Verstärkung Vorstufe berechnen

Ich komme auf V= 7,03125

Ich hab mal rot die Anodenspannung und den Anodenstrom eingetragen und grün den Arbeitswiderstand. Die 470k Rg der nächsten Röhre habe ich dabei nicht berücksichtigt, weil dies auf so einer Grafik keinen rechten Sinn macht (Strichdicke).
Die Gittervorspannung müsste demnach bei rund 6V liegen, nach den Strom- und Widerstandsangaben wäre dies aber bei 5,65V.

Jetzt habe ich blau zwei Punkte bei 2V Ug und bei 10V Ug eingefügt und daraus erst mal die Anodenspannung für diese Punkte ermittelt. Das ergibt rund 100V Ua SS bei 8V Ug SS.
Dies entspricht einer Verstärkung ohne Stromgegenkopplung von 12,5.

Jetzt habe ich die Ströme angeschaut, die bei dieser Aussteuerung entstehen und das sind 3,5mA bis 8mA, also eine Stromänderung von 4,5mA, was ja auch wieder diese rund 100V SS am Ra ergäben.

Die delta Ia von 4,5mA ergeben aber am Rk von 1k eine Spannung von 4,5V. Folglich muss ich die 8V Steuerspannung um diese 4,5V reduzieren, was einem Faktor von 1,7778 entspricht.

Die ganze Rechnung ist also:
V ohne Stromgegenkopplung 12,5, Stromgegenkopplung 1,7778, V= V(oSg) / Sg = 12.5 : 1,7778 = 7,03125

Hi,

Über diesen schon relativ alten Beitrag bin ich erst kürzlich gestolpert. Wegen der grundsätzlichen Bedeutung solcher Beiträge für das Verständnis der Röhrentechnik ist m.E. eine Richtigstellung das Beitrags von Richi dringend geboten.
Seine Berechnung der Verstärkung ohne Stromgegenkopplung ist in Ordnung. Der Schluss aber, dass bei Gegenkopplung der Spannungsabfall an Rk von der Steuerspannung zu subtrahieren ist, ist grundfalsch. Je steiler die Röhre desto geringer die Verstärkung?
Eine doppelt so steile Röhre wie z. B. die ECC88 hätte unter dieser Annahme gar keine Verstärkung mehr!

Die Verhältnisse bei Stromgegenkopplung stellen sich so dar als ob man eine Röhre mit höherem Innenwiderstand und geringerer Steilheit hätte. Die Kennlinien werden linearisiert und verlaufen flacher.
Damit ist das gezeichnete Kennliniendiagramm für die Ableitung der Auswirkungen der Gegenkopplung sowieso nicht geeignet.


Für die ECC82 mit Ri = 7,2k, S = 2,5 ma/V, µ = 17 und Ra = 22k, Rk =1k
ergibt sich folgende Rechnung:

Die Verstärkung ohne GK beträgt bei Trioden nach der bekannten Röhrenformel
V=µ(1/(1+(Ri/Ra))) = 12,8 entsprechend 22 dB;

Mit GK berechnet sich Ri´ zu
Ri´ = Ri * (1+ S * Rk) = 25,2
und V´ zu
V´=µ(1/(1+(Ri´/Ra))) = 7,9 entsprechend 18 dB.

Über das Verhältnis Rk/Ra kann man die Gegenrechnung aufstellen und erhält mit ausreichender Übereinstimmung

V´ = V / (1 + Rk/Ra * V) = 8,1 entsprechend ebenfalls 18 dB.

Moin,

bei der Gegenkopplung wird eine Wechselspannung auf die Katode gegeben.
Diese fällt über Rk ab.
Damit legt sie die Katode entsprechend höher, so dass die Wirkung der Eingangsspannung um genau diesen Betrag erniedrigt wird.

Auch ein nicht überbrückter Katodenwiderstand wirkt so.
Die Signalspannung die über ihn abfällt, legt die Katode wechselspannungsmässig entsprechend höher.

Es geht also um Wechselspannung/strom, nicht Gleichspannung/strom.

Bei steilerer Röhre (bzw. höherer Vestärkung) wird der Gleichspannungsabfall an Rk (und Ra) geringer (Strom sinkt), vorausgesetzt alle Bauteilwerte und Ub bleiben gleich.

Ich hoffe, das ich das richtig verstanden habe.

Rechnen und aus Kennlinien irgendwelche Schlüsse zu ziehen, liegt mir nämlich nicht.

Daher kann ich die Rechnungen nicht genauer nachvollziehen.
(ich kenne nur Uausg/Ueing=Verstärkungsfaktor)



Gruss, Jens

rorenoren schrieb:

Es geht also um Wechselspannung/strom, nicht Gleichspannung/strom.

Moin Jens,

es macht keinen Unterschied ob Gleich- oder Wechselspannung/Strom. Wenn Du allerdings den RK (Strom-GK) einer Röhre mit einem Kondensator überbrückst, dann wird die Wechselspannung, je nach Größe des Kondensators (untere Grenzfrequenz) über den RK kurzgeschlossen und kann nicht mehr als Gegenkopplung (Gegenspannung) wirken. Aber wir reden ja von "Gegenkopplung".

Das der Innenwiderstand bei Strom-GK scheinbar grösser wird und die Steilheit abnimmt und sich dadurch die Röhrenkennlinien etwas verschieben, ist auch klar.

Gruß

Hallo Jens,

habe noch etwas vorbereitet, das die Aussagen von Sidolf unterstützt.
Um mit Deiner letzten Bemerkung anzufangen: die Verstärkung einer Röhre kann über die Spannungsverhältnisse zwischen Arbeitswiderstand Ra und Innenwiderstand der Röhre Ri erklärt werden. Dazu braucht man nur noch das Ohmsche Gesetz: je größer der Widerstand desto größer der Spannungsabfall.
Die „Verstärkung“ beruht nun bekanntlich darauf, dass eine (große) Gleichspannung von der niedrigen Tonfrequenzspannung moduliert wird und an Ra einen (großen) Spannungsabfall hervorruft.
Das wechselspannungsmäßige Ersatzschaltbild zeigt, dass es dabei auf die Widerstandsverhältnisse ankommt.
Der Spannungsteiler besteht ohne Gegenkopplung aus Ri und Ra, bei Stromgegenkopplung aus Ri + µ * Rk + Ra.




Bei Vorstufen ist in der Regel ein Kathodenwiderstand zur Erzeugung der negativen Gittervorspannung vorhanden, der oft von einem Kondensator überbrückt wird.

Bei Anlegen der Betriebsspannung fließt ein Gleichstrom, der sog. Ruhestrom Ia . Er erzeugt am Kathodenwiderstand einen Spannungsabfall. Die Kathode wird dadurch positiver als das Steuergitter. Anders betrachtet ist das Steuergitter negativer gegenüber der Kathode, wirkt also dem Stromfluß entgegen. Über eine entsprechende Dimensionierung von Rk kann also der Ruhestrom und damit der Arbeitspunkt der Röhre beeinflusst werden.

Bei Aussteuerung wird die Gittervorspannung durch die Tonfrequenzspannung einmal mehr, einmal weniger negativ. Das bewirkt, dass Ia im Takt der Tonfrequenz pulsiert.
Bei einer steileren Röhre (µ) sind diese Schwankungen in Relation zur Steuerspannung größer und bewirken einen höheren Spannungsabfall an Ra, damit höhere Verstärkung.

Verhältnisse ohne Gegenkopplung:
Um die volle Verstärkung der Röhre auszunutzen, wird Rk mit einem Kondensator überbrückt. Für die Gleichspannung ändert sich dadurch nichts, die Tonfrequenzspannung umgeht aber Rk (gestrichelte Linie).

Verhältnisse mit Gegenkopplung:
Die Gegenkopplung entsteht nicht dadurch, dass man etwas hinzufügt, sondern dadurch, dass man den Kondensator weglässt. Damit muss die Wechselspannung ebenfalls durch Rk fließen und bewirkt einen Spannungsabfall, der das Verhältnis Ri zu Ra verändert: Ri erhöht sich abhängig von der Verstärkung der Röhre µ um µ * Rk , damit fließt weniger Strom, der Spannungsabfall an Ra und damit die Verstärkung werden reduziert.

Mit dem Nachteil der geringeren Verstärkung erkauft man sich einen besseren Kennlinienverlauf und damit geringere Verzerrungen.

Gruss,
Heinz

Moin,

das Prinzip ist mir vertraut, nur am Rechnen hapert´s.

Der Unterschied in der Betrachtung von Wechsel und Gleichspannung/strom ist so gemeint gewesen:

Im Ruhezustand fällt über RA, Anoden-Katodenstrecke und Katodenwiderstand eine Gleichspannung ab.
Es fliesst ein bestimmter Strom.

Zu diesem Zeitpunkt wird nichts "verstärkt".

Wenn jetzt eine Wechselspannung am Eingang anliegt, fällt über die genannten Teile eine Wechselspannung ab.
Diese ist auf die Gleichspannung "aufmoduliert".

Misst man am Katodenwiderstand eine Wechselspannung von z.B. 1 Volt, so muss man diese vom Einmgangssignal abziehen, da die Eingangsspannung dadurch "hochgelegt" wird.
(bzw. es wird negativer am Gitter, weil die Katode höhere Spannung führt)

Die Eingangsspannung beträgt z.B. 10V, die Katodenwechselspannung 1V, es wirken also nur noch 9V effektiv, der Rest wird durch die Gegenkopplung "vernichtet".
Die z.B. 1V Gleichspannung an der Katode gehen in die Rechnung nicht mit ein.

Beim Zuführen einer Wechselspannung, z.B. aus dem Lautsprecherausgang der Endstufe, muss wiederum die Wechselspannung die über Rk abfällt, von der Eingangsspannung abgezogen werden.
Z.B. 5V über Rk, bleiben von den 10V noch 5.

Damit wird die Verstärkung um so geringer, je mehr Signalspannung am Rk abfällt.
(natürlich gleichphasig zur Eingangsspannung)
Das heisst natürlich nicht, dass eine Röhre mit höherem µ dann weniger verstärken wird.

Dass das bei einer steileren Röhre, also einer mit höherem µ bei ansonsten gleichen Werten eine höhere Spannung ist, ergibt sich automatisch aus der höheren Verstärkung der Röhre.
(die Gleichspannung wird aber geringer sein)

Bei gleicher Beschaltung fliesst z.B. durch eine ECC82 mehr Strom als durch eine ECC83.
Mehr Verstärkung bedeutet auch, dass die negative Gittervorspannung stärkere Wirkung entfaltet, das gilt auch für eine Spannung die durch Gegenkopplung entsteht (kein Rk) oder zugeführt wird.
(keine Mitkopplung, wobei auch die stärker zum Tragen kommt, wenn das µ grösser ist)

Man kann also behaupten, dass man die über Rk abfallende Wechselspannung von der Eingangsspannung abziehen muss.
Bei Gleichspannung passiert dasselbe, nur wird das in einer Verstärkerschaltung (HiFi) normalerweise nicht verlangt.

Man muss natürlich die Spannung die im Ruhezustand schon abfällt von der "Gegenkopplungsspannung" abziehen.
Das ist bei Wechselspannung nicht der Fall, da hier nicht die Gleichspannung gemessen wird, nur das Signal.

Bei unseren 10V Eingangsspannung (DC) und 1V über Rk in Ruhe fallen z.B. 5V insgesamt über Rk ab, wenn der Eingang mit den 10V angesteuert ist.
Man müsste also die 1V von den 5V abziehen, so dass noch 4V übrig bleiben, die man von den 10V abziehen muss.

Die Zahlen sind natürlich weit hergeholt und unrealistisch, aber so kann sogar ich das ausrechnen.

Übersehe ich da etwas, oder ist das Ganze, abgesehen von kleineren Ungenauigkeiten ein Missverständnis?

Gruss, Jens

rorenoren schrieb:

Wenn jetzt eine Wechselspannung am Eingang anliegt, fällt über die genannten Teile eine Wechselspannung ab. Diese ist auf die Gleichspannung "aufmoduliert".

Hallo Jens,

verwechsele nicht die Strom- mit der Spannungsgegenkopplung. Bei der letzteren ist in der Tat nur die Wechselspannung an der GK beteiligt. Hier liegt immer ein für Gleichspannung/Strom nicht überwindbares Bauteil im GK-Zweig. Ein Kondensator und/oder der Ausgangsübertrager.

Bei der Stromgegenkopplung dagegen, fließt immer Strom durch den Gegenkopplungszweig, egal ob Gleich- oder Wechselstrom. Man kann natürlich beide Arten der GK kombinieren.

Gruß

Hallo,

beißt sich die Katze jetzt wieder in den Schwanz?
Natürlich ruft die Wechselspannung bei Gegenkopplung am Kathodenwiderstand einen Spannungsabfall Urk = Ia´ * Rk hervor, um den sich rechnerisch die Eingangsspannung reduziert, wenn man die Röhrendaten ohne Gegenkopplung zu Grunde legen würde.
Aber: gerade diesen Wert Ia´ kennt man ja nicht. Es gibt keine Kennliniendiagramme, die für jeden Wert von Rk den entsprechenden Wert von Ia´ ausweisen.
Der Wert aus den Diagrammen gilt ja für den Gegenkopplungsfall nicht mehr.

Mann kann keine Unbekannte errechnen indem man eine weitere Unbekannte einführt. Was man berechnen kann, ist die Veränderung des Innenwiderstands der Röhre durch Rk .
Wenn man den ermittelt hat, kann man alle weiteren Werte daraus errechnen. Die Rückrechnung über die Reduzierung der Eingangsspannung (mit dem richtigen Wert von Ia) ist dann überflüssig, weil alle Daten ja schon bekannt sind.

Trotzdem zur Kontrolle:
Bei Gegenkopplung haben wir in unserem Fall eine etwa 8-fache Verstärkung. Ein Eingangs-signal von 4 Vrms liefert am Arbeitswiderstand also ca. 32 Vrms. Daraus ergibt sich
Ia = U/Ra = 32/22 = 1,45 [mA].
Der Spannungsabfall an Rk beträgt Urk = 1k * 1,45mA = 1,45 [Vrms].
Die Eingangsspannung reduziert sich auf 4 – 1,45 = 2,55 Vrms.
Wenn ich jetzt mit der ursprünglichen Verstärkung, aber der reduzierten Eingangsspannung rechne, komme ich auf V * 12,8 * 2,55 Vrms = 32,6 Vrms.

Was ich aufzeigen wollte: Man darf nicht mit den falschen Werten rechnen.
Konkret: Ich habe u. a. eine Vorstufe mit der E88CC aufgebaut, gegengekoppelt mit Rk = 1,2k. Wenn ich, wie Richi das gemacht hat, die Daten aus dem Kennliniendiagramm der E88CC von Philips entnehme, komme ich bei einer Eigangsspannungsänderung von 4V auf eine Anodenstromänderung von 4 mA. Nach seiner Rechnung entsteht am Kathodenwiderstand dann ein Spannungsabfall von 4 * 1,2 = 4,8V, den ich von der Eingangsspannung von 4 Volt subtrahieren muss... ???

Hallo Heinz,

natürlich ist auch bei der Stromgegenkopplung die Wechselspannung über RK, sofern nicht kurzgechlossen. mit "beteiligt" und wirksam. Was wollte ich ausdrücken, eine Röhre kann man nicht nur mit Wechsel- sondern auch mit Gleichspannung steuern. Und bei der Stromgegenkopplung über RK ist es wurscht ob die Röhre mit Gleich- oder Wechselspannung gesteuert wird. Die Kennlinie wird linearer.

Gruß

Hallo in die Runde,

erlaubt mir noch eine zusammenfassende Feststellung:

Die Triode ist ein Dreipol, der ähnlich wie ein Transistor in Kathodenbasisschaltung , Gitterbasisschaltung oder Anodenbasisschaltung betrieben werden kann. Die Kathodenbasisschaltung ist allgemein üblich geworden, weil sie die meisten Vorteile besitzt.
M. E. sollte man auch beim Rechnen bei dieser Modellvorstellung bleiben.
Das heißt:
1.Die Kathode bildet die Basis mit Massebezug, über die Kathode kann die Röhre nicht gesteuert werden.
2. Die Steuerung erfolgt (allgemein anerkannt) leistungslos über das Steuergitter.
Leistungslos bedeutet: es fließt kein Gitterstrom (dafür sorgt die negative Gittervorspannung), die Signalquelle wird nicht belastet.

Der Gleichspannungsabfall über den Kathodenwiderstand steuert nichts, sondern sorgt nur für die negative Gittervorspannung, also für einen Potentialunterschied, der Gitterstrom verhindert. -Ug kann bekanntlich z. B. bei Endstufen auch direkt auf das Steuergitter gegeben werden.

Der Wechselspannungsabfall bei Aussteuerung mit Gegenkopplung hat deshalb physikalisch keine Auswirkungen auf das Eingangssignal (das kann man ja auch nachmessen).

Wenn man nun im Gegenkopplungsfall eine Reduzierung der Eingangsspannung annimmt bei unveränderten Röhrendaten, dann ist das ein Rechenexempel, das zwar ein zahlenmäßig richtiges Ergebnis liefern kann, aber die tatsächlichen Verhältnisse auf den Kopf stellt.

Es würde eben bedeuten, dass die Röhre nicht mehr leistungslos gesteuert wird.
Dem Verständnis der tatsächlichen Vorgänge in der Röhre ist es m. E. dienlich, mit einer Modellvorstellung zu arbeiten, die den tatsächlichen Verhältnissen auch entspricht.

Gruss

Heinz

Hallo Heinz,

HAD41 schrieb:

Die Kathode bildet die Basis mit Massebezug, über die Kathode kann die Röhre nicht gesteuert werden.

Eine Röhre kann auch über die Katode gesteuert werden.

HAD41 schrieb:

Der Gleichspannungsabfall über den Kathodenwiderstand steuert nichts, sondern sorgt nur für die negative Gittervorspannung, also für einen Potentialunterschied, der Gitterstrom verhindert. -Ug kann bekanntlich z. B. bei Endstufen auch direkt auf das Steuergitter gegeben werden.

Natürlich trägt der Gleichspannungsabfall über RK auch zur Strom-KG bei. Die Röhre kann am G1 auch mit Gleichspannung gesteuert werden. Im RK wird ein zusätzlicher Spannungsabfall/Anstieg ausgelöst.

HAD41 schrieb:

Der Wechselspannungsabfall bei Aussteuerung mit Gegenkopplung hat deshalb physikalisch keine Auswirkungen auf das Eingangssignal (das kann man ja auch nachmessen).

Stimmt, das Eingangssignal wird durch die Stromgegenkopplung nicht verändert, wohl aber die wirksame Steuerspannung zwischen Katode und Gitter. Die Steuerspannung ist nun mal das Eingangssignal plus/minus der Gegenspannung durch die Strom-GK.

HAD41 schrieb:

Die Steuerung erfolgt (allgemein anerkannt) leistungslos über das Steuergitter. Leistungslos bedeutet: es fließt kein Gitterstrom (dafür sorgt die negative Gittervorspannung), die Signalquelle wird nicht belastet.

Na, na so leistungslos ist die Stuerung nun auch wieder nicht. Man darf den Gitterableitwiderstand und die Schaltungskapazitäten (Kabel, Röhre usw) nicht vergessen und diese Parameter belasten, je nach Innenwiderstand der Signalquelle diese schon.

Gruß

Hallo Sidolf,

Du hast übersehen, dass ich in meinem zweiten Satz von der Kathodenbasisschaltung spreche. Wie soll da die Kathode steuernd wirken?

Stimmt, das Eingangssignal wird durch die Stromgegenkopplung nicht verändert, wohl aber die wirksame Steuerspannung zwischen Katode und Gitter. Die Steuerspannung ist nun mal das Eingangssignal plus/minus der Gegenspannung durch die Strom-GK.

Eben nicht: Die Steuerspannung wird nicht verändert, aber der Anodenstrom durch den Anstieg des Innenwiderstands (bei der ECC82 im Beispiel von 7,2k auf 25,2k) stark verringert.
Dadurch wird die Wirkung der Steuerspannung entsprechend reduziert, wie ich schon ausgeführt hatte.

Ich weiss auch, dass die Signalquelle durch den Verstärkereingang geringfügig belastet wird. Das spielt sich aber im Millivoltbereich ab und ist für die grundsätzliche Überlegung unerheblich.

Vor allem aber m. E. kein konstruktiver Beitrag zur Sachdiskussion.
Oder wollen wir jetzt Erbsen zählen?

Was ich ausschließlich darstellen wollte: Man kann mit delta Ia aus dem Kennliniendiagram nicht die Verhältnisse bei einer in sich gegengekoppelten Röhrenverstärkerstufe beschreiben.
Damit wollte ich Cpt_Chaos1978 rehabilitieren, dem ein anerkannter Experte das richtige Ergebnis kaputtgerechnet hatte.


Gruss
Heinz

Hallo Heinz,

ich will hier bestimmt keine Erbsen zählen. Deinen Hinweis „Katodenbasisschaltung“ habe ich tatsächlich übersehen. Sorry!

Die Kennliniendiagramme können sich natürlich nur auf eine Röhre „ohne“ Gegenkopplung beziehen. In unserer Diskussion geht es doch um die Stromgegenkopplung einer Stufe über den RK? Diese Stromgegenkopplung verkleinert das ΔIa, der Innenwiderstand wird „scheinbar“ größer, die Steilheit kleiner, der Durchgriff bleibt unverändert.

Ich habe mal Deine Angaben nachgerechnet:

ECC82 Ri = 7,2K, S = 2,5 mA/V, µ = 17, Ra = 22K und RK = 1k

Gegenkopplungsfaktor: ß = RK / Ra = 0,045
Verstärkung mit Strom-GK: V‘ = V / 1 + (ß x V) = 9,59

Wo rechne ich hier falsch?
Gruß

Hallo Sidolf,

freut mich , dass wir uns fachlich annähern. Die Erbsenzählerei war nicht böse gemeint, ich wollte nur beim eigentlichen Thema bleiben.
Zur Formel: Du hast richtig gerechnet, nur anstelle des Verstärkungsfaktors V (bei mir 12,8) den Wert 17 für µ eingesetzt.
Wie gut, dass es EXCEL gibt!

Gruss

Heinz

HAD41 schrieb:

Zur Formel: Du hast richtig gerechnet, nur anstelle des Verstärkungsfaktors V (bei mir 12,8) den Wert 17 für µ eingesetzt.

Hallo Heinz,

richtig hier muss ja V eingesetzt werden und nicht µ (1 / D), der ja nur gilt (µ-optimal) wenn Ra nahezu unendlich wäre!

Gruß

Ich lese mal interessiert mit.

Grüße

Herbert