Wie dimensioniert man eine Audio-Endstufe mit einer Pentode?
Hallo zusammen,
Um die Frage zu klären, wie man eine Audio-Endstufe mit einer Pentode dimensioniert, also typischerweise mit einer EL84 und einem Trafo bei 250 Volt Betriebsspannung, bin ich der Sache mal nachgegangen:
Wie man den Arbeitspunkt festlegt und wie hoch die Last sein muss, habe ich schon mal hingekriegt, um zu erklären, warum das so sein muss und nicht anders, ohne was von irgendwelchen Lehr- oder Laborbüchern abzuschreiben, die einfach irgendwelche Formeln "hinknallen". Im Prinzip einfach, wenn man mal den Trick mit der Vereinfachung rausgefunden hat. Irgendwo ganz unten muss man ja mal anfangen.
Der Rest mit den Wickeldaten des Trafos und die ganzen nichtidealen Bedingungen kommt noch. Also mir raucht jetzt der Kopf. Ich hoffe, dass es dafür verständlich geschrieben ist und nicht bei den werten Lesern raucht.
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Re: Wie dimensioniert man eine Audio-Endstufe mit einer Pentode?
Hallo Volker,
bzgl. des Gitterableitwiderstandes bin ich anderer Meinung: Primär wird er bei der Vorspannungserzeug via Gitteranlaufstrom benötigt und verhindert das Zustopfen des Gitters mit Elektronen. Bei der hier eingesetzten Methode mit automatischer Vorspannungserzeugung dient er jedoch dazu, dass das Gitter einen Massebezug erhält, also negativer als die Kathode wird; andernfalls hinge das Gittter quasi in der Luft. Theoretisch könnte man Rg auch durch einen Kurzschluss ersetzen, nur dann wäre Ue für die Röhre ebenfalls kurz geschlossen. Gelegentlich sah man früher im Eingangskreis auch einen Trafo (-> Trafokopplung), dann entfällt dieser Rg natürlich. Unter der derzeitig gewählten Konstellation bilden C sowie Rg einen Spannungsteiler und bestimmen damit die Eingangsspannung der Röhre; außerdem geht er in den Eingangswiderstand der Stufe ein.
Wenn man mag, wird die Schaltung noch einfacher, indem man den Kathodenelko weg lässt; damit ergibt sich jedoch eine Stromgegenkopplung, die meist unerwünscht ist. Ferner ließen sich der Vorwiderstand sowie Elko am Schirmgitter einsparen; auch das findet sich gelegentlich (s. Wikipedia). Allerdings sollte auf die zul. Grenzwerte der Röhre geachtet werden.
Was den AÜ zum Anschluss des Lautsprechers anbelangt - dieser ist bei Verwendung eines hochohmigen Lautsprechers nicht unbedingt erforderlich und führt auf die eisenlose Endstufe, z.B. bei Philips. Die Größe ergibt sich bekanntlich aus der zu übertragenden Leistung sowie der unteren Grenzfrequenz, da möchte ich dir nicht vorgreifen.
Hilfreich bei der Übertrager-Diskussion ist ein einfaches Ersatzschaltbild, aus dem die wirksamen Induktivitäten sowie Kupferverluste ersichtlich sind.
Wie bei allen theoretischen Themen hier handelt es sich um eine Gratwanderung: Für den einen Leser handelt es sich schon um zu viel Theorie, der andere möchte gerne noch weiter einsteigen.
Wer sich darüber hinaus formelmäßig informieren mag, dem seien die Texte bei Radau5 oder die TFK-Laborbücher empfohlen; für die reine Reparatur eines Dampfradios sind sie jedoch nicht erforderlich.
Re: Wie dimensioniert man eine Audio-Endstufe mit einer Pentode?
Hallo Klaus,
das mit dem Gitterableitwiderstand habe ich korrigert. Ist mir schon klar. Vielen Dank für den Hinweis. Ja, es gibt diese eisenlosen Röhrenendstufen. Das müsste ich noch irgendwo erwähnen. Ich habe sogar so ein Radio. Das mit dem Übertragerersatzschaltbild habe ich auch schon angeschnitten. Beim Schreiben ist mir wieder ein Menge klar geworden, wie ich es vorher noch nicht so gesehen hatte. Das ist ja oft so, wenn man selbst etwas schreibt.
Ich habe das ganze Internet durchforstet. Bis jetzt habe ich kein Beispiel gefunden, dass als Einstieg die Pentode als ideale Stromquelle vereinfacht und den Trafo auf die Parallelschaltung einer großen Spule und eines Lastwiderstands reduziert. Aber so kann man sich das wirklich gut vorstellen, finde ich. Wie soll man sonst verstehen können, dass an der Anode eine Spitzenspannung in doppelter Höhe der Anodenspannung auftreten kann? Klemmt man den Lautsprecher ab und dreht die Lautstärke auf, kann diese Spitzenspannung noch höher werden. Interessant ist ja auch, dass die Verlustleistung der Pentode mit zunehmender Lautstärke sinkt. Das sollte ich auch noch erklären.
Jetzt sieht man in den Ausgangskennlinienfeldern der EL84 an Hand von praktischen Beispielen, was bei einer Fehlanpassung passiert, die zum Beispiel passieren kann, wenn ein 8-Ohm-Lautsprecher durch einen mit 4 Ohm oder umgekehrt ersetzt wird. Derselbe Fall tritt ja auch ein, wenn ein nicht ganz passender Ausgangsübertager als Ersatz verwendet wird. Nun, die EL84 macht das alles mit, wenn sie nicht gerade hart an der Belastungsgrenze betrieben wird, was in den meisten Radios nicht der Fall ist.
Auch habe ich mal den Fall vorgestellt, wenn durch Verschleiß der Gleichrichter die Betriebsspannung um 20% zu niedrig ist. Man wird es nicht hören. Lasst die alten Gleichrichterröhren drinnen und die alten Selengleichrichter werden nicht wegen der zu niedrigen Spannung zum Problem, sondern weil sie auf Grund des zu hohen Spannungsabfalls zu heiß werden und dann plötzlich ganz ausfallen.
Re: Wie dimensioniert man eine Audio-Endstufe mit einer Pentode?
Hallo Volker,
der Impedanz des angeschlossenen Lautsprechers (Z=R+jX) würde ich keine allzu große Bedeutung bei messen, auch wenn sie rechnerisch natürlich wichtig ist für die optimale Anpassung.
Bekanntlich wird die Impedanz bei f=1KHz gemessen. Bei anderen Frequenzen jedoch weicht dieser Wert erheblich vom Normwert ab, s.d. außer bei 1KHz fast immer eine Fehlanpassung vorliegt. Viele Hersteller gaben/geben die Impedanz von anschließbaren Zusatzlautsprechern bzw. Boxen sogar mit 4-8 Ohm an, wohl wissend, dass der genaue Wert ziemlich unkritisch ist. Auch Boxen wurden/werden häufig mit 4-8 Ohm spezifiziert.
Interessant in diesem Kontext erscheinen mir deine vorgestellten Diagramme: Rein gehörmäßig ist man von den erkennbaren Unterschieden im Diagramm weit entfernt, obwohl man rechnerisch anderes vermuten würde. Da spielt aber auch die Empfindlichkeit des Ohres eine entscheidende Rolle.
Problematisch könnte die Fehlanpassung vermutlich bei Aussteuerung mit einem Sinuston werden, ein nahezu unrealistischer Betriebszustand.
Auch die Fehlanpassung der AÜs ändert kaum etwas an diesen Überlegungen; als Schüler habe ich Verstärker mit gerade vorhandenen, aus Fernsehern und Radios ausgeschlachteten Übertragern gebastelt und diese funktionierten auch.
Aber nach der reinen Lehre hast du natürlich Recht - die Bauteile sollten schon den geforderten und berechneten Werten entsprechen.
Re: Wie dimensioniert man eine Audio-Endstufe mit einer Pentode?
Hallo Klaus,
das wollte ich ja gerade zeigen, dass die Impedanzen nicht kritisch sind. Es ist fast egal, ob ich einen Übertrager mit 2500 oder 10000 Ohm anschließe. Beim Betrachten des Ausgangskennlinienfelds und Anlegen der Arbeitsgeraden zeigt sich, dass die Entwickler der EL84 solche Fälle berücksichtigt haben. Auch wird man eine Absenkung der Betriebsspannung von 250 Volt auf 200 Volt nicht hören.
Als Jugendlicher habe ich sogar eine Gegentaktendstufe mit 2 x UL11 aufgebaut und als Ausgangsübertrager einen Netztrafo 2 x 110 Volt auf 6 Volt verwendet. Das ging sogar wunderbar. Ich hatte dann keinen Netztrafo mehr, denn ich bei den Allstromröhren ja nicht brauchte. Ich war begeistert. Meine Eltern wussten zum Glück nicht, was ich da trieb und meine Nachbarn fanden den Krach nicht so gut.
Re: Wie dimensioniert man eine Audio-Endstufe mit einer Pentode?
Hallo Matu,
der Ausgangstrafo stellt eine induktive Last dar. Wenn die Versorungsspannung z.B. 120 Volt beträgt, dann geht man von einer maximalen Anodenspitzenspannung von 2 * 120 Volt = 240 Volt aus und legt den Arbeitspunkt bei 120 Volt. Dabei gehe ich davon aus, dass bei 240 Volt die maximal zulässige Anodenspannung nicht überschritten ist. Die gelbe Arbeitsgerade muss die x-Achse bei 240 Volt schneiden und die rote entsprechend bei 24 Volt.
Es handelt sich um eine Tetrode, die typischerweise eine bestimmte Anodenspannung nicht unterschreiten dürfen. Unterhalb von etwa 70 Volt arbeitet sie nicht mehr linear. Der Bereich ist leider verschenkt und darf für die Aussteuerung nicht verwendet werden.
Die Kennlinien helfen nicht weiter für eine Niederspannungsbetrachtung von 12 Volt, da sie bei einer Schirmgitterspannung von 50 Volt ausgehen, wovon ich hier ausgehe. Eine Tetrode halte ich für Niederspannungsanwendungen für ungeeignet. Auch wenn du es mit 5 Volt Schirmgitterspannung probierst, hast du vielleicht 7 Volt nach unten verschenkt und kannst die Röhre nur bis 24 Volt aussteuern, also 24 - 7 = 17 Volt. Eine Pentode ist viel linearer und kann weiter nach unten ausgesteuert werden. Deshalb hat man ja bei der Pentode das Bremsgitter eingebaut.
Wahrscheinlich müsste man das Ausgangskennlinienfeld für 5 Volt Schirmgitterspannung selbst erstellen, wenn man es ganz genau nehmen wollte. Und dann noch für 3 Volt, 4 Volt und so weiter, um die beste Einstellung zu finden. Ich garantiere dir, dass du dann hinterher das Prinzip wahrscheinlich besser verinnerlicht hast als ich.
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