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Bau eines endgültigen Röhrenverstärkers – 1.3 – Welche Features brauche ich?

Posted in Angewandte Wissenschaft, Röhrenverstärker, smile and look alive on 7. Dezember 2009 by Herr Grau

Es ist wichtig, grundsätzliche Eckpunkte früh festzulegen. Folgende Dinge erachte ich als wichtig:

Meiner Meinung nach ist es wichtig, einen Röhrengleichrichter zu verwenden. Man spart die Einschaltautomatik und kauft sich klangliche Vorteile mit ein: Röhren haben anders als Halbleiter keinen Punkt, an dem sie einfach anfangen oder aufhören, sondern weiche Übergänge. Das wird allgemein als positiv gewertet.

Die Siebung der Betriebsspannung sollte mit einem LC-Filter passieren (effektiver), der erste Kondensator sollte 30uF nicht überschreiten, da sonst die Gleichrichterröhre überlastet werden kann.

Ich will vollständige Kanaltrennung, also plante ich wieder Monoblöcke. Wenn man sowieso komplett neu baut, warum nicht gleich das Beste machen?

Ich brauche weder Quellenwahl, noch Lautstärkeregler, das übernimmt alles die passive Stufe meines alten NADs, bis ich einen kleinen passiven Pre zusammengeschustert habe. Wer Quellenwahl und Lautstärkereglung braucht, sollte sie direkt mitplanen, es sind etwa 80€ mehr (ALPS 100k Stere0potentiometer: 19€, ELMA 04 6 Quellen: 59,90€), die dann im Budget sein müssen. Eingänge werden ganz klassisch Cinch-Buchsen, Ausgänge Polklemmen-Terminals. XLR ist technisch gesehen besser als Cinch, wie auch SpeakOn besser als Polklemmen sind. Ich hab mit beidem nichts am Hut, es ist im Hifibereich wenig gebräuchlich. Es würde nur neue Kabel und neue Stecker bedeuten, mit bei meiner Anwendung ungewissem Nutzen. Aber wer’s mag, soll’s ruhig machen.

Auf Elkos wollte ich aller Möglichkeit nach verzichten. Sie produzieren deutliche Verzerrungen, haben eine begrenzte Haltbarkeit und mikrophonieren stark. Diese Entscheidung kostet bares Geld, denn entsprechende Ölpapier- oder Folienkondensatoren sind um ein vielfaches teurer. In meiner Schaltung finden sich, mit einer kleinen, später erklärten Ausnahme, keine Elkos.

Was das Gehäusematerial angeht, gibt es auch sehr verschiedene Meinungen. Es gibt einige Leute, die sagen, dass Metallgehäuse den Klang negativ beeinflussen. Ich kann es nicht erklären, aber es sind so viele, die diese Erfahrung berichten, dass es wohl stimmen muss. Diese Leute bauen dann Holzgehäuse und freuen sich, bis das erste Taxi vorbeifährt und man den Funk in seinen Boxen hören kann. Dann isolieren sie ihr Holzgehäuse wieder mit Metall. Ich finde das sinnlos. Ich wollte von Anfang an ein Stahlgehäuse, massiv und in der Lage, die Schaltung vollständig vor elektrischen Feldern zu schützen.

Ideal ist es, die Netzteile auszulagern. Ich habe mir das verkniffen, um Stecker, Kabel und Gehäuse zu sparen. Einige Bleche werden im Inneren meiner Chassis Netzteil – also vor allem Netztrafo – und Verstärker trennen und von einander abschirmen.

Bau eines endgültigen Röhrenverstärkers – 1.2 – Welche Betriebsart?

Posted in Angewandte Wissenschaft, Röhrenverstärker, smile and look alive on 7. Dezember 2009 by Herr Grau

Der Titel ist etwas irreführend, gibt es doch mehrere Betriebsarten festzulegen:

„Single Ended oder Push-Pull? Das ist hier .. auch so eine Frage..!“ Eine der Fragen nämlich, an denen sich die Geister scheiden. Single Ended bedeutet, dass eine Endröhre das gesamte Signal übernimmt. Viele behaupten, dies habe mehr Qualitätspotential, als wenn man das Signal irgendwie trennt, aber relativ wenig Leistung. Letzteres wäre im Prinzip egal, denn für das Wohnzimmer reicht eigentlich auch ein 5W-Röhrenverstärker. Hafler erklärte allerdings einmal in einem Artikel, ein Verstärker brauche gediegene Leistungsreserven, um für sich plötzlich ändernde Dynamik genug in der Hinterhand zu haben. Ich glaub’s ihm. Unser Ohr hört logarithmisch, daher bedeuten auch subjektiv geringe Lautstärkeänderungen eine erhebliche Schwankung der dahinter steckenden Leistung. Zumindest das weiß ich als Mediziner.

Ich wollte etwas mehr Bumms. Etwas mehr Reserven. Mehr Dynamikpotential. Also habe ich Push-Pull genommen. Bei dieser Art der Schaltung übernehmen zwei Endröhren jeweils die Hälfte der Arbeit. Selbst mit guter Messtechnik kann man bei einer vernünftigen Schaltung keine Qualitätseinbußen feststellen.

Von Stan White findet sich folgende Begründung, warum Push-Pull vom physikalischen Standpunkt Single Ended überlegen sein soll:

In operation, the plate voltage on the output tube(s) varies, as does the current through the tube(s). The plot of voltage Vs current produces a continuous line on a graph called the load line. Examination of this graph shows that the load line from one tube is less linear than the load line from push-pull tubes. Interpretation of the graph from a distortion standpoint reveals that the straighter the load line, the lower the output distortion from the tube(s). It can also be shown that the LONGER the load line is the lower the distortion from the tube(s). Cursory comparison of single-ended output Vs push-pull output reveals that push-pull load line is more linear. Further, not only is the load line more linear, it is longer with two tubes in push-pull. The combination of greater linearity combined with a longer load line produces superior results when output tubes are examined.

Zu deutsch:

In Applikationen, in denen sich die Anodenspannung an den Ausgangsröhren ändert, wird sich auch der Strom in den Röhren ändern. Trägt man Spannung gegen Strom auf, entsteht eine kontinuierliche Linie namens Arbeitslinie. Untersucht man diesen Graphen, so findet man, dass die Arbeitslinie einer Röhre weniger linear ist, als die von push-pull-Röhren. Von einem Verzerrungen analysierenden Standpunkt aus betrachtet zeigt sich, dass die Ausgangsverzerrung geringer ist, je gerade die Linie ist. Es kann ebenfalls gezeigt werden, dass die Verzerrung abnimmt, je LÄNGER die Linie ist. Ein Vergleich von Single Ended gegen Push-Pull zeigt, dass die Arbeitslinie von push-pull-Konfigurationen linearer ist, und nicht nur das, sie ist auch länger. Die Kombination aus größerer Linearität kombiniert mit der längeren Arbeitslinie von Push-Pull resultiert in überlegenen Ergebnissen in der Analyse von Ausgangsröhren.

(Quelle)

Ebenfall großen Einfluss auf den Klang hat die Entscheidung, wie die Röhren beschaltet sein sollen. Trioden wie die 2A3 oder die 300B kann man nur als Triode nutzen, Pentoden oder Beam Power Tetroden wie meine KT88 kann man als Pentode, als Triode oder Ultralinear beschalten. Dabei ist die Leistung der Triode am geringsten, dann kommt Ultralinear, am meisten Leistung erzeugt Pentodenbetrieb. Zuerst entschied ich mich für Ultralinearbetrieb wegen seines Mittelwegcharakters, inzwischen habe ich eine interessante Untermauerung für meine Wahl gefunden, die Stan White in seiner Kritik des ursprünglichen Williamson-Verstärkers beschrieben hat:

Power triodes are voltage amplification devices. They try to amplify voltage. With an output resistive load, this presents no problem to the load line. By contract, power pentodes or beam power tubes try to present a constant current to an output load. With a resistive load, this also presents no problem to the load line.
The problem is that loudspeakers (the intended load of the output transformer) are not a resistive load at most of the used frequencies of a loudspeaker. When a loudspeaker is attached to an output transformer instead of a resistive load, the load line of the output tubes goes crazy, whether the tubes are triode or pentode connected. Neither triode or pentode mode operate well with loudspeakers. This is why all performance tests are carried out with resistive loads.
Keroes and Hafler invented the tapped screen mode of operation of output tubes. By connecting the output tube screens to a tap at an appropriate winding location, the output tubes put out constant power into a load, rather than either constant voltage or constant current.

Zu deutsch:

Leistungstrioden sind Spannungsverstärker. Sie versuchen, Spannung zu verstärken. Mit einer ohmschen Last ist dies kein Problem für die Arbeitsgerade. Aus ihrer Natur heraus versuchen Pentoden und Beam Power Tetroden, an der Ausgangslast einen konstanten Strom zu präsentieren. Mit einer ohmschen Last ist auch dies kein Problem für die Arbeitsgerade. Das Problem ist, dass die Lautsprecher (die geplante Last der Ausgangsübertrager) für die allermeisten genutzten Frequenzen keine ohmsche Last sind. Wenn ein Lautsprecher anstelle eines Widerstands an einen Übertrager angeschlossen wird, spielt die Arbeitslinie völlig verrückt, egal, ob man die Röhren als Triode oder Pentode beschaltet hat. Weder Trioden-, noch Pentodenbetrieb arbeiten gut mit Lautsprechern zusammen. Dies ist der Grund, warum alle Tests der Hersteller mit ohmschen Widerständen durchgeführt werden. Keroes und Hafler erfanden eine Art, Schirmgitteranzapfungen zu benutzen, um Ausgangsröhren zu betreiben. Durch den Anschluss der Schirmgitter der Ausgangsröhren an eine Anzapfung an der richtigen Stelle der Windung des Übertragers erzeugt die Röhre eine konstante Leistung in der Last anstatt eines konstanten Stroms oder einer konstanten Spannung.

(Quelle)

Desweiteren muss man sich für Auto- oder Fixed-Bias entscheiden. Bias bezeichnet den Ruhestrom, der den Arbeitspunkt der Röhre einstellt. Diese Grafik von SYclotron.com illustriert die schaltungstechnischen Unterschiede: Klick

Anschaulich wird beim Fixed Bias der Ruhestrom (meist mittels Potentiometer) „fix“ eingestellt. Bei Cathode Bias „zieht“ sich die Röhre den gebrauchten Strom selbst. Für Anfänger ist eine Auto-Bias-Schaltung sicher die bessere Wahl. Es entfällt die Einstellung des Ruhestroms und die gesamte zusätzliche Stromversorgung. Für Fortgeschrittene ist aber Fixed Bias dringend anzuraten, nicht nur können so unterschiedliche Röhren verwendet werden, ohne die Schaltung ändern zu müssen, es ist auch technisch besser, da bei höherem Röhrenstrom nicht auch der Ruhestrom erhöht wird. Ich habe mich also klar für Fixed entschieden.

Bau eines endgültigen Röhrenverstärkers – 1.1 – Welche Röhre?

Posted in Angewandte Wissenschaft, Röhrenverstärker, smile and look alive on 7. Dezember 2009 by Herr Grau

Was macht einen Röhrenverstärker aus? Klar, die Röhren. Damit beginnt die Faszination. Da stellema uns janz dumm und frare: Wat isse ne Elektronenröhre?

Erstmal ein Glaskolben mit einem Vakuum drin. Darin befinden sich noch: Zwei Platten und dazwischen ein Gitter. Zwischen den Platten legen wir eine Spannung an, sodass ein elektrisches Feld entsteht. Wenn wir jetzt irgendwie (wir machen das mit einer Heizung) Elektronen da hinein bringen, so werden sie sich in Richtung der positiven Platte bewegen. Mittels Spannung am Gitter dazwischen können wir das ganze ein bisschen steuern. Zu unserem Glück steht das, was am Gitter passiert am Ende mit dem, was an der Anode passiert, in direktem Verhältnis, deshalb können wir die Röhre als verstärkendes Bauelement nutzen. So viel dazu.

Erstens bin ich nicht besonders gut im erklären und zweitens fehlt mir dazu das wirkliche Verständnis der Materie. Das genaue Prinzip einer Röhre und die Konstruktion eines einfachen Verstärkers wird bei Boozhound Labs sehr einsichtig und verständlich beschrieben.

An erster Stelle steht für mich stets die Wahl der Endröhre.

Gerade hier ist es besonders wichtig, sich zuerst einen Überblick über das Angebot zu verschaffen: Welche Röhrentypen noch hergestellt werden, ist in meinen Augen ein entscheidendes Kriterium. Ich halte nichts von der Idee, die beste Röhre für den Job zu finden, diese dann aber für hunderte von Euro und unter Aufwand vieler Stunden in Altbeständen suchen zu müssen. Nicht, dass Altbestände schlecht wären; nach wie vor sind die besten Röhren Westwelt-NOS (new old stock). Aber meiner Meinung nach sollte man davon unabhängig sein und lieber leichte Abstriche machen. Außerdem gibt es für die populären Röhrentypen viel mehr fertige, gute Schaltungen.

Die wichtigsten Endstufenröhren sind grob:

EL34, EL84, 6C33C, 2A3, 6L6, 6V6, KT66, KT88, 300B

Der zweite wichtige Punkt: Man sollte die Röhren, die für einen in Frage kommen, probehören. Das ist nicht immer ganz einfach, da Schaltung und Vorröhren ebenfalls einen großen Einfluss auf den Klang haben – findet man aber etwas, das einem sehr gefällt, spricht auch nichts dagegen, sowohl die Schaltung als auch die Bestückung sofort zu übernehmen. Versuchen sollte man es auf jeden Fall. Und mit der Zeit bekommt man eine Idee, was bestimmte Röhren leisten.

EL 34 und EL 84 sind keine schlechten Typen und sehr geeignet für Anfänger. Es gibt günstige Röhren, Netzteile, Übertrager, Platinen und Teilesätze (mit dem Plan von Loetstelle.de lässt sich für 150-200 Euro ein solider Stereoverstärker bauen). Aber für den endgültigen Verstärker schienen sie mir nicht geeignet. 6L6 und 6V6 kenne ich gut und würde sie jederzeit für einen Gitarrenverstärker nehmen. Meines Erachtens gibt es für Hifi aber Besseres. Z.B. KT66 und KT88. Die Charakteristik der beiden Röhren ist ähnlich, es handelt sich um kräftige Röhren mit gutem Klang, die KT88 hat etwas mehr Bumms als ihre kleine Schwester. Einziger Konkurrent in meinen Augen war die 300B, die ebenfalls eine sehr gute Hifiröhre ist und entsprechend oft in High-Class-Verstärkern Verwendung findet. Die 6C33C und 2A3 kenne ich nicht und konnte sie auch nicht in einem sinnvollen Zeitrahmen probehören.

Am Ende entschied wie immer das Bauchgefühl: In meiner Endstufe sollte die KT88 arbeiten. Sie ist gut verfügbar, kräftig und klingt. Was in der Vorstufe steckte, war mir zunächst relativ gleich, was nicht unbedingt eine gute Einstellung ist. Die 6SN7, auf die die Wahl schließlich fiel, standen in der Schaltung, haben sich rund um die Welt bewährt, sind stabil, wohlklingend und ebenfalls gut verfügbar. Zu anderen Vorstufenröhren findet sich im Netz eine Menge, es handelt sich dabei noch viel mehr um eine Wissenschaft, als bei Endstufenröhren. Unter den bekannten Typen sind mir aber keine wirklich unempfehlenswerten bekannt.

Bau eines endgültigen Röhrenverstärkers – Einleitung

Posted in Angewandte Wissenschaft, Röhrenverstärker, smile and look alive on 7. Dezember 2009 by Herr Grau

Wenn man Musik gerne hat, tolle Boxen schon besitzt, gerne Kram selber baut und nicht zuletzt ein klein wenig am Gear Acquisition Syndrome leidet, kommt man früher oder später auf die Idee, sich einen Verstärker selber zu bauen. Hier und hier habe ich bereits gezeigt, wie man einen exzellenten Transistor-Verstärker für relativ wenig Geld realisiert. Die Monos haben ihren Platz in der Welt gefunden – allerdings nicht bei mir. Man kann auch nicht sagen, dass ich unteramplifiziert wäre – ich nenne einen NAD C372 mein Eigen. Aber irgendwann hört man mal einen Röhrenverstärker und dann ist der Schaden angerichtet. Zurück geht nicht mehr. Nur nach vorne. Ins heilige Land.

Ich will auch mit dieser Artikelserie zeigen, dass es nicht schwierig ist, gute Hifi-Komponenten selber zu bauen.

In dieser Einleitung werden die einzelnen Schritte in kurzer Form dargestellt, die jeweils in späteren Artikeln einzeln vertieft werden. Dabei soll klar werden, worauf man achten sollte und wo etwaige Stolperfallen liegen. Gleichzeitig werde ich meine eigenen Entscheidungen vorstellen und erklären. Dies gibt dem Anfänger gleichzeitig auch ein „Kochrezept“ mit an die Hand, das ohne Hintergrundrecherche nachbaubar ist und auf jeden Fall zum Erfolg führt.

Im Progress der Serie werden die folgenden Punkte alle verlinkt werden.

Schritt 1 – Was brauche ich, was will ich?

An erster Stelle steht die Überlegung, was man überhaupt will.

Welche Röhren?

Welche Betriebsart?

Welche Features brauche ich?

Welche Adressen muss ich kennen?

Schritt 2 – Die Schaltung

An zweiter Stelle steht das Finden einer passenden Schaltung.

Schritt 3 – Auswahl der Bauteile

– Ausgangsübertrager

– Netztransformator

– Koppelkondensatoren (Herstellung guter und günstiger Koppelkondensatoren hier)

– Bauteile der Siebkette

– Widerstände

– Röhren und Zubehör

– Draht, Buchsen, Gehäuse

Schritt 4 – Gehäusebau

…wird hier beschrieben

Schritt 5 – Verkabelung

Schritt 6 – Euphoria