Röhren AMP mit 2 x EL34 und 80 Watt

Injen schrieb:

Hi! Sehr einleuchtend. Das mit dem push-pull Betrieb hab ich bissn verdrängt. Gruß Manuel

Ich wüsste jetzt nicht, was es damit zu tun hat...

Hi!

Ich meinte, dass der Klirr in erster Linie durch die Endstufe zustande kommt. Sprich mit weniger Gegenkopplung dieser Klirr weniger reduziert wird.

Gruß
Manuel

Dass der Klirr hauptsächlich aus der Endstufe kommt ist richtig. Nur geht das aus Deinem ursprünglichen Votum nicht hervor. Und es bezieht sich ja auch nicht im Besonderen auf Gegentaktendstufen. Eintakt klirren mindestens so stark.

Von Gerd Reinhöfer habe inzwischen ein Antwort bekommen.
In dieser Größenordnung liefert er keine AÜs.

Zu meinem Problem habe ich folgenden Hinweis bekommen:

"Wenn die Schaltung pumpt, liegt das eher nicht am Übertrager. Oft sind falsch bemessene Zeitkonstanten der Koppel- und Entkoppelglieder der Grund, welche sich in Verbindung mit galvanischer Stufenkopplung besonders störend bemerkbar machen."

Auf ein Feedback von Ritter warte ich noch.

Gruß
chaplin2009

Moin!

Bei Ritter hatte ich vor längerer Zeit auch mal nach einem solchen Übertrager angefragt. Dort wurde für die Leistung ein M102 angeboten. Aus einer ewig ewig alten Amateurfunk Zeitschrift (glaube ´73) wird aber für die Endstufe ein EI130b vorgeschlagen. Dort ist sogar eine Wickelvorschrift dringewesen...da Schau ich nochmal nach.

Zu dem Klirrproblem:

Bei meinen Gedanken dazu einfach C6 wegzulassen und damit die Schleifenverstärkung zu senken, habe ich nicht dran gedacht, dass der Klirr hauptsächlich von der Endstufe kommen kann. Da ich selber erst einen einzigen Röhrenamp "gebaut" habe, weiss ich nicht wie sich die einzelnen Röhren da Klirrmäßig verhalten. Wenn du sagst die EF macht eh so gut wie nix am Klirr leuchtet es ein, dass ohne C6 der Klirr eher steigt.
Soweit ich weiss ist das auch der Grund warum sich bei vielen Transistorgeräten keiner drum kümmert. Dort wird eben einfach nur die Verstärkung gepusht und dann alles per Gegenkopplung zunichte gemacht, damits nicht klirrt.

Also ich weiss jetzt nicht ob das nen totaler Denkfehler ist. Das ist nur die für mich logische Version. Sprich der Klirr der Gegentaktstufe soll mit mehr Verstärkung in der Vorstufe "kompensiert" werden - wenn man es so nennen darf!?

Sorry wenn ich das hier so auseinanderreisse...würds nur gerne lernen

Gruß
Manuel

@Injen

Im Beitrag #20 hat richi sehr ausführlich beschrieben wie das Ganze läuft.

Schau Dir den Beitrag noch einmal an und nimm die Schaltung zur Hilfe.

Dann weist Du wie es läuft.

Gruß
chaplin2009

Hier mal das Prinzipschaltbild des Verstärkers. Die gelben Spannungswerte entsprechen dem Soll. Rot sind die Werte, wenn wir keine Gegenkopplung hätten und blau ist der Wert der Eingangsspannung ohne Gegenkopplung für rund 80W Ausgangsleistung.
Es ist offensichtlich, dass wir 80% der Eingangsspannung durch die Gegenkopplung kompensieren. Das ist im Grunde nicht schlecht, aber es kann gefährlich sein. Nehmen wir mal an, an der Masse der Katode der EF86 entsteht aus den Leiterbahnen ein Widerstand, an welchem eine Spannung abfällt. Dies kann dann der Fall sein, wenn die Katoden der Endröhren ebenfalls an diesem einen Punkt angeschlossen wären und die Masse zum Netzteil ebenfalls über einen Draht geführt wird, der eine Induktivität darstellt und zusätzlich einen Widerstand hat. Das bedeutet, dass geringe Spannungen von wenigen mV auf dieser Masse (gegen was soll man da messen?) entstehen können und den Verstärker eigentlich schon voll aussteuern können.

Weiter können wir uns vorstellen dass bei einem Trafo eher geringer Grösse bei 30Hz die Grenzfrequenz erreicht ist. Bei 3Hz käme nur noch rund 10% am Ausgang heraus. Damit wäre aber die Gegenkopplungsspannung nicht mehr 493.8mV, sondern 49.4mV und damit würde die Endstufe hoffnungslos übersteuert. Die Endröhren würden von absolut sperrend bis kräftiger Gitterstrom "durchgewalkt" und damit sind Spannungsabfälle auf der Masse vorprogrammiert.
Wenn wir so eine schwingende und pumpende Schaltung haben, so kommen wir da dem Sperrschwinger sehr nahe. Da wird einmal mit der Sperrung und dem Gitterstrom gearbeitet, andererseits werden auch die Kopplekondensatoren durch die hohe Aussteuerung und den Gitterstrom jedes mal geladen und über die Gitterableitwiderstände wieder entladen. Kleinere Koppelkondensatoren verringern zwar theoretisch die Ansteuerung mit tiefen Frequenzen (wenn es Sinussignale sind), führen aber zu einem rascheren und damit kräftigeren Pumpen. Das bedeutet, dass genau aus diesem Grund die Verkleinerung der Koppel-C nichts gebracht hat.

Das Prinzipbild zeigt aber noch verschiedenfarbige Pfeile. So sind die Pentoden-Anoden mit blauen Pfeilen markiert. Das soll bedeuten, dass Spannungsschwankungen dort wenig Einfluss auf die entsprechende Röhre haben. Bei den Schirmgittern und Trioden-Anoden sind rote Pfeile gezeichnet. Das bedeutet, dass dort der Einfluss der Speisung sehr gross ist. Und bei der Phasewnkehrstufe habe ich einen roten (wegen der Triode) gestrichelten Pfeil gezeichnet. Dort ist der Ri der Stufe etwa jenem der EF86 vergleichbar und damit auch die Rückwirkung.
Wirken auf diese Punkte mit den roten Pfeilen Spannungsschwankungen ein, welche z.B. durch die Trafosättigunhg entstehen (höherer Strom aus dem Netzteil), so kann daraus ein "Signal entstehen, welches das Pumpen auslöst. Tatsächlich haben wir in so einer Schaltung eine Vielzahl an schwingungsfähigen Kopplungen. Wir könnten jetzt die Phasenverhältnisse überprüfen. Da wir es aber mit mehreren Stufen hintereinander zu tun haben kann die Rückkopplung, welche die Schwingung erst auslöst, fast überall möglich sein.

Es ist richtig, dass es durch R (Widerstände oder Induktivitäten oder Ri der Röhren) wie auch C (Elkos im Netzteil, Koppel-C) und Induktivitäten (Ausgangstrafo) zu Phasenschiebungen kommt, was letztlich die Schwingung ermöglichen kann.
Ob es also RC-Kopplungen sind oder Rückkopplungen über Massewiderstände oder Sperrschwinger-Funktionen lässt sich nicht eindeutig sagen. Und es liesse sich mit einem Simu-Programm nachweisen. Nur müssten wir dann die Ausgangstrafos, die Massewiderstande und die Verkopplungen über diese Widerstände und das ganze Netzteil bis ins kleinste ausmessen. Dazu braucht es entsprechendes Equipment. Mit einem Oszi und einem Universal-Voltmeter ist da nichts erreicht.

Ich sehe folgende Möglichkeit: Verstärkung reduzieren und damit mit höherem Klirr leben.
Ausgangstrafo gegen Typen mit höherer Induktivität ersetzen.
Schaltung auf mögliche Masse-Verkopplungen untersuchen.

Ein Trost bleibt: Bei Röhren ist ja der Klirr gewollt (nur so klingt es nach Röhren) und er ist weitgehend proportional zur Ausgangsleistung. Und da ja in der Regel eine Leistung unter 2W üblich ist (gehobene Zimmerlautstärke) wird auch der Klirr nicht über Gebühr hoch sein.

Nochmals Dank an richi, der sich der sich mit Ausdauer und fachlicher Kompetenz an der Sache beteiligt.

Ich möchte an dieser Stelle mal wie folgt zusammenfassen:

1.Das Problem
Die Originalschaltung schwingt mit einer Frequenz um ca 2 – 4 Hz (ohne Signaleinspeisung).

2.Ursachenforschung
Gemäß eigener Erfahrungen und Hinweisen von richi, wurden Bauteilwerte geändert.
Letzter Stand: C1 100nF, C2 470nF, C3 47nF, C6 noch 470uF, zusätzlich 2Cs (470nF) am Sym-Pot gegen GND.

Keine wesentliche Verbesserung.

Erst das Entfernen (nicht Verkleinern) von C6 ließ die Schaltung ruhiger werden.
Wird nun ein Signal eingespeist, tritt wieder das alte Problem auf.
Anschließend R6 auf 36K erhöht, und nun wird das Ganze stabil.

3.Erkenntnis
Im Original liefert die EF86 eine Verstärkung von V:200 (Open Loop) gefolgt von der 6SN7 mit einem Faktor von V:12 (Open Loop). Dies macht eine Gesamtverstärkung von V:2400 entsprechend 67dB. Um die Endröhren auszusteuern wird aber nur eine Spannung von 28Veff benötigt (also V: 35dB). Diese Tatsache wird durch eine entsprechende Gegenkopplung (32dB) sichergestellt und der Klirr wird entsprechend verringert.

Durch das Entfernen von C6 wird die Gesamtverstärkung (Open Loop) der Schaltung auf V:600 (entsprechend 55dB) gesenkt und folglich muß auch die GK gesenkt werden um noch genügend Empfindlichkeit am Eingang zu haben.

Jetzt arbeitet die Schaltung verhältnismäßig ruhig !

Weitere Maßnahmen:
Masseleitungen auf dem Print gekappt und sternförmig zum GND – Siebelko geführt
Masseleitung der Kathoden Rs (EL34) gekappt und zum Siebelko geführt.
Der Reihe nach Ua EF86 und Ua EC92/6SN7 mit getrenntem Netzteil versorgt.

Keine Verbesserung

4.Schlussfolgerung
Austausch des Ausgangsübertrager !!!
Ich werde mir ein Exemplar bei Ritter ordern und Hoffen, dass sich das Problem löst.

Gruß
chaplin2009

@richi44

Es gibt Neues von der Röhrenfront zu berichten.

Wie bereits erwähnt, habe ich bei Ritter die erweiterten technischen Daten zum AÜ EL130b angefragt. Leider bis heute keine Reaktion (Lundahl wäre noch eine Alternative).

So habe ich die Zeit genutzt und die Schaltung in LTSpice übertragen. Entsprechende Röhrenmodelle angepasst und Parameter für das AÜ – Model praxisnah ermittelt und eingesetzt.

Ohne Zweifel hat jede Spice – Simulation ihre Grenzen, aber sie hilft Probleme und Tendenzen aufzudecken.

Hier das Sim – Ergebnis der Originalschaltung.
(Bild #1)

(Bild #2)


Ich glaube, die Daten sprechen für sich.

Die Streuinduktions – Resonanzfrequenz bei dem eingesetzten AÜ ist unbekannt, trotzdem muss die offene Schleifenverstärkung bis zur Resonanzfrequenz des AÜ genügend abgesunken sein, um den AMP stabil zu halten. Um dies zu erreichen habe ich ein Netzwerk, bestehend aus R35 / C19 in die Schaltung eingefügt. Die Werte wurden mit der LTSpice Simulation ermittelt und in die Schaltung übernommen.
Die untere Grenzfrequenz ist für den AÜ zu niedrig angesetzt und sollte bei ca 30Hz liegen.

C1 wurde auf 47nF verkleinert, C6 auf 100uF verkleinert, C2 auf 47nF verkleinert, R6 auf 47K erhöht, C7 auf 22pF verkleinert, NFB Anschluss auf die 16R - Wicklung des AÜ gelegt.

Hier das SIM - Ergebnis der geänderten Schaltung
(Bild #3)


Der AMP verhält sich absolut ruhig, keine Schwingneigung bei Vollaussteuerung oder falscher Anschlussimpedanz. Der Sound ist kurz und kraftvoll in den Bässen, ausgewogen in den Mitten und präzise in den Höhen.

In den nächsten Tagen werde ich mein digitales Audio-Mess-System aktivieren um weitere Messungen und Tuning durchzuführen. Entsprechende Ergebnisse werde ich posten.

Der Gedanke, EIN NEUER AÜ, ist dennoch nicht aus der Welt, bei ca 190,00 EUR wäre es aber nicht schlecht, das Produkt der Begierde nach entsprechenden Daten auszuwählen. Wenn Ritter nicht dazu in der Lage ist, muss ich halt weiter suchen.

Hier das aktuelle Schaltbild mit allen Änderungen.


Gruß
Chaplin2009

Das sieht schon mal nicht schlecht aus. Im Wesentlichen hast Du die volle Ausgangswicklung für die Gegenkopplung genutzt, was auf jeden Fall vorteilhaft ist.
Du hast die Fg am Eingang erhöht und damit den Trafo entlastet, was aber keinen Einfluss auf das Pumpen hat. Du hast den Schirmgitterkondensator der EF86 verkleinert, was nur indirekt die Tieftonwiedergabe beeinflusst. Direkt kommt es eigentlich zu einer "Schirmgitter-Gegenkopplung" mit etwas unstabilen Verhältnissen.
Betrachten wir die Grenzfrequenzen, so hat der Schirmgitter-C eine Fg von 3.4Hz zur Folge, C6 eine solche von 0.9Hz und C1 eine von 7.2Hz. Bei 20Hz hat dies alles eine Pegelabsenkung (Inkl. C4 + C8) von 0.73dB zur Folge. Nun sind aber echt nur die 0.53dB aus C1 wirksam, weil die übrigen Glieder innerhalb des gegengekoppelten Bereichs liegen. Sie (0.2dB) spielen also keine Rolle mehr. Allenfalls können sie über die veränderte Phasendrehung (12.25 Grad bei 20Hz) die Pump-Gefahr mindern. Effektiv verbessert hat sich die Pumperei durch die Verringerung der Gegenkopplung
UND
massgebend ist, dass die Schwingeinsätze verschwunden sind. Je nach Konstellation kann nämlich durch das Schwingen eine "Seriekreis-Funktion" entstehen. Das bedeutet, dass beim Schwingeinsatz der Anodenstrom zunimmt und damit das Pumpen auslöst. Die Verringerung der Verstärkung durch C19 und R35 (Fg 72.3kHz) hat offensichtlich das Problem gelöst.

Jetzt will ich nicht meine "Unschuld" mühsam wieder herstellen, aber die Problematik des Schwingens und vor allem des Pumpens ist besser zu durchschauen, wenn man das Gerät selbst auf dem Tisch hat und Messungen durchführen kann. Was ich also bisher geliefert habe sind allgemeine Ratschläge, welche teils (geringere Verstärkung durch Verzicht oder Veränderung von C6) Erfolg hatten.
Wie stark das Schwingen war konnte ich bisher mangels Messungen und Fotos nicht beurteilen.

@richi44

ich glaube nicht, dass Du Dich in irgend einer Weise Schuldig fühlen mußt. Deine Hinweise und Anmerkungen haben letztlich zu einem positiven Ergebnis geführt !

Jetzt fehlen nur noch die realen Daten, die ich liefern werde, wenn der Meßplatz wieder läuft.

Aber Vorsicht, sollten sich wieder Probleme einstellen, dann nehme ich Dich beim Wort und ich schicke Dir den AMP zu.

Nochmals Dank für Dein Mitwirken.

Gruß
chaplin2009

So, hier sind sie nun, die real gemessenen Daten des EL34 RAMP.
Gemessen wurde an einer resistiven Last 4 Ohm mit 1W, 10W und 35W Ausgangsleistung.

Bild 1: Frequency Response, 5Hz – 500Hz


Bild 2: Frequency Response, 15Hz – 30kHz


Bild 3: Harmonic Distorsion, 333Hz @ 1 Watt


Bild 4: Harmonic Distorsion, 1kHz @ 1 Watt


Bild 5: Harmonic Distorsion, 333Hz @ 10 Watt


Bild 6: Harmonic Distorsion, 1kHz @ 10 Watt


Bild 7: Harmonic Distorsion, 333Hz @ 35 Watt


Bild 8: Harmonic Distorsion, 1kHz @ 35 Watt


Bild 9: Harmnonic Distorsion vs. Frequency @ 35W



Kritik und Anregungen erwünscht.

Gruß
chaplin2009

@richi44
Wie Du schon in einem Beitrag angemerkt hast, ist davon auszugehen, dass mit sinkender Eingangsfrequenz der Klirr ansteigt.

Diese Tatsache kann man deutlich der letzten Grafik entnehmen. Bereits unter 2kHz ist ein Anstieg zu vermelden und bei ca 250Hz wird die 1 Prozent Hürde erreicht.

Zu Deiner Bemerkung,
„Nehmen wir an, wir legen eine Grenzfrequenz von 30Hz fest, so darf, damit der Einfluss des Trafos gering bleibt, Z des Trafos da nicht kleiner als das 10 fache (110k) sein. Das würde einer Induktivität von 58.4H entsprechen. Nun "pumpt" der Verstärker mit etwa 3 Hz, also ist da Z = 11k und damit genau das, was die maximale Leistung fordert.“

Das heist nach meiner Rechnung, wenn ich es richtig verstanden habe:

ZL@30Hz=11K

Nun verstehe ich nicht "Z des Trafos darf nicht kleiner als das 10 fache (110k) sein."

Ich habe mir Gedanken zum Konstrukt Ausgangsübertrager gemacht und das vorliegende Exemplar einer Impedanzmessung unterzogen (sekundär offen).

Impedanzverlauf Dynacord Trafo
Frequenz (Hz)Impedanz (Ohm)Phase (Grad)
23.44----------7399.27---------- 77.22
29.30----------8729.51-----------77.06
35.16---------10629.87-----------77.85
99.61---------25394.71-----------58.41
199.2---------39043.48-----------41.19
333.98--------46889.82-----------22.66
503.9--------152317.68------------6.68
1001.95--------52012.47--------(-)16.04
2003.91--------40707.87--------(-)41.29
4001.95--------24826.45--------(-)62.72
8003.91--------13124.32--------(-)75.15
16001.95--------6870.95--------(-)82.62

Somit hat dieser Trafo bei 29Hz einen L von 47H

Die Frage die sich mir stellt: Wo liegen die Eckdaten zur Berechnung eines AÜ ?

Ich bin hier auf unterschiedliche Meinungen gestoßen. Die Einen sagen Raa bei 1kHz, die Anderen sagen Raa bei unterer Fg (zB 20Hz).

Wenn ich nun die daraus resultierende Induktivität mit ins Spiel bringe, komme ich zu völlig unterschiedlichen Konstrukten.

Nach meinem bescheidenen technischen Sachverständis macht es nur Sinn, wenn bei der Berechnungsgrundlage eines AÜ die unterer Grenzfrequenz der Maßstab ist.

Möchte ich z.B. bei Fg 10Hz einen entsprechenden Trafo dimensionieren, so müßte dieser bei Raa 11K mit einer Induktivität von ca. 180H aufwarten.

Ich habe nicht die Absicht einen Trafo zu wickeln, aber ich würde gerne meinen Kenntnisstand in dieser Richtung erweitern.

Gruß
Chaplin2009

So, es gibt Neues von der Röhrenfront.

Wie bislang zu berichten war, musste ein neuer Übertrager beschafft werden. Nach ausgiebiger Suche und diversen Tipps habe ich mir einen Trafo fertigen lassen.

Geliefert wurde ein AÜ im 150er Kern. Dieser wurde in meinem Testaufbau integriert und entsprechend verdrahtet. Vorsichtig ein Audiosignal in den Amp eingespeist. Der Sound, der dem Speaker zu entnehmen war, entsprach nicht meinen Erwartungen. Vorsichtig wurde das Eingangssignal erhöht. Ein eindrucksvoller Bass-Ton ließ meine LS-Box aufleben, doch dann folgte ein ebenso eindrucksvolles Feuerwerk in beiden Swetlana E34L Endröhren…. Dann war Stille ….

Ergebnis dieses Testlaufes:
2 defekte Swetlana und 2 Sicherungen im Netzteil.

Fehlersuche:
Objekt der Begierde war der neu gelieferte AÜ. Also wurde dieser ausgebaut und einer intensiven Messung unterzogen. Es galt die Induktivität und die Impedanz in Abhängigkeit zur Frequenz der Primärwicklung zu ermitteln. Dabei viel auf, dass im Bereich ab ca 1kHz die Messwerte nicht plausibel waren. Eine Frequency-Response-Messung brachte es dann ans Tageslicht (siehe Grafik, grüne Kurve). Im Bereich ab 1kHz stellt der Trafo seine eigentliche Aufgabe ein. Das Peaking bei 9 kHz ist ein klarer Hinweis, hier überträgt der Trafo nicht mehr. Nun bin ich riche44 seinem Rat gefolgt und habe einen Übertrager bei Ritter fertigen lassen. In der unten dargestellten Grafik habe ich die Messungen von 3
Übertragern zusammengefasst.

Dynacord Trafo: violette Kurve
Ritter Trafo: blaue Kurve
XYZ Trafo: grüne Kurve

Frequency -Response (Übertragung Prim zu Sek)


Der Ritter Trafo wurde inzwischen in den AMP eingesetzt und siehe da, mit kleinen Einschränkungen läuft das Gebilde, so wie erhofft.

Frequency-Response (Verstärker)



THD vs Frequency (Verstärker)



Die Einschränkung.

Zur Veranschaulichung habe ich noch einmal die Schematic mit angepassten Bauteilnummern zur richie44-Vorlage, hochgeladen.



Wird, wie im Vorschlag, der Kondensator C2 mit 100nF eingesetzt, ist die Schaltung am Schwingen (ca 3-4 Hz). Das Ganze geschieht gleich nach dem Einschalten, ohne Eingangssignal, Poti-Schleifer auf GND.
Wird C2 auf 47nF verkleinert, läuft der AMP ohne Störung.

Wird nun der Amp mit einem Signal versorgt, kommt es erst zum Schwingeinsatz, wenn der AMP durch zu großes Signal in die Sättigung gerät. In diesem Zustand verweilt er bis er ausgeschaltet wird. Durch Reduzierung des Eingangssignales ist das Pulsen nicht zu stoppen.

Hier sehe ich ein noch nicht gelöstes Problem, dessen Herkunft mir nicht klar ist.

Eventuell hat ja noch Jemand eine Idee !

Gruß und Allen ein frohes Jahr 2012

Da nun der neue AÜ als Fehlerquelle auszuschließen ist, habe ich mir die Zeit genommen und ausgiebige Messungen durchgeführt.

Dies führte zu zwei Änderungen im Netzteil.
1.R3 von 1K auf 2.2K erhöht
2.R7 von 100K auf 10K verkleinert.

Diese Änderungen sorgten dafür, dass es zu keiner Schwingneigung in der Originalschaltung des AMP kam. Nicht zu vermeiden war das Pumpen ab ca 50% der Betriebsleistung und beim Betreiben in der Nähe des Sättigungsbereiches. Leichte Veränderungen der Gegenkopplung oder auch den Wechsel der Last (anderer Lautsprecher) lassen den Amp als äußerst Labil erscheinen. Bei einem Open Loop in der Größenordnung von rund V=2000 und der entsprechenden Gegenkopplung, damit der Amp auf ein V=35dB kommt, ist das nichts außergewöhnliches. Die Gegenkopplung schlägt hier äußerst brutal zu. Da muss alles stimmen.

Das Umverdrahten auf der Leiterplatte (neue Masseführung), getrennte Netzteile für Vor- und Endstufe brachten nicht den erhofften Erfolg.

Jetzt galt es den Eingangsverstärker (EF86)so umzugestalten (weniger Verstärkung),dass nur wenige Layout-Änderungen erforderlich sind.

Hier die Schematic des modifizierten AMP.


Sicherlich lässt sich hier noch ein wenig Schaltungskosmetik betreiben, aber die ersten Ergebnisse waren doch positiv überraschend.

Eine THD-Messung brachte es auf einen Klirr von 0.3% bei 9W Betriebsleistung an 4R und eine weitere Messung bei 35W kam auf einen Klirr von 1.2%. Die Verstärkung des AMP liegt jetzt bei 26.5 dB, ein Wert mit dem man leben kann. Ferner weist der AMP keinerlei Schwingneigung auf.

Für Kritik, Anregungen und Anmerkungen habe ich ein offenes Ohr.

Gruß
Chaplin2009