Festplattenverstärker mit EF95 in PP-Schaltung

Die Anregung zu diesem Projekt kam durch den Bastelwettbewerb 2004 auf Jogis Röhrenbude, bei dem auch der HardAmp von Dieter Tepel vorgestellt wurde. Das Material war vorhanden, die Idee auch, und nach erfolgreichen Schaltungssimulationen musste einfach gebaut werden... ;o]


Zur Schaltung

Ich wollte die EF95 benutzen. Diese Röhre ist sicher nicht für Endverstärker vorgesehen, aber ein Stereo-Gegentaktverstärker mit diesen Röhren sollte ausreichend laut werden... - Außerdem gibt es sie in verschiedensten Ausführungen mit vielen Vergleichstypen. Mit dem Datenblatt wurde der Arbeitspunkt festgelegt: Ua=120 V, Ug2=120 V, Ug1=-2 V. Ungefähr...

Es wird ein Gegentakt-A Verstärker: Ra=8 kΩ, Raa=16 kΩ. So ein Zufall, daß Gerd Reinhöfer genau passende Ausgangsübertrager hat - mit der Bezeichnung 53.41 sind sie auf seiner Seite unter Bastel-Aü zu finden. Da hab ich dann auch gleich den Netztrafo wickeln lassen... (1 x 120 V/40mA, 1 x 6,3 V/1,5 A, Kern M 55). Dieser Trafo wird im Betrieb recht warm - man kann ihn gerade so noch anfassen... Wenn ich noch einmal bauen würde, wäre die Primärwicklung für 60mA ausgelegt und eventuell ein M65-Kern verwendet worden.

Da ich nicht gerne "ins Blaue" baue, ist die komplette Schaltung vorher in einer Schaltungssimulation getestet und solange virtuell modifiziert worden, bis alles zu meiner Zufriedenheit war. Dazu mußten unter anderem auch Modelle für die EF95 und die 6N16B erstellt werden. Ich benutze für die Simulation das Programm Switchercad von LTC, welches ursprünglich vorwiegend für die Simulation von Schaltnetzteilen vorgesehen war, letztendlich ist es aber ein Abkömmling von Pspice und ist kompatibel dazu. Dieses Programm ist Freeware und kann auf der Homepage von LTC heruntergeladen werden. Die Schaltpläne sind direkt aus dem Programm und deshalb nicht noch einmal umgezeichnet...

Hier die Schaltung für einen Kanal:

Der Widerstand R1 ist ein Stellwiderstand, über den die Stromgegenkopplung verändert werden kann. Damit wird die Verstärkung der Vorstufe an die Signalspannung angepaßt. In der Schaltung sind sie als 4,7 kΩ angegeben, in der Praxis sind es 10 kΩ Stellwiderstände mit Schleifer an Masse.


Die Netzteilschaltung

Die Siebung erfolgt hier zum größten Teil mit dem verbauten Mosfet. An einer Widerstandslast ist die Restwelligkeit um die 2 mV, nach der zusätzlichen Siebung für die Vorstufe kann ich keine Welligkeit mehr erkennen. Leider hat sich dieses schöne Konzept nicht bewährt: bei nachgeschalteter Induktivität (die Ausgangsübertrager) ergibt sich ein völlig anderes Bild. Daher habe ich mich entschlossen, die konventionelle Siebkette zu benutzen, die dicken Elkos passen gerade so ins Gehäuse. Auf einigen Fotos wird jedoch die ursprünglich Netzteilschaltung zu sehen sein, da der Umbau erst ganz zum Schluß erfolgte.

Hier die Schaltung des "endgültigen" Netzteils, die sicher nicht erklärt werden muß.

Die Bauteile U5 und U6 sind Glimmlampen, die zwischen den AÜs eingebaut wurden.

Feinheiten wie Sicherungen und Schalter sind hier nicht gezeichnet, aber natürlich vorhanden.


Mechanischer Aufbau

Im Laufe der Zeit haben sich bei mir viele alte Festplatten angesammelt, und eine der defekten wollte ich einer neuen Verwendung zuführen. Zur Auswahl stand eine 100MB-Platte von Western Digital im 3,5" Format und eine 250MB-Platte von Seagate im 5,25" Format.

Prinzipiell hätte sicherlich alles auf und in die kleine Platte gepaßt, der Aufbau war mir dann aber doch zu gedrängt. Irgendwie sieht es auch besser aus, wenn man mehr Raum zur Platzierung der Bauelemente hat.

Hier ein Bild des "Opfers", der Seagate-Platte. Die alten Festplatten haben einen Vorteil, der sie für einen Röhrenverstärker interessant macht: das Gehäuse ist gummigelagert. Das sollte ursprünglich den Computer von den Vibrationen der Platte entkoppeln, nun entkoppelt es die Röhren von den Vibrationen der Umwelt...

Die Seagate ist hier auf dem Bild schon entkernt und zum Bohren angezeichnet. Ein Loch war schon vorhanden und mußte in die Planung einbezogen werden.

Die großen Bohrungen wurden mit einem Stufenbohrer freihand gebohrt. Als gelernter Werkzeugmacher darf ich das.. ;-)

Sicherer und empfehlenswert wäre jedoch die Benutzung einer Ständerbohrmaschine. Die Durchbrüche entstanden mit einem kleinen Trennschleifer und einer Feile. So durchlöchert sah das Gehäuse dann so aus:


Die Verdrahtung

Begonnen habe ich mit dem Netzteil, dann die Heizung, die Endstufe und zum Schluß die Vorstufe. So ging es los:

Hier ein Bild nach Verdrahtung Endstufe - noch mit dem alten Netzteil:

Die kleine Platine in der Mitte dient als Träger für die Glimmlampen und als zentrale Masse. Hier stellen zwei Schrauben die Verbindung von Masse und Gehäuse her.

Bild nach Verdrahtung Vorstufe, hier schon mit dem neuen Netzteil:

Die Vorröhren wurden auf eine kleine Leiterplatte gelötet, die mit einigen Millimetern Distanz ans Gehäuse geschraubt wurde. Diese kleinen Röhren können ein wenig Luftzirkulation gut brauchen, deshalb sind die Bohrungen im Deckel etwas größer als unbedingt notwendig. Die Heizung zieht 400mA, das ist für so eine kleine Röhre verflixt viel, dementsprechend heiß wird sie...

Die kleine Netzteilplatine wurde von mir schweren Herzens (da doch ein wenig Aufwand dahinter steckte) wieder ausgebaut und für Ursachenforschung beiseite gelegt. Nun hat eine klassische Siebkette ihre Aufgabe übernommen. Die Restwelligkeit hier ist 40 mV für die Endstufe und ca. 5 mV für die Vorstufe. - Um ein wenig vorzugreifen: auch damit ist absolut kein Brumm hörbar.


Das Endergebnis

Der Verstärker lief auf Anhieb! Einzig die Verstärkung der Vorstufe mußte mit den dafür vorgesehenen Stellwiderständen an den Linepegel meines CD-Players angepaßt werden. Danach waren 2 x 0,6 W (RMS) an den Lautsprechern, mehr schaffen die kleinen Röhren nicht ohne Verzerrung. Das reicht aber für laute Zimmerlautstärke an meinen Boxen. Ohne Brumm (trotz relativ chaotischer Verkabelung), kein Rauschen.

Noch ein paar Worte zum "Finish" des Verstärkers. Der grobe Alu-Druckguss der Seagate-Platte erlaubt nur ein eher rustikales Aussehen. Aber es muß sich nicht immer alles spiegeln. Ein in jeder Hinsicht perfektes Aussehen ist bei diesem Projekt nicht das Ziel gewesen. Der Verstärker sollte grundsolide werden und auch so wirken. Fast alle Teile haben ein Vorleben, das sollte erkennbar bleiben. Neu sind nur die Trafos (von Gerd Reinhöfer), die Vorröhren und die verbauten Widerstände. Die Stahlbügel und die Röhrenfassungen stammen von einem Counter aus den 60igern, die EF95 stammen aus ausgemusterten Baugruppen der Armee, deren Zweck mir leider nicht bekannt ist, die Siebkondensatoren und der Gleichrichter kommen aus einem alten Schaltnetzteil. Die Folienkondensatoren sind alte DDR-Ware, der Lautstärkeknopf stammt von einem Sandverstärker, der schon lange in den ewigen Jagdgründen weilt...


Bilder vom kompletten Verstärker:


Der Frequenzgang

Dass der Verstärker gut klingt, habe ich sehr schnell festgestellt. Angeschlossen an ein paar selbstgebaute Boxen mit Breitbändern von Beyma (12AG100, 100dB/W/m), ist auch die Lautstärke mehr als ausreichend. Ich drehe jedenfalls nur ganz selten bei meinen Lieblingsstücken voll auf...

Doch wie sieht das meßtechnisch aus? Die Geräte für eine Frequenzgangmessung habe ich nicht, dafür aber jede Menge Computer. Nach einiger Suche bin ich auf das Programm Fgang gestoßen, ein Projekt der c't. Dieses Programm macht genau das, was der Name suggeriert, nämlich schnell und einfach den Frequenzgang messen. Voraussetzung ist ein Computer mit einer Soundkarte. Mit Onboard-Sound habe ich schlechte Erfahrungen gesammelt, auch Laptops sind meist nicht geeignet. Dort verbiegt der Soundchip oft den Frequenzgang, vermutlich damit die eingebauten winzigen Lautsprecher noch etwas hörenswertes ausspucken können...

Angetreten zur Messung ist "das Team", dass bei mir die Musik macht: Ein CD-Player Panasonic SL-S170 und der neue Verstärker.

Dazu habe ich zuerst mal den CD-Player alleine an die Soundkarte gehangen. Hier das Ergebnis:

Die 0dB-Marke wurde mit dem Pegel bei 1000Hz definiert. Der Frequenzgang des Players ist super, beachtet die dB-Skala links. Diese Abbildung enthält natürlich auch den Einfluß der Soundkarte... Wenn hier schon das Ergebnis nicht zufriedenstellend ist, sollte vor dem weiteren Messen die Ursache geklärt und beseitigt werden.

Danach habe ich den Verstärker zwischen CD-Player und Soundkarte geschaltet, voll aufgedreht, an 8Ω Widerständen. Mit einem Spannungsteiler wurde das Signal noch abgeschwächt auf Linepegel, damit die Soundkarte kein Problem bekommt. Dann sieht der Frequenzgang so aus:

Das ist also der kombinierte Frequenzgang. -3db bei unter 10Hz, was will man mehr... Da der Höhenabfall geringer geworden ist, hat mich noch der Frequenzgang des Verstärkers alleine interessiert. Dazu sind wurde die Messung des CD-Players herausgerechnet und man erhält dies:

Der Höhenabfall des CD-Players wird also teilweise durch die Überhöhung der hohen Frequenzen im Verstärker aufgehoben. Da scheinen sich 2 Geräte perfekt zu ergänzen.


Die Schaltungssimulation

Das folgende Bild zeigt die Schaltungssimulation für die Vorstufe, erstellt mit dem Programm SwitcherCAD™III von Linear Technology:

Die Simulationsdatei: regelbare_Eingangsstufe_SE_to_PP_mit_6N16B.asc

Das Röhrenmodell: 6N16B.inc

Die Simulationssoftware kann kostenlos bei LTC heruntergeladen werden: www.linear.com/company/software.jsp


Falls jemand Fragen oder Anregungen hat, ich freue mich über Mails.

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