Röhrenendstufe

Verstärker in Ultralinearschaltung mit 4 mal EL 84 pro Kanal

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Spannungsversorgung  Klangsteller  Endstufe  Pegelanzeige  Betriebsstundenzähler 


Dies ist keine Schritt für Schritt Bauanleitung sondern mag als Anregung für eigene Arbeiten dienen.
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 805 in Gegentaktschaltung lieferte er etwa 2 mal 3 Watt, als Ausgangsübertrager "missbrauchte" ich damals 2 Netztrafos mit ganz passablem Ergebnis.
Die Schaltung war angelehnt an Prinzipschaltbilder aus dem Buch "Der praktische Schwachstrominstallateur" aus dem Jahre 1955.
Dieses Buch stammte natürlich auch vom Sperrmüll.
Die 3 Trafos und 4 Röhrenfassungen waren auf ein Holzbrett geschraubt und Reißzwecken dienten als Lötstützpunkte.
Da stellt sich mir die Frage, womit sich eigentlich heute 13-jährige junge Menschen so beschäftigen?
Nun ja, 25 Jahre später bekam ich wieder Lust auf den Klang eines Röhrenverstärkers und auf das Glühen so eines Gerätes, das ist ja auch was fürs Auge. Nebenbei liefern die Röhren eine beachtliche Stützwärme. Smiley

Röhrenendstufe
Verstärker im Rack
Dieses mal sollte aber bitte ein vernünftiges Gehäuse her, ohne Holzschrauben und Reißnägel und mit ordentlichen technischen Daten und ein paar nützlichen Extras.
Die Zeitschrift Elrad hatte in den 80ern und 90ern diverse Bauvorschläge und auch Jogis Röhrenbude bietet zahlreiche Ideen für einen Nachbau.
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 könnte doch auch noch ein Klangsteller und einer Pegelanzeige in Röhrentechnik im Gehäuse Platz finden.
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 Abwandlung des Vorschlages aus Elrad 10/1989 der im Original nicht stabil läuft.
Die Pegelanzeige ist für magische Bänder EM 800, EM 84 oder alternativ Glimmröhren IN 9. Letztere sind allerdings in der Helligkeit nicht gut 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.
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 und dann pulverbeschichten und die Frontplatte bedrucken lassen. 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. Als Längstransistoren im Heizspannungsregler werden Leistungs-FETs eingesetzt. Damit die Gates sicher angesteuert werden wird dem Spannungsregler LM 723 eine externe Hilfsspannung von 30 Volt zugeführt.
Alle Röhrenstufen außer den Endröhren erhalten 20 Sekunden nachdem die Heizungsspannung ansteht stabilisierte 290 Volt. Auch diese Spannung wird langsam hochgefahren.
Die Anodenspannung von 300 Volt für die Endröhren wird 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 pro Kanal. In einem von 2 Gegenkopplungszweigen befindet sich das passive frequenzbestimmende Glied. Der Einstellbereich ist bewußt auf +/- 6dB begrenzt, das genügt für Korrekturen der Raumakustik.
Die vorgesehene ECL 86 kostet leider um die 40 Euro (Stand 2004) und Ersatz wird in Zukunft nicht preiswerter werden.
Da kann man schonmal zusammenzucken.
Ein Vergleich der Datenblätter von ECL 86 und PCL 86 ergab, dass die Systeme völlig identisch sind und lediglich die Heizspannung der PCL 86 mit 13 Volt höher ist als die 6,3 Volt der E-Röhe.
Normalerweise kann man E- und P-Typen nicht untereinander tauschen, da die Unterschiede bedeutend sind. Diese Röhren sind jedoch eine erfreuliche 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 leichte 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 Änderung 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 ähnliche magische Bänder 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 einmal ein kleiner Acrylglasaufsteller mit gelaserter Skala zwischen den Röhren Platz finden.
Um die Anzeigeröhren sinnvoll anzusteuern ist ein Vollwellenspitzenwertgleichrichter mit anschließendem analogen Logarithmierer verwirklicht. Der Logarithmierer ist eine relative einfache Konstruktion aus 2 entsprechend beschalteten Operationsverstärkern. Die übliche Beschaltung zur Temperatur- und Offsetkompensation erwies sich in einem frühen LED-Peakmeter als ziemlich unbrauchbar, weshalb ich hier anders vorging:
Es sind pro Kanal 2 identische Logarithmierer aufgebaut, ein Zweig wird mit dem Nutzsignal angesteuert, der Eingang des andere Zweiges liegt auf Masse. 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 teilweise weit aus dem Arbeitspunkt raus.
Für eine nächste Revision 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 ist es aber nicht: tagsüber möchte ich etwas sehen können und nachts möchte ich nicht geblendet werden.