Elektor-Röhren-Sonderheft 10 by Elektor

SPECIAL PROJECT

RÖHREN 10 High-End und Musik Durchgereicht: Zwischenübertrager Durchleuchtet: In die Röhre geschaut Durchdacht: Röhrensockel

14010 (D) 18,50 € (A) 20,95 € CHF 30.50 (L) 20,95 € (B) 20,95 €

Röhrenschaltungen in der Praxis: • • • •

Eintakt-A-Endstufe mit 4 x 6V6 CD-Vorverstärker mit CD-Filter Hybridendstufe – Vakuum trifft Silizium UKW-Tuner

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06.05.14 10:21

Vorwort

Vorwort Es freut uns … … dass Sie das neue Elektor-Röhrenheft-Nr. 10 in den Händen halten. Es ist wiederum randvoll mit interessanten Informationen rund um die Röhren, um deren Technik und Anwendung. Dabei ist es auch für uns selbst bei jedem neuen Heft immer wieder spannend, welche Themen wir finden und besetzen können. Ebenso spannend ist die Frage, welche Autoren und Entwickler machen wieder mit. Finden wir gar neue Autoren mit interessanten Ideen? Diese Frage können wir für diese Ausgabe mit großer Freude positiv beantworten. Wir können einen neuen Autor präsentieren, der uns verblüffende Einblicke in das Röhreninnere bietet. Er zeigt uns etwas, dass es so in dieser Form noch nicht gegeben hat: Es sind röntgen-tomografische Bilder vom Röhreninnern. So können wir das Innenleben einer Elektronenröhre betrachten, ohne gleich den Glaskolben zerstören zu müssen.

Es freut uns auch … … dass wir zusammen mit Ihnen ein kleines Jubiläum feiern können. Sie halten die 10. Ausgabe des Elektor-Röhren-Sonderheftes in der Hand. Als die erste Ausgabe im Jahr 2005 erschien, war selbst bei uns im Verlag die Skepsis darüber groß, ob es wohl noch weitere Ausgaben geben wird – wenn ja, dann sicherlich nicht viele. Hier gilt unser Dank nun Ihnen ganz persönlich, unseren treuen Lesern. Erst durch Sie wurden diese zehn Ausgaben möglich. Und getreu dem Motto: Totgeglaubte leben länger, kommen immer neue Leser hinzu. So sind wir sicher, dass wir noch weitere gemeinsame Jubiläen zusammen feiern können. Damit wir auch in Zukunft aktuell sind und den Leseransprüchen gerecht werden, laden wir Sie ein, uns Ihre Ideen und Wünsche mitzuteilen. Ob wir allerdings alles und jeden Wunsch realisieren und erfüllen können, ist dahin gestellt – wir werden uns jedoch bemühen. Versprochen!

Es freut uns absolut nicht… … wenn wegen der Krim-Krise und den dadurch zu erwartenden wirtschaftlichen Sanktionen gegen Russland die Röhrenexporte in die Europäische Union erschwert werden oder gar zum Erliegen kommen. Wir wünschen uns und den Menschen in der Ukraine, dass die Lösung der Krise kein stellvertretendes Scharmützel der „Weltmächte“ auf Kosten der einheimischen Bevölkerung wird. Sollen doch die Menschen nach ihrem freien Willen und Gutdünken entscheiden dürfen, was sie für richtig halten und wohin sie gehören möchten. Es ist sicherlich nicht hilfreich, die Abstimmung auf der Krim als illegal zu bezeichnen, aber die Absetzung Viktor Janukowitschs als legal anzusehen. Wer so argumentiert, lebt mit einer Doppelmoral! Nach diesem Ausflug in die Weltpolitik wieder zurück in die interessante und spannende Welt der Elektronenröhren. Hierzu bietet der Elektor-Verlag noch mehr Informatives an als nur dieses Heft. Besuchen Sie einfach die Elektor-Website unter www.elektor.de. Der Suchbegbriff „Röhren“ zeigt Ihnen viele interessante Treffer, die auch für Sie interessant sein können. Viel Spaß beim Lesen und Ausprobieren wünscht Ihnen das Team vom Elektor-Verlag Raimund Krings Rolf Hähle (V.i.S.d.P.)

Vorwort

Die Röhren-Sonderheft-Reihe hat die runde Zah10 erreicht

Im Dezember 2005 erschien die erste Ausgabe. Mit der zehnten Ausgabe in der Reihe „Elektor Special Project Röhren“ ist mit den vielen Bauanleitungen und Grundlagenartikeln eine Fundgrube entstanden, die nicht nur den Selbstbauern zum wertvollen Archiv geworden ist, sondern die auch von Schulen, Hochschulen und Lehrwerkstätten gerne genutzt wird.

Neues von den Röhrenherstellern

Mit reichlich Power und interessanten News und Remakes geht es bei den Röhrenherstellern voran. Dieser Artikel stellt die Neuheiten aus 2013 und Anfang 2014 vor.

Elektor Special Project Röhren 10 Mai 2014

Inhalt 11

Kathodengegenkopplung

bei Endröhren durch eine Übertragerwicklung Das Prinzip der Kathodengegenkopplung der Endröhren geriet im Laufe der Zeit in Vergessenheit, hat aber ihre Vorteile. Dieser Beitrag untersucht das Prinzip und dessen spezielle Eigenschaften.

Der Zwischenübertrager

Seit vielen Jahren tauchen immer wieder Schaltungskonzepte auf, bei denen die Röhrenstufen mit Zwischenübertragern gekoppelt sind. Diesen wird zum Teil auch ein besonderer Klang zugesprochen. Um hier Licht in die Sache zu bringen, sollen einige geschichtliche und physikalische Tatsachen untersucht werden.

Eintakt-A-Endstufe mit 4 x 6V6

6V6 quattroSE – ernsthafter Eintakter mit 16 W – nicht nur für hocheffiziente Lautsprecher Hier ist ein bezahlbarer Eintakter mit Spitzenklang, moderater Leistung um 15…20 W und niedrigen Betriebskosten beschrieben. Durch das gewählte Schaltungsdesign entfallen jegliche Abgleicharbeiten, der Aufbau auf einer Platine minimiert den Verdrahtungsaufwand und bietet Nachbausicherheit.

CD-Vorverstärker mit CD-Filter

Die CD hat sich als Tonträger weitgehend durchgesetzt. Sie ist ein digitales Medium mit allen ihren Vor- und Nachteilen. Ohne Qualitätsverlust kann sie beliebig kopiert werden. Die digitalen T aktfrequenzen wie auch die Rückwandlung des Digitalsignals in ein analoges Signal bereiten im wahrsten Sinne des Wortes einige Kopfschmerzen. Mit dem Einsatz eines Vorverstärkers mit passendem Filter können diese Probleme beseitigt werden, sodass der Klang dem einer guten Analogplatte nahe kommt.

Elektor Special Project: Röhren 10

Neuheiten

Moderne Hybridendstufe

Der Begriff Hybridendstufe bezeichnet ein Schaltungsprinzip, bei dem die Treiberstufe mit Transistoren, die Endstufe mit Röhren bestückt ist – oder umgekehrt.

Neues von den Röhrenherstellern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Grundlagen Kathodengegenkopplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 bei Endröhren durch eine Übertragerwicklung

Der Zwischenübertrager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 52

Elektronische Hallspirale

Die Kathedrale in derStreichholzschachtel

Bauanleitungen

Eine Elektrogitarre ohne Hall klingt flach. Die besseren Verstärker haben deshalb fast alle eine eingebaute Hall- oder Echovorrichtung. Meist ist das eine „Hallspirale“, ein elektromechanisches Bauelement mit im Prinzip gutem Klang, jedoch leider mit einigen Problemen durch Nebengeräusche. Seitdem es gelungen ist, die gleiche Funktion auf einem Halbleiterchip zu integrieren, ist ein störungsfreier Hall möglich. Vorhandene Verstärker lassen sich damit leicht nachrüsten.

Eintakt-A-Endstufe mit 4 x 6V6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . 21

6V6 quatroSE – ernsthafter Eintakter mit 16 W – nicht nur für hocheffiziente Lautsprecher

CD-Vorverstärker mit CD-Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Moderne Hybridendstufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Die Kathedrale in der Streichholzschachtel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Elektronische Hallspirale

UKW-Mischteil

mit der Doppeltriode ECC 2000 und der Triode/Pentode ECF 80

UKW-Mischteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 mit der Doppeltriode ECC2000 und der Triode/Pentode ECF80

Bei der Konzeption dieses Mischteils mit Cascoden-Eingangsstufe und Pentodenmischstufe mit getrenntem Oszillator wurde auf Nachbausicherheit und einfachen Abgleich geachtet. Als nachfolgende FM-Zwischenfrequenzverstärker und Stereodecoder eignen sich die Bauvorschläge aus dem Röhren-Sonderheft 4, September 2008.

Technik In die Röhre geschaut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Computer-tomopgraphische Bilder vom Röhreninneren

6L6GC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 with best Regards from the United States of America

Röhrensockel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

Info

In die Röhre geschaut

Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Üblicherweise ist ja etwas schief gegangen, wenn man in die Röhre schaut. Bei einem Elektor-Röhren-Special können wir natürlich mehr erwarten. So wollen wir doch mal das Innenleben einer Elektronenröhre betrachten, ohne gleich den Glaskolben zerstören zu müssen. Das Mittel der Wahl ist der Röntgen-Computertomograf.

Die Röhren-Sonderheft-Reihe hat die runde Zahl 10 erreicht . 6 Nachruf Jan Jurco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Gründer von JJ Electronic Buchbesprechung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Röhrendaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Inserentenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Impressum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

6L6GC

with best Regards from the United States of America 6L6GC ist auch heute in Gitarrenverstärkern und im Audiobereich sehr weit verbreitet. Dieser Artikel gibt u.a. Auskunft über die verschiedenen Varianten mit ihren technischen Eigenschaften, Messwerten und Erfahrungen.

Inhalt

Downloads Unter der Adresse www.elektor.de/roehren-10 können die Platinenlayouts aus diesem Heft sowie eine Fotostrecke zum Aufbau des UKW-Mischteils heruntergeladen werden.

Bauanleitungen

Eintakt-A-Endstufe mit

4x 6V6

6V6 quatroSE – ernsthafter Eintakter mit 16 W – nicht nur für hocheffiziente Lautsprecher

DI Georg Ruppert

Eintaktverstärker mit sündhaft teuren Trioden bei gleichzeitig geringen Leistungen um 10 W sind als Schaltplan im Internet bis zu Fertiggeräten im HiFi-Geschäft überaus häufig zu finden. Alle, die Eintakter nur mit einer 300B ernst nehmen, finden entsprechende Artikel im Internet. Alle anderen, die nach einem bezahlbaren Eintakter mit Spitzenklang, moderater Leistung um 15…20 W und niedrigen Betriebskosten suchen, sind zum Weiterlesen eingeladen. Durch das gewählte Schaltungsdesign entfallen jegliche Abgleicharbeiten, der Aufbau auf einer Platine minimiert den Verdrahtungsaufwand und bietet Nachbausicherheit.

Eintakt-A-Endstufe mit 4 x 6V6

Bauanleitungen Technische Daten Ausgangsleistung über 16 W an 8 Ohm bei einer Betriebsspannung von 325 V, Clippinggrenze Eingangsempfindlichkeit für Vollaussteuerung 0,45 Veff Frequenzgang: 8 Hz (-3 dB)…75 kHz (-3 dB) bei 1 W 20 Hz (-1 dB)…45 kHz (-3 dB) bei 10 W Fremdspannung: besser als -60 dBV im Prototypenaufbau ohne Gehäuse

Die Konzentration auf martialisch ausschauende Leistungstrioden hat zur Folge, dass die entsprechenden Endstufen entsprechend teuer und leistungsschwach sind. Exotische Ausnahmen sind Eintakter mit 211 oder 845 Trioden und Betriebsspannungen jenseits der 1000 V – nichts für Bausätze für den engagierten Selbstbauer. Die durchaus mehrere hundert Euro teuren Leistungstrioden werden an der maximalen Verlustleistungsgrenze betrieben, was einen häufigen Röhrenwechsel und entsprechende Kosten nach sich zieht. Grund genug für uns, nach klanglich ähnlich guten Alternativen zu suchen, die günstig beschaffbar sind und deren Betriebskosten im erträglichen Rahmen bleiben. Die Leistung dieses Eintakters sollte zumindest im Bereich von 15 W liegen, um im typischen Wohnzimmer mit Lautsprechern mit Wirkungsgraden von 87…90 dB/W/m auch dynamische Klassikaufnahmen genießen zu können. Beginnen wir mit der Suche nach der geeigneten Endröhre. Mit zwei parallelen EL34 oder 807 könnte man das gesteckte Leistungsziel erreichen. Beide Röhren genießen einen sehr guten Ruf – auch als Eintakter. Ein EL34-Eintakter ist allerdings keine Neuheit; die 807 ist wegen ihrer Fassungen problematisch. Direkt geheizte Trioden wie die 300B oder die 2A3 wären eine populäre Wahl. Um eine ebenso große Leistung zu erzielen, sind dann allerdings vier 300B oder sechs 2A3 pro Kanal notwendig. Die Betriebskosten wären damit sehr hoch. Hinzu käme noch der höhere Aufwand für die Signalaufbereitung durch die geringere Verstärkung der Trioden und die aufwändige Heizungsversorgung mit Gleichstrom, bei sechs 2A3 wären das 15 A bei 2,5 V sprich 37,5 W, bei vier 300B immerhin 6 A bei 5 V also 30 W Heizleistung bei Gleichstromheizung. Warum nicht eine kleinere Röhre verwenden, die klanglich einen noch besseren Ruf genießt? Ich bin ein erklärter Fan der EL84 und da gibt es einen ähnlichen Typen jenseits des großen Teichs, die 6V6, die mit ihrem größeren Oktalsockel auch besser zum riesigen Ausgangsübertrager passt. Die 6V6 genießt einen fast legendären Ruf und wird in vielen Gitarrenverstärkern heute noch eingesetzt, womit der Nachschub gesichert ist. Um die gewünschte Leistung zu erreichen, sind vier 6V6 pro Kanal notwendig, das schaut gut aus. Der notwendige Heizstrom

bleibt dennoch mit etwa 2 A Wechselstrom für alle vier Röhren deutlich unter jenem für zwei EL34, die Heizleistung beträgt damit 12,6 W. Ra bleibt mit 2125 Ω laut Datenblatt bei 315 V Anodenspannung im grünen Bereich für den vorhandenen Ausgangsübertrager. Die 6V6 benötigt nur etwa 26 Vss für die Vollaussteuerung bei 315 V an der Anode. Die 300B benötigt im Vergleich dazu bei etwa gleicher Ausgangsleistung 150 Vss zur Vollaussteuerung. Die Vorteile in der Praxis sind moderate Anforderungen an die Signalaufbereitung im Eingang wie z. B. niedrige Spannungsverstärkung. Dadurch ist eine einfache Triode für Spannungsverstärkung vollkommen ausreichend, die auch keinen besonders hohen Verstärkungsfaktor benötigt. Eine ECC88 mit μ = 33 ist vollkommen ausreichend. Jede Röhre mit μ ≥ 60 eignet sich auch zum Bau eines Eintakt-A-Vollverstärkers. Als Turbo schalten wir zwischen Spannungsverstärker und Endröhren einen Impedanzwandler, das hat viele Vorteile wie z. B. optimale Arbeitsbedingungen für den Spannungsverstärker und die Möglichkeit, kleine Gitterableitwiderstände an Gitter 1 der 6V6 zu verwenden. Letzteres ist vorteilhaft beim Einsatz von Gitterstrom bei hoher Aussteuerung, ein Zustand, der in der Praxis wegen der doch beschränkten Leistung öfter auftreten könnte. Guter Klang ist mit der 6V6 als Endröhre dadurch relativ einfach realisierbar. Hier gilt das alte Prinzip, je weniger Bauteile im Signalweg, desto weniger Probleme können entstehen. Ein kurzer Ausflug in die Theorie sei mir gestattet: Ich möchte die Konsequenzen des Eintakt-A-Betriebs auf das Schaltungsdesign erläutern. Das Eintakt-Prinzip verzichtet auf einen Phaseninverter und die symmetrische Endröhrenanordnung um den Gegentaktausgangsübertrager, der die beiden gegenphasigen Signale wieder zusammenführt (subtrahiert) und Gleichtaktanteile wie Netzteilbrumm und Verzerrungen geradzahliger Ordnung unterdrückt. Alle Verstärkungsstufen müssen daher in Klasse A ausgelegt werden. Aus diesem Grund erreicht ein Verstärker mit gleicher Endröhrenzahl bei gleicher Betriebsspannung im Eintaktbetrieb weniger Ausgangsleistung als bei Gegentakt-AB-Betrieb. Durch den Gegentakt-Betrieb kann der Übertrager so beschaltet werden, dass sich der Ruhestrom durch die Endröhren bei idealer Symmetrie aufhebt. Der Übertrager kann so durch die nicht vorhandene Gleichstrombelastung ohne Luftspalt und wesentlich kleiner ausgeführt werden, was zu einer höheren oberen Grenzfrequenz bei identischem Wicklungsschema führt. Weitere Vorteile des Gegentaktbetriebs sind die Aufhebung von harmonischen Oberwellen gerader Ordnung – obschon manche Klangpuristen das nicht als Vorteil werten mögen – und die Unterdrückung von Netzteilstörungen, beides natürlich nur bei idealen symmetrischen Voraussetzungen, sprich selektierten Röhren und Bauteilen. Für den Eintaktverstärker bedeutet das weniger Leistung bei gleichzeitig mehr Verzerrungen und einen größeren Aufwand im Netzteil, um einen vergleichbaren Brummabstand wie bei der Gegentaktendstufe zu erreichen. Durch den oft viel gerin-

Elektor Special Project: Röhren 10

Bauanleitungen

CD-Vorverstärker mit CD-Filter Rainer Horsch

Die CD hat sich als Tonträger weitgehend durchgesetzt. Sie ist ein digitales Medium mit allen ihren Vor- und Nachteilen. Ohne Qualitätsverlust kann sie beliebig kopiert werden. Die digitalen Taktfrequenzen wie auch die Rückwandlung des Digitalsignals in ein analoges Signal bereiten im wahrsten Sinne des Wortes einige Kopfschmerzen. Mit dem Einsatz eines Vorverstärkers mit passendem Filter können diese Probleme beseitigt werden, sodass der Klang dem einer guten Analogplatte nahe kommt.

CD-Vorverstärker mit CD-Filter

Bauanleitungen

Die ersten CD-Player hatten analoge Filter, damit das Digitalsignal sauber in ein analoges Signal umgewandelt werden konnte. Das treppenförmige Ausgangssignal der D/A-Wandler muss zunächst in ein kontinuierliches umgewandelt werden, damit es dem analogen entspricht. Zusätzlich müssen alle hochfrequenten Anteile ausgefiltert werden, die durch die Taktfrequenz(en) entstehen. Diese verursachen Intermodulationen zwischen dem gewünschten Audiosignal und der jeweiligen Taktfrequenz. Es entstehen Mischfrequenzen, die weit nach oben, aber auch nach unten in den Audiobereich reichen. Auch wenn es nur geringe Anteile am gesamten Audiosignal sind, der Klang wird mehr oder weniger verfälscht und durch die hochfrequenten Anteile verrauscht. Dieses Phänomen wurde schon vor weit über einem halben Jahrhundert in der Studiotechnik festgestellt. Im NF-Bereich wurden die Verstärkerzüge auf ihr Intermodulationsverhalten geprüft. Dies geschieht auch heute noch, indem ein Signal mit hohem Pegel und tiefer Frequenz mit einem Signal hoher Frequenz und niedrigem Pegel auf einen Verstärker gegeben wird. Damit bildet man auch die spektrale Verteilung von Sprache und Musik ab, wo niederfrequente Anteile und der Grundton mit hohem Pegel erscheinen und die klangbildenden Obertöne mit abfallenden Pegeln. Dann misst man die Mischprodukte dieser beiden Frequenzen und gibt den Intermodulationsfaktor in Prozent an. Dies ist nur eine kurze Erklärung der weitaus komplizierteren Sachverhalte, denn wenn mit mehreren Frequenzpaaren bei verschiedenen Amplitudenverhältnissen gemessen wird, gibt es immer umfangreichere Tabellen mit Messergebnissen, die auch so interpretiert werden müssen, dass Rückschlüsse auf die Qualität der Anlage möglich sind. Für Studioanlagen gibt es ebenso Messvorschriften, wie sie sich bei hochfrequenten Einstreuungen zu verhalten haben. Auch hier entstehen Mischprodukte mit dem Audiosignal und zusätzlich durch die Hochfrequenz erzeugtes Rauschen.

Wie gut ein CD-Player ist, erkennt man daran, ob man damit lange Musik hören kann, oder ob es schon nach einer gewissen Zeit nervig wird. Mit Röhren bestückte Vor- und Endstufen mildern den Effekt. Nicht jeder will jedoch gleich große Teile seiner HiFi-Anlage austauschen, da dies mit zum Teil erheblichen Kosten verbunden ist. Mit einem CD-Filter und passendem Vorverstärker lässt sich der Klang dahingehend verbessern, dass CDs ähnlich gut wie Vinylplatten klingen. Ebenso kann mit Hilfe des CD-Filters die Wiedergabe von digitalen Formaten wie MP3 über handelsübliche Wiedergabegeräte wie MP3-Player oder Sat-Receiver bzw. DVD-Player etwas angenehmer gemacht werden. Dies trifft insbesondere für kostengünstige Player mit weniger hochwertigen Audiostufen zu. Wenn jedoch die MP3-Datei in schlechter Qualität oder mit sehr niederen Bit-Raten erstellt wurde, kann auch das beste Filter nichts mehr retten.

Für die Rückwandlung des Digitalsignals einer CD in ein brauchbares Analogsignal muss nach dem D/A-Wandler eine Filterbatterie mit großer Flankensteilheit eingesetzt werden. Man kann dazu passive Filter verwenden. Damit ist gemeint, dass im Filter nur Widerstände, Kondensatoren und Spulen eingesetzt werden. Die entstehende Dämpfung ist groß, sodass über Verstärker der Pegelverlust aufgeholt werden muss. Wenn diese Verluste vermieden werden sollen und wenn man die doch relativ großen Spulen vermeiden will, verwendet man aktive Filter. Diese Analogfilter werden mit OPs, Kondensatoren und Widerständen aufgebaut. Aktiv heißen sie deshalb, weil die OPs die einzelnen Filter gegeneinander entkoppeln und gleichzeitig deren Dämpfung ausgleichen. Dann gibt es noch die digitalen Filter. Hier werden relativ kleine Kapazitäten, die sich auf einem Chip integrieren lassen, mit hoher Taktfrequenz umgeladen. Die Kapazitäten zusammen mit Widerständen und Verstärkern bilden dann das digitale Filter. So schön diese Technik ist, es entstehen weitere hochfrequente Anteile, die sich negativ auf das Klanggeschehen auswirken können.

Der Verstärker, dessen Schaltplan in Bild 1 gezeigt ist, wird über einen Eingangsübertrager an den Player angekoppelt, womit Brummschleifen oder Störungen durch nicht geerdete Schaltnetzteile des Players wirksam vermieden werden. Hierbei sollte jedoch beachtet werden, ob die Ausgangsstufe bzw. der D/A-Wandler des Players eine induktive Last treiben kann. Ist dies nicht der Fall, so kann der Eingangsübertrager weggelassen werden, diese Variante ist jedoch nicht zu empfehlen. Für den Verstärker werden drei Trioden benötigt. Da es heute aus laufender Produktion nur noch Doppeltrioden gibt, von einigen wenigen Exoten einmal abgesehen, ist noch ein Triodensystem „übrig“. Mit dieser übrigen Triode V1a wurde am Eingang der Schaltung ein Phasendreher angeordnet. Über die Brücke BR1 kann die gewünschte Phasenlage eingestellt werden, um eine (ungewollte) Phasendrehung in der Anlage zu korrigieren. Hier kann auch ein Schalter eingesetzt werden, falls dies notwendig ist. In vielen Studiomischpulten ist ein Schalter für die Phasendrehung eingebaut, damit z. B. falsch gepolte Mikrofone auf einfache Weise in die richtige Phasenlage

Vielfach werden auch bei CD-Playern der mittleren Preisklasse mehr oder weniger sinnvolle Tuningmaßnahmen vorgeschlagen. Meist werden hierbei die Ausgangsstufen modifiziert oder ersetzt, um deren Unzulänglichkeiten auszugleichen. Oft wird auch hierbei nur eine „Alibiröhre“ als Kathodenfolger nachgeschaltet, ohne die Schaltung zu modifizieren. Durch den sinnvollen Einsatz einer Röhrenverstärkerstufe kann hier jedoch durchaus eine hörbare Verbesserung erzielt werden, indem durch die röhrentypische Klirrverteilung ein angenehmer Klang erreicht wird. Mit dem hier beschriebenen CD-Vorverstärker mit integriertem CDFilter wurde ein universell einsetzbarer Verstärker realisiert, der vielfältig eingesetzt werden kann: als Stand-Alone-Verstärker für digitale Wiedergabegeräte wie CD-Player, Playstation, MP3-Player und SAT-Receiver, ebenso als Tuning-Kit für einen bestehenden CD- oder DVD-Player. Der Anschluss kann entweder an den Ausgangsbuchsen des Players erfolgen, es kann aber auch der Ausgang der D/A-Wandler direkt an den Verstärker angeschlossen werden.

Elektor Special Project: Röhren 10

Bauanleitungen

Moderne

Hybridendstufe

Gerhard Haas

Elektor Special Project: Rรถhren 10

Bauanleitungen

Der Begriff Hybridendstufe bezeichnet

Bei Röhrenendstufen steht und fällt die Gesamtqualität mit den Eigenschaften des Ausgangsübertragers. Wenn der Frequenzgang einer Endstufe bei 50 mW, 1 W oder eventuell 10 W gemessen wird, kommen meist sehr gute Werte heraus. Wer nur leise mit wirkungsgradstarken Lautsprechern hört, dem genügen diese kleinen Leistungen. Wird aber bei 1 dB unter Vollaussteuerung gemessen, sieht der Frequenzgang oft deutlich schlechter aus. Wird lauter gehört, kann es deshalb zu Klangverfälschungen kommen. Bei tiefen Frequenzen kann der Übertragerkern in die Sättigung kommen, wenn er falsch berechnet wurde, was deutlichen Klirrfaktoranstieg bedeutet. Bei hohen Frequenzen müssen die Übertragerkapazitäten umgeladen werden, was sich vor allem bei höherer Leistung auswirkt und Signalverformungen nach sich zieht. Alles mit der Gegenkopplung auszugleichen schönt zwar die Messwerte, trägt aber nicht allein zur Klangverbesserung bei. Folglich bleibt nichts anderes übrig, als in einen guten Ausgangsübertrager zu investieren und ein ordentlich konstruiertes Verstärkerkonzept anzuwenden. In den Röhren-Sonderheften wurde die Übertragerproblematik wiederholt behandelt, beispielsweise in Heft 1 im Artikel „Übertragerwissen“ und in Heft 9 im Artikel „Übertragereigenschaften“.

ein Schaltungsprinzip, bei dem die Treiberstufe mit Transistoren, die Endstufe mit Röhren bestückt ist. Es kann aber genauso anders herum sein. Wenn die Treiberstufe mit Röhren bestückt ist und die Ausgangsstufe mit Transistoren, kann der Ausgangsübertrager eingespart werden, die Bauweise wird kompakter und die Wärmeentwicklung ist geringer. Die Einsparung des Ausgangsübertragers bringt zwar finanzielle Vorteile, die aber aufgrund des Kühlkörperaufwands für die Leistungstransistoren und der Mehraufwand im Netzteil teilweise wieder aufgehoben werden. Deshalb werden zunächst Vor- und Nachteile dieses Konstruktionsprinzips ausgelotet, um dann zu einem brauchbaren und nachbaubarem Konzept zu kommen.

Wenn bei einer Hybridendstufe die Endröhren eingespart werden, fällt zuerst die durch die Röhrenheizung entstehende Verlustleistung weg. Transistoren bieten den Vorteil, dass man durch deren artspezifische Arbeitspunkteinstellung weitere Verlustleistung spart. In diesem Fall sind es rund 2 W Verlustleistung pro Endtransistor. Bei einer vergleichbaren Röhrenendstufe liegt sie etwa um den Faktor 10 höher! Die geringe Verlustleistung durch die Erzeugung der negativen Gittervorspannung bei Röhren, die hier entbehrlich ist, fällt kaum ins Gewicht. Für die gewünschte Ausgangsleistung muss eine adäquate Netzteilleistung zur Verfügung stehen. Diese ist etwas geringer als bei reinen Röhrenendstufen, womit die Leistungsbilanz günstiger ausfällt. Eine transistorisierte Ausgangsstufe hat als „eisenlose Endstufe“ keine Probleme mit der Sättigung des Übertragerkerns, weil es diesen nicht gibt. Sind Netzteil und Treiberstufe richtig dimensioniert, stellt die untere Grenzfrequenz selbst bei voller Ausgangsleistung kein Problem dar. Ähnlich sieht es an der oberen Frequenzgrenze aus. Röhren haben vom Prinzip her eine hohe obere Grenzfrequenz. Hier sollen Uralttypen

Moderne Hybridendstufe

Bauanleitungen

UKW-

Mischteil ECC2000

mit der Doppeltriode und der Triode/Pentode

Thomas Moppert

ECF80

Elektor Special Project: Röhren 10

Bauanleitungen

Das Mischteil eines UKW-FM-Empfängers besteht im Allgemeinen aus einer Vorstufe und der eigentlichen Mischstufe. Die Vorstufe hebt das Eingangssignal über das unvermeidliche Rauschen des Mischers an und verhindert gleichzeitig die Abstrahlung des Oszillatorsignals über die Antenne. Die Mischstufe kann selbstschwingend oder mit getrenntem Oszillator aufgebaut sein und setzt das in der Vorstufe verstärkte Signal auf die Zwischenfrequenz von 10,7 MHz um. Während der Blütezeit der Röhrentechnik in den 1950er und 1960er Jahren verwendeten viele Radiohersteller eine mehr oder weniger modifizierte, aber bewährte Standardschaltung mit der Doppeltriode ECC85. Die erste Triode arbeitet meist in Zwischenbasisschaltung als Vorverstärker, die zweite als selbstschwingender Mischer. So einfach das Konzept im Schaltbild auch aussieht, so verzwickt sind Verhalten und Abgleich in der Praxis, da sich die Funktionsgruppen gegenseitig stark beeinflussen. Wir wählen hier deshalb eine Konstruktion mit einer Cascodenvorstufe vor dem Mischer, wie sie schon damals in Geräten von Nogoton oder Fisher vorkamen. Außerdem haben sich seit den Anfängen des UKW-Rundfunks Anzahl und Abstrahlleistung der Sender stetig vergrößert, der Stereoempfang wurde Standard. Dies stellt erhöhte Ansprüche an die Trennschärfe bei gleichzeitig größerer ZF-Bandbreite. Beiden Forderungen genügt das in dieser Bauanleitung vorgeschlagene Ausgangsfilter.

Technische Daten Frequenzumfang: 87,5…108 MHz Durchgangsverstärkung in Bandmitte: 45 dB Spiegelfrequenzdämpfung: >20 dB Antennenimpedanz: 60…75 Ω

Bild 1 zeigt die Schaltung des Mischteils. Im Eingang befindet sich die schon erwähnte Cascodenschaltung mit der ECC2000. Charakteristisch für diese Schaltungsart sind hoher Eingangswiderstand im UKW-Frequenzbereich, hohe Steilheit und geringes Rauschen. Die ECC2000 ist eine Doppeltriode mit Dekalsockel, die einen für Cascodenbetrieb optimierten Elektrodenaufbau aufweist. Bei der als Kathodenbasisstufe arbeitenden Triode, deren Katode über eine RC-Kombination an Masse liegt, wird die Gitter-Anodenkapazität durch einen sogenannten Neutrodenschirm verringert. Dazu ist die Anode so geformt, dass nur der für das Auffangen der Elektronen benutzte Teil dem Gitter gegenüber steht. Zudem befinden sich zwischen den Gitterstegen und dem Rest der Anode Schirmbleche, welche die elektronisch nicht benutzten Teile von Anode und Gitter gegeneinander abschirmen. Auf diese Weise kommt man ganz ohne die sonst nötige Neutralisation der Kathodenbasisstufe aus.

Störleistung des Oszillators an der Antennenbuchse: < 54 dBm Rauschzahl F: 3,2 kTo Bandbreite des Ausgangsfilters: 220 kHz (-3 dB) Versorgungsspannungen: 180 V/35 mA, 6,3 V/0,755 A

Der hohe UKW-Eingangswiderstand der Kathodenbasisstufe (KBS) ermöglicht die wirksame Transformation des Antennensignals an den Eingangswiderstand dieser Triode. Das Übersetzungsverhältnis entspricht dem Quadrat des Windungszahlverhältnisses von Antennenspule L1 und Kreisspule L2. Diese bildet zusammen mit C2 den Vorkreis und wird fest auf die Mitte des UKW-Bandes abgestimmt. Zwischen der Anode der KBS und dem Eingang der Gitterbasisstufe (GBS) liegt die Induktivität L3. Zusammen mit der Ausgangskapazität der KBS und der Eingangskapazität der GBS bildet sie ein Pi-Filter. Dieses erhöht durch verbesserte Anpassung die Verstärkung um 6 dB. Die Widerstände R1, R2 und R5 dienen der Einstellung der Gleichstromarbeitspunkte. Die auf das Pi-Filter folgende GBS verstärkt das Signal rückwirkungsfrei, was insbesondere die Abstrahlung des Oszillatorsignals

UKW-Mischteil