[wuthp1]

Hallo zusammen
Bei meinem Arbeitgeber sollte eine ganze Kiste mit Röhren im Müll landen. Das wäre natürlich Schade gewesen. Deshalb bin ich nun stolzer Besitzer einiger sehr schönen Stücke, Darunter 4x Philips EL60 (EL34 mit anderem Sockel) und 15x Telefunken ECC801S (!).
Damit die nicht sinnlos rumliegen, soll ein Amp draus werden. Als Elektroingenieur habe ich eine gute Basis an Elektronikwissen, aber vom Design von Röhrenamps habe ich nur eine begrenzte Ahnung bzw. mir fehlt die Praxis auf diesem Gebiet.

Es soll ein HiFi Push-Pull Verstärker werden mit Ultralinear Schaltung und Grid Bias. HiFi verstehe ich als Abgrenzung zu einem Gitarren Amp, nicht zwingend im Sinn der HiFi Norm.
Ich hab mal eine Schaltung entworfen (siehe Anhang), von der ich meine, dass Sie vom Konzept her funktionieren sollte, habe aber noch ein paar Fragen bezüglich der Dimensionierung. Wie ich die einzelnen Stufen berechne und wie sie funktionieren ist mir im Grossen und Ganzen klar. Was mir nicht klar ist:

1.: Welche Stufe soll denn als erstes in Sättigung gehen, wenn der Verstärker übersteuert wird, und warum? Das wird bei Zimmerlautstärke wohl nicht passieren wenn man passable Boxen dranhängt, aber trotzdem.

2.: Was für Ströme fliessen am Schirmgitter --> wie muss der Widerstand dimensioniert werden.

3.: Ist die ECC801S überhaupt geeignet, da wo ich sie einsetzten will. Wieso (nicht)?

Vielen Dank im Voraus für eure Antworten, Ratschläge etc.

Gruss Peter

[dimashek]

1. Bei HI-Fi gehe ich davon aus, dass du keine Übersteurung haben willst, außer bei vollgas. Die vorstufe muss also möglichst lineal sein und größeren headroom haben, als die Endröhren.
Die dürfen bei vollgas clippen, sonst nichts.

2. Je stärker die Endröhre überfahren wird, desto mehr strom fliesst durch screens. Im linearbetrieb etwa 5% (je nach Röhre) des Anodenstroms.
Bei hifi (ultralinear) reichen 2-Watter locker, mit sehr viel Reserve  

3. Du muss rechnen, ob der Pegel am Ausgang des Cathodyns genug headroom hat, die Endröhren zu überfahren, onhe selbst zu clippen.  Also ob der Pegel am Ausgang des PI  ca (Vbias+3)V Spitze erreicht werden kann.
300V Va sind ziemlich eng.
Und dann muss man noch rechnen, ob bei dem typischen Eingangspegel (ca 1V) die Verstärkung der ersten Triode genug ist, um den cathodyn voll anzutreiben.  Und am besten möglichst linear.
 Ich denke, das wird  eng.

[wuthp1]

Hey dimashek

Vielen Dank für die schnelle Hilfe.
Wenn ich Va der ECC801S auch auf 350V erhöhen würde, könnte es gerade so reichen. Allerdings will ich die Dinger nicht unnötig plagen.
Deshalb habe ich mal in der Wunderkiste nachgeschaut was sonst noch so alles zu finden ist und... tadaaaa: 2x GE 6SL7GT, neu und unbenutzt. Mit denen gehts locker und erst noch (voraussichtlich) deutlich verzerrungsarmer, es sei denn ich hätte eine Fehlüberlegung gemacht, oder eine von denen tut nicht mehr. Davon habe ich nämlich nur die 2 stk.

[Laurent]

Hallo Peter,

Ob ECC81 oder 6SL7 ändert nicht viel, da beide Röhre von den Specs recht ähnlich sind (Aussee bei der Spannungsfestigkeit).
Die Kathodyn bringt keine Verstärkung mit sich. Also muss die erste Stufe alles selber verstärken und dies möglichst mit der wenigsten Verzerrung. Das hängt erst davon ab, was für ein Signal reinkommt. Wenn du bereits eine externe Vorstufe hast, dann passt es. Wenn nicht wird's mehr als eng.
Außerdem muss die Kathodyn die EL34 voll ausfahren können, wie Dimashek bereits schrieb.
Wenn du also keine Vorstufe hast, würde ich die integrierte Vorstufe anders gestalten (mehr Verstärkung). Ggf, könnte eine LND150 Eingangstufe zum Ziel führen. Dimashek hat vor kurzem etwas darüber gepostet. Wird dann aber keine 100% Röhrenschaltung mehr sein...

Schaue Mal hier im Forum, es gibt schon reichlich Ideen zur HiFi Vorstufen.

Gruß
Laurent

[Doublecut]

Hallo,
überlegenswert wäre sicher eine Williamson-Enstufe, d.h. mit einer Treiberröhre nach der Kathodyn. Ob die ECC81 geeignet ist, kann ich nicht sagen. Meistens finden sich hier ECC82, wenn ich mich richtig erinnere.
Die Treiber koppeln die (schwache) Kathodyn von den Endröhren ab und verbesseren damit die Performance bei höheren Signalpegeln.
Bitte korrigiert mich, wenn ich Mist geschrieben habe, ist alles schon ein bischen her
Grüße, Robert

[wuthp1]

Hallo zusammen
Die Idee mit der Treiberstufe nach der Kathodyn ist eine Überlegung Wert.

Ich habe mittlerweile noch ein paar Artikel gelesen, das Internet durchforstet, Berechnungen gemacht, usw. So langsam fügt sich das Bild zusammen aus bisherigem Wissen aus dem Studium und den vielen neuen Informationen bezgl. Röhren.

Mittlerweile bin ich zum Schluss gekommen, dass die ECC81 vom headroom her völlig ausreichen sollte (Va =350V). Wie es aber mit dem Klirr aussieht, ist wieder eine andere Frage.

Die Kathodyn ist trotz des recht hohen Ausgangswiderstands in der Lage, die 2x EL34 voll auszusteueren (bei Weitem). Der Klirrfaktor dieser Stufe ist Naturgemäss sehr klein, dank interner GK.

Punkto Klirr macht nur die Eingangsstufe ein wenig Sorgen. Das wäre für mich auch der einzige Grund, nach der Kathodyn noch eine Treiberstufe einzubauen. Ein paar ECC82 habe ich auch hier, falls die geeigneter sind.

Ich werde bei Gelegenheit mal noch ein paar Simulationen und weitere Berechnungen machen.

Falls jemand Anmerkungen, Tipps und Tricks hat, oder auch Empfehlungen zur Wahl der Triode bin ich immer dankbar.

Wenn der nächste Entwurf der Schaltung steht, werde ich ihn mit Berechnungen, Simulationsresultaten etc. wieder hier posten.

Korrigiert mich bitte, falls ich voll daneben liege.

Gruss Peter

[dimashek]

Ich würde es etwa so probieren:
https://electronicscheme.net/35w-tube-power-amplifier-with-el34/

Also Eingandsröhre mit ordentlich Stromgegenkopplung (kein C in der Kathode)
Danach Kathodyn-Stufe und dann noch eine Röhre, die die Endstufe antreibt, aber nicht als follower, sondern normale Verstärkungsstufe mit lokaler Gegenkopplung (von den El34-Anoden)

Und dann noch globale Gegenkopplung vom Trafo in die Kathode der 1. Stufe. Nicht doll, 6-12dB reichen.
Mit den Phasenlagen aufpassen, sonst holt man schnell ne Mitkopplung, bei so vielen Stufen (Nullstellen) in der Loop.

Der Trafo muss keinen Feedback abgriff haben, man kann das Ausgangssignal auch vom normalen Speaker-out abgreifen, natürlich AC gekoppelt
Ist dann halt noch ein C im Signalweg, wird auch relativ groß.

[wuthp1]

Hallo dimashek

Die Schaltung fasziniert mich. Ich glaub der nächste Entwurf wird mal an diese Schaltung angelehnt.

Was ist der Grund, auf den Kathoden-C bei der Eingangsstufe zu verzichten? Phasenrand? Ich hätte da gerne genügend Verstärkung, um die S/N-Ratio zu verbessern. Dadurch müsste dann die Treiberstufe weniger verstärken, was das Matching der beiden Trioden weniger kritisch machen würde. (Bin Anfänger und lasse mich gerne korrigieren.)

Eigentlich könnte ich diesbezüglich mal ne Monte-Carlo-Simulation machen um den Einfluss von Exemplarstreuungen bei verschiedenen Schaltungsvarianten zu sehen. Die ToDo Liste wächst, mal schauen wann ich was reinzwängen kann. Habe auch noch andere Hobbies. Die Röhrengeschichte ist (trotz Faszination) ein Nebenschauplatz.

[dimashek]

Was ist der Grund, auf den Kathoden-C bei der Eingangsstufe zu verzichten?

Linearität! Der R unten reduziert die Verstärkung, und reduziert im selben Mass die THD (zumindest die ersten paar Oberwellen). Stichwort - lokale Stromgegenkopplung.
Du hast Recht, SNR verschlechtert sich etwas, wegen weniger Gain der Stufe, aber auch Johnson Noise des Rkat (der liegt Rauschemässig in Reihe mit der Quelle)
Aber bei Röhren Amps ist etwas Rauschen Pflicht!

Dadurch müsste dann die Treiberstufe weniger verstärken, was das Matching der beiden Trioden weniger kritisch machen würde.

Generell hast du auch hier recht.
Aber mit zwei Gainstufen hat man genug Verstärkung, so dass die Treiberstufe nicht so stark verstärken muss. Man hat sogar Reserven, um auch dort lokale Gegenkopplung einzubauen (Kathoden-Rs), sowie kleine Nested-Feedback-loop (von den Anoden der Endröhren).
Und außerdem gilt auch hier die Regel, je weiter in der Loop die Stufe steht, desto mehr wird der Klirr (durch globale NFB) ausgelöscht.
Oder anderesrum: der Klirr der Stufe wird durch die Verstärkung der Stufen davor reduziert. Und die erste hat ja nichts davor. Muss also die linearste von allen sein.

Das gilt bei Transistoren natürlich viel mehr, da dort die Loop gains deutlich höher sind.

P.S. auch nicht so richtig... die erste Stufe hat nur eigene Verstärkung, deswegen wird der Klirr der ersten Stufe (angenommen gleiche Verstärkung der 1. und 2. Stufen) nur um die Hälfte des globalen loop gains reduziert.
Klirr der 2.Stufe um das ganze loop gain

[wuthp1]

Hallo zusammen

Linearität! Der R unten reduziert die Verstärkung, und reduziert im selben Mass die THD (zumindest die ersten paar Oberwellen). Stichwort - lokale Stromgegenkopplung.
Du hast Recht, SNR verschlechtert sich etwas, wegen weniger Gain der Stufe, aber auch Johnson Noise des Rkat (der liegt Rauschemässig in Reihe mit der Quelle)
Aber bei Röhren Amps ist etwas Rauschen Pflicht! Generell hast du auch hier recht.

Da bin etwas anderer Meinung. Ich möchte das Rauschen tief halten. Ob ein Amp 0.1% oder 0.5% Klirr hat, werden viele wohl nicht hören. Das Rauschen allerdings schon (ok, vielleichtt nur wenn am Input nichts anliegt). Aber wenn ich der ersten Stufe eine Halbleiter-Stromquelle spendiere, sind wir wohl beide glücklich. Die Stufe wird sehr linear und hat trotzdem viel Gain. Somit sollte (je nach Art der Stromquelle) das Rauschen auch tief sein.

Aber mit zwei Gainstufen hat man genug Verstärkung, so dass die Treiberstufe nicht so stark verstärken muss. Man hat sogar Reserven, um auch dort lokale Gegenkopplung einzubauen (Kathoden-Rs), sowie kleine Nested-Feedback-loop (von den Anoden der Endröhren).

Macht es evtl. Sinn hier schon ein Step-Netzwerk einzubauen, um die Phase in der Region der Transitfrequenz anzuheben? Oder reichts, wenn ich es im globalen FB-Loop einfüge? Warum (nicht)?

Vielen Dank für eure Inputs!
Die überarbeitete Schaltung und Simulationen (v. A. bezgl. Frequenzgang) folgen dieses oder nächstes Wochenende. Bin mal gespannt auf die Resultate.