Kleinformatiger 10-Watt-Röhren-Verstärker
Für Schallplatten- oder Tonbandwiedergabe reichen in einem mittleren
Kreis die akustischen Möglichkeiten eines normalen Rundfunkempfängers oft nicht aus, weil die dort eingebauten
akustischen Übertragungsglieder nicht für die ständige Abgabe von hohen Leistungspegeln dimensioniert sind.
Außerdem bieten Rundfunkgeräte bei Würdigung aller technischen Gegebenheiten ein bei größeren
Lautstärken nicht ausreichendes Klangbild.
Andererseits scheitern die Anschaffung oder der Bau eines kompletten Mischverstärkers allein für den vorgenannten
Zweck oft an den finanziellen Möglichkeiten oder den technischen Fähigkeiten.
Hierfür ist der im folgenden beschriebene kleinformatige Verstärker gedacht, dessen Materialkosten sich bei
geschicktem Einkauf gut unter 100 DM einschließlich Röhren und Lautsprecher halten lassen und der dabei keine
speziellen Anforderungen an die Kenntnisse des Nachbauenden stellt.
Der Entwurf
Die Forderungen, die beim Entwurf eines solchen Verstärkers zu berücksichtigen sind, liegen sowohl auf elektrischem
als auch aufmechanischem Gebiet.
Für eine möglichst einfache Siebung der Anodenspannung für die Endstufe einerseits und für die
qualitativ bestmögliche Ausnutzung eines aus Preisgründen vorgegebenen Kernes für den Ausgangstransformator
andererseits ist eine Gegentaktschaltung zweier kleinerer Endröhren anstelle der Eintakt-A-Schaltung einer stärkeren
Type (z. B. EL 34) vorteilhafter.
Der Ausgangstransformator arbeitet hier ohne Anodenstromvorbelastung und die Siebung kann einfacher sein, da sich die der
Anodenspannung überlagerte Brummspannung in bezug auf die Sekundärwicklung wegen der gleichphasigen Einspeisung
nur schwach auswirken kann. Man kommt daher bei Gegentakt-Endstufen im allgemeinen ohne Drossel in der Siebkette aus und
kann die Endröhren direkt vom Ladekondensator speisen. Dies ist bei Eintakt-Endstufen nur unter Anwendung von besonderen
Kompensationsschaltungen möglich.
Die Gegentaktschaltung erfordert aber andererseits eine Ansteuerung mit zwei um 180 Grad phasenverschobenen Spannungen. Um
hierfür kein zusätzliches Röhrensystem vorsehen zu müssen, kommt nur eine Gegentakt-Endstufe mit
selbsttätiger Phasenumkehr in Frage.
Eine für leichten Nachbau wichtige Forderung ist, daß die Schaltung nur wenige für Brummeinstreuungen
empfindliche Stellen haben soll und daß diese abschirmbar sind, ohne daß die hierdurch bedingten
Zusatzkapazitäten einen Höhenverlust bewirken.
Man muß daher möglichst die gesamte Vorverstärkung einer einzigen hochverstärkenden Pentodenvorstufe
übertragen. Hier ist dann überhaupt nur ein brummempfindlicher Punkt (Steuergitter) vorhanden und der Pegel der
Ausgangsspannung liegt infolge der Verstärkung so hoch, daß Brummeinstreuungen an weiter hinten liegenden Stellen
der Schaltung nicht mehr zu befürchten sind.
Die Schaltung
Das Grundprinzip einer nach diesen Gesichtspunkten ausgewählten Schaltung zeigt das folgende Bild.
Das Schaltungsprinzip ist an sich nicht neu, es wurde Anfang der fünfziger Jahre für eine qualitativ hochwertige
Endstufe in dem englischen Rundfunkempfänger Ferguson 300 angewendet.
Die Gegentakt-Endstufe ist mit den Röhren Rö 2 und Rö 3 bestückt. Die aussteuernde Tonfrequenzspannung
wird nur dem Steuergitter der Röhre Rö 2 zugeführt, während das Steuergitter von Rö 3 durch den
Kondensator C 1 nach Art einer Gitterbasisstufe wechselspannungsmäßig an Masse liegt. Beide Röhren haben den
gemeinsamen Kathodenwiderstand R 1. An ihm verursacht der Anodenwechselstrom von Rö 2 einen Wechselspannungsabfall. Da
der Kathodenwiderstand R 1 beiden Röhren gemeinsam ist und das Gitter der Röhre 3 wechselspannungsmäßig
an Masse liegt, wird diese somit über die Kathode angesteuert. Der Widerstand R 2 hat lediglich die Aufgabe, die
Steuergitter beider Gegentaktröhren auf gleichem Ruhepotential zu halten.
Interessant ist nun bei diesem Schaltungsprinzip die Ankopplung der Endstufe an die Vorröhre Rö 1. Hierzu ist das
Gitter der ersten Gegentaktröhre (Rö 2) galvanisch mit der Anode der Röhre Rö 1 verbunden, die ihre
Schirmgitterspannung über ein Siebglied aus dem Vorwiderstand R 3 und dem Kondensator C 2 von dem Spannungsabfall am
Kathodenwiderstand R 1 erhält. Die Schirmgitterspannung der Röhre Rö 1 ist daher dem Gleichstrom durch den
Kathodenwiderstand R 1 proportional.
Infolge dieser einfachen schaltungsmäßigen Verkopplung wird der den kathodengekoppelten Gegentaktverstärkern
anhaftende Nachteil ausgeschaltet, bei Schwankungen der Betriebsspannungen leicht unsymmetrisch zu werden. Ändert sich
nämlich der Gleichstrom durch den Katodenwiderstand R 1 aus irgendeinem Grunde, so ändert sich auch die
Schirmgitterspannung der Röhre Rö 1 in gleichem Maße. Hierdurch wird aber auch der Anodenstrom der Röhre
Rö 1 und damit der Spannungsabfall an ihrem Anodenwiderstand verändert. Durch die galvanische Ankopplung des
Gitters der Röhre Rö 2 an die Anode der Röhre Rö 1 wird damit gleichzeitig die Gittervorspannung der
beiden Gegentaktröhren so verändert, daß sie der ursprünglichen Änderung des Kathodenstromes
entgegenwirkt.
Bevor auf die Beschreibung der ausgeführten Schaltung eingegangen wird, sollen jedoch zunächst die bei der
Dimensionierung eines solchen Verstärkers in Frage kommenden spezifischen Gesichtspunkte erwähnt werden.
Überlegungen zur Dimensionierung
Zunächst ist davon auszugehen, daß die Röhre Rö 1, die nach Art einer stromarmen Pentode arbeitet, ein
gewisses Mindest-Anoden- und Schirmgitterpotential benötigt, um die für Vollaussteuerung der Endstufe benötigte
Gitterwechselspannung hinreichend verzerrungsfrei liefern zu können.
Um dieses Potential müssen nun die Kathoden der Röhren Rö 2 und Rö 3 hochgelegt werden. Der dadurch
bedingte Spannungsabfall am Kathodenwiderstand R 1 geht für die Anodenspannung der Gegentaktröhren verloren und
muß, wenn diese Röhren ihre volle Leistung abgeben sollen, durch er höhte Spannung des Netzteiles
ausgeglichen werden. Dadurch steigt aber auch die vom Netztransformator zu übertragende Leistung. Um hier einen
Mehraufwand zu vermeiden, muß man daher versuchen, mit möglichst kleinem Spannungsabfall am Katodenwiderstand R 1
bzw. mit möglichst geringem Schirmgitter- und Anodenpotential der Röhre Rö 1 auszukommen.
Das Mindest-Anodenpotential der Röhre Rö 1 hängt in erster Linie von der Höhe der für
Vollaussteuerung der Endstufe benötigten Gitterwechselspannung ab. Hierfür ist die doppelte der für eine
Röhre der Gegentaktstufe erforderlichen Gitterwechselspannung aufzuwenden, da die am Kathodenwiderstand R 1 entstehende
Wechselspannung für die Röhre Rö 3 als Gegenspannung für die am Gitter der Röhre Rö 2
anliegende Wechselspannung wirkt und von dieser überwunden werden muß (man spart also gegenüber der normalen
Gegentaktschaltung nicht an Gitterwechselspannung). Es sind daher in der Endstufe Röhren mit möglichst großer
Steilheit zu verwenden, um mit kleinen Gitterwechselspannungen auszukommen.
Wichtig ist bei dieser Schaltung die Wahl des Vorröhrentyps. Während in den meisten Schaltungen zur
Vorverstärkung Pentoden verschiedener Art verwendbar sind, wurde durch Messungen festgestellt, daß in dieser
Schaltung nur ausgesprochene Nf-Pentoden (z. B. EF 804 bzw. EF 86) eindeutig von Vorteil sind.
In der folgenden Tabelle sind Werte der Spannungsverstärkungen sowie der Klirrfaktoren für k1 (doppelte) und k2
(dreifache) Frequenz bei verschiedenen Ausgangsspannungen für die spezielle Nf-Röhre EF 804 und für die
mittelsteile Mehrzweckpentode EF 94 aufgeführt.
Im folgenden Bild sind die zugehörigen Meßschaltungen abgebildet. Um einen weiteren Einblick in die
Verhältnisse zu bekommen, wurde einmal mit und einmal ohne Kathodenkondensator gemessen; als
Klirrfaktormeßgerät diente der Transistor-Klirrfaktormesser Fuka 2 von Tekade.
Aus der Tabelle geht zunächst hervor, daß die Klirrfaktoren bei der Röhre EF 804 bis zu einer
Anodenwechselspannung von 15 Veff Werte aufweisen, die für einen Mittelklassen-Verstärker der genannten Art
durchaus akzeptabel sind. Das angelegte Schirmgitterpotential von 47 V entspricht dabei einem für die Anodenspannung
der Gegentakt-Endröhren verlorengehenden Spannungsabfall am Kathodenwiderstand R 1, der hinsichtlich des Netzteiles
noch vertretbar ist. Aus der Tabelle geht weiterhin hervor, daß die Nf-Pentode EF 804 unter den vorliegenden
Bedingungen eine wesentlich höhere Spannungsverstärkung liefert als die Röhre EF 94.
Von den für einen Gegentakt-A-Verstärker mit rund 10 W Ausgangsleistung in Frage kommenden Röhren EL 84 und
EL 90 hat die EL 84 eine Steilheit von 11,3 mA/V, und sie benötigt in der Eingangs vorgestellten Grundprinzips-Schaltung
eine Gitterwechselspannung von 8,6 Veff, während dagegen die Röhre EL 90 eine Steilheit von 4,1 mA/V hat und eine
Gitterspannung von rund 18 Veff benötigt.
Wirkungsweise der Schaltung
Die endgültige Schaltung - siehe das folgende Bild - wurde daher mit 2 x EL 84 in der Endstufe und der EF 804 als
Vorröhre ausgerüstet, an deren Stelle aber auch die EF 86 verwendet werden kann, wenn ihre geringfügig andere
Sockelschaltung berücksichtigt wird.
Aus Einfachheitsgründen ist nur ein Eingang vorgesehen. Verschiedene Tonspannungsquellen müssen daher umgesteckt
werden. Weitere Eingänge oder Eingangsstufen lassen sich aber sehr leicht in die Schaltung einbauen, hierzu finden sich
genügende Beispiele auf meinen Seiten.
Das Eingangspotentiometer P 1 ist mit einer Anzapfung versehen und im Sinne einer gehörrichtigen
Lautstärkeeinstellung beschaltet. Da das Ohr bei geringeren Lautstärken (etwa Zimmerlautstärke) für die
tiefen und hohen Töne weniger empfindlich ist, werden in der Stellung, in der der Schleifer etwa bei der Anzapfung
steht, die Höhen durch den Kondensator C 1, der den oberen Teil des Potentiometers P 1 überbrückt, angehoben,
während die Tiefen durch die Schaltelemente R 1 und C 2 angehoben werden. Je weiter das Potentiometer P 1 aufgedreht
wird, um so mehr verlieren die Glieder C 1 bzw. C 2 / R 1 an Wirkung.
Durch diese gehörrichtige Entzerrung wird erreicht, daß die eigentlichen Entzerrerglieder nur in
Ausnahmefällen einzustellen sind.
Das ist deshalb wichtig, weil die Klangbeeinflussung in der später beschriebenen Weise im Gegenkopplungskanal erfolgt;
ein Anheben der Höhen und Tiefen an dieser Stelle bedeutet aber zwangsläufig immer eine Verringerung der
Gegenkopplung. Man sollte daher auf die gehörrichtige Beschaltung des Potentiometers P l stets besonderen Wert legen.
Die eingezeichneten Werte der Kondensatoren C 1 und C 2 sind dabei nur Richtwerte und auf die verwendete hochwertige
Lautsprecherkombination abgestimmt. Mitunter wird man die Höhenanhebung (durch Vergrößern der Kapazität
C 1) schon bei tieferen Frequenzen und die Tiefenanhebung schon "weiter oben" (durch Verkleinern der
Kapazität C 2) einsetzen lassen müssen.
Die Anodenspannung für die Röhre EF 804 wird durch das R-C-Glied 50 kW und 4 µF
ausreichend gesiebt, ebenso die Schirmgitterspannung mit Hilfe von R 7 und C 5.
Der Ausgangstransformator Tr 1 ist relativ einfach
mit einem Kern M 65 aufgebaut. Die Primärwicklung ist durchgehend und mit einer Mittelanzapfung gewickelt, während
die Sekundärwicklung in zwei parallel geschaltete Wicklungen aufgeteilt ist, von denen die eine Hälfte unterhalb
und die andere oberhalb der Primärwicklung liegen.
Durch diese einfache Verschachtelung wird bereits ein Frequenzgang von 60 bis 16 000 Hz (!) - mit Abfall auf 75 % an den
genannten Grenzen - erreicht.
Die Gegenkopplungsspannung wird an der Sekundärwicklung abgenommen und in die Kathode der Röhre EF 804 eingespeist.
Im Zuge dieser Gegenkopplungsleitung sind der Tiefeneinsteller (P 3 mit C 8) und Glieder zur Höheneinstellung vorgesehen
(P 2 mit R 9, R 10. C 7). Wird der Widerstand des Potentiometers P 3 voll eingeschaltet, so wird die Gegenkopplung für
die tiefen Frequenzen immer mehr aufgehoben, so daß eine Tiefenanhebung am Verstärkerausgang resultiert.
Durch Verkleinern der Kapazität C 8 kann der Einsatzpunkt nach höheren Frequenzen verschoben werden.
Im Unterschied hierzu können mit dem Potentiometer P 2 die Höhen sowohl angehoben als auch gesenkt werden.
Dies erfolgt auf folgende Weise: Steht der Schleifer von P 2 am masseseitigen Ende, so werden die höheren Frequenzen
abgeleitet (Anhebung der Höhen). Steht hingegen der Schleifer am anderen Ende, so wirkt die dann bestehende
Parallelschaltung von R 10 und C 7 ähnlich wie das Tiefenanhebungsglied P 3 / C 8, nur daß die Grenzfrequenz
entsprechend höher liegt. Sie kann durch Vergrößern der Kapazität C 7 nach tieferen Frequenzen hin
verschoben werden und umgekehrt durch Verkleinern.
Es ist eine vorteilhafte Eigenschaft dieser Schaltung, daß man die Gegenkopplung sehr stark wählen kann. Infolge
der galvanischen Ankopplung der Endstufe an die Vorröhre EF 804 ist im Unterschied zu anderen Schaltungen nur ein
einziges phasendrehendes Glied, der Ausgangstransformator, vorhanden. Im Mustergerät konnte daher trotz Verwendung des
relativ einfachen Ausgangstransformators eine recht hohe Gegenkopplung (18-fach) vorgesehen werden, ohne daß
irgendwelche Instabilitäten auftraten. Dadurch ergibt sich bei voll angehobenen Höhen und Tiefen im Mittel immer
noch eine rund vierfache Gegenkopplung. Die Höhe der Gegenkopplung war beim Mustergerät nur durch die Forderung
nach einer noch ausreichenden Eingangsempfindlichkeit begrenzt. Diese liegt, bei dem eingezeichneten Wert des
Kathoden-Teilwiderstandes R 3, bei etwa 700 mV für Vollaussteuerung. Das bedeutet in der Praxis, daß der
Verstärker bei vollaufgedrehtem Lautstärkeeinsteller bereits durch einen normalen Tunerausgang voll ausgesteuert
wird. Will man die Eingangsempfindlichkeit erhöhen, so ist der Widerstand R 3 und damit der Gegenkopplungsgrad zu
verkleinern.
Meßwerte des Mustergerätes
Durch die starke Gegenkopplung erhält der Verstärker trotz des relativ einfachen Ausgangstransformators
Hi-Fi-Eigenschaften. Der Innenwiderstand wird auf 0,2 W herabgesetzt. Dadurch beträgt der
Dämpfungsfaktor für einen 5-W-Lautsprecher 25.
Dies bedeutet einen praktisch vollkommenen Kurzschluß der Schwingspule für Eigenschwingungen der Membrane.
Das nachfolgende Bild zeigt die Frequenzkurven des Verstärkers bei verschiedenen Einstellungen der Entzerrerglieder
sowie auch mit abgeschalteter Gegenkopplung. Die Spannung des Tongenerators wurde jeweils bei 1000 Hz so eingestellt,
daß am belasteten Verstärkerausgang 1 V Wechselspannung entstand. Ferner wurde die Beschallung des Potentiometers
P 1 abgetrennt.
Wie ersichtlich, entspricht auch der Frequenzgang infolge der starken Gegenkopplung durchaus Hi-Fi-Ansprüchen. Es
fällt auf, daß die Höhenanhebung erst relativ weit oben einsetzt. Dies richtet sich, wie vorher bereits
erwähnt, nach individuellen Gesichtspunkten, vor allem aber nach den verwendeten Lautsprechern.
Die untere Frequenzgrenze von etwa 10 Hz liegt für Schallplattenwiedergabe mitunter etwas zu tief, da vom
Verstärker hierdurch auch eventuell vorhandene Rumpelgeräusche des Plattenspielers, die in diesem Frequenzgebiet
liegen, mit verstärkt werden. In einem solchen Falle muß die untere Grenzfrequenz des Verstärkers auf etwa
30 bis 50 Hz gelegt werden. Dies kann infolge der über den ganzen Verstärker reichenden Gegenkopplung nur vor dem
Gitter der Röhre EF 804 geschehen. Hierzu erhält sie einen eigenen Gitterableitwiderstand von 1
MW und der Schleifer des Potentiometers P 1 ist über 5 nF an das Gitter zu legen.
Im nächsten Bild ist der Frequenzgang des gehörrichtig beschalteten Lautstärkeeinstellers P 1 dargestellt.
Auch hier werden die Höhen erst ziemlich weit oben angehoben.
Das nächste Bild zeigt die Klirrfaktorkurven des Verstärkers für die erste (geradzahlige Harmonische) und
die zweite Oberwelle. Wie die Kurven zeigen, besitzt der Verstärker auch vom Klirrfaktor her (wenn man eine maximale
Ausgangsleistung von 7 W zugrunde legt) durchaus Hi-Fi-Eigenschaften.
Die übrige Schaltung weist keine Besonderheiten auf. Das Netzteil ist mit einem Selengleichrichter für die
Anodenspannung ausgerüstet. Dies ist für die verwendete Schaltung an sich nicht optimal. Da nämlich sowohl
die Endröhren untereinander als auch insbesondere gegenüber der Vorröhre immer etwas unterschiedliche
Anheizzeiten aufweisen, pendelt sich die Schaltung vor dem Erreichen der endgültigen Betriebstemperatur ein; das ist
im Lautsprecher als kurzzeitiges Brummen hörbar. Durch Verwenden einer indirekt geheizten Gleichrichterröhre
ließe sich das vermeiden, hierzu müßte aber das Netzteil verstärkt werden.
Technische Daten
Ausgangsleistung: 8W an 6W
Frequenzbereich: 10...30 000 Hz
Klirrfaktoren (1000 Hz): bei 8 W 3,5 %, bei 7 W 1.2 %
Gegenkopplung: 18-fach
Quellwiderstand: 0,2W
Ausgang: 4 bis 6 W
Dämpfungsfaktor: 25
Eingänge: einer
Empfindlichkeit: ~ 700 mV für 8 W
Lautstärkeeinstellung: gehörrichtig
Klangbeeinflussung: Tiefen: Anhebung
Höhen: Anhebung und Absenkung
Die Verdrahtung
Die Verdrahtung ist nicht kritisch. Auf dem Chassis befinden Ausgangstransformator Tr 1, die Röhren EL 84 und EF 804,
sowie der Kondensator C 9 und der Netztransfomator Tr 2. Wie bei allen Nf-Verstärkern ist Wert auf sorgfältige
Masseverbindungen zu legen. Es muß dafür gesorgt werden, daß in den Kreis g1 (EF 804) - Masse-Kathode
keine Brummspannungen auf galvanischem Wege eingekoppelt werden. Um sicher zu gehen, sind zwei Masse-Sammelpunkte A und B,
vorzusehen.
Der Massepunkt A ist durch das Abschirmröhrchen der Röhrenfassung der EF 804 gegeben. Der andere wird durch die
Minus-Anschlußfahne des Selengleichrichters gebildet. Die jeweils zu den Punkten A bzw. B führenden Leitungen
sind bereits in dem Schaltbild entsprechend gekennzeichnet.
Kondensator C 9 ist isoliert auf dem Chassis zu befestigen und sein Becher über eine besondere Leitung mit Punkt B zu
verbinden. Das Verstärkergehäuse hat nur an einer Stelle mit der Minus-Bezugsleitung Verbindung, und zwar an der
(kalten) Eingangsbuchse. Die Minusanschlüsse der Kondensatoren C 4 und C 5 sind an Punkt B zu legen, der über eine
starke Leitung mit Punkt A in Verbindung steht.
Die Abschirmröhrchen sowie die Fassungskontakte der beiden EL-84-Fassungen, die in den Röhrentabellen mit i. V.
(innere Verbindung) bezeichnet sind, werden entfernt, man kann dadurch die Verdrahtung flacher ausführen.
Die Klangeinstellglieder werden an den betreffenden Potentiometern verdrahtet. Dadurch gestaltet sich die
Leitungsführung im Bereich der Röhrenfassungen relativ einfach.
Da außer dem Eingangsgitter keine brummempfindliche Stelle in der Schaltung vorhanden ist, gestaltet sich die
Verdrahtung im übrigen recht einfach. Im Mustergerät wurden nur Widerstände mit axialen Anschlüssen
verwendet und freitragend eingelötet. Da die Anschlußdrähte von Widerständen und Kondensatoren stark
gekürzt werden können, ergibt sich eine hinreichende Eigensteifigkeit.
