PP- Schaltungskonzept nach Melvin Leibowitz

Hallo,

das ist ein Verstärker mit Phasenumkehrung in der Endstufe. Das wurde in Deutschland auch gebaut, um Mittelsuper auf Großsuper mit Gegentaktendstufe zu prügeln, eine eher suboptimale Idee.
Zudem liegt die Betriebsart fest: A.

MfG
DB

Hallo und Tach zusammen,
hi DB!

Danke für die schnelle Antwort. Wie schlecht ist die "suboptimale" Lösung letztendlich einzustufen?
Ich bin unter anderem auch auf einen Beitrag hier im Forum gestoßen, siehe hier. Das ehemalige Forenmitglied richi44 schlägt hier ab Beitrag Nr. 6 eine sehr ähnliche Variante vor, ohne sich allerdings negativ darüber zu äußern. Ist dieses Teil weniger suboptimal?
Außerdem eine andere Frage: richi sagte zu seinem Entwurf:

Der gezeichnete Verstärker ist eigentlich für CDP gedacht

Was meinte er mit CDP? Habe zu dem Thema nichts gefunden.

Grüße,

Michael

Hallo Tucca,

mit CDP meinte richi44 bestimmt CD-Player. Die bringen eine Menge Pegel.
Die Phasenumkehrung in der Endstufe ist so ziemlich die unökonomischste Sache, die man sich vorstellen kann. 6W aus zwei EL84 ist nun absolut nicht der Renner.

Wie gesagt, sowas wurde gemacht, um Großsuper an den Haaren herbeizuziehen und draufschreiben zu können "Gegentaktverstärker". Es gibt lohnendere Schaltungen mit separater Phasenumkehrstufe.

MfG
DB

Hallo und Tach zusammen,
hi DB!

Es mag ja richtig sein, daß ein solches Konzept nicht das ökonomischste ist. Wenn ich solchen Gesichtspunkten gerecht werden wollte, würde ich am besten gar nicht über den Bau eines Röhrenverstärkers nachdenken. Zu der Leistungsangabe eine Anmerkung: Im Leibowitz- Aufsatz heißt es:

The output power is just over 6 watts before the scope shows any noticeable distortion.

Es geht also noch ein wenig mehr als die angegebenen 6 Watt, allerdings nur mit erhöhten Verzerrungen.
Mir ging es nie um den Nachbau des Leibowitz. Ich habe darüber nachgedacht, dieses Konzept mit leichten Modifikationen (LM317 als Konstantstromquelle) auf eine kleine Triodenschaltung mit drei Doppeltrioden zu übertragen. Ein minimalistisches Verstärkerkonzept mit geringem Bauteileeinsatz war mein Ziel. Nach meinem derzeitigen Informationsstand macht der Einsatz des LM317 aber nur in Verbindung mit Pentoden Sinn, für Trioden müsste ein anderer Regler mit wesentlich aufwändigerer Beschaltung her. Meine Hoffnung war, hier ein paar weiterführende Anregungen zu bekommen, deshalb Eingangs meine Frage, ob hier jemand Erfahrung mit so etwas hat.
Letztendlich bin ich zu dem Schluss gekommen, daß eine klassische Beschaltung für die Phasenumkehr in Kombination mit einer PP- Triodenendstufe mehr Sinn macht und der Einsatz einer zusätzlichen, zweiten Doppeltriode als Treiber bzw. Phasenumkehr wohl der bessere Weg ist.

Grüße,

Michael

Servus Michael,

Tucca schrieb:

Ich habe darüber nachgedacht, dieses Konzept mit leichten Modifikationen (LM317 als Konstantstromquelle) auf eine kleine Triodenschaltung mit drei Doppeltrioden zu übertragen. Ein minimalistisches Verstärkerkonzept mit geringem Bauteileeinsatz war mein Ziel

Vor allen Dingen muß die Stromquelle mindestens über den gesamten Audiofrequenzbereich ihren hohen differentiellen Innenwiderstand ohne allzu großen Abfall behalten - d.h. sie muß in dieser Schaltungsart schnell sein. Nur damit kann sie auch bei schnellen Belastungsänderungen einen unter allen Umständen konstanten Strom liefern - und nur dann funktioniert die Stromaufteilung zwischen den beiden Endröhren bei dieser Schaltung zufriedenstellend. Ob ein als Konstantstromquelle beschalteter LM317 das hinbringt? Ich weiß es, ehrlich gesagt, ad hoc nicht, weil für mich dieser Regler immer in Netzteilen vorkommt, wo er 100[Hz] Netzbrumm ausregeln muß. Möglicherweise kommt man hier um den Entwurf eines "echten" Wilson-Stromspiegels oder etwas ähnlichem in der Art nicht herum. Der LM317 ist nun mal als Spannungsregler entworfen worden und wird erst durch schaltungstechnische "Tricks" zum Stromregler gemacht. Und wenn eine Stromquelle in dieser Schaltungsart nicht sauber funktioniert, dann geht sie voll in das klangliche Ergebnis ein - dann ist es nichts mehr mit "nur Röhren im Signalweg bestimmen den Klang".

Nach meinem derzeitigen Informationsstand macht der Einsatz des LM317 aber nur in Verbindung mit Pentoden Sinn, für Trioden müsste ein anderer Regler mit wesentlich aufwändigerer Beschaltung her

Diese Aussage würde in die Richtung meiner oben aufgeführten Bedenken bezüglich ausreichender Geschwindigkeit gehen. Bei einer idealen Stromquelle sollte es im gesamten Nutzfrequenzbereich völlig wurscht sein, ob da Trioden oder Pentoden dranhängen, da sie ja theoretisch einen unendlich hohen Innenwiderstand hat und deswegen auf den Innenwiderstand ihrer Last überhaupt nicht mit einer Stromänderung reagiert.

Grüße

Herbert

Hallo Herbert,

wie schon weiter oben angemerkt,hier die Schaltung mit Integration des LM317. Hier werden auch diverse Varianten mit anderen Endröhren vorgestellt. Das ganze scheint wohl recht stimmige Ergebnisse zu liefern, wenn man dem Autor Glauben schenken kann. Aber vielleicht handelt es sich auch nur um geschickt gemachte Werbung, da die Schaltungen auch als Bausatz erworben werden können.
Die Probleme, die der LM317 im Betrieb mit Trioden macht, werden hier dargestellt. Wenn ich das richtig verstanden habe, sind die Schwankungen der Kathodenspannung das Problem. Bei Pentoden sind es nur ca. 20% um den Arbeitspunkt zur Vollaussteuerung, bei einer Triode hingegen 100%. Das würde bedeuten, daß man beim Einsatz des LM317 die Triodenendstufe nicht voll aussteuern könnte bzw. sehr hohe Verzerrungen in Kauf nehmen muss.

Grüße,

Michael

Servus Michael,

der Verfasser in: http://www.siteswith...amp/Compact_amp.html erwähnt es bereits, daß der (endliche) Innenwiderstand der von ihm verwendeten Konstantstromquellen in seine Ergebnisse mit eingeht. Er rät von Cascode-Schaltungen ab, weil da der Spannungsabfall an der Stromquelle schon größer als 7[V] wäre. Und der wesentlich größere Kathodenspannungshub bei Trioden im Vergleich zu Pentoden macht ihm auch Probleme. Nun, es ist zunächst einmal Kennzeichen einer Stromquelle, daß sie (theoretisch) mit jedem beliebigen Ausgangsspannungshub ("voltage compliance") an ihrem Ausgang fertigwerden und trotzdem den vorgesehenen Strom konstanthalten muß. Daß dem in der Praxis sehr irdische Grenzen entgegenstehen, steht auf einem anderen Blatt. Die Konstantstromquellen des Autors sind aufgrund der umfangreichen Schutzbeschaltung (die sich sicher auch negativ auf das Stromquellenverhalten an sich auswirkt) auch nur noch auf den zweiten Blick halbwegs als solche zu erkennen.

Wenn ich sowas aufziehen würde, dann würde ich mich - wenn ich keine zusätzliche negative Betriebsspannung zur Verfügung habe - bei der Konstantstromquelle von MOSFETS verabschieden (wir entwickeln ja schließlich keine ICs) und zu Bipolartransistoren greifen (dann bleibt bei vernünftiger Schaltungstechnik auch weniger Spannung über den Stromquellentransistoren stehen). Videoendtranssistoren vom Schlage eines BF471 oder MJE340 fallen mir da spontan ein. Die Dinger vertragen zwischen Kollektor und Emitter 300[V] und können mehr als 100[mA] Kollektorstrom (MJE340; der BF471 verträgt deutlich weniger) - an denen bleibt bei einer Stromquelle deutlich weniger Spannung stehen als an MOSFETs. Und Videoendtransistoren sind für Leid, das ihnen angetan wird, entwickelt worden: Schließlich hängen sie direkt an Bildröhrenelektroden und sollten nicht jeden Überschlag in der Bildröhre gleich mit ihrem Ableben quittieren.

Und dann würde ich auf einen klassischen erweiteren Wilson Stromspiegel nach folgendem Muster zurückgreifen (der Wilson Stromspiegel weist gegenüber dem Kaskode-Stromspiegel einen höheren Ausgangswiderstand auf, was hier sehr erwünscht ist):



Zur Schaltungsbeschreibung dessen, was da oben zu sehen ist (dies ist ein Beispiel für eine A-Gegentakt-Endstufe nach Melvin Leibowitz mit 2 * EL84 mit einem Kathodenstrom von 36[mA] je Endröhre):

• Von der Schaltung her handelt es sich um einen erweiterten Wilson-Stromspiegel, der gegenüber dem klassischen 3-Transistor Wilson-Stromspiegel eine bessere Linearität aufweist.
  
• Stromspiegel heißt in diesem Zusammenhang, daß der über die Widerstände R3 und R4 dem Transistor T3 eingeprägte Strom 1:1 auf den Kollektor des Transistors T4 gespiegelt wird - unabhängig von dessen Kollektorspannung.
  
• Nun kann man natürlich einwenden: Muß das denn sein, daß der volle Kathodenstrom 1:1 auch auf der linken Seite der Schaltung (also T1, T3, R1, R3 und R4) fließen muß? Gibt's da keine irgendwie geartete elektronische "Übersetzung", so daß auf der linken Seite nur weniger Strom fließen muß (und damit weniger Verlustleistung "verbraten" wird)? Antwort: Ja, in diskreter Aufbautechnik (also mit einzelnen Transistoren) muß das sein. Würde man ICs entwerfen, dann gäbe es einen doppelten oder einen vierfachen Transistor (also entsprechend auch einen halben oder einen viertelten Transistor) - aber: einen doppelten oder vierfachen oder halben oder viertelten MJE340 mit genau denselben (entsprechend skalierten) Daten, den gibt es halt einfach nicht.
  
• Damit sind wir bereits bei der Paarungsgenauigkeit von T1...T4: Je genauer die Stromverstärkung (also das "Beta") und die Basis-Emitterspannung (also U(BE)) bei identischen Umgebungsbedingungen (also Schaltung und Temperatur) übereinstimmen, desto besser wird dieser Stromspiegel funktionieren (sprich u.a.: desto höher wird sein Innenwiderstand sein). Es ist also sinnvoll, die Sromverstärkung (Beta oder hfe) sowie die Basis-Emitterspannung (U(BE)) bei gegebenem Kollektorstrom aus einer größeren Menge an Transistoren unter gleichen Meßbedingungen (gleiche Meßgeräteeinstellungen, gleiche Transistorgehäusetemperatur) auszumessen und hieraus eines (oder bei Bedarf mehrere) möglichst gut zusammen passende Transistorquartette zu selektieren. Das sollte auch für einen Hobbyisten finanziell kein Aufwand sein, da ein MJE340 in Einzelstückzahlen EUR 0,20 kostet (bei 100 Stück ist man also mit EUR 20,-- dabei) - es kostet halt einfach etwas Zeit und Mühe.
  
• Kleinere Streuungen in der Paarungsgenauigkeit (speziell zwischen T1 und T2) werden durch die Emitterwiderstände R1 und R2 aufgefangen, die für ihren jeweiligen Transistor eine Stromgegenkopplung darstellen. Je besser die Transistoren T1 und T2 (und in Grenzen auch noch T3 und T4, speziell das Beta sollte allerdings bei allen vier Transistoren so identisch wie möglich sein) gepaart sind, desto kleiner können diese Widerstände werden (sprich: desto kleiner kann die Spannung werden, die an den Emittern von T1 und T2 gegenüber Masse beim nominalen Betriebsstrom noch ansteht).
  
• Die minimale Kollektorspannung an T4 für korrekte Funktion der Stromquelle (also die Kathodenspannung der beiden Endröhren) ist bedeutend kleiner als bei einer MOSFET-Lösung und liegt in der Gegend von ca. +3[V].
  
• Für korrekte Funktion des gesamten Stromspiegels muß die Vorgabespannung (in unserem Beispielfall also die +15[V]) sehr genau stimmen und brummfrei sein - die +15[V] abzüglich der Kollektorspannugn von T3 (ca. +2[V]) bestimmen nämlich über die Summe der Widerstände R3 und R4 den Vorgabestrom des Stromspiegels (und: brummt die Spannung, dann brummt auch der gespiegelte Strom). Ist dies nicht sicherzustellen, dann sind R3 und R4 durch eine 74[mA] Konstantstromquelle zu ersetzen.
  
• Mögliche Brummanteile der +15[V] werden über den Tiefpaß R3 / C1 noch zusätzlich ausgesiebt - besser ist allerdings in jedem Fall eine praktisch brummfreie +15[V] Versorgung - dann braucht man C1 einfach nicht. Außerdem sorgt der Tiefpaß dafür, daß der Kathodenstrom beim Wiedereinschalten in noch heiße Röhren langsam und nicht schlagartig hochfährt.
  
• Warum wird der Einprägestrom nun aus +15[V] gewonnen und nicht aus einer kleineren Spannung (wie z.B. +5[V]) - das würde doch die Verlustleistung an den (dann neu zu dimensionierenden) Widerständen R3 und R4 erheblich senken? Nun, je höher die Spannung der Spannungsquelle, aus welcher der Einprägestrom gewonnen wird, um so weniger gehen Änderungen der Kollektorspannung an T3 in den Einprägestrom ein. Ein Beispiel: Die Kollektorspannung an T3 erhöhe sich von 2.0[V] um 100[mV] - dann sinkt der Spannungsabfall an der Reihenschaltung von R3 und R4 von 13.0[V] auf 12.9[V] und der Einprägestrom sinkt damit von 73.86[mA] auf 73.30[mA] (also um -0.76%). Wäre die Schaltung jetzt für +5[V] dimensioniert (und hätte die Reihenschaltung von R3 und R4 damit 40.6[Ohm]) dann würde der Einprägestrom von 73.89[mA] bei einem Spannungsanstieg am Kollektor von T3 um 100[mV] auf 71.43[mA] (also um -3.3%) absinken.
  
• Die Transistoren T1 bis T4 müssen - damit diese Schaltung optimal funktioniert - alle dieselbe Chiptemperatur haben. Sprich: sie gehören alle auf denselben Kühlkörper (speziell T1 und T2 sollten thermisch sehr gut gekoppelt sein).
  
• D1 und D2 dienen nur dem Schutz von T4 im Fall von Spannungsspitzen - deswegen auch das Schutzpotential von ca. +100[V] (das an der Kathode einer EL84 kaum je auftritt) und das trotzdem nur ca. 1/3 der maximalen U(CE) des MJE340 ist. Die Summenparasitärkapazität der beiden Dioden (ca. 20[pF]) fällt auch bei höheren Frequenzen kaum in's Gewicht und verändert den Innenwiderstand der Stromquelle auch bei 20[kHz] nicht wesentlich in's Negative (X(C) von 20[pF] bei 20[kHz] = ca. 398[kOhm]).
  

Die prinzipielle Stromspiegelschaltung mit den MJE340 ist seit Jahren erprobt - die wird in der Firma, in der ich arbeite, für die Treiberstufen diskret aufgebauter Leistungsoperationsverstärker mit MOSFET-Endstufen eingesetzt, die mit +/-300[V] Versorgungsspannung betrieben werden und eine Dauerausgangsleistung von mehreren hundert Watt bei mehreren zehn Kilohertz Leistungsbandbreite erbringen, um den +/- 15[V] Analogpegel der Vorstufen auf den ca. +/-300[V] Pegel der Endstufenansteuerung "hochzuhieven" - da gab's all die Jahre noch keine Probleme damit.

Dieser Stromspiegel weist inklusive Überspannungsschutz für T4 und Brummsiebung / Sanftanlauf 11 Bauteile (gegenüber 17 Bauteilen der verlinkten Stromquelle) auf, hat thermisch ein besseres Verhalten als die verlinkte Stromquelle, hat einen geringeren Spannungsabfall als die verlinkte Stromquelle und damit eine bessere "Voltage Compliance" als die verlinkte Stromquelle. Nachteile dieses Stromspiegels: Braucht zusätzlich eine +15[V] Versorgung (die ist aber häufig sowieso schon für irgendwelche Steuerungsdinge in Verstärkern vorhanden oder vorgesehen) und erzeugt zusätzlich ca. 1.1[W] Verlustleistung (im wesentlichen an zwei Widerständen) durch den Einprägestrom.

Grüße

Herbert

Morgen Herbert,



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Grüße,

Michael