PL504 als Trioden

Es ist nicht selten, dass man P-Röhren recht günstig angeboten bekommt. Dies war einer der Gründe, warum ich mich zu einem Vorschlag mit solchen Röhren "durchgerungen" habe. Und da in einem Datenblatt die Röhre auch als Triode vorgestellt wurde, hab ich die Sache mal durchgerechnet.
Das Problem ist zunächst, dass die PL504 einen recht hohen Strom verträgt und, als Zeilenendröhre auch eine hohe Spannung. Die Anoden-Verlustleistung hält sich aber in Grenzen. Damit ist Klasse A- Betrieb nicht sinnvoll möglich. Daher habe ich mich für Klasse B entschieden. Das bedeutet feste Gittervorspannung und einen deutlichen Klirr bei kleinen Leistungen.
Weil ich aber generell eine Gegenkopplung will, um einerseits Klirr und Intermodulation (durch die gekrümmten Kennlinien) zu reduzieren, andererseits aber auch einen kleinen Ri (und damit einen höheren Dämpfungsfaktor) zu erreichen kann ich mit der Gegenkopplung leben.

Hier die Kennlinienschar. Der Arbeitswiderstand wird (Raa) optimal etwa 4.24k, es ist aber kein Unglück, wenn wir einen um 10% abweichenden Wert verwenden, denn erstens ist die Lastimpedanz schonmal nicht stabil und zweitens haben nicht zuletzt die Röhren eine Datenstreuung. Der rot eingezeichnete Arbeitswiderstand entspricht also einem Raa von 4.24k.
Ersichtlich ist, dass wir den Arbeitspunkt bei 15mA Anodenstrom gesetzt haben bei einer Anodenspannung von 250V und einer Steuergitter-Spannung von -47V.
Vertikal sind die Kreuzungspunkte der Arbeitsgeraden mit den Gitterspannungslinien gezeichnet. Diese bedeuten, dass im Betrieb durch die jeweilige Gitterspannung eine entsprechende Anodenspannung entsteht, dass also die orangen Linien (die einer Gitterspannungsänderung von jeweils 5V entsprechen) eine Anodenspannungsänderung (oder das Ausgangssignal) darstellen. Offensichtlich ist, dass die Abstände nicht gleichmässig sind. Eine gleichmässige Verteilung würde ein Klirr von Null darstellen, der Klirr in unserem Fall ist irgendwo zwischen 3% und 4,2%.
Da wir es mit einer Gegentakt-B-Schaltung zu tun haben, die Kennlinienschar aber nur für eine Röhre (also eine Halbwelle) gezeichnet ist müssen wir uns vorstellen, dass es das Selbe vertikal gespiegelt nochmals gibt und zwar so, dass die beiden 250V Linien übereinander stehen. Und vertikal müssen wir die beiden Grafiken so übereinander legen, dass die Ruheströme von jeweils 15mA auf einer gemeinsamen horizontalen Linie verlaufen.

Die Aussteuerung geht damit von den 250V sowohl nach links (+74V) wie auch nach rechts (+74V der zweiten Röhre). Wir bekommen so einen Spannungshub von total (2* (250 - 74) = 352V Und das Selbe passiert beim Strom. Dieser ändert sich in jeder Röhre um (Maximalstrom von 180mA - 15mA Ruhestrom) 2 * 165mA = 330mA. Dies ergibt rein aus dem Anodenstrom eine Leistung von 14.52W.
In dem Kennlinienfeld ist der Schirmgitterstrom nicht eingezeichnet, dieser wirkt aber im gleichen Sinne wie der Anodenstrom. Wir können mit einem etwa 8% höheren Strom rechnen, also wäre es nicht 330mA sondern rund 356mA. Dies ergäbe eine entsprechend höhere Leistung von etwa 15.7W

Jetzt betrachten wir mal die Schaltung:

Verfolgen wir die Sache mal "verkehrt rum", also vom Ausgang her, so haben wir die beiden Endröhren mit jeweils einem Widerstand an den Anoden und an den Schirmgittern. Die Anodenwiderstände dienen einerseits der Schwing-Dämpfung, andererseits aber auch der Anodenstrom-Messung. An ihnen muss eine Spannung von jeweils 150mV abfallen, was mit den Gittervorspannungs-Reglern von je 50k eingestellt wird. Die ganze Gittervorspannungserzeugung ist im Netzteil eingebettet. Betrieben wird diese Schaltung mit einer negativen Spannung von 70V, die Gitterspannung sollte bei etwa -47V liegen.
Die Schirmgitterwiderstände sind reine Schwingschutzwiderstände, genau wie die 2.2k an den Steuergittern.
Vor den Endröhren (also weiter links) sind zwei Pentoden EF86 als Endröhrentreiber eingesetzt. Ich habe hier bewusst Pentoden verwendet, weil diese letztlich eine höhere Aussteuerung erlauben gegenüber Trioden. Da wir es bei den Endröhren mit rund 50V Gittervorspannung zu tun haben ist eine Ansteuerspannung von 100V SS nichts ungewöhnliches. Da machen Pentoden schon Sinn und auch die Tatsache, dass wir diese mit einer Speisung von 380V betreiben. Damit vernünftige Arbeitspunkte möglich werden und die Pentoden-Vorteile auch genutzt werden können sind etwas höhere Ströme angestrebt. Das hat zur Folge, dass wir mit Arbeitswiderständen von 100k und Schirmgitterwiderständen von 390k arbeiten.

Das "obere" Steuergitter wird von der Vorstufe angesteuert, das untere liegt an Masse. Die Phasendrehung zwischen den zwei Anoden kommt dadurch zustande, dass die beiden Katoden direkt verbunden sind und der hohe Katodenwiderstand (10k) beinahe als "Konstantstromquelle" betrachtet werden kann. Damit dies verlustfrei funktioniert macht es Sinn, diesen Katodenwiderstand nicht gegen Masse sondern gegen eine Minusspannung zu führen. Und da wir ja ohnehin eine negative Spannung von 70V für die Gittervorspannung zur Verfügung haben, können wir diese auch gleich für die Phasenkehr-Schaltung ausnützen.

Die Eingänge der beiden EF86 liegen einmal an Masse und einmal an der Vorröhre ECC82. Diese liefert die noch fehlende Verstärkung. Die Eingangsspannung des Verstärkers ist auf 775mV eff. berechnet, was einer SS-Spannung von 2.193V entspricht. Die zu hohe Verstärkung wird durch die Gegenkopplung ausgeglichen.
Rechne ich die Sache mal durch, so bekomme ich wie erwähnt an den Endröhren-Gittern eine Spannung von rund 100V SS, folglich auch an den Anoden der EF86. Die Verstärkung der EF86 beläuft sich (im theoretischen Leerlauf) auf 124. Dadurch dass nur ein Röhrengitter angesteuert wird entsteht an der gemeinsamen Katode eine Spannung, welche der halben Gitterspannung entspricht. Damit wird die zweite Pentode von dieser gemeinsamen Katodenspannung angesteuert, mit dem Effekt, dass wir an den Anoden ein gleich grosses Gegentaktsingnal bekommen, dass aber (durch die Katodenspannung in Höhe der halben Gitter-Steuerspannung) die Verstärkung halbliert wird. Folglich wird die Gitterspannung an der angesteuerten EF86 (100/62 =) etwa 1.6V SS sein.
Wie erwähnt ist die angestrebte Eingangsspannung 0.775V eff. entsprechend 2.193V SS. Möchten wir keine Gegenkopplung, so würde eigentlich die Verstärkung der EF86 schon ausreichen, denn wir haben am Verstärkereingang die eben erwähnten 2.193V, brauchen am Gitter der EF86 aber nur 1.6V.
Um den Klirr in vernünftige Grössen zu bringen (und den Dämpfungsfaktor zu verbessern) ist aber eine Gegenkopplung sinnvoll. Daher die Vorstufenröhre ECC82. Diese liefert eine Verstärkung von 15 und damit ist die Verstärkung um den Faktor {(2.193/1.6)*15 =} 21 zu gross, was mit der Gegenkopplung reduziert werden muss.
Also müssen wir die Gegenkopplung berechnen.
Wir haben gesehen, dass die Gitterspannung der EF86 1.6VSS sein muss. Und wir haben ebenfalls gesehen, dass die Verstärkung der ECC82 rund 15 ist. Also wäre die Gitter-Katodenspannung der ECC82 (die eigentliche Steuerspannung dieser Röhre) gut 0.1VSS Die Eingangsspannung beträgt aber rund 2.2VSS. Also muss Uk der ECC82 2.2V minus 0.1V sein. Die Katodenspannung müsste folglich durch die Gegenkopplung auf rund 2.1V gebracht werden.
Dabei ist diese Spannung am 120 Ohm Widerstand zu messen, welcher in Serie zu den beiden (überbrückten) 2.2k an der Katode der ECC82 liegt. Wir haben folglich an diesem entscheidenden Widerstand einen Strom von (2.1V / 120 Ohm =)17.5mA SS.
Am Verstärkerausgang haben wir eine Spannung von 31VSS, abzüglich der 2.1V am 120 Ohm Widerstand, macht eine Spannung von 28.9V an den Gegenkopplungswiderständen. Diese werden folglich (total) 28.9V / 17.5mA = 1.65k gross. Ich habe sie aufgeteilt in 1.5k und 150 Ohm, wobei parallel zu den 1.5k ein Kondensator von 1n eingesetzt wird, der die Höhen (ausserhalb des Nutzbereichs) bedämpft und damit die Schwingneigung, aber auch den TIM-Klirr deutlich reduziert.
Mit dieser Schaltungsberechnung erwarte ich einen Klirr des Verstärkers von 0.2% bei einer Leistung von 15W und einen Dämpfungsfaktor von rund 120, was für eine Röhre ein ausserordentlich hoher Wert ist. Der Frequenzbereich rein aus der Schaltung beträgt 2.37Hz bis 100kHz -3dB. Was letztlich realisiert werden kann hängt vom Ausgangstrafo ab und da erwarte ich mir das, was Ritter vorgibt, nämlich 13Hz bis 30kHz -0.1dB bei 15W (Trafos RTP015.40/8SQ von Ritter ( http://www.roehrenendstufen.de/ ), Maximalstrom bei der Bestellung angeben!) Im Bereich 20Hz bis 20kHz müssten wir folglich mit Abweichungen unter -0.2dB rechnen können.

Das nächste "Kapitel" ist das Netzteil. Wie dem Schaltbild zu entnehmen ist haben wir an den Endröhren eine Betriebsspannung von 250V. Und wenn wir die Kennlinien betrachten, so haben wir einen Spitzenstrom von 180mA (plus Schirmgitterstrom), total also etwa 0.2A. Das ist erstens jeweils der Spitzenstrom, also können wir von einem Effektivstrom von maximal 140mA ausgehen. Und dieser Strom fliesst immer nur in einer Röhre, die andere ist in dem Moment ja stromlos. Für zwei Kanäle rechnen wir folglich mit einer Anodenspannung von 250V und einem Strom von 280mA. Diese Spannung wird durch eine Drossel gesiebt, deren Spannungsabfall zu berücksichtigen ist. Er beträgt rund 17V (60 Ohm).
An den Treiber- und Vorröhren haben wir eine Betriebsspannung von 380V vorgesehen, bei einem Strom von etwa 25mA.
Die ECC82 und EF86 werden mit 6,3V geheizt, der Heizstrom beträgt total 1.3A, die Endröhren sind für Serieheizung ausgelegt, mit jeweils 27V Heizspannung. Sinnvollerweise werden die beiden Röhren eines Kanals in Serie an 54V betrieben, also ergibt dies einen Heizstrom von max. 0.8A
Mit diesen 54V wird gleichzeitig die Gleichspannung für die Gittervorspannung und die Katodenspannung der EF86 erzeugt, daher der etwas höhere Strom.
Der Netztrafo braucht somit eine Wicklung von 190V bei 0.4A (Endröhren), eine Wicklung mit 285V und 40mA (Treiber, Vorröhren), eine Wicklung mit 6.3V und 1.3A (mit Mittelanzapfung) und eine mit 54V und 0.8A. Dies ergibt eine maximale Leistung des Netztrafos von 140VA
Dieser Netztrafo könnte (wie die Ausgangstrafos ca. 135€ / Stück) bei Ritter beschafft werden (Sonderanfertigung, rund 90€)
Als Drossel eignet sich die 62.85 (ca 45€) von Gerd Reinhöfer ( http://www.roehrentechnik.de/ )
Hier noch das Schaltbild des Netzteils:

Katode wird mit und ohne H geschrieben. Früher (alte Rechtschreibung) war das H üblich, mittlerweile setzt sich vermehrt die Schreibweise ohne H durch. Ist aber auch egal.

Zudem 'schwimmen' beide G1 der Treiberröhre gleichstrommäßig a. auf dem gleichen Potential und b. in der Luft,

Beide Gitter liegen auf dem selben Potential, das ist richtig, aber sie hängen nicht in der Luft, sondern liegen an der Anode der EF86!

Weiter schau Dir diese Seite an, besonders die zweite:
http://frank.pocnet.net/sheets/010/e/EF86.pdf
Da siehst Du die EF86 mit Ub 400V, Ik 3,2mA und Ra 100k. Das ist vergleichbar meiner Schaltung mit einer Ub von 380V. Durch die tiefere Ub verschieben sich Ug2 und damit der Arbeitspunkt etwas. Das ändert aber nichts daran, dass die Schaltung so funktioniert. Du kannst ja das Ganze mal durchrechnen.

Als Buu-Mann bezeichne ich Dich nicht, warum auch!
Aber ich erwarte, dass Du durch Nachrechnen den Fehler, den Du zu sehen glaubst auch wirklich nachweisen kannst.
Wenn dem nicht so ist und Du aus dem Bauchgefühl und den Verhältnissen bei anderen Schaltungen einfach Bauteilwerte übernimmst, ohne konkrete Rechnungen anzustellen bezw. davon ausgehst, dass bei anderen Bauteilwerten etwas nicht stimmen kann, ohne die Sache durchgerechnet zu haben, so sprecher ich Dir die technische Sachkenntnis ab. Schon Deine Antwort im vorherigen Beitrag:

Die Spannung am Kathodenwiderstand (is doch der 10k nach -70V hin) wird sich nicht ändern, weil der maximale Strom, der 'von oben kommt' viel zu klein ist, um da eine Spannungsänderung hervorzurufen. Sie wird also - entsprechend den zwei Dioden - immer -1,4V sein.

belegt Dein Unwissen. Eine negative Spannung an derKatode entspräche einer positiven Gitterspannung. Und bei +1.4V des Gitters gegen die Katode müsste ja ein riesen Strom fliessen, der die Katode positiv werden liesse. Die Katodenspannung ist also nicht -1.4V, sondern +3.4V und damit sperren die Dioden und haben somit keinerlei Wirkung. Diese tritt erst in Kraft, wenn die Röhren nicht geheizt wären...

Klar, man kann nicht alles wissen. Aber es wäre z.B. nicht schlecht, sich durch Lesen mit der Materie etwas vertraut zu machen. Dann könnte Dir sowas nicht mehr passieren.