Beschreibung Loftin-White mit PL84 in Pentodenschaltung
von Mario Benndorf
Vorwort:
Das Ziel dieser Entwicklung bestand darin, normale Netztransformatoren als HIFI-Ausgangsübertrager einzusetzen.
Dieses Prinzip bedingt einen Verstärker mit einem asymmetrischen Ausgang, da keine geteilte Primärwicklung mit
Mittelanzapfung verfügbar ist. Netztransformatoren haben keinen Luftspalt, so das eine Eintakt Klasse A -
Endstufenschaltung in diesem Zusammenhang nicht benutzt werden kann. Der Übertragerkern würde durch den
Endstufenruhestrom der Eintakt Endstufe stark gesättigt werden, was extreme Verzerrungen zur Folge hätte.
Weiterhin kann nur ein verhältnismäßig geringer Ausgangswiderstand benutzt werden, da mit hohen
Wicklungskapazitäten und Streuinduktivitäten bei normalen Netztrafos zu rechnen ist.
Ist das Übersetzungsverhältnis eines Ausgangsübertragers gering, fallen Wicklungskapazität und
Streuinduktivität wesentlich weniger ins (Klang-) Gewicht, als bei einem hohen Übersetzungsverhältnis. Bei
einem Gegentakt-Parallelverstärker ist das Übersetzungsverhältnis prinzipiell bedingt um den Faktor 4
(in Klasse A!) geringer als beim normalen Williamson Seriengegentaktverstärker, da beide Endstufenröhren für
Wechselspannung parallel am Ausgang liegen. Eventuelle Resonanzen des Ausgangsübertragers werden stark bedämpft.
Ein weiterer Fakt lies die Entscheidung der Endstufenschaltung auf einen Loftin-White - Folger fallen, da somit ein extrem
geringer Ausgangswiderstand erreicht werden kann, was einen hohen Dämpfungsfaktor und sehr geringe Verzerrungen zur
angenehmen Folge hat, so das auf eine Gegenkopplung der Endstufe gänzlich verzichtet werden konnte.
Der Versuchsaufbau erfolgte zuerst mit Pentoden, welche als Trioden geschaltet wurden (G2 an Anode). Damit wurden jedoch
nur ca. 3 Watt Ausgangsleistung an 1350 Ohm erreicht, wobei pro Kanal ca. 40 Watt Verlustleistung (inklusive Heizung)
anfallen. Im zweiten Schritt wurden die Endpentoden in Pentodenschaltung geschaltet, wobei die Schirmgitter (G2) parallel
zum Ausgang liegen, was etwas Ausgangsleistung kostet. Im Versuch stellte ich fest, das an den Schirmgittern viel weniger
Leistung verloren geht, als ich zuerst annahm, in dieser Schaltung mit der Röhre PL 84 fließen nur 2 mA in die
Schirmgitter bei 48 mA Anodenstrom.
Die Schirmgitterspannung beträgt dabei ca. 180 Volt, die Anodenspannung 245 Volt. Es gehen dabei weniger als 1 Watt
Ausgangsleistung verloren. Die Endstufe leistet +/- 210 Volt Spitzenspannung, wobei die Last 2500 Ohm beträgt, inklusive
der beiden parallelen Schirmgitterwiderstände. Daraus ergibt sich ein Spitzenstrom von +/- 84 mA. Bei 48 mA Ruhestrom
kann sogar noch etwas mehr als 84 mA Spitzenstrom abgegeben werden. Die maximale Ausgangsleistung berechnet sich damit zu
210 V / 2688 Ohm = 78 mA, wobei die 2688 Ohm den primären Lastwiderstand am Übertrager darstellen. 210 Volt mal
78 mA sind 16,38 Watt Spitzenleistung, was einer effektiven Sinusleistung von etwas mehr als 8 Watt entspricht.
Sinkt der Lastwiderstand unter 8 Ohm verringert sich die maximale Aussteuerbarkeit/Ausgangsleistung, da die Endpentoden den
Ausgangsstrom begrenzen würden, was Verzerrungen erzeugt. Beim Einsatz von Baßreflexboxen, welche einen sehr
unregelmäßigen Impedanzverlauf im Bereich Ihrer Abstimmfrequenz, bei ca. 30...80 Hz haben, ist dies zu beachten,
der maximale Ausgangsstrom würde begrenzt werden.
Andererseits bedämpft dieser Verstärker die Lautsprecherbox sehr stark, was bei normalen Lautstärken einen
wesentlichen Klangvorteil zur Folge hat. Sollte jemand diesen Fakt als problematisch sehen und möchte, das die
Lautsprecher nicht in die Endstufe zurückwirken, so sollte hier an Stelle der Loftin-White Folger Endstufe, besser eine
Kaskodeschaltung benutzt werden, welche dann nur noch einen Dämpfungsfaktor von etwa 1 hat und nahezu unabhängig
von Ihrer momentanen Last arbeitet.
Schaltungsbeschreibung:
(Mit der Maustaste das jeweilige Bild anklicken, es wird dann in voller Auflösung dargestellt.)
Das Eingangssignal gelangt von der Eingangsbuchse über C1 und das Lautstärke -tandem- poti P1 an die Gitter der
Röhre 1. An der Kathode von Rö1 bestimmt der Wert der Gegenkopplung über dem Kathodenwiderstand R3 die
Verstärkung von Rö1. Diese Gegenkopplung wird zu Reglung der Balance mittels Poti 3 ausgenutzt. Ist Poti 2
zugedreht (0 Ohm) wird eine normale Stereoverstärkung erreicht. Mit zunehmenden Wert von Poti 2 wird das linke Signal
in den rechten Kanal gegengekoppelt und das rechte Signal in den linken Kanal gegengekoppelt, jeweils zu exakt gleichen
Teilen. Damit wird eine Verbreiterung der Stereobasisbreite erreicht, "Wide Stereo" und man kann Boxenabstände,
die kleiner als 3 Meter sind, recht gut kompensieren, so dass immer ein optimaler Stereoeindruck mit Poti 2 eingestellt
werden kann. Die 3-Kanal Klangreglung mit Poti 4 (Mitten) Poti 5 (Baß) und Poti 6 (Höhen) findet man häufig
in ähnlicher Form in Gitarrenverstärkern wieder. Die Wahl fiel auf diese Schaltung, da mit sehr geringem
Bauteilaufwand ein mächtiger Klangregler aufgebaut werden kann und in der Stellung Mitten = maximal, Bässe und
Höhen = minimal ein nahezu linearer Frequenzgang erreicht wird, welcher vom Gleichlauf der Stereo - Tandempotis
völlig unabhängig ist. Bei den gebräuchlichen Fächerreglern ist die Stellung "linear", d.h.
Höhen und Tiefen auf Mitte kein Garant für eine lineare Übertragung in beiden Stereokanälen, da die
Tandempotis Gleichlaufschwankungen aufweisen. Aus diesem Grunde konnte ich in dieser Schaltung auf einen Schalter
"linear" bzw. "direkt Input" bzw. "EQ-off" verzichten.
Röhre 2 und 3 stellen eine Kaskodeschaltung dar, wobei bewußt kein Kondensator parallel zu R13 geschaltet
wurde, um die lineare Aussteuerbarkeit des Treibers Rö2 / Rö3 zu erweitern.
Über R13 erfolgt eine Seriengegenkopplung welche die Ausgangsimpedanz des Treibers wesentlich größer macht.
Es wird jedoch somit sichergestellt, das an R15 die exakt spiegelbildliche Signalspannung von R13 liegt. Da über R19
das Ausgangssignal der Treiberkaskode Rö2 / Rö3 extrem hochohmig abgenommen wird, ist die hohe Ausgangsimpedanz
des Treibers nicht von Bedeutung.
Die Endstufe Rö5 und Rö7 ist eine Loftin-White Folgerschaltung, die eine kleine Besonderheit aufweist:
Es scheint wohl, als ob über R37 eine Gegenkopplung der Röhre 5 erreicht wird, was jedoch so einfach nicht richtig
ist. Da Rö5 gegenphasig zum Ausgangssignal arbeitet, heben sich Wechselspannungen an der Kathode von Rö5
gegenseitig auf. Da über R35 der halbe Ausgangswechselstrom gegenphasig von Rö 5 geliefert wird, erscheint R37
für Wechselspannung nur mit seinem halben Wert in Reihe zur Primärwicklung (virtuell = 100 Ohm). Eine Gegenkopplung
oder Mitkopplung an der Kathode von Rö5 wird nur wirksam, wenn entweder der Lautsprecher selbst Energie erzeugt
(Ausschwingvorgänge), oder Rö5 selbst nicht exakt linear zu Rö7 arbeitet. Die Rö5 wird nur am Steuergitter
gegenphasig zu Rö7 angesteuert. Das Ergebnis dieser Verschaltung über R35 und R37 ist ein lastunabhängigerer
und gleichmäßigerer Strom durch Rö7, da Rö5 entgegengesetzt zu Lastschwankungen des Lautsprechers wirkt.
Weiterhin wird somit der Kathoden Elektrolytkondensator von Rö5 im Signalzweig eingespart. Die Keramikkondensatoren
C13, C14 dienen zur HF- Abblockung von Rö5.
Eine weitere, kleine Besonderheit stellt die Referenzspannungsquelle von + 20 Volt dar. Man könnte dort auch
einfach eine Z-Diode von 20 Volt einsetzen, die Schaltung mit den zwei Transistoren im Netzteil als Referenzspannungsquelle
ist jedoch wesentlich niederohmiger für Wechselspannung als einfache Z-Dioden, so das der Wechselstromwiderstand des
Elektrolytkondensators, der parallel zur Referenzspannungsquelle und somit im Signalzweig liegt, auch bei besonders tiefen
Frequenzen nicht mehr von Bedeutung ist.
Als nicht machbar hat es sich erwiesen, jeweils eine Röhre ECC 83 pro Kanal für Rö1-1 und 2-1 bzw.
Rö1-2 und Rö2-2 zu schalten, die Verstärkungsprodukt von Rö1-1 und Rö2-1 ist etwa 5000, was bei
voll aufgedrehtem Baßregler zur Selbsterregung bei ca. 1 Hz führt.
Als unproblematisch hat es sich erwiesen, den Ufk-Wert von Rö3 bei Maximalaussteuerung ca. um 50 Volt zu
überschreiten (180 V ->> 230 V). Diese Spannung wird nur extrem kurzzeitig in den Spitzen und auch nur bei maximaler
Aussteuerung erreicht.
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Technische Daten:
Klasse A Gegentakt Parallelverstärker mit Kathodenausgang.
-Keine Gegenkopplung "über Alles"
Die folgenden Werte sind berechnete Werte und konnten noch nicht nachgemessen werden:
Ausgangsleistung: 8 Watt Sinus an 8 Ohm
Dämpfungsfaktor: ca. 20
Klirrfaktor: < 5 % bei 8 Watt
< 1 % bei 4 Watt
Klangreglung:
Höhen: +/- 0 dB bis + 20 dB
Mitten: - 20 dB bis +/- 0 dB
Bässe: +/- 0 dB bis + 20 dB
Balance: +/- 0 dB bis +/- 6 dB pro Kanal
Ambio / Basisbreite: + 0 dB bis + 12 dB
Eingangsspannung: ca. 200 mV eff. für Vollaussteuerung (CD-Player / Line Out)
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Mario Benndorf, Essen am 29.06.2003
