Röhrenendstufe

Verstärker in Ultralinearschaltung mit 4 mal EL84 pro Kanal

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Spannungsversorgung  Klangsteller  Endstufe  Pegelanzeige  Betriebsstundenzähler 


Dies ist keine Schritt für Schritt Bauanleitung.
Ich biete keine Platinen oder Teile zum Verkauf an.

ein Röhrenverstärker steht auf einer Glasplatte in einem leicht abgedunkeltem Raum
Das Gerät in edlem Ambiente

Ausgangsleistung:2 x 30 W bei 1 % Gesamtklirrfaktor
2 x 38 W bei 5 % Gesamtklirrfaktor
Störspannungsabstand:101 dB bei Vollaussteuerung
Frequenzgang (-1dB) bei 1 W Ausgangsleistung:< 10 Hz bis 21 KHz
Frequenzgang (-1dB) bei 30 W Ausgangsleistung: 30 Hz bis 20 KHz

Den ersten Röhrenverstärker baute ich im Alter von 13 Jahren aus Bauteilen die aus Fernsehern vom Sperrmüll stammten. Mit 4 Stück PCL 803 lieferte er etwa 2 mal 5 Watt, als Ausgangsübertrager "missbrauchte" ich damals 2 Netztrafos mit ganz passablem Ergebnis.
Die Schaltung hatte ich angelehnt an Prinzipschaltbilder des Buches "Der praktische Schwachstrominstallateur" aus dem Jahre 1955. Auch dieses Buch stammte vom Sperrmüll. Die Schaltung hatte ich auf einem Holzbrett ohne Gehäuse aufgebaut.
Da stellt sich mir die Frage, womit sich eigentlich heute 13-jährige junge Menschen so beschäftigen?
Nun ja, 25 Jahre später wollte ich wieder den Klang eines Röhrenverstärkers genießen und das Glühen so eines Gerätes ist ja auch etwas fürs Auge und liefert, als Kaminersatz, im Winter eine beachtliche Stützwärme. Smiley

Röhrenendstufe
Verstärker im Rack
Dieses mal musste aber bitte ein vernünftiges Gehäuse her, eine Schaltung mit ordentlichen technischen Daten und mit ein paar weiteren nützlichen Extras.
Die Zeitschrift Elrad hatte in den 80ern und 90ern diverse Bauvorschläge und auch Jogis Röhrenbude bietet zahlreiche Schaltungsvorschläge.
Wegen der Kosten und der leichten Beschaffbarkeit entschied ich mich für einen Verstärker mit 4 mal EL 84 pro Kanal.
Und wenn schon mal ein Netzteil für Heizung, Anodenspannung und diverse Hilfsspannungen geplant ist kann ich doch Platz im Gehäuse schaffen um noch einem Klangsteller und einer Pegelanzeige in Röhrentechnik einzubauen.
Und so entstand dann im Jahr 2004 das hier vorgestellte Gerät.
Die Endstufe ist eine typische Gegentaktschaltung mit der EL 84 wie sie oft zu finden ist.
Der Klangsteller ist eine modifizierte Abwandlung des Vorschlages aus Elrad 10/1989 der von Hause aus sehr stark driftet.
Die Pegelanzeige ist für magische Bänder EM 800, EM 84 oder alternativ Glimmröhren IN 9. Diese sind allerdings in der Helligkeit nicht beinflussbar und der Hersteller garantiert nur eine Betriebsdauer von 1000 Stunden.
Da sie auch optisch nicht gut zu dem Gerät passen, verwende ich sie letztendlich nicht.
Das Netzteil für die Heizung nutzt einen Spannungsregler LM 723 und 2 Leistungs-FETs als Längstransistoren. Um diese sicher anzusteuern erhält der LM 723 eine externe Hilfsspannung von 30 Volt. Die Röhrenvorstufen bekommen ihrer Spannung von einem diskret aufgebauten Längsregler, der für die hohe Ausgangsspannung ausgelegt ist.
Um einen Überblick über die Betriebsstunden zu haben vervollständigt ein Betriebsstundenzähler, für jede Röhrengruppe getrennt, die Ausstattung.
Passend entworfene Platinen ermöglichen einen einfachen Aufbau.
Für das Gehäuse habe ich Aluminiumblech schneiden und abkanten lassen, die Durchbrüche von Hand ausgeführt. Abschließend wurden alle Teile pulverbeschichtet und die Frontplatte bedruckt. Trafohauben in der Größe für die AT sind leider nicht käuflich zu erwerben und wurden aus Messingblech angefertigt. Beim Pulverbeschichten in Rot lösten sich durch die Hitze leider alle Verlötungen auf, so dass sie nun, neu verlötet, in Messing natur montiert sind. Das nächste mal besser hartlöten!
Das Design ist vielleicht etwas ungewöhnlich aber das darf es auch weil es zum Vorverstärker (nach Elrad 6/1985) darunter passen soll.

sanftes Glüen der Röhren bei abgedunkelter Beleuchtung
Lichtspiele
Ein Freund mit dem nötigen Messequipment hat abschließend freundlicherweise die technischen Daten des fertigen Gerätes ermittelt.
Dabei stelle sich jedoch eine erhebliche Enttäuschung ein als mit Mühe 28 Watt pro Kanal bei 10% Klirrfaktor errreicht wurden.
Die Endstufe sollte eigentlich rund 2 mal 40 Watt abgeben können.
Die Fehlersuche ergab dass der Lieferant der Ausgangsübertrager die Anschlüsse für Anoden- und Schirmgitterwicklungen falsch bezeichnet hatte.
Nachdem die Trafowicklungen richtig angeschlossen waren ergaben sich die in der Übersicht oben aufgelisteten Daten.
Damit war ich zufrieden.

Spannungsversorgung

Detailaufnahme der Frontplatte mit Kopfhörerbuchse, Netzschalter und Status-LEDs
alle wichtigen Spannungen vorhanden
Die Röhren werden mit Gleichspannung beheizt die nach dem Einschalten über 20 Sekunden langsam bis zum Nennwert hochgefahren wird.
Alle Röhrenstufen außer den Endröhren erhalten 20 Sekunden nachdem die Heizungsspannung ansteht stabilisierte 250 Volt. Auch diese Spannung wird langsam hochgefahren.
Die 280 Volt Anodenspannung für die Endröhren werden nach 60 Sekunden zugeschaltet.
Das Netzteil liefert zusätzlich noch Hilfsspannungen von +/-30Volt und +/-15 Volt. Das Anliegen der wichtigsten Spannungen zeigen die 4 LEDs neben dem Netzschalter an. Nach dem Einschalten leuchten sie innerhalb von 60 Sekunden nacheinander auf. Hilfreich um eventuell ausgelöste Sicherungen auf der Geräterückseite zu identifizieren.

Klangsteller

Elektonenröhren auf einer Platine
2 polnische "Gastarbeiter"
Der Klangsteller besteht aus beiden Systemen einer ECL 86. In einem von 2 Gegenkopplungszweigen befindet sich das passive frequenzbestimmende Glied. Der Einstellbereich ist bewußt auf +/- 6dB begrenzt, das hält den Klirrfaktor gering und genügt für Korrekturen der Raumakustik.
Die vorgesehene ECL 86 kostet allerdings um die 40 Euro, da kann man schonmal zusammenzucken.
Ein Vergleich der Datenblätter von ECL 86 und PCL 86 ergab erfreulicherweise, dass die Systeme bis auf die Heizspannung völlig identisch sind.
Normalerweise kann man E- und P-Typen nicht untereinander tauschen, da die Unterschiede bedeutend sind. Diese Röhren sind jedoch eine Ausnahme.
Zwei PCL 86 aus polnischer Produktion für 1 Euro/Stück, leicht unterheizt mit 12,6 Volt tun daher seit Anfang an klaglos ihren Dienst.
In Schalterstellung "linear" wird das NF-Signal am Klangsteller vorbei geleitet. Hier sind Reedrelais des Typs RSL-24V von SDS mit Schutzgasfüllung und Goldkontakten eingesetzt, das bleibt über viele Jahre betriebssicher.

Endstufe

Detailaufnahme einer Frontplatte mit Beschriftung und Bedienelementen
linkes Bedienfeld
Die Schaltung der Endstufe weist keine Besonderheiten auf: Die Doppeltriode ECC 83 arbeitet als Vorstufe und Phasenumkehrung und 4 Stück EL 84 (davon jeweils 2 parallel geschaltet) wirken im Gegentakt auf einen Ausgangsübertrager mit Schirmgitterwicklung. Eine gering ausgelegte Gegenkopplung dient der Linearisierung. Der Anodenruhestrom kann vom Benutzer auf 16 mA oder 32 mA geschaltet werden.
Bei kleinen Abhörlautstärken genügen 16 mA für einen geringen Klirrfaktor und verringern Leistungsaufnahme und Alterung der Röhren geringfügig.
Statt der ECC 83 können auch russische 6N2P als Vorstufenröhren eingesetzt werden.
Die erforderliche Anschlussänderung für die Heizung ist auf der Platine ohne Löten steckbar.

Pegelanzeige

zwei magische Leuchtbänder EM 800 in einer Schaltung leuchten auf
EM 800 bei der Arbeit
In der vorliegenden Schaltung sind EM 800 oder EM 84 als Leistungsanzeige einsetzbar und über das Bedienfeld des Betriebsstundenzählers in der Helligkeit einstellbar.
Russische IN 9 auf eigener Steuerplatine können auch gesteckt werden, sie sind jedoch nur bis ca 80% abdimmbar sonst "verschmiert" das Anzeigebild zu stark.
Als Skala soll noch ein kleiner Acrylglasaufsteller mit gelaserter Skala zwischen den Röhren Platz finden.
Die Anzeigeröhren werden über einen Vollwellenspitzenwertgleichrichter und anschließendem analogen Logarithmierer angesteuert. Der Logarithmierer ist eine relative einfache Konstruktion aus 2 entsprechend beschalteten Operationsverstärkern. Die Beschaltung zur Temperatur- und Offsetkompensation nach der Zeitschrift ELO erwies sich als ziemlich unbrauchbar, weshalb ich hier anders vorging:
Es sind pro Kanal 2 identische Logarithmierer aufgebaut, ein Zweig erhält das Nutzsignal der andere Zweig wird nicht angesteuert. Die Differenz der Ausgangssignale beider Zweige wird dann aufbereitet und auf die Anzeigeröhren gegeben. So eliminieren sich ohne jegliche Kalibrierung temperatur- und offsetabhängige Drifts weitgehend.
Nicht verschweigen möchte ich, dass die eingesetzten ICs LM 324N selektiert werden müssen. Von 10 Stück funktionieren ein oder 2 wie gewünscht, die übrigen laufen weit aus dem Arbeitspunkt raus.
Für eine nächste Schaltungsrevision würde ich die Logarithmierung von einem kleinen Mikrocontroller vornehmen lassen.
Ein 10 dB-Abschwächer vervollständigt die Schaltung. So werden wahlweise 3 oder 30 Watt bei Vollausschlag angezeigt.

Betriebsstundenzähler

ein beleuchtetes LC-Display
ein im Controller hinterlegter Kommentar
Der Betriebsstundenzähler summiert die Aufheizphasen und, für jeden Röhrentyp getrennt, die Betriebsstunden.
Die Stunden für die EL 84 werden bei 16 mA Anodenstrom nur mit 70% angerechnet, für die EM 800 werden sie abhängig von der Helligkeitseinstellung gewichtet gezählt. Dieser Schaltungsteil steuert auch die Helligkeiten für die Anzeigeröhren und die 4 Einschaltanzeige-LEDs. Die Displayhinterleuchtung verlischt einige Sekunden nach der letzten Bedienung automatisch. Das mag nach Spielerei klingen: ich möchte nachts nicht geblendet werden.