Bauanleitung für einen Invers Futtermann OTL mit ECC88
- von Mario Benndorf

Der Aufwand für diesen Kopfhörerverstärker erscheint recht hoch, wir haben es hierbei aber auch mit einem smarten Futtermann OTL zu tun, welcher mit einer Kathodenfolger - Gegentakt A/B Endstufe ausgerüstet ist. Dies hat zur Folge, das hier weniger als 200 Ohm Ausgangswiderstand, d.h Innenwiderstand der Endstufe zu erwarten - und höhere Ausgangsleistungen und vor allem –Ströme machbar sind. Eventuelle Eigenschwingungen der Kopfhörermembrane werden durch diesen geringen Ausgangswiderstand gut bedämpft. Bei 600 Ohm Kopfhörern wird somit ein Dämpfungsfaktor von D=3 erreicht, ohne Gegenkopplung.

Schaltbild Invers Futtermann OTLs
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Schaltet man die Endstufen bei gleichem Arbeitspunkt in der gebräuchlichen Kathodenschaltung, betrüge der Ausgangswiderstand fast 7000 Ohm. Es können durch den Arbeitspunkt in Klasse AB Ausgangsspitzenströme bis +/- 50 mA an den Kopfhörer abgegeben werden, was selbst bei geringeren Kopfhörerimpedanzen immer noch eine sehr laute und verzerrungsfreie Wiedergabe ermöglicht. In Klasse A währen mit diesen Röhren nur Ausgangsspitzenströme um +/-35 mA zu erreichen. Der Eingangswiderstand der Schaltung beträgt mehr als 200 kOhm parallel zu weniger als 50 pF.
Die Nennbelastbarkeit moderner Kopfhörer beträgt 200 Milliwatt, die Impedanzen bewegen sich zwischen 32 und 600 Ohm, wobei letzterer Wert meist bei professionellen Kopfhörern anzutreffen ist, 32 Ohm weisen meist so genannte "Walkman Earjacks" auf. Die Kennempfindlichkeit liegt ähnlich der von Lautsprechern bei 88 dB (AKG K240DF), allerdings nicht bei einem Watt in einem Meter Entfernung, sondern direkt am Ohr bei 1 mW gemessen. Bei der Nennleistung von 200 mW werden somit ca. 110 dB Maximalschalldruck erreicht, bei 500 mW können 115 dB erreicht werden (Stereo mit 2 x 512 mW = 118 dB). Maximal verkraftet man am Ohr wohl um die 125 dB, dann tut’s aber auch schon weh....
Der beschriebene Verstärker ist weiterstgehend lastkurzschlußfest, da er nicht viel mehr als ca. 50 mA Ausgangsspitzenstrom liefern kann. Die Begrenzung erfolgt allmählich durch Aussteuerung der Endtrioden in der positiven Halbwelle bis 0 Volt Gitterspannung, ab da fließt bekanntlich ein nennenswerter Gitterstrom, der die Kondensatoren C 7 bis C 10 weiter aufladen läßt und somit die Gittervorspannung der Endtrioden so weit erhöht, das eine Strombegrenzung eintritt. Bei 0 Volt Gitterspannung fließt noch kein Gitterstrom, an der Anode fließen jetzt bei der gewählten Anodenspannung von 110 Volt maximal 45 mA durch die Endtrioden. Eine weitere, zeitabhängige Strombegrenzung erfolgt an den Kathodenkombinationen der jeweils masseseitigen Endtrioden. Die zwei in Reihe geschalteten Dioden 1 N 4150 haben eine vom Hersteller garantierte Flußspannung bei einem bestimmten Strom, so das ziemlich exakt 0,7 Volt bei 10 mA und 0,8 Volt bei 25 mA zu erwarten sind. Bei einem Ruhestrom (Klasse A Bereich) von 11 mA haben sind insgesamt etwa –2,1 Volt Gittervorspannung zu erwarten, bei etwa 25 mA Anodenstrom (Klasse B Bereich) sind bereits 3,3 Volt Gittervorspannung zu erwarten, was einen Ruhestrom von nur noch 2 mA bei Vollaussteuerung zur Folge hat. Dieses Verhalten der Kathodenkombination entspricht einer halbautomatischen Gittervorspannung, der feste Anteil der Gittervorspannung wird durch die vier Dioden 1 N 4150 gebildet und beträgt 1,4...1,6 V, der variable Anteil der Gittervorspannung wird durch R 29 bzw. R 30 gebildet und beträgt 0,7 bis 1,7 Volt.
Das Eingangssignal wird für Gleichspannung durch C 1 bzw. C 2 entkoppelt und jeweils an den 'E' - Pol das Laustärketandempotis P 1 angelegt. Der Schleifer 'S' dieses Potis koppelt das Eingangssignal auf das Gitter der Rö 1 ein. Der Anschluß 'A' des Lautstärkepotis liegt wie gewöhnlich an Masse. Die 1 k Ohm Widerstände vor den Gittern aller Röhren vermeiden Schwingneigungen im Höchstfrequenzbereich und sind direkt am Röhrensockel zu plazieren. An der Katode der Rö 1 entsteht am Kathodenwiderstand R 5 eine starke Gegenkopplung, welche hier für die Reglung der Balance und der Basisbreite ausgenutzt wird, indem der Wert dieser Gegenkopplung mit P 2 gegenläufig variiert werden kann (Balance). P 3 koppelt regelbar das Signal des rechten Kanals gegenphasig in den linken Kanal und umgekehrt, was eine Abschwächung von monauralen Signalen und damit eine Erhöhung der Stereo Basisbreite sowie eine Verringerung der Gesamtlautstärke zur Folge hat.
Rö 2 stellt einen extrem hochohmigen Kathodenfolger dar, der über R14 und C14 für Wechselspannung direkt auf der Ausgangslast arbeitet und dessen Eingang durch die Bootstrap Schaltung C 17, R 23 sehr hochohmig an der Anode der Röhre 1 angekoppelt ist, was sich wiederum sehr günstig auf die Linearität der Röhre 1 auswirkt. Rö 2 arbeitet mit nur 0,6 mA Ruhestrom, das ist jedoch notwendig, um eine hohe lineare Aussteuerbarkeit dieser Röhre Rö 2 zu gewährleisten. Bei Vollaussteuerung schwankt die Anodenspannung an Rö 2 zwischen ca. 60 und 160 Volt, der Anodenstrom schwankt jedoch nur um ca. 5 %.
Das obere System der Röhre 3 folgt der Ausgangswechselspannung über C 14 , liegt für Gleichspannung über R 14 und R 15 an der halben Betriebsspannung und wird vom Wechselspannungssignal an R 14 als Kathodenfolger angesteuert.
Das Wechselspannungssignal an R14 weist den exakt gleichen Betrag wie das Signal an R13 auf, nur in der Phase sind diese beiden Signale um 180 Grad verschoben. Das untere System der Rö 3 arbeitet dem zu Folge exakt spiegelbildlich zum oberen System der Rö 3 und stellt aus diesem Grund ebenfalls einen Kathodenfolger dar. Beide Systeme der Röhre 3 arbeiten für Gleichstrom in Reihenschaltung, für Wechselspannung jedoch in (Anti-)Parallelschaltung.
L 1, C 19 entkoppeln die Endstufe von hochfrequenten Einstreuungen durch sehr lange Zuleitungskabel zu den Kopfhörern, wie sie ja doch häufig benutzt werden. R 35 und R 33 bedämpfen den Serienresonanzkreis, der durch L 1 und C 19 gebildet wird. Die Gesamtverstärkung der Schaltung liegt bei Reglerstellung Laustärke = voll, Balance = Mitte und Wide = 0 bei ungefähr 40-fach, was bei 600 Ohm Kopfhörern für Vollaussteuerung eine Eingangsspannung von ca. 300 mV~(eff) erfordert. Bei halb aufgedrehtem Lautstärkepoti kommen wir der 0 dB Norm nahe.

Schaltbild Invers Futtermann OTLs
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Das Netzteil weist einige Besonderheiten auf, welche auch etwas näher betrachtet werden sollen. Trafo 1 stellt die Anodenspannung bereit, wobei hier aus Kostengründen Si Halbleitergleichrichter benutzt werden sollen. Der Gleichrichter Br.2 arbeitet jedoch direkt auf der Drossel L 1, was HF- Störungen von Br.2 weitestgehend gering und den Stromflußwinkel in Br.2 groß hält. Trafo 1 stellt auch den größten Teil der Heizleistung bereit, welche über R 1 und R 2 symetrisch auf Massepotential liegt. Die Kondensatoren C 4 bis C 7 sowie C 9 und C 14 blocken eventuelle HF-Anteile der Netzspannung ab. Zusätzlich kann primärseitig ein 230 V~ Netzfilter benutzt werden. Br.1 ist über C 1 und C 3 als Kaskade im 100 Hz Vollwellenbetrieb geschaltet. Da dort weniger als 5 mA fließen, kommen wir mit 220 nF Metallpapier Kondensatoren aus. Der kleine Ladekondensator C 2 sorgt dafür, das einerseits der Stromflußwinkel durch Br.1 noch relativ groß gehalten wird, andererseits eine genügend hohe Gleichspannung von ca. 580 Volt an R 5 anliegt, welche durch R 5 und R 6 auf etwa 440 Volt verringert wird. C 10 bis C 13 sind normale Siebkondensatoren, so haben wir hier eine C-R-C-R-C Siebung mittels C 2, R 5, C 10 / 11, R 6, C 12 / 13. Die Diode D 1 dient zum Schutz von Rö 2, wenn die 440 Volt Spannung unter die 220 V Spannung absinkt, nach dem Ausschalten des Gerätes zum Beispiel. Die Spannungsfestigkeit der Kondensatoren muß so groß sein, das auch die Leerlaufspannungen verkraftet werden, diese betragen 346 V (bei 220 V =) bzw. 692 V (bei 440V =), da die Röhren nach dem Einschalten für kurze Zeit noch keinen Strom leiten, bis sie angeheizt sind.
Trafo 2 (kleiner Printtrafo) stellt die Heizleistung für die Röhre Rö 2 separat bereit. Da das Kathodenpotential von Rö 2 bereits 221 Volt Gleichspannung betragt, der noch bis zu +/- 60 Volt Wechselspannung überlagert sind, ist es unbedingt notwendig, das Gleichspannungspotential der Heizwendel von Röhre 2 ebenfalls auf 220 Volt hochzulegen, da sonst die zulässige Spannung zwischen Katode und Heizwendel überschritten wird. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, das bei Rö 3 und Rö 4 zwingend das System 1 'unten' an C 11 bzw. C 12 liegt sowie dem zu Folge jeweils System 2 das obere System, mit + 113 Volt Gleichspannungspotential an der Kathode darstellen muß.

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