Hallo
So ich hab's jetzt gezwungen. Der Signalpfad steht, auch eine Klangregelung mit Bass- und Höhenregler ist gefunden. Im Anhang ist ein Screenshot von TSC. Jaja, der martin benutzt auch einen Simulator. Aber nicht um zu lernen und zu verstehen wie eine Schaltung funktioniert. Sondern weil es vieeeeeel länger dauen würde, wenn ich erstens für jede Frequenz und zweitens für jede erdenkliche Potistellung und drittens für jede mir klug erscheinende Kombination verschiedener C-Werte einen dB-Wert berechnen würde. Eine Exceltabelle zu bauen dauert mir zu lange, zumal ja ein funzenden Progrämmchen vorliegt. Nicht das man das nicht könnte, es ist reine Zeitverschwendung.
Zur Klangregelung. Der Quellwiderstand ist auf 1k gesetzt, weil das der Arbeitswiderstand der ersten Stufe ist. Da diese sich annähernd wie eine Pentode verhält, muss wie auch bei Pentoden der Arbeistwiderstand den Quellwiderstand dominieren. Der nahezu unenendlich große Ri von pentoden richtet nichts aus.
Der Shot von TSC zeigt eine etwas umgemuddelte Fenderregelung. R4 ist auf 1Ohm gesetzt und zudem runtergedreht. Es verhält sich wie ein Draht. Die Mittenregelung gibt es also nicht mehr. Das war nötig um den Gesamtpegel der Regelung nach oben zu drücken. Das war nehmenlich nur dann möglich,w enn man die Wirkung der Mittenregelung drastisch reduziert. Wenn man das tut, dann kann man sie auch gleich entsorgen. Unter dem Wappen meiner Heimatstadt links, steht warum.
Wir erinnern uns nämlich, dass wir keine Verstärkung zu verschenken haben. In mittelstellung kostet die Reglung uns im Schnitt 6dB. -6dB entsprechen einem Faktor von 0,5. Die Verstärkung wrd also halbiert. Wir erinnern uns weiter, dass die erste Stufe eine 20fache und die zweite eine 50fache Verstärkung brachte. Macht also 20*0,5*50=500fach. Da wir 5V brauchen um die Endstufe voll auszusteuern erreichen wir dies mit 5V/500=10mV. Ich habe das mal mit dem 5E3 verglichen:
Die erste Stufe schafft 35fach. Die Klangeregelung klaut auch etwa 6dB die Zweite Stufe macht 55fach und die Endrohre brauchen so etwa 15...20V für Vollaussteuerung, eher etwas mehr. Dort bräuchten wir etwa 17mV für Vollaussteuerung. Wie liegen also garnicht mal schlecht mit unserer Schaltung.
Nun die Koppelkondensatoren: Um die zu berechnen müssen wir erstens die Untere Grenzfrequenz kennen und zweitens wissen wie große dort der Spannungsabfall sein soll. Es ist gut zu wissen, dass -3dB eine gerade so hörbare Abschwächung sind. Die tiefste Frequenz der Gitarre beträgt etwa 80Hz. Dort wollen wir einen Abfall von 3dB oder etwas weniger haben.
Warum nicht 0dB bei 80Hz und die Grenzfrequenz auf 40Hz oder noch tiefer setzen. Ganz einfach, wir würden damitr jede Menge Rumpel durch den verstärker lassen. Z.B. Handauflagegeräusche auf die Saiten und ähnliches. Zweitens ist eine genau richtig kalkulierte Grenzfrequenz auch eine gute Brummfilterung, denn 50Hz Brummen wird da es unter 80Hz liegt in jeder Stufe deutlich abgeschwächt. Die meisten Gitarrenverstärker haben auch einen viel größeren Abfall bei 80Hz, als wir planen.
In Verstärkern mit mehreren Stufen also auch mehreren Koppelkondensatoren darf man natürlich nicht bei jeder Stufe bei der Unteren Grenzfrequenz um 3dB Absenken, denn dann würde man bei zwei Stufen um 6dB bei drei Stufen um 9dB usw. absenken. Es bleiben zwei Möglichkeiten:
1. Man senkt in jeder Stufe soviel ab, dass insgesamt bei allen zusammen 80Hz herauskommen.
2. Man semkt in einer Stufe um genau 3dB ab, und legt alle anderen Stufen so aus, dass sie nichts absenken.
Die erste Methode ist besser. Denn ein CR_GFlied ist ein Tiefpass erster Ordnung also mit 6dB Abfall je Oktave. Kaskiadiert man meherere davon, bei der selben Frequenz, wie 1. es vorsieht, dann erhält man bei n Stufen einen Tiefpass n-ter Ordnung der auch um den faktor n Steiler ist. Ein Steilerere Pass filtert natürlich auch besser.
Die Zweite Methde hat aber auch Vorteile. Wenn man nämlich über eine Stufe eine Gegenkopllung legt, dann sollte die Natürlich auch Phasenrichtig ankommen. Doch bei der Gremnzfrequenz des Tiefpasses also der des Koppelkondensators wird dieser Natürlich auch die Phase etwas drehen, was Probleme mit der Gegenkopplung bringen kann. Also setzt man die Grenzfrequenz extrem tief an, am besser unterhalb der Frequenz wo noch Gegenspannung zu erwarten ist, weil der Übertrager sie garnicht mehr Umsetzen kann. Dann erspart man sich Phasenschweinereien. da wir aber keine Gegenkopllung einsetzen ist für uns die erste Methode besser.
Gucken wir in die Schaltung, dann sehen wir dre Stufen hinter denen Koppelkndensatoren liegen müssten. Allerdings übernimmt das hinter der ersten Stufe die Klangereglung. Die ist von mir tief genug angesetzt worden. Bleiben also noch zwei Stufen. Eine hinter T3 mit C5 und eine hinter T4 mit C7 bzw. C8. Da drei -3dB einem Faktor von 0,7 entsprechen müssen wir in jeder Stufe um einen Faktor F absenken. Dabei muss für F gelten, dass der Pegel zweimal mit F multipliziert geneu auf das 0,7fache absenkt. mathematisch ausgedrückt:
P*F*F=0,7*P
Kurz:
F²=0,7
Und daraus wird:
WURZEL(0,7)=F
Und das ergibt:
F=0,84
Tja, und zur Kontrolle: Der faktor 0,84 enstpricht -1,5dB als der Hälfte von -3dB. Wer hätte das gedacht?
Die Koppelkondensatoren bilden zusammen mit den darauf folgenden Widerständen Spannunsgteiler. Diese Spannunsgteiler können wir im bassbereich in dem wir uns bewegen als Unbelastet ansehen. Der folgende FET und oder auch die folgende Röhre sind für diese Frrequenzen gigantische Eingangswiderstände spielen also keine echte Rolle. Das Spannunsgteilerverhältnis jedes Gliedes muss bei der unteren Grenzfrequenz unser faktor F, also in diesem Fall 0,84 betragen.
Nun besteht jeder Spannunsgteiler aus einem C und einem R in reihenschaltung. Das C hat eine Impednaz Zc. Der Spannunsgteiler besteht also aus der Impedanz Zc und R in reihenschaltung. Über R wird die Spannung abgegriffen. Also muss das Verhältnis von R zum Gesamtwiderstand der Reihenschaltung also Zc+R genau der Faktor F sein. In Formeln:
F=R/(Zc+R)
Uns interessiert aber nicht R, den haben wir bereist festegelgt. Uns interessiert auch nicht F, den kennen wir auch. Uns interessiert die Kapazitätd es Koppelkondensators. Die können wir aus Zc berechnen. Also stellen wir erst einmal die Formel um, indem wir zunächst mit (Zc+R) multiplizieren:
F*(Zc+R)=R
Dividiert durch F
Zc+R=R/F
Ziehen wir R ab.
Zc=(R/F)-R
Etwas verinfacht:
Zc=R*(F-1)
Jetzt können wir erst einmal Zc berechnen. Einmal für C5. Dabei bildet P3 den Widerstand.
Zc5=P3*(F-1)=47k*(0,84-1)=47k*0,16=7k5
Und dann nochmal für C7, da wfür C7=C8 gilt, wenn wir für beide Zweige der Endstufe die selbe Grenzfrequenzen wählen
[Gerade bei Gitarrenverstärkern muss man das nicht zwingend tun, es kann klanglich durchaus gewinnbringend sein, einem Zweig eine kleines C zu geben, das bringt k2 im Bassbereich], dann brauchen wir nur Zc7 zu berechnen. Der entsprechende Widerstand ist R11. Aber man müsste eiugentlich die Parallelschaltung aus R11 und P4 nehmen, denn die Versorgungsspannung an der P4 hängt, läuft über den Elko, der noch nicht in die Schaltung eingezeichnet ist für das Signal gegen Masse. Die Versorgungsspannung ist für das Signal betrachtet Masseniveau. dazu müssten wir aber ersteinmal wissen wie P4 einegstellt werden muss. Wir brauchen etwa 3V am gate. D.h. 1/10 der Versorgungsspannung. Wir haben wieder einene SApannungsteiler aus P4 und R11. Doe Spannung wir an R11 abgegriffen. Demnach muss sich R11 zur Reihenschaltung aus R11 und P4 wie 1 zu 10 verhalten. In Formeln ausgedrückt:
1/10 = R11/(R11+P4)
Uns ineterssiert P4. Nach etwas umstellerei:
P4=9*R11
Da wir R11 kennen, können wir P4 bestimmen:
P4=9*5k=45k
Diese Erkenntnis werden wir gleich mal in den Schaltplan notieren. Um den BUZ900 nicht zu überlasten, sollten wir beim ersten Inbetriebnehmen P4 auf keinen Fall viel kleiner als 45k einstellen. Aber weiter gehts:
Der Widerstand unseres Tiefpasses von C7 ist also Rges=R11//P4. Das erechnen wir erstmal fix aus:
1/Rges = 1/R11 + 1/P4
Umgestellt wird daraus
Rges = 1/(1/R11 + 1/P4)
Wir setzen ein:
Rges = 1/(1/R11 + 1/P4) = 1/(1/5k + 1/45k) = 4k5
Für den Teifpass ergibt sich nun wieder:
Zc7=Rges*(F-1)=4k4*(0,84-1)=4k5*0,16=720Ohm
Soho. Jetzt können wir aus Zc5 und Zc7 die Kapazitätswerte berechnen. Es gilt für Impedanzen von Kondensatoren:
Zc = 1/(2*3,14*f*C)
Wer darüber mehr wissen will, gehe auf meine Heimseite unter Bauteile und belese sich zu Impedanzen.
http://www.roehrenfibel.deUmstellen ist bei der Formel oben ein Kinkerlitzchen. es kommt raus:
C = 1/(2*3,14*f*Zc)
Wir brauchen nur noch einsetzen und ausrechen. f ist unsere Grenzfrequenz von 80Hz.
C7 = 1/(2*3,14*f*Zc7)=1/(2*3,14*80Hz*7500Ohm)=1/3768000HzOhm=270nF
C5 = 1/(2*3,14*f*Zc5)=1/(2*3,14*80Hz*720Ohm)=1/3768000HzOhm=2,8uF
Gegenüber Röhrenschaltungen sind das ganz schön dicke Kapazitäten. Zum Glück brauchen wir nur sehr kleine Spannungsfestigkeiten. Beschaffung ist kein Problem.
Bleiben noch die Kondensatoren, die die Sourcewiderstände also die Äquivalente der Kathodenwiderstände brücken. Die könne ja auch zu einem Abfall führen. Der bei der Grenzfrequenz erlaubte Abfall wird aber nun schon von den Koppelkondensatoren besorgt. Macht nuscht! Wir machen diese Cs einfach ordentlich groß. Große Elkos für kleine SPannungen sind heutzutage kein Problem mehr. Für Kathodenelkos gilt:
Ck=5,7*S/(2*3,14*f)
S ist die Steilheit und f unsere Frequenz, der Rest sind Zahlen. Es giobt keinen Grund diese Formel nicht auf FETs anzuwenden, immerhin haben auch sie eine Steilheit. Die Steilheit gibt an, wie stark sich der Strom durch den FET ändert, wenn die Steuerspannung um einen bestimmten betrag gändert hat, die Versorgungsspannung aber gleich bleibt. Die Steilheit kann man im Kennliniendiagramm ablesen. Unten Im Diagramm sieht man, dass sich der Strom um 5,5mA ändert, wenn man die Gatespannung um 0,2V ändert. Die Steilheit ergibt sich also aus:
S=deltaI/deltaU=5,5mA/0,2V=28mA/V
Damit können wir unseren Kondensator berechnen:
C=5,7*28mA/V/(2*3,14*80)=5,7*0,028A/V/(2*3,14*80)=320uF.
Wir werden einfach 1000uF=1mF nehmen und sind auf der sicheren Seite. Jetzt bin ich froh, keinen JFET in der Endstufe genommen zu haben. Der häte nähmich auch einen Sourcekondensator gebraucht und der ensprechende Kondensator wäre riesig geworden.
So jetzt könnt ihr an dem ganzen Machwerk rumkriteln. Mir fallen schon ein paar Sachen ein, die man eventuell noch besser machen kann. zweitens können wir uns nun intensiv der netzteilfrage widmen.
Viele Grüße
Martin
