Push-Pull Klasse AB Berechnungsthread

Eine wirklich vollständige Berechnung einer Gegentakt-Endstufe habe ich bislang auch nirgendwo gefunden. In diversen Beiträgen wird gerne die Standardschaltung aus ECC83 und EL84 durchgerechnet mit dem Hinweis, daß es in Gegentakt "so ähnlich" ist. Auch in der Beschreibung kommerzieller Schaltungen wie z.B. von Haas wird nicht viel gerechnet - man läßt sich halt nicht gerne in die Karten schauen. Natürlich kann man Standard-Schaltungen auch selbst nachrechnen, der Dynavox wäre z.B. ein dankbares Opfer. In dem Zusammenhang könnte man dann auch das leidige Thema "optimaler Ruhestrom" mit abdecken und diesen grafisch und rechnerisch ableiten.

Das Problem dabei ist: Es ist etwas müßig und aufwendig und bringt außer einem Lerneffekt keine neuen Erkenntnisse. Natürlich kann man auch versuchen, eine Gegentaktendstufe von grund auf neu zu rechnen. Das Problem ist nur: Die Ergebnisse sind seit über 50 Jahren schon bekannt. Es ist kein Zufall, daß sich die Schaltungen so ähneln und sich die Arbeitspunkte meist kaum unterscheiden. Gerade bei Standard-Röhren (z.B. EL34) würde ich nicht mit einer bahnbrechenden neuen Schaltung rechnen.

Ansonsten gibt es bei http://www.radau5.ch Grundlagenliteratur aus den 30gern bis 70gern als .pdf in deutsch und englisch bis zum abwinken. Empfehlenswert sind auch:
Otto Diciol - Röhren-NF-Verstärker Praktikum (zwar etwas altmodisch, aber lehrreich)
Morgan Jones - Valve Amplifiers (englisch, aber sehr verständlich geschrieben, das moderne Standardwerk zum Thema schlechthin).

kleppers schrieb:

Hi Leute! Ich habe schon einige Röhrenverstärker gebaut, meist aber nur Nachbauten die ich modifiziert habe. Berechnungen habe ich dabei nie durchgeführt oder meist nur überschlagen. Transistorendstufen habe ich schon dimensioniert, d.h. berechnet, und aufgebaut. Jetzt habe ich begonnen mir ein wenig "Berechnungswissen" anzueignen um mal eine AB-Gegentaktendstufe in Röhrentechnik auszurechnen und aufzubauen. Es ist leider sehr schwehr in dieser Richtung was zu finden und um alle Sachen selbst herzuleiten fehlt mir die Zeit. Deswegen wollte ich hier mal nachfragen wo man da interessante Sachen herbekommt oder ob jemanden helfen kann. Folgende Bücher habe ich schon durchwälzt: Verstärker in Röhrentechnik Theorie und Praxis des Röhrenverstärkers Röhrentechnik ganz modrn Der Hifi-Röhrenverstärker zzgl. diverse Ausführen in sontigen Büchern und im Internet Denke mal das es auch für andere interessant ist, evtl. können wir ja hier einen Berechnungsthread ausführen.

Hallo kleppers,

was ist ein Berechnungsthread?

Zum Thema. Sehr anschaulich schildert Otto Diciol anhand der Ug-Ia-Kennlinie einer EL84 die Berechnung einer Klasse-AB-Stufe in seinem Buch "Niederfrequenzverstärker-Praktikum", 1959, Franzis-Verlag, und zwar auf den Seiten 83-87. Das Buch erschien inzwischen als Reprint, wiederum im Franzis-Verlag.

MfG Kurt

Erstmal könnte ich wieder auf meinen Beitrag (den Zucker ins Netz als PDF stellte) verweisen: http://files.hifi-fo...k/Roehrentechnik.pdf
Da steht schon mal einiges drin. Zweitens sind bei vielen Röhren schon die Daten für Klasse AB vermerkt. Und drittens kannst Du auch hier konkrete Fragen stellen.
Generell gilt, dass Klasse AB nicht nur ein Arbeitspunkt irgendwo auf dem noch halbwegs geraden Teil der Ia/Ug-Kennlinie ist, wie fälschlicherweise oft angenommen, sondern es ist eine dynamische Sache. Bei kleinen Leistungen ist also nicht nur eine "gerade Funktion" gewünscht, sondern ein Arbeitspunkt nahe an Klasse A. Und dieser Arbeitspunkt muss durch einen Kathodenwiderstand gebildet werden.
Sobald nämlich der Verstärker ausgesteuert wird und der Arbeitspunkt etwas unterhalb der Mitte liegt, nimmt die Gittervorspannung durch den höheren Strom zu. Bei voller Aussteuerung liegt er dementsprechend am Punkt, der bei Klasse B fest vorgegeben wird. Eine Berechnung ist möglich, aber nicht ganz einfach. Das müsste man mal gesondert betrachten und wäre eine Ergänzung meines verlinkten Röhrentechnik-Beitrages. Dafür fehlt mir im Augenblick die Zeit.

Arbeitspunkteinstellung und sonstiges sind eigentlich klar. Mir SELBST geht es Hauptsächlich darum wie es sich verhält wenn man Röhren parallel schaltet und wie ich bei Röhren vorgehe um eine gewisse Leistung x am Ende zu erhalten.

Explizit ist z.B. in dem Datenblatt der EL34 eine Schaltung mit 100W angegeben aber mit 800V. Ist es möglich jetzt mit einer niedrigeren Spannung und dafür mit 3 Röhren parallel o.ä. gleiches zu erreichen? Wie berücksichtige ich so etwas?
Nehme ich einfach in der Berechnung an das sich mein Raa gleichmäßig auf alle drei Röhren aufteilt oder wird das dann komplizierter?...

Ich habe mir für diesen Thread das so gedacht das wir einfach von 100W, einer Betriebsspannung von <400V und einer Lautsprecherimpedanz von 4ohm ausgehen und dann mal eine Berechnung anstellen um die Komponenten grob zu ermitteln. Vorstufen und Signalbearbeitung (bass, höhen, mitten) einfach außer betracht zu lassen, da dieses zu dimensionieren ja "relativ" einfach ist.

Bleiben wir grad mal bei der EL34. Und der Einfachheit halber bleiben wir bei Gegentakt Klasse B.
Da finden sich im Datenblatt folgende Angaben:
Ub 375V, ergibt bei zwei Röhren 44W bei Raa 2,8k und 36W bei Raa 3.8k
Bei Ub 425V sind es 55W bei 3.4k und 45W bei 4k

Angenommen, ich möchte rund 110W.
Da kann ich je drei Röhren parallel schalten und diese an einem Ra von 1,25k betreiben, mit einer Ub von 375V,
oder ich kann zwei Röhrenparallel schalten, mit einem Ra von 1,7k und einer Ub von 425V

Du siehst also, ich habe die einfache Leistung mit zwei oder drei Röhren vervielfacht und dabei den Ra entsprechend durch zwei oder drei geteilt.

Und nur so am Rande: Wenn Du bei Ritter ( http://www.roehrenendstufen.de/ )(nur stellvertretend für andere Hersteller) die Ausgangstrafos betrachtest, gibt es z.B. diesen Trafo
RTP060.20/8/4H
Der ist für eine Leistung von 60W berechnet, mit einem Raa von 2k.
Das ist in Leitung das ungefähr Vierfache des Trafos RTP020.80/8/4H und ein Viertel seines Raa. Die Parallelschaltung ist also gar nichts aussergewöhnliches. Sie ist zumindest bei Röhrenschaltungen in den höheren Leistungsklassen weit verbreitet. So fand man zu guten Röhrenzeiten (50er Jahre) kaum Beschallungsverstärker mit 100W und 2 EL34 (obwohl das geht), sondern meistens mit 4 Röhren.

Technisch führt man dies aber meist als Klasse B aus und regelt für jede Röhre einzeln die Gittervorspannung. Ausserdem ist zu beachten, dass Röhren stärkere Schwingneigung zeigen, wenn ihre Steilheit grösser ist. Wenn man also zwei oder drei Röhren parallel schaltet, nimmt die Steilheit entsprechend zu (bei einer EL34 sind es rund 12mA/V, bei zweien das Doppelte usw.) Es ist daher erforderlich, dass jede Röhre direkt am Steuergitter ihren eigenen Schwingschutzwiderstand von rund 1k hat!

Beachten sollte man aber, dass sich auch die Kapazitäten der Röhren addieren. Wenn man mit Würgen eine Endstufe mit 2 EL34 von einer ECC83 antreiben kann, so wirkt bei drei Röhren die höhere Kapazität und auch der nun nur noch 1/3 so grosse Gitterableitwiderstand (als Last für die ECC83). Damit sinkt einmal die Verstärkung der ECC, andererseits nimmt die maximale Ausgangsspannung deutlich ab und damit steigt der Klirr. Es ist also unerlässlich, für so eine Schaltung mit parallel betriebenen Endröhren einen kräftigeren Treiber vorzusehen.
Die eigentliche End-Ausgangsstufe wird also nicht verändert, sondern nur die Werte angepasst. Aber die Treiberstufe muss schon etwas potenter ausgelegt werden. Dies kann im Extremfall bis zu einer Treiberschaltung mit kleinen Endröhren (EL95) in SRPP-Technik führen.
Für zwei EL34 würde ich die ECC82 einsetzen, für 3 parallele EL34 die 6SN7 und wenn es noch mehr wird, wirklich jeweils zwei EL95 in SRPP.

Hi.

@ Richi
Echt klasse ausgeführt.

Und so einfach ist es auch mit dem paralelschalten.
Das hab ich mir für meinen 4*6N6P verstärker auch so gedacht.

Ich hatte ja einen plan des V mit einer 6N6P

Den Raa durch 4 geteilt. -> Past.
Den strom vervierfacht.

Halt ganz wichtig sind die 1K vor jedem Gitter.

Die nutzbaren Arbeitspunke sind ja vorgegeben.
und mehr als mit wasser kochen geht nicht.

Die SRPP Schaltung versteh ich nicht so richtig.
Die Gegentackt vorstufe hab ich getscheckt und halte sie für einfach und gut.

Na ja mit dem rechnen hab ichs nicht so, ich peil lieber übern daumen.
Meine Röhren sind auch recht gutmütig.

bis bald euer chris.

Okay, hab ich mir anscheinend selbst ein Bein gestellt oder viel zu theoretisch gedacht. Wenn das mit dem Parallelschalten so einfach ist dann erleichtert sich so einiges.

Fasse kurz zusammen:
Ich wende einfach die grafische Methode an um die Röhre ideal auszusteuern und erhalte somit meine nötige Betriebsspannung, Rk (über Gittervorspannung und Iaruhe),
Ra und kann über den max. auftretenden Iamax (bei max. Aussteuerung) meine erreichbare Leistung für ein Röhrenpaar wie folgt errechnen: Pmax=Iw*Iw*Ra
(wobei Iw: (Iamax-Iaruhe)/1,41)
Um dann z.B. die doppelte Leistung zu erhalten nehme ich einfach den halben Ra und zwei Röhrenpaare. Das anpassen der Gitterwiderstände usw. muss dann
natürlich auch noch erfolgen.

Konstruktion der Arbeitsgerade:
Man legt im A/B-Betrieb seinen Ruhepunkt in etwa kurz vor den Knick der Eingangsgerade (Ug/Ia Kennlinie), die maximale Ansteuerung wird so gewählt das es zu keinem
Gitterstrom kommt, d.h. die Steuergitterspannung soll noch <0V sein. Bei A/B sei zu beachten das man zwei Betriebszustände hat. Kleine Aussteuerung A-Betrieb, große
Aussteuerung B-Betrieb. Dieses führt zu einer geknickten Arbeitsgerade im Ua/Ia Kennliniendiagramm. Für A-Betrieb beträgt der Arbeitswiderstand Raa/2 für B-Betrieb
Raa/4. In beiden Betriebszuständen darf die Verlusthyperbel der jeweiligen Röhre auf keinen Fall geschnitten werden. Am besten ausreichend Luft lassen.

Bitte korrigiert mich wenn ich falsch liege .

Mal noch was anderes, und zwar kann man bei einer vorhandenen Schaltung eine Aussage über den Arbeitspunkt treffen indem man die Anodenspannung Ua
und Betriebsspannung Ub vergleicht?
Ua ungefähr gleich Ub -> B
Ua etwas kleiner Ub -> A/B
Ua sehr viel kleiner Ub -> A
Ergibt sich ja eigentlich von selbst, denn durch Ruhestrom und Arbeitswiderstand laufen ja die beiden Spannungen auseinander, d.h. hoher Ruhestrom bedeutet hohen
Abstand also Ua << Ub. Denke mal das ich somit meine Frage von selbst beantwortet habe .

Dann noch eine Frage zu einem idealen Raa für einen Ausgangsübertrager. Sind einem Ausgangsübertrager irgendwelche Grenzen bezüglich Performance gesetzt oder
kann man so gesehen jeglichen Raa realisieren?

Erstens ist es immer einfacher, mit Diagrammen als mit Worten zu operieren.

Konstruktion der Arbeitsgerade: Man legt im A/B-Betrieb seinen Ruhepunkt in etwa kurz vor den Knick der Eingangsgerade (Ug/Ia Kennlinie), die maximale Ansteuerung wird so gewählt das es zu keinem Gitterstrom kommt, d.h. die Steuergitterspannung soll noch <0V sein. Bei A/B sei zu beachten das man zwei Betriebszustände hat. Kleine Aussteuerung A-Betrieb, große Aussteuerung B-Betrieb. Dieses führt zu einer geknickten Arbeitsgerade im Ua/Ia Kennliniendiagramm. Für A-Betrieb beträgt der Arbeitswiderstand Raa/2 für B-Betrieb Raa/4. In beiden Betriebszuständen darf die Verlusthyperbel der jeweiligen Röhre auf keinen Fall geschnitten werden. Am besten ausreichend Luft lassen

Zweitens ist der Punkt kurz vor dem Knick Klasse B und nicht AB.
Nimm als Vergleich mal die Daten der EL84. Da steht für A Eintakt:
Ia zwischen 48mA und 49,5mA, Ig2 zwischen 5,5mA und 10,8mA. Das ergibt eine -Ug (aus Rk von 135 Ohm)7,22V bis 8,14V
Das könnte man auch für die Gegentaktschaltung anwenden, wobei dann Raa entsprechend zu verdoppeln wäre.

Wenn wir nun B Gegentakt betrachten, so haben wir (Ub auch 250V) eine -Ug von 11,6V und damit einen Anodenstrom von 10mA bis 37,5mA.
Und bei AB haben wir (Rest identisch) eine -Ug von 8,97V bis 11,7V aus Rk Gemeinsam von 130 Ohm. Das unterscheidet sich schon deutlich von Klasse B.

Hier mal die Grafik:

Bei Klasse A liegt der Arbeitspunkt genau in der Mitte des geraden Teils, um die höchste Leitung bei kleinstem Klirr zu bekommen.
Bei Klasse B haben wir eine FESTE Vorspannung kurz vor oder bereits in dem Knick. Bei Aussteuerung dieser einen Röhren (also Hälfte der Gegentaktschaltung) bewirkt die positive Halbwelle am Gitter ganz klar einen höheren Strom, die negative Halbwelle kann aber keinen Strom mehr generieren, wodurch der Gesammtstrom zunimmt.
Bei AB haben wir den Arbeitspunkt nur unwesentlich gegen den Knick verschoben, trotzdem kommt es bei einer Aussteuerung zum Anwachsen des Stroms und damit zu einer leichten Vergrösserung der Gittervorspannung (wie dies auch bei Klasse A schon passiert.
Steigt die Aussteuerung aber weiter an, so wird sie in den Knick verlängert (die kürzere der beiden AB-Aussteuerungen), sodass die negative Halbwelle weniger Strom generieren kann (weniger als Null ist ja nicht möglich) und damit steigt der Strom deutlich an. Dies ergibt eine höhere Gittervorspannung und damit eine Vergrösserung des Aussteuerbereichs, bis letztlich bei Vollaussteuerung am Rk die selbe Spannung anfällt wie -Ug bei Klasse B.

(wobei Iw: (Iamax-Iaruhe)/1,41)

I Ruhe interessiert in diesem Zusammenhang nicht, denn wenn die eine Röhre positiv ausgesteuert wird, wird die andere Röhre gesperrt, sodass kein Ruhestrom mehr fliesst.
Diese Rechnung würde nur bei Teillast bei einer reinen Klasse A stimmen.

Wie die ganze Berechnung richtig vorgenommen wird, habe ich in meiner "Röhrentechnik" beschrieben.

Ua ungefähr gleich Ub -> B Ua etwas kleiner Ub -> A/B Ua sehr viel kleiner Ub -> A

Das hängt vom Drahtwiderstand des Ausgangstrafos ab und kann nicht so pauschal gesagt werden. Vergleichbar wäre es allenfalls, wenn man alle Trafos vom gleichen Hersteller hätte, mit identischen Widerständen.
Das Kriterium ist einzig und allein der Arbeitspunkt und für KlasseAB die zwingende Notwendigkeit des Kathodenwiderstandes.

kann man so gesehen jeglichen Raa realisieren?

Der Ra setzt sich aus dem Übersetzungsverhältnis zusammen mit der sekundären Last zusammen, hinzu kommen die Primärinduktivität und allfällige kapazitive und induktive Verluste.
Das bedeutet, dass es leichter ist, niederohmige Raa zu bauen als hochohmige. Es gibt übrigens einen Thread, der sich mit Ausgangstransformern und vor allem mit ihrer Induktivität befasst.

Zweitens ist der Punkt kurz vor dem Knick Klasse B und nicht AB

Mit der Arbeitspunktwahl ist es so eine Sache, da kann man darüber diskutieren ob kurz vor dem Knick
noch A/B oder schon B ist. B liegt vielen Ausführungen zufolge direkt zu Begin des Knickes oder schon
ein kleines Stück im Knick, ich kenne Ausführungen da liegt der Arbeitspunkt im B-Betrieb sogar in der
Mitte des Knickes. Die Vor- und Nachteile und warum und weshalb dürfte ja bekannt sein.
Auf jeden Fall liegt A/B im unteren Teil der Eingangskennlinie zwischen Knick und A Arbeitspunkt, somit
ist kurz vor dem Knick meiner Meinung nach A/B. Inwieweit man kurz nun definiert sei dahin gestellt.

(wobei Iw: (Iamax-Iaruhe)/1,41)

Gut das Iaruhe nicht berücksichtigt werden muss ist klar, denn eigentlich leitet ja die zweite Röhre noch
in diesem Bereich. Somit gebe ich zu das Iaruhe hier falsch ist.

niederohmige Raa zu bauen als hochohmige

Genau so eine Aussage wollte ich hören.

Das mit dem AB-Arbeitspunkt ist tatsächlich so eine Sache. Man berechnet sich die ganze Geschichte am besten so (wie ich es bei der EL84 gezeigt habe), dass man letztlich bei maximaler Aussteuerung einen Punkt bekommt, der Klasse B entspricht. Dann hat man bei kleiner Leistung weitestgehend Klasse A und bei voller Leistung Klasse B.

Wollte man den Arbeitspunkt näher an Klasse B bringen, müsste man die Vorspannungserzeugung aufteilen, ein Teil fix, ein Teil durch Rk.

Wenn man den Punkt per Rk näher an den Knick führt, muss Rk relativ gross werden, um den kleineren Ruhestrom hinzubekommen. Dann liegt aber im voll ausgesteuerten Fall der Arbeitspunkt so tief, dass ein B-Knick nicht mehr vermeidbar ist und selbst mit einer üblichen Gegenkopplung von 20dB nicht mehr genügend beseitigt werden kann.

Das einfachste ist immer noch, die Daten aus den Tabellen zu übernehmen. Wenn man dies nicht will, kann man natürlich die Röhren ausmessen, um die richtigen Werte für diese Exemplare zu bekommen. Oder man verwendet die Kurven und Stromangaben aus der Tabelle und landet damit genau da, wo die Tabelle auch Auskunft über Rk und damit -Ug gibt.

Moin Richi,

richi44 schrieb:

Das einfachste ist immer noch, die Daten aus den Tabellen zu übernehmen. Wenn man dies nicht will, kann man natürlich die Röhren ausmessen, um die richtigen Werte für diese Exemplare zu bekommen. Oder man verwendet die Kurven und Stromangaben aus der Tabelle und landet damit genau da, wo die Tabelle auch Auskunft über Rk und damit -Ug gibt.

Das kann man machen, wenn man so eine Tabelle gegeben hat . Bei EL und KT kein Problem. Wenn man aber z.B. etwas in der Bucht stoebert und sich ein paar russische Senderoehren rauspickt, wird das schon schwierig.


Gruss, Lasse

Wenn es über diese Röhren Unterlagen gibt, kann man diese verwenden und, sofern da keine Kennlinien dabei sind, diese selbst ausmessen. Dazu muss man natürlich über Röhren bescheid wissen.
Wenn es aber gar nichts gibt, dann lässt man die Finger davon, denn man muss zumindest die Grenzdaten kennen, um überhaupt eine Messreihe aufzustellen.
Auch wenn eine Spannung von 1kV noch keine Senderöhre gefährdet, so ist es doch bei einer EL34 oberhalb des Zulässigen. Und so könnte es bei der Senderöhre mit 5kV sein. Ohne diese Grenzdaten würde ich mich nicht mit dem Ding beschäftigen. Und, wenn es keine Daten gibt, ist eine Ersatzröhre meist auch kaum mehr aufzutreiben.