6080 OPV Hybrid Kopfhörerverstärker

Welch Aufwand, um ein paar Milliwatt für ein Kopfhörerlein zu erzeugen. EF80 samt Ausgangsübertrager sollten dafür reichen und sind auch sicherer.
Davon abgesehen: bei der DC-Kopplung stört auch C3. Für die Ansteuerung von V1A wirst Du eine Bootstrapschaltung brauchen, weil deren Katode die Signalwechselspannung führt.


MfG
DB

Servus Jan,

ich habe Deine Schaltung jetzt nur kurz überflogen. Zusätzlich zu den (absolut berechtigten) Kommentaren von DB hätte ich auch noch ein paar: Der Aufwand (auch im Stromversorgungsbereich) ist tatsächlich beträchtlich - aber: es ist ja Hobby, wo nicht alles der stringenten Effizienz untergeordnet werden muß.

Muß das Gerät tatsächlich von vorne bis hinten gleichspannungsgekoppelt sein? Wenn nein (also, wenn am Eingang ein Koppelkondensator zulässig ist), dann kannst Du doch das Nullpotential der Operationsverstärkerversorgung so an eine der (negativen) Röhrenbetriebsspannungen anbinden, daß die Z-Diode etc. ersatzlos entfallen kann. Ohne Z-Diode wäre auch ein nichtlinearer Halbleiter (samt seiner Z-Dioden typischen Rauscherei) im Signalweg weg. Dazu kommt noch, daß (neben der Initialtoleranz der Z-Spannung) Z-Dioden ihren Umkehrpunkt des Temperaturkoeffizienten bei ~ 6.2[V] haben - d.h. eine Z-Diode im 150[V] Gebiet (die es durchaus zu kaufen gibt) kann ein ganz tolles Thermometer sein.

Zu den parallelgeschalteten Systemen der 6SN7 (mit denen Du ja wohl auf die Millerkapazität der 6080 losgehst): Die 6080 hat eine C(ag) von 8.6[pF] und eine C(gk) von 5.5[pF] - und das Ganze bei einem µ von maximal 2,6. Da kommt also allerhöchstens eine Millerkapazität von ca. 22[pF] zusammen - mit einem R von 33[kOhm] würde daraus ein Tiefpaß mit einer -3[dB] Grenzfrequenz von ca. 219[kHz] entstehen - das ist weitgehend irrelevant. Nimmt man C(gk) und 10[pF] Verdrahtungskapazität noch dazu, landet man bei ca. 129[kHz] - immer noch irrelevant.

Beim oberen Röhrensystem der 6080 ist Miller nicht vorhanden (da Kathodenfolger mit wechselspannungsmäßig auf Masse liegender Anode) - und auch die verbleibende Eingangskapazität von ca. 14,1[pF] wirkt nur mit ca. 8,6[pF], da der C(gk)-Anteil durch die Kathodenfolgerbeschaltung dieses 6080er Systems praktisch unwirksam ist (die Kathode folgt ja dem Gitter wechselspannungsmäßig mit einer Verstärkung von ~ 1).

Beim unteren Röhrensystem der 6080 wirkt zwar Miller minimal - aber dieses System wird durch die Kathode der vorgeschalteten 6SN7 so niederohmig angesteuert, daß der dadurch entstehende Tiefpaß überhaupt nicht ins Gewicht fallen sollte.

Kurz: Die Parallelschalterei der beiden (sowieso schon recht niederohmigen) Systeme der 6SN7 halte ich persönlich für überhaupt nicht erforderlich - ein System reicht da völlig aus. Das zweite, nun frei werdende System würde ich persönlich für andere Aufgaben verwenden - z.B. für etwas zusätzliche Verstärkung (die Röhrensektion Deiner Schaltung zeichnet sich nicht gerade durch üppige Verstärkung aus - und wenn der Operationsverstärker den Löwenanteil der Verstärkung bringen muß, wird es auch eher "nach Operationsverstärker klingen"). Mit dieser zusätzlichen Verstärkung könnte man auch den erforderlichen Ausgangsspannungshub des Operationsverstärkers deutlich reduzieren - damit wären wir schon beim nächsten Thema:

Du schreibst etwas von +/-15[V] Ausgangsspannungshub. Welcher Operationsverstärkertyp mit welcher Betriebsspannung schwebt Dir denn da vor? Ich frage das, weil man die allermeisten üblichen Audio-Operationsverstärker, die mit +/-15[V] betrieben werden, an ihrem Ausgang verzerrungsarm allerhöchstens bis zu ca. +/-10[V] aussteuern kann. Das gilt im Prinzip auch für die sogenannten "Rail-to-Rail"-Typen, weil diese Rail-to-Rail Angabe häufig mit allerlei Einschränkungen und Fallstricken versehen ist und eine Aussteuerung bis in die Nähe der Betriebsspannungsschienen schon allein aus klanglichen Gründen keinesfalls wünschenswert ist.

Deine Schaltung verläßt sich bei der Gleichspannungsfreiheit des Ausgangs darauf, daß die Regelschleife rund um den Operationsverstärker jederzeit funktioniert und geschlossen ist. Geht diese Regelschleife auf (z.B. weil der Operationsverstärker an seinem Ausgang in die Sättigung geht), dann taucht am Ausgang von V1A / V1B Gleichspannung auf, die dann durch die recht strompotente 6080 dem Kopfhörer niederohmig zur Verfügung gestellt wird - das kann dann sehr schnell zu einem Grillfest ausarten. Dasselbe gilt übrigens, wenn in Deiner Schaltung (die ja nicht über einen Kondensator am Eingang verfügt) am Eingang - aus welchem Grund auch immer - Gleichspannung anliegt.

Daß das Szenario "Gleichspannung am Ausgang" auch ohne Defekte der Schaltung etc. eintritt, stufe ich übrigens nicht als unwahrscheinlich ein - und zwar während der Anheizphase des Gerätes. Da wird - wegen völlig fehlender Verstärkung des Röhrenteils - der Operationsverstärker sicher für die ersten zehn Sekunden oder so mit völlig gesättigter Ausgangsstufe dastehen.......und dann werden die Röhren langsam warm und versorgen den Schallwandler (zumindest für ein paar Sekunden oder so) mit mehr oder weniger Gleichstrom.......

Bei teureren Schallwandlern am Ausgang erscheint mir deswegen irgendeine Art von Schutzschaltung gegen Gleichspannung am Ausgang kein völlig übertriebener Luxus zu sein.

Grüße

Herbert

Danke für Eure Antworten!

Welch Aufwand, um ein paar Milliwatt für ein Kopfhörerlein zu erzeugen. EF80 samt Ausgangsübertrager sollten dafür reichen und sind auch sicherer.

Das stimmt sicherlich, meine ersten Überlegungen gingen auch in die Richtung. Problem ist das ein Übertrager eine eher geringe Bandbreite hat, legt man das in die Gegenkopplungsschleife eines OPV schwingt die Schaltung sicher. Und nur mit Röhren und "leichter" Gegenkopplung ist kein super niedriger Klirrfaktor zu erreichen. (Ja man hört es bestimmt nicht, der Reiz liegt im Hybrid der bessere technische Daten liefern kann als eine Röhrenschaltung alleine)

Mit Röhren bauen ist wenn man es genau nimmt sowieso immer ein hoher Aufwand.

Davon abgesehen: bei der DC-Kopplung stört auch C3.

Der ist auf jeden Fall notwendig und in der Originalen Schaltung auch vorhanden, nur im Schaltplan fehlt er. (siehe Blockschaltbild)
Die Spannung an dem Punkt ist negativer als an der Kathode, darüber wird der Ruhestrom eingestellt der durch die Endstufe fließen wird. Praktisch eine gesteuerte Stromsenke.

Für die Ansteuerung von V1A wirst Du eine Bootstrapschaltung brauchen, weil deren Katode die Signalwechselspannung führt.

Das ist ja nur ein Kathodenfolger, zwischen Gitter und Kathoden liegt doch immer eine Gleichspannung, keine Wechselspannung. Verstehe ich Dich falsch?

Muß das Gerät tatsächlich von vorne bis hinten gleichspannungsgekoppelt sein? Wenn nein (also, wenn am Eingang ein Koppelkondensator zulässig ist), dann kannst Du doch das Nullpotential der Operationsverstärkerversorgung so an eine der (negativen) Röhrenbetriebsspannungen anbinden, daß die Z-Diode etc. ersatzlos entfallen kann. Ohne Z-Diode wäre auch ein nichtlinearer Halbleiter (samt seiner Z-Dioden typischen Rauscherei) im Signalweg weg.

Das Problem ist das die Ausregelung des Ausgangs auf 0V dann nichtmehr funktioniert. Ich überlege mir mal ob nicht ein zweiter OPV die Spannung am Invertierenden Eingang so vershcieben kann das es am Ausgang immer 0V sind. Einen Koppelkondensator am Eingang gibt es später in jedem Fall.

Zu den parallelgeschalteten Systemen der 6SN7 (mit denen Du ja wohl auf die Millerkapazität der 6080 losgehst): Die 6080 hat eine C(ag) von 8.6[pF] und eine C(gk) von 5.5[pF] - und das Ganze bei einem µ von maximal 2,6. Da kommt also allerhöchstens eine Millerkapazität von ca. 22[pF] zusammen - mit einem R von 33[kOhm] würde daraus ein Tiefpaß mit einer -3[dB] Grenzfrequenz von ca. 219[kHz] entstehen - das ist weitgehend irrelevant. Nimmt man C(gk) und 10[pF] Verdrahtungskapazität noch dazu, landet man bei ca. 129[kHz] - immer noch irrelevant.

Das Problem ist das das alles in der Gegenkopplung eines OPV liegt, selbst bei den "langsamen" (OPA134, NE5534...) fällt die Verstärkung erst bei einigen Mhz unter 1. Dazu kommt das sie so intern kompensiert sind das sie gerade eben bei Verstärkung 1 stabil sind. Bedeutet mit dem Röhren "Buffer" muss man entweder das Signal am Eingang hoch verstärken (wie bei der Jogi Schaltung) oder die Stufe so schnell wie möglich machen sodass es keine große zusätzliche Phasendrehung in der Gegenkopplung gibt. Deshalb ist auch die Verstärkung der 6SN7 so gering, ziel ist 2-4 fache Spannungsverstärkung vor der Endstufe.

Du schreibst etwas von +/-15[V] Ausgangsspannungshub. Welcher Operationsverstärkertyp mit welcher Betriebsspannung schwebt Dir denn da vor? Ich frage das, weil man die allermeisten üblichen Audio-Operationsverstärker, die mit +/-15[V] betrieben werden, an ihrem Ausgang verzerrungsarm allerhöchstens bis zu ca. +/-10[V] aussteuern kann. Das gilt im Prinzip auch für die sogenannten "Rail-to-Rail"-Typen, weil diese Rail-to-Rail Angabe häufig mit allerlei Einschränkungen und Fallstricken versehen ist und eine Aussteuerung bis in die Nähe der Betriebsspannungsschienen schon allein aus klanglichen Gründen keinesfalls wünschenswert ist.

NE5532 oder OPA134, die werden mit +-18V versorgt und schaffen dann etwas mehr als +-15V am Ausgang.

Deine Schaltung verläßt sich bei der Gleichspannungsfreiheit des Ausgangs darauf, daß die Regelschleife rund um den Operationsverstärker jederzeit funktioniert und geschlossen ist. Geht diese Regelschleife auf (z.B. weil der Operationsverstärker an seinem Ausgang in die Sättigung geht), dann taucht am Ausgang von V1A / V1B Gleichspannung auf, die dann durch die recht strompotente 6080 dem Kopfhörer niederohmig zur Verfügung gestellt wird - das kann dann sehr schnell zu einem Grillfest ausarten.

Genau da habe ich auch bedenken, deshalb die Frage wie weit die Ausgansspannung des OPV sich über Alterung der Röhren, Temperatur etc. verändern wird. Der Ausgang wird überwacht, sollte ein Offset anliegen wird der Hörer abgeschaltet.

Daß das Szenario "Gleichspannung am Ausgang" auch ohne Defekte der Schaltung etc. eintritt, stufe ich übrigens nicht als unwahrscheinlich ein - und zwar während der Anheizphase des Gerätes. Da wird - wegen völlig fehlender Verstärkung des Röhrenteils - der Operationsverstärker sicher für die ersten zehn Sekunden oder so mit völlig gesättigter Ausgangsstufe dastehen.......und dann werden die Röhren langsam warm und versorgen den Schallwandler (zumindest für ein paar Sekunden oder so) mit mehr oder weniger Gleichstrom.......

Der Kopfhörer wird erst nach einigen Sekunden eingeschaltet, ich überlege den OPV auch verzögert an die Versorgungsspannung anzuschließen. Schön ist das aber nicht, das stimmt.

Gruß,
Jan

Hallo Jan,

der PCL-805-KHV wird in Jogis-(Nachfolge)forum gerade "zerpflückt" (Klick).

Ich bin ja auch großer Fan des Eigenbaus von Kopfhörerverstärkern mit Röhren. Ich denke man muss abschätzen, welche Impedanzen die angeschlossenen Kopfhörer so aufweisen. Für mittlere Impedanzen (250 bis 600 Ohm) kann man mit OTL sicher Einiges realisieren. Bei 32 Ohm wird das dann IMHO aber ganz schön "heavy", so dass man mit einem Übertrager besser fährt. Allein für die Heizung zweier 6080 braucht man 6,3V@5Ampere (32Watt), das ist nicht wenig für einen Kopfhörerverstärker.

Die Frage, die mich aktuell auch beschäft, ist der Vergleich der ganzen Totem-Pole-Doppeltriodenkonzepte (WCF, SRPP, etc.) in Bezug auf OTL-Kopfhörerverstärker. Auch Deine Doppeltriodenanordnung muss man ja immer im Vergleich zu einem normalen Kathodenfolger sehen, ggf. auch in der Form der Parallelschaltung beider Triodensysteme der 6080.

Ich habe mir mit der 6080 auch mal einen OTL-KHV gebastelt, allerdings mit klassischem Aufbau ... 2x nacheinander Kathodenbasisschaltung (ECF82) & 1x Kathodenfolger mit 6080 (Klick). Dies in Verbindung mit einer sehr starken globalen Gegenkopplung, um den Ausgangswiderstand weiter zu senken, wobei die 6080 mit ca. 300 Ohm schon einen, für Röhrenverhältnisse sehr geringen, ri hat. Die "Kiste" spielt soweit recht gut, ist aber halt etwas groß in den Abmaßen geworden.
Vor Kurzem habe ich auch eine LT-Spice-Simualtion dazu erstellt. 120mW in 600Ohm bei 0,03% THD "sagt" LT-Spice zu der Schaltung.



Die Schaltung funktioniert an mittelhohen Impedanzen recht gut. Für niederohmige KH habe ich eine extra-Buchse mit Vorwiderstand eingebaut. Aber bei 32-Ohm-Last tut sich die 6080 auch mit Vorwiderstand schon recht schwer.

Aktuell bin ich selbst aber wieder zu Übertragern zurückgekehrt, und experimentiere gerade etwas mit kleinen Ringkerntrafos und versuche mich an einer sekundärseitigen Stromkompensation für SE-Betrieb mit Halbleiter-CCS.

Ansonsten sehe ich jetzt an dem oben gezeigten Schaltungsdentwurf nicht so unbedingt die Notwendigkeit des Operationsverstärkers. Wenn man die beiden Systeme der 6SN7 nacheinander benutzt (2x Kathodenbasisschaltung) kann man doch auch eine hinreichend hohe Spannungsverstärkung erzielen, um ganz normal global gegenzukoppeln. Und wenn man nun zwei 6080 einsetzt, kann man auch beide Triodensysteme parallel schalten, was den ri halbiert. Die Variante könnte man IMHO der oben genannten mal gegenüberstellen.

Ich lese hier sehr gern mit, weil ich mich immer freue, wenn Jemand neue Kopfhörerverstärkerkonzepte mit Röhren bastelt.

Viele Grüße
Steffen

PS: Den Auskoppel-C sehe ich eigentlich nicht so kritisch, da hier auch ein Elko eingesetzt werden kann. Ich würde dennoch den Ausgang in jedem Fall absichern (mind. Supressordiode + Sicherung), immerhin "hängt" am Ausgang neben (möglicherweise teuren) Kopfhörern auch ein Kopf und der ist unbezahlbar.

Moin,

NE5534 KHV
Was wird durch den Quatsch mit den Röhren "hinten dran" besser??? Die Optik?

Gruß, Matthias

Hallo,

Keksstein (Beitrag #4) schrieb:

Das stimmt sicherlich, meine ersten Überlegungen gingen auch in die Richtung. Problem ist das ein Übertrager eine eher geringe Bandbreite hat, legt man das in die Gegenkopplungsschleife eines OPV schwingt die Schaltung sicher.

jeder Regelkeis (eine Gegenkopplung ist nichts anderes) muß hinsichtlich Verstärkung und Phase daraufhin ausgelegt werden, daß er nicht schwingt. Das ist bei reinen Halbleiterschaltungen ganz genau so.

Keksstein (Beitrag #4) schrieb:

Und nur mit Röhren und "leichter" Gegenkopplung ist kein super niedriger Klirrfaktor zu erreichen. (Ja man hört es bestimmt nicht, der Reiz liegt im Hybrid der bessere technische Daten liefern kann als eine Röhrenschaltung alleine)

Ich zweifle, ob das Ziel mit der Schaltung erreichbar ist, von der Gefahr für Kopfhörer oder / und Benutzer ganz zu schweigen.

Keksstein (Beitrag #4) schrieb:

Das ist ja nur ein Kathodenfolger, zwischen Gitter und Kathoden liegt doch immer eine Gleichspannung, keine Wechselspannung. Verstehe ich Dich falsch?

Nun, V1A arbeitet als Anodenbasisschaltung, V1B hingegen als Katodenbasis. Somit ergeben sich völlig unterschiedliche Verstärkungsfaktoren.


MfG
DB