Röhrenverstärker

Ein weiterer Röhrenverstärker:

Wäre die nachfolgende Schaltung etwas ganz normales, so würde sich eine Erwähnung nicht lohnen. Daher muss sie einige Besonderheiten aufweisen.

Dies manifestiert sich zuerst mal in der "üppigen" Bestückung. Ausserdem sind die Endröhren-Katoden nicht an Masse sondern an einer speziellen Gegenkopplungswicklung angeschlossen. Damit werden zwei Ziele verfolgt, nämlich die trotzdem hohe Leistungsausbeute und der gute Dämpfungsfaktor. So ganz nebenbei bekommt man so auch einen geringeren Klirr, welcher zwar den typischen Röhrenklang verringert, andererseits aber auch die Intermodulation deutlich senkt, welche den Klang "falsch" und rauh werden lässt.

Bei einem Transistorverstärker mit modernen (schnellen) Halbleitern würde man einfach die Verstärkung erhöhen und die Gegenkopplung entsprechend stärker berechnen. Dies geht, solange keine phasendrehenden Bauteile die Geschichte begrenzen. Bei einem Röhrenverstärker ist sowas nicht ganz so einfach. Zwar machen die Röhren selbst keine unkontrollierten Phasendrehungen, aber der Ausgangstrafo ist davon nicht befreit. Und da man darauf schlecht verzichten kann sind Phasendrehungen mit Schwingen und Pumpen ab einer bestimmten Gegenkopplung kaum mehr zu verhindern.
Hier die Stückliste der Kondensatoren und Widerstände:

Bei der vorliegenden Schaltung ist die ganze Vorstufensektion mit 8 Röhrensystemen recht aufwändig ausgefallen. Die erste Stufe dient primär der Verstärkung. Diese beträgt 64.9 fach. Sie nimmt aber über ihre Katode ebenfalls die Gegenkopplung vom Verstärkerausgang her auf.
Die zweite Stufe ist die Katodyn-Schaltung, also die Phasendrehstufe. Diese hat bekanntlich keine aktive Verstärkung.

Stufe 3 und 4 bildet eine Differenzstufe, wobei die erste mit einer Verstärkung von 55 die eigentlich aktive Rolle übernimmt. Die zweite, als Katodenfolger geschaltet übernimmt von der dritten Stufe deren Gegenkopplung. Alles in allem hätten Stufen 3 bis 5 eine Verstärkung von etwa 800. Durch die Gegenkopplung wird diese aber auf gut 22 reduziert.
Die fünfte Stufe, gebildet durch je eine Triode der 6SN7 liefert die Ausgangsspannung in Richtung Endröhre. Da die Endröhre einerseits bereits eine Steuerspannung von effektiv 22.6V benötigt, andererseits aber durch die hochgelegte Katode eine Gegenkopplung von 30V erfährt muss die Ausgangsspannung der 6SN7 52.6V eff. (148.77V SS) betragen. Damit dies möglich wird muss ihre Betriebsspannung hoch genug sein. Dies ist der Grund für die Wahl dieses Röhrentyps, denn dieser kann mit bis zu 450V betrieben werden. Theoretisch wäre daraus eine SS-Spannung von etwa 280V möglich, sodass wir mit den knapp 150VSS genügend Reserve besitzen.
Rechnen wir nun mal die Stufen 3 - 5 durch, so kommen wir auf eine Leerlaufverstärkung von rund 800 und auf eine tatsächliche Verstärkung von 22. Damit ist eine rund 36 fache Gegenkopplung dieser zwei Stufen vorhanden, welche deren internen Klirr um diesen Faktor verringern. Der Leerlaufklirr könnte bei etwa 3.2% liegen, was letztlich zu einem tatsächlichen Klirr von 0.088% führt.
Und wenn wir von einer Effektiv-Ausgangsspannung von 52.6V an der 5. Stufe ausgehen, so ist die Eingangsspannung an Stufe 3 diese 52.6V : 22 = 2.391V

Rechnen wir weiter nach vorne, so haben wir ja die Katodyn, die wir mit Verstärkung 1 und Klirr 0% annehmen können. Dies ist zwar idealisiert, aber in der Gesammtrechnung belanglos. Nehmen wir die Verstärkung der ersten Stufe mit 65 an und ihren Klirr mit 0.15%, so würde die Eingangsspannung 2.391 : 65 = 36.8mV
Die tatsächliche Eingangsspannung legen wir mal auf 775mV fest. Somit ergibt sich eine Gegenkopplung von 775 : 36.8 = 21.

Jetzt müssen wir noch den Klirr der eigentlichen Endstufe berechnen. Dieser liegt ohne Gegenkopplung bei 3% und durch die Katodengegenkopplung der Endröhren bei 1.29%. Dies ohne die Gegenkopplung vom Ausgang zurück auf Stufe 1.
Wenn wir den totalen Klirr berechnen, so können wir nicht die einzelnen Posten zusammenzählen, sondern müssen eine "quadratische Addition" vornehmen. Das Resultat ist dann 1.292%.
Folglich wird der Klirr mit der Gegenkopplung (total Faktor 48.7 = 33.75dB) 0.062% bei 1kHz. Und der Dämpfungsfaktor dürfte sich in der Grössenordnung von 16 bewegen.

Natürlich werden Klirr und DF an den Bereichsenden schlechter. Dies einmal, weil an der Anode der ersten Stufe durch die 100pF (C2) die Ultraschall-Schwingungen (des Ausgangstrafos) reduziert werden, was letztlich die Verstärkung und damit die Gegenkopplung und schliesslich den DF verringert. Ebenso nimmt in jenen Bereichen der Klirr zu. Dies betrifft vor allem den Bassbereich. Bei extrem tiefen Frequenzen wird der Ausgangstrafo zwangsläufig in die Übersteuerung gebracht. Um dies zu verhindern ist die Grenzfrequenz der Schaltung auf rund 3.5Hz gelegt. Dies ist mehr wie ausreichend tief um den Bass nicht hörbar zu beschneiden, ist andererseits aber auch hoch genug, um extreme Rumpelstörungen zu verhindern, sofern nicht am separaten Vorverstärker die Bässe aufgedreht werden.
Toleriert man bei 20Hz eine Absenkung von 1dB, so kann der erste Koppelkondensator (C1, Gitter der ersten Stufe) von jetzt 47nF auf 15nF verkleinert werden.

Der Ausgangstrafo ist natürlich eine Spezial-Ausführung und in der gezeichneten Schaltung für Lastimpedanzen von 4 und 8 Ohm ausgelegt. Man könnte ihn natürlich auch für zusätzliche 2 Ohm auslegen, sodass sogar extrem kritische Boxen betrieben werden könnten.