doppelter resp. Stereo-Endstufe müssen 2 zusätzliche Elkos ins Netzteil gelötet werden, da die 2 Endübertrager nicht gleichstrommässig miteinander verbunden sein dürfen.
Bei dieser Verbesserung wird die Trafowicklung, die für die negative Gittervorspannung gedacht ist ( 50 bis 80 V ) gleichgerichtet und dann mit ihrem negativem Potential an den positiven Pol der Anodenspannung von 370 V angeschlossen. So entsteht eine zweite Spannung von 440 Volt, die als Anodenspannung für die PCL86-Pentode und als Gitter2-Spannung für die Röhren 1 und 3 benutzt werden kann.
Da die obere Endröhre mit Gitter 1-Ansteuerung nie 100% Gegenpotential zur unteren Röhre erreicht, kann man dem Problem begegnen, indem man das Gitter 2 der oberen Röhre mit einem Kondensator von 47 µF zur Kathode hin verbindet und den Gitter 2-Widerstand auf 2700 Ohm / 3 Watt erhöht. Das Endstufen-Push-Pull ist jetzt im Verhältnis 1:1 und die maximale Verstärkung stellt sich bei 185 Volt, also genau in der Mitte am Endübertrager ein.
Desweiteren kommt in die obere Endröhre ein Gittervorwiderstand von 47 k, der ein Schwingen der Endröhren unterdrückt. An der unteren Endröhre korrigiert ein 150 Kohm-Wid. u. ein 33 pF-Kondensator die obere Bandbreite, so daß diese jetzt von 35 Hz bis 20 KHz linear ist. Da die obere Röhre jetzt weiter durchgeschaltet wird, kann der Kathodenwiderstand der unteren Röhre verkleinert werden.
Der 15 Ohm-Widerstand im Netzteil wurde durch eine kleinere Drossel ersetzt um dem Restbrumm vollständig Herr zu werden.
Die Leistung der Endstufe steigt mit diesen Verbesserungen noch mal um 10 %.
Heizung:
Die Idee mit separatem Trafo für die Heizung der PCL86 hat sich als schlecht erwiesen und die Endstufe unnötig brummempfindlich gemacht. Ich habe den Transformator also ersetzt durch Zusammenschluß der 2 Heizwicklungen und eine nachträgliche Spannungsverdopplung. Mit 2 x 1000 Mikrofarad-Kondensatoren stellt sich eine Gleichspannung von rund 26 Volt ein. Der kleine Restbrumm, der somit übrig bleibt hat keine hörbaren Folgen. Da jetzt leider 200 Volt Katoden / Heizungs-Spannungs-differenzen zwischen hochgelegten und unteren Röhren bestehen, habe ich die 2 Heizwicklungen über 2 Widerstände an rund 100 Volt und mit Kondensator nochmal an Masse gelegt.
Endröhren
Man kann bei diesem Verstärker die Endröhren gegen andere Typen austauschen. Bei meinen Versuchen habe ich 3 Typen benutzt. Die 6550, die EL34 und eine russiche Variante der 6L6. Hierbei hat die 6550 den größten Anodenstrom gezogen, etwa 100 mA. Die EL34 90 mA und die 6L6 80 mA. Zu beachten ist, dass bei jedem Wechsel der Röhren die Spannungsmitte neu eingestellt werden muß. Ich habe mich schlussendlich für die 6L6 entschieden. Hier wird am wenigsten Hitze produziert, klingen tut sie am besten und läßt sich extrem weit aussteuern ohne Verzerrungserscheinungen. Am wenigsten eignet sich die 6550 ( KT88 / KT100 ). Das Mehr an Leistung macht die Hitzeentwicklung nicht wett und ausserdem liegt an der oberen Röhre um die 200 Volt Anodenspannung an dem metallenen Sockel dieser Endröhren, da dieser mit der Katode der Röhre intern verbunden ist. Bei dieser Schaltung sind solche Typen also schon allein aus Sicherheitsgründen nicht zu empfehlen.
Faszit:
Der Versuch, eine Stereoendstufe ohne schweren Endübertrager, ohne Koppelkondensatoren, Gitter2-gesteuert und mit 6 Röhren insgesamt hat sich meiner Meinung nach trotz der vielen Versuche und 2-monatiger Arbeit gelohnt. Der Verstärker hat einen sehr regelmässigen Frequenzgang und klingt sehr gut. Letztendlich bin ich auch mit der Lautstärke zufrieden. Das Gewicht der Endstufe beträgt 5,8 Kg. Um den ganzen Aufbau relativ einfach zu halten habe ich erstmal auf Spezielles, wie z.b.Anodenspannungs-Einschaltverzögerung verzichtet, was nicht besagt, daß dies nicht eines Tages nachgerüstet wird.
Ganz zum Schluß möchte ich noch bemerken, daß ich gerne Informationen an Leute weitergebe, die diese oder eine ähnliche Endstufe bauen möchten. Auch nehme ich gerne irgendwelche Kritik an meiner Schaltung entgegen. Schlußendlich habe ich mir die Mühe mit dieser Homepage ja gemacht, damit ich durch Kontakt mit anderen Röhrenbastlern einiges hinzulerne und eventuel auch etwas weitergeben kann.
Viel Spass beim Röhrenbasteln Nockels Serge
2: Audion für Kurzwellen auf SRPP-Basis
Ich möchte als nächstes ein von mir ausgeklügeltes Audion vorstellen, das ebenfalls auf dem SRPP-Prinzip basiert. Ich habe hierfür eine ECH83-Mischröhre und als Niederfrequenzverstärker die ECL82 gewählt. Die Schaltung wird von einem eigenen Netzteil gespeist, das 220 V Gleichstrom und 6,3 Volt Gleichstrom bereitstellt. Das Netzteil ist im selben Gehäuse integriert, allerdings als abgekapselter Teil in einem zweiten Metallgehäuse. Als Antenne reicht hier eine Stabantenne von ungefähr 55 cm Länge. Die Frequenz läßt sich in 4 Bereichen, die sich allerdings überschneiden, von 4 bis 20 MHz einstellen. Die Spulen sind auf einen Vogt-Spulenkörper von ungefähr 10 mm Durchmesser und 12 mm Länge gewickelt. Mittlerer Durchmesser der Schwingkreisspule 12 mm. Mittlerer Durchmesser der darübergewickelten Zusatzspule 15 mm. Als Drehkondensator dienen 2 Luftdrehkondensatoren, 2 x 320 pF, 1 x 15 pf zur Feinabstimmung.
Der Heptodenteil der Mischröhre ist als normales ECO-Audion geschaltet, wobei durch Veränderung der Spannung 0-20 V an den Gittern 2/4 die Steilheit der Röhre und somit der Rückkopplungseinsatz auf die Kathode gesteuert wird. Da die Triode der ECL82 als Spannungsverstärker, also im Gegentakt zur Heptode geschaltet ist, wird die Hochfrequenzrückkopplung durch die restliche Hochfrequenz erst einmal stark gedämpft und stark einfallende Sender gegenüber schwächeren etwas mehr unterdrückt, was ein dauerndes Nachregulieren am Rückkopplungspotentiometer erübrigt. Ein zweiter Vorteil der Triode besteht darin, daß sie die Anodenspannung der Heptode sehr genau stabilisiert. Dies geschieht durch den Spannungsteiler am Gitter der Triode. Es stellt sich eine Spannung an der Kathode von genau 105 Volt ein. Die Heptode hat also unabhängig von der Rückkopplungsspannung an Gitter 2/4 immer ungefähr 85 Volt +/- 10 an der Anode zur Verfügung. Dies ist nicht der Fall, wenn bei Schaltungen mit Arbeitswiderstand am Gitter2-Rückkopplungspotentiometer gedreht wird. Als dritter Vorteil der Schaltung möchte ich nochmal die hohe Spannungsverstärkung hervorheben, die durch diese Schaltung entsteht und sich somit eine weitere Niederfrequenzverstärkerstufe erübrigt.
Das Antennensignal wird est mal in der Heptode verstärkt und über die Kathode dann zur Spule hin rückgekoppelt, was zur Folge hat, daß in der darübergewickelten Spule von 8 Windungen dieselbe Schwingkreisfrequenz verstärkt wird und zum Gitter der ECH83-Triode geführt wird. Da die verstärkte Hochfrequenz hier an der Anode über Kondensator sofort auf Masse geleitet wird, ( Anodenbasisschaltung ) wirkt sich die Verstärkung wiederum auf die gemeinsame Kathode der ECH83 aus, was die Rückkopplung ein zweites Mal anhebt. Dieses verstärkte Signal hat jetzt ein so hohes Potential, dass es an der RC-Kombination an dem Heptodengitter demoduliert werden kann. Die Demodulation erfolgt, indem bei der positiven Halbwelle am Widerstand 33K positiver Gitterstrom fließt. Der Spannungsabfall am Widerstand zusammen mit der Zeitkonstante der RC-Kombination von 12 µ-Sekunden, errechnet aus 0,39 nF x 33 Kohm, lassen am Gitter der Heptode die ursprüngliche Hüllkurve der aufmodulierten Niederfrequenz wiedererscheinen. Diese wird dann zur Anode hin nochmals verstärkt, von wo aus die Hochfrequenz dann zum größten Teil nach Masse abgeleitet wird.
Das Gitter 3, das normalerweise bei dieser Röhre als Mischgitter dient, ist hier ganz einfach über einen Spannungsteiler auf 20 Volt gelegt. Normalerweise sind 0 Volt bei vorgeschrieben, allerdings ist dann der Rückkoppeleinsatz härter und die Verstärkung der Röhre weit niedriger. ( bei Mischschaltungen )
Über 680 pF wird die Hochfrequenz an der Anode der Heptode ausgekoppelt, über 47 nF wird die Tonfrequenz zum Gitter der ECL82-Triode geleitet. Das verstärkte Signal wird an der Kathode der ECL82 abgegriffen und über eine L-C-Kombination zum Gitter der Endröhre geführt. Über die 390 pF Kondensatoren wird die Hochfrequenz nach Masse geführt.
Durch die hohe Dämpfung der Gegentaktschaltung und die zweimalige Rückkopplung auf den Schwingkreis wird eine sehr hohe Frequenzstabilität erreicht, auch bei Rückkopplungsänderung und Temperaturschwankung. Die Bandbreite der einzelnen Sender ist mit der Schaltung ebenfalls geschrumpft, so daß störende Sender fast kein Problem mehr darstellen. Zu meiner eigenen Verwunderung funktioniert das Radio schon ausserordentlich gut mit einer kleinen Stabantenne, so daß auf grössere Antennen verzichtet werden kann. Die Lautstärke ist bei den meissten Sendern dem 3 Watt Lautsprecher angepasst, bei zu lauten Sendern nimmt man einfach die Rückkopplung etwas zurück..
Viel Spass beim Nachbau. Nockels Serge
Verbesserung der Schaltung
Diese Verbesserung hat den Zweck, am 33KOhm-Widerstand die Hochfrequenz und die Niederfrequenz einzeln zur ECL82-Triode zu führen. Die Triode arbeitet jetzt niederfrequenzmäßig als Spannungsverstärker (Push-Pull) und hochfrequenzmäßig als Stromverstärker in Gitterbasisschaltung. Somit wird die Heptode bis zu einem gewissen Grad hochfrequenzmäßig unterstützt., was die Empfindlichkeit schwacher Sender merkbar steigert.
Die Hochfrequenz wird über Kondensator 680pF zur Katode der Triode geführt. Über 100pF liegt das Gitter der Triode an Masse. Sie arbeitet also hochfrequenzmäßig in Gitterbasisschaltung, was in diesem Fall zu einer Erhöhung der Hochfrequenzverstärkung führt. Die Arbeitsweise ist vergleichbar mit einer Kaskoden-Schaltung.
Die Niederfrequenz gelangt über 47nF zum Gitter der Triode und läßt diese als Push-Pull-Gegengewicht entgegengesetzt zur Heptode arbeiten. Dies hat eine Niederfrequenz-Spannungsverstärkung zur Folge. Arbeitsweise SRPP.
Man kann den Wert des Kondensators 100pF gegen Masse noch erhöhen, verbessert damit die Empfindlichkeit der Schaltung, jedoch wird dadurch die automatische Drosselung bei stark einfallenden Sendern ausgeschaltet. 100pF ist bei Kurzwellen ein guter Kompromiss.
Alle weitere Röhrenschaltungen ab 2013 findet man in den Untermenus von Röhrenschaltungen. Danke für Ihr Interesse an meiner Seite und viel Spaß beim eventuellen Nachbau.
Nockels Serge nockser1@gmail.com