Hallo
dies wird dann der letzte Beitrag hier für ein paar Wochen sein. Ich will Steve ja noch etwas Vorsprung gönnen, ehe ich ihn ganz hinter mir lasse. Zur Sache:
Uns fehlt noch das Netzteil und dort besonders die Größe der Elkos.
Das Netzteil soll möglichst Niederohmig sein, ließt man oft. das bedeutet, dass es einen möglichst kleinen Innenwiderstand haben soll. Im Prinzip läuft die Aufgabe des Netzteils darauf hinaus, einen so kleinen Widerstand für Signalsspannungen zu bilden, dass es nicht selbst zum Arbeitswiderstand der Endstufen-FETs wird. Daraus ergibt sich dass sein Innenwiderstand bedeutungslos klein gegenüber dem des Verstärkers selbst ist.
Aber wie groß ist denn nun der Innenwiderstand des Verstärkers und wie klein ist bedeutungslos klein? Die erste Frage ist leicht zu beantworten. Der Innenwiderstand des BUZ900 ist grob geschätzt ähhhm unendlich groß. Das liegt an seinen Kennlinien. Der Innenwiderstand gibt an, wie stark der Strom durch das Bauteil ansteigt, wenn die Vorspannung der Steuerelektrode (bei Röhren das Gitter, beim FET das Gate) konstant bleibt aber die versorgungsspannung erhöht wird. Bei Pentoden und bei FETs tut sich da garnichts, wer will kann im Diagramm unten nachgucken. Der Strom ist 0A es gilt also Ri=Irgendwas/0A. Hmm nicht definiert sagt ihr, wo die Mathematik aufhört denken wir eben nach. Umgestellt sieht die Gleichung so aus:
0A=Irgendwas/Ri
und Ri soll undnendlich sein, also:
=A=Irgendwas/unenendlich
Nehmen wir mal 8V als irgendwas. Und teilen es in zei Teile, wir erhalten 4V, teilen wir es nun in drei Teile, wir erhalten 2,7V, teilen wir es nun in 4Teile, wir erhalten 2V, ... teilen wir es nun in 40000Teile wir erhalten 0,0002V...
Wir sehen je mehr Teile wir nehmen, desto kleiner werden die. Würden wir nun die maximale Anzahl von teilen nehmen, dann hätten wir die minimale Teilgröße. Nehmen wir also uneneldich viele Teile, wir erhalten also die kleinstmögliche Größe dieser Teile. Und das ist 0V. Die Gleichung stimmt also. Stellen wir sie umd ann erhalten wir
Ri=Irgendwas/0A=unendlich.
Da der Innwnwiderstand von FETs riesieg ist wird der Innenwiderstand der Gesamtschaltung nur von dessen Arbeitswiderstand geprägt. Denn der gibt an, wieviel Signalstrom der FET bei bestimmten Signalspsannungen zieht. Daraus erklärt sich nun auch wie groß wir den Elko machen.
Denn der 5E3 an den wir uns einigermaßen halten ist mit Pentoden bestückt. Die Sache mit dem Innenwiderstand liegt also nicht anders als bei uns mit unseren FETS. Das Netzteild es 5E3 wird einen bestimmten Innenwiderstand haben. Und dieser wird ein bestimmtes Verhältnis zum Arbeitswiderstand der Endstufe haben. genau das selbe Verhältnis werden wir auch verbauen.
Die Idee scheint nur einfach zu sein. Der Innenwiderstand des Netzteil des 5E3 ist aber von der Frequenz abhängig. Welche Frequenz nehmen wir denn? In Klasse A ist das einfach, da würden wir die untere Grenzfrequenz also 80Hz nehmen. Aber wir sind nicht in Klasse A, nicht beim 5E3 und auch nicht beim FETSACK. In Klasse AB niommt die Stromaufnahme mitd er Aussteuerung zu. Stellen wir uns mal vor wir würden bei einem Musikstück von 120bpm auf jedem Beat eine Note mit voller Aussteuerung spielen. D.h. unser Verstärker muss 120 mal pro Minute vom Ruhestrom zur Maximalstromaufnahme springen. D.h. 120mal pro Minute nimmt der Strom zu, zugleich verändert sich die mittelre Versorgungsspannung jeder Röhre. Wir haben also ein DeltaU und ein DeltaI. Also haben wir auch einen Innenwiderstand als Quotienten aus beiden und zwar einen bei 120bpm, das sind zwei Schläge je Sekunde, also 2Hz. Was nehmen wir nun 80Hz oder 2Hz oder was dazwischen? Und wer sagt uns, dass sich beim FETSACK die mittlere Stromaufnahme bei Vollaustsuereung genau zum Ruhestrom verhält wie beim 5E3, also überhaupt vergleichbare Verhältnisse vorliegen.
Ich schlage folgendes Vor. Erstens untersuchen wir das Verhältnis beim 5E3 bei 80Hz und übertragen das Tesweise auf den FETSACK damit wir ungefähr die Größenordnungen kennen.
Bei 80Hz wird der Innenwiderstand des Netzteils vom Ladeleko bestimmt. Der Beträgt beim 5E3 16uF der Arbeistwiderstand beträgt 8kOhm. Wir müssen jetzt den Blindwiderstand des Elko berechnen:
Ze = 1/(2*pi*f*C) = 1/(2*3,14*80Hz*160,000016F)=124Ohm
Jetzt wenden wir den Dreisatz an:
124Ohm zu 8000Ohm
0,0155Ohm zu 1Ohm
0,248Ohm zu 16Ohm
Aus den 0,248Ohm können wir wieder einen Kondensator berechnen
C = 1/(2*3,14*80Hz*0,248Ohm) = 0,008F = 8000uF
Ich schlage vor, wir nehmen 10000uF und gut. Bei den 2Hz wird der Innwnwiderstand des Netzteils beim 5E3 wesentlich durch den Gleichrichter und den Trafo bestimmt, der Elko hat da schon eine zu große Impedanz. Mit Röhrengleichrichtung können wir nicht dienen. Allerdings macht der kleinste Trafowiderstand bei uns durch die enormen Ströme schon was aus. Wir haben Stromänderungen zwischen Ruhestrom und Vollausteuerung von ungefähr 1A. Das macht bei einem Trafoinnenwiderstand von 3Ohm schon 3Volt. das sind 10% unserere Versorgungsspannung. Wenn es bei uns Netzteilkompression gibt, dann aus dem Trafo.
Jetzt können wir die Siebung berechnen. Die Brummspannung ergibt sich aus:
Ubr = 1,7*I/C
Als I nehmen wir den Ruhestrom. Das sind maximal 1,5A je FET also 3A gesamt. Als C nehmen wir 10000uF. Die Fausformel oben verlangt aber die Eingabe von I in mA und C in uF. Wir kommen auf:
Ubr = 1,7*3000/10000 = 0,51V.
Dieses Brummen hebt sich im Übertrager auf.
Gehen wir ein Siebglied weiter über R13 zu C10. Wir brauchen für die Phasenumkehr, die hier abzweigt, etwa 20V. Weiter wissen wir aus den vergangenen Beiträgen das jede Stufe etwa 4mA zieht. D.h. ingesamt fließen 12mA über R13. Da hier 10V abfallen sollen, damit wir auf eben 20V kommen errechnet sich R13 aus:
R13 = U/I=10V/12mA=10V/0,012A=830Ohm.
Der Siebfaktor gibt an um wieviel kleiner das Brummen wird. Der Siebfaktor ergibt sich aus dem Spannungsteilungsverhältnis, denn R13 und C10 sind ein Spannungsteiler. Dieses Verhältnis bei 100Hz müssen wir berechnen. Denn die Impedanz also der beitrag des Kondensators zum Spannungsteiler ist Frequenzabhängig und unser Brumm hat 100Hz. Dazu müssen wir also wissen um wieviel kleiner unser Brummen werden soll.
An der Phasenumkehr würde das Brumm über Anode und Kathode gleichphasig an die Endröhre weiteregegegeben werden und sich dort aufheben. So stark müssen wir garnicht sieben. Allerdings, gilt auch, dass alles was wir hier absieben in den adeneren Stufen nicht mehr abgesiebt werden muss. Nehmen wir uns also einen Siebfaktor von 100 an. D.h. wir wollen nur noch 1% Brummen übrig behalten oder anders gesagt, den Störabstand um 40dB verbessern. D.h. bei 100Hz muss die Impedanz oder der Blindwiderstand des Elkos C10 ungefähr 1/100 von R13 betragen (genau genommen wäre es nach der Spannungsteilerformel 1/99).
Zc10=R13/100
Zc10=1/(2*pi*100Hz*C10)
Zusammengefasst und umgestellt:
C10=1/(2*pi*f*R13/100)=1/(2*pi*100Hz*830Ohm/100)=190uF
Wir nehmen gleich 470uF weil man diesen Wert gut und nicht viel teurer als 200uF zu kaufen bekommt und etwas mehr Siebung nie schadet.
Gehen wir zum nächsten Siebglied. R14-C11. Hier fließen nur noch 8mA,d enn 4mA haben wir bei der Phasneumkehr gelassen. Gleichzeitig wissen wir, dass die zweite Stufe 16V braucht. Macht also 20V-16V=4V. Und die müssen bei 8mA abfallen, denn hinter R14 liegen zwei Stufen, die je vier 4mA ziehen. Macht nach Ohm: 4V/8mA=500Ohm.
Das Brummen, das in die zweite Stufe an der Anode gespeist wird, kommt in die nächste Stufe also die Phasenumkehr wird dort gedreht und kommt in die Endstufe. Ergo hebt sich dieses Brummen nicht auf. Sehr unangenehm. An der Endstufe können so maximal 30V Signalspannung je Röhre auftreten. Unser Brumm liegt jetzt bei 0,005V, macht 75dB Abstand. D.h. wenn wir garnicht seiben würden hätten wir einen Störspannungsabstand von 75dB. Das ist mittelmäßig. Wir wollen also wieder einen Siebfaktor von 100 ansetzen,a lso den Störspannungsabstand um 40dB auf 115dB verbessern. D.h. der Blindwiderstand von C11 muss 1/100 con R14 betragen. Es ergibt sich also nach der oben hergeleiteten Formel:
C11=1/(2*pi*f*R14/100)=1/(2*pi*100Hz*500Ohm/100)=320uF
da wir schon einen Elko von 470uF genommen haben, nehmen wir den gleich nochmal.
So jetzt zum letzten Siebglied, R15-C12. Das Brumm, das hier ankommt kommt auch in die zweite Stufe, wo es verstärkt wird und dann Phasengedreht usw. Es ist also überdeutlich zu hören. Allerdings haben wir auch nur noch 0,005V/100 also 0,00005V Brummen übrig. Die Zweite Stufe verstärkt 50fach, es würden daraus also 0,0025V. Das werden wir verhindern. Wir setzen wieder einen Siebfaktor von 100 an. R15 ist leicht zu berechnen. Die erste Stufe braucht 8V, die zweite Stufe bekam 16V, wir müssen also 8V versieben. Da die erste Stufe nur 4mA zieht kommen wir auf: 8V/4mA=2000Ohm. Mit unserer Formel ergibt sich nun:
C12=1/(2*pi*f*R15/100)=1/(2*pi*100Hz*2000Ohm/100)=80uF
Wir runden ein klein wenig auf, z.B. auf 470uF.
Jetzt noch die Sicherungen: F1 und F2 müssend en Ladestrom der Elkos ertragen. Das ist ein kurzer heftiger Stromstuß, deswegen sollten wir här träge Typen einsetzen. Mein Trafo verträgt 5A je wicklung. Eine weil auch mal mehr. Nehmen wir also träge 8A Typen für F1 und F2. Bei einer Leistungsaufnahme von 40Watt je FET also 80Watt gesamt (die Vorstufen bringen da kaum was ein) fließen von der Netzuleistung etwa 0,35A in den verstärker. bei Vollausteuerung sind es auch mal mehr. Nehmen wir also Primär 1A flink oder Mittelträge für F3 und F4.
Es fehlt uns nur noch die olle Leuchtdiode in der Schaltung. Die dient der Betriebszustandsanzeige und entläd auch die Elkos sehr schön. 30V und mehr sind etwas zuviel für eine Dide, weswegen sie einen Vorwiderstand R16 bekam. Die dioden die ich hier habe, wollen 10mA bei etwa 2,5V. da wir aber 30V zur verfügung haben müssen davon 28V weg. Macht nach Ohm: 28V/10mA=2800Ohm. Ich nehme 3k und gut. Wer andere Dioden nimmt oder den verstärker mit 40V fahren will kann sich selber nen Widerstand berechnen. Wer noch ein paar Bauteile loswerden will, kann sich auch eine kleine Konstantstromquelle für die Diode häkeln.
FEDDICH!
da noch ein paar Sachen, die wir nicht vergessen dürfen. Fassen wir erstmal zusammen:
Wir haben einen FET-verstärker ausgeknobelt, der sich an den 5E3 von Fender hält. Dabei gibt es Gemeinsamkeiten und Unterschiede:
Gemeinsamkeiten:
- Gleich viele Stufen
- Aktive Bauteile werden ohne Leistung gesteuert
- Ähnliches Verhältnis von vorberstärkung und Endstufenaussteuerung
- Gleiches Design, was es Phasenumkehr und Ausgangsstufe angeht
- Dämpfungsfaktor von 1
- Leistungsbauelemente mit ähnlicher kennliniengeometrie
Unterschiede:
- Vorstufen verhalten sich eher wie Pentoden, nicht wie Trioden
- Erweiterete Klangregelung
- Röhrengleichrichtung fehlt
Welche Problem könne uns erwarten:
Es könnte sein, dass uns der Klirrfaktor der Vorstufen nicht gefällt. Die sist ein kleines Problem. Durch vergrößerung von R7 z.B. auf 75Ohm lässt sich da einiges machen und biegen. Solche Bauteilwerte werden ja oft empirisch optimiert. Wichtig ist, dass wir das Stellschräubchen für den Klang kennen. Und das ist eben dort.
Der ganze Verstärker könnte zu Basslastig sein, in diesem Kall verkleinern wir die Kondensatoren C1 und C6. Wobei ich eher C1 verkleinern würde, umd die Verzerrungen im Bassignal in V2 zu erhalten. Eventuell kann man Koppelkondensatoren verkleinern. C4 wäre auch eine Eingreifmöglichkeit.
Die Klangregelung könnte sich nicht gut verhalten. Im Schlimmsten Fall bauen wir die Originale ein ein, im besseren Fall wechseln wir C3 und C2 sowie R5.
Die Arbeistpunkte der Endstufen können weglaufen. das wollen wir nicht hoffen, ich sehe auch keinen Grund warum das passieren sollte. Vielleicht hilft beten.
Was ist jetzt noch zu tun? Wer mal Lust hat, kann sich nach Quellen für die Bauteile insbesondere die Kühlkörper umtun, am besten man bekommt alles bei ein oder zwei Händlern. Es steht ja alles in der Schaltung, was man wissen muss.
Weiter ist da noch die Gehäusefrage. Auf, in oder an das Gehäuse müssen der M120er Trafokern (ca 7x10x12cm) der Netztrafo (genau so groß) und eben zwei Kühkörper mit <1K/W passen. Klein oder leicht wird dieser Verstärker sicher nicht. Kann sich mal jemand Designgedanken machen? Ich habe da noch keine Vorstellungen. Combo? Top? 19"Einschub? Oder was ganz anderes? Soll das Teil einen klassischen Röhrenverstärker nachahmen. Wohl eher nicht, das ist irgendwie kitschig. Vielleicht fällt euch was Feines ein.
So denn bis in ein paar Wochen (vermutlich Anfang November). Eventuell schaffe ich es morgen nochmal hier reinzugucken. Egal, das Forum geht auch ohne mich.
Viele Grüße und noch mehr Dank für die viele Hilfe bis hier hin
Martin
