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Kathodenbasisverstärker
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13.01.20 19:03
qw123 

WGF-Premiumnutzer

13.01.20 19:03
qw123 

WGF-Premiumnutzer

Re: Kathodenbasisverstärker

Hallo Florian,

Florianska:
...und da ich Wissenschaftler bin, möchte ich gerne verstehen, warum das hier anders gemacht wurde.
Welche Prämisse stand dabei im Vordergrund.
zwei Dinge sind zu klären:
a) was genau bewirkt das Fortlassen eines Kondensators parallel zum Kathodenwiderstand?
b) was sollte damit bewirkt werden?

a) Auf die erste Frage eine Antwort aus der Schaltungstheorie:
die Wechselspannungsverstärkung V einer Pentode berechnet sich in erster Näherung zu:

V = S x Ra
mit S = Steilheit im Arbeitspunkt, Ra = Arbeitswiderstand

Man kann das auch so schreiben:
V = Ra/Rs
mit Rs = 1/S . Im Falle EL84: Steilheit S ~ 11mA/V in einem üblichen Arbeitspunkt bzw. Rs = 1/S = 90.9 Ohm
Beim üblichen Arbeitswiderstand einer EL84 von 5.2kOhm also:
V = 5200/90.9 ~ 57

Wird der Kathodenwiderstand Rk = 200 Ohm nicht wechselspannungsmäßig durch einen Kondensator überbrückt, so berechnet sich V zu:

V = Ra/(Rs + Rk)
Also V = 5200/(90.9 + 200) ~ 18
d.h. eine Verstärkungsreduktion um etwa den Faktor 3. Der Frequenzgang wird in erster Näherung nicht beeinflußt.


b) Über die Frage, was damit bewirkt werden soll, kann man spekulieren:

Es wird ein Elko eingespart.
Die Verstärkung vor der Endröhre ist höher als nötig.
Die Verzerrungen der Endstufe sollen reduziert werden.
(Der nicht überbrückte Rk bewirkt eine Gegenkopplung bzw. eine Linearisierung der Ia/Ug-Kennlinie. Die Verzerrungen der Endröhre gehen um etwa den gleichen Faktor zurück wie die Verstärkung.)

Gruß

Heinz

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13.01.20 19:30
Florianska 

WGF-Premiumnutzer

13.01.20 19:30
Florianska 

WGF-Premiumnutzer

Re: Kathodenbasisverstärker

Das ist genau meine Motivation so etwas anzusprechen, vielen Dank Heinz.
Im Gegensatz zu Chassis mit EABC80 und EL 84, gibt es ja hier eine NF-Vorstufe mehr, das entspricht deiner Argumentation, zumal hier wegen der Empfindlichkeit auch Wert auf symmetrische Heizung und abgeschirmte Ankoppelkondensatoren gelegt wurde.

Gruß

Florian

13.01.20 19:34
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

13.01.20 19:34
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

Re: Kathodenbasisverstärker

Hallo Heinz, hallo Kalle,

genau das sehe ich auch so, ihr habt es sehr viel präziser umrissen als ich. Im Vordergrund stehen sicher die geringeren Verzerrungen bei etwas reduzierter Ausgangsleistung und die etwas unkritischere untere Grenzfrequenz. Ich kann mir nicht vorstellen, dass der Kostenfaktor eine Rolle gespielt hat. Wenn kein Elko vorhanden ist, gibt es auch keine Veränderung der Daten bei schleichender Alterung.


Gruss
Walter

Nachtrag: @Kalle: Ich meinte natürlich den Kathodenkondensator parallel zum Widerstand, habe das im obigen Text korrigiert!

Zuletzt bearbeitet am 16.01.20 08:30

14.01.20 10:41
HB9 

WGF-Premiumnutzer

14.01.20 10:41
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Kathodenbasisverstärker

Hallo zusammen,

so einfach ist die Sache nicht...

Ich habe die folgenden Schaltungsversionen schon angetroffen:

1. 'Normalfall', Gittervorspannung durch Kathodenwiderstand erzeugt, Kathodenwiderstand mit Elko überbrückt.
2. Wie 1, aber kein Elko, dafür eine Rückkopplung von der Kathode auf die Kathode der Vorstufe.
3. Kondensator einfach weggelassen, wie hier im Nordmende gezeigt.
4. Kathode liegt auf Masse, negative Gittervorspannung extern erzeugt (Normalfall bei Batterieröhren).

Die Variante 2 ist signalmässig bei korrekter Auslegung praktisch gleich wie Variante 1, die Strom-Gegenkopplung der Endröhre wird durch die Rückkopplung auf die Vorstufenröhre kompensiert, so dass die Gesamtverstärkung nicht absinkt, die Vorstufe liefert aber eine höhere Steuerspannung für die Endstufe. So wurde z.B. der Philips BF621 oder BF634 gebaut. Vorteil ist der Wegfall des Elkos, Nachteil die Anfälligkeit auf Bauteiltoleranzen, was hier durch eine 'Über alles'-Gegenkopplung kompensiert wurde.

Variante 3 bedeutet, dass über dem Kathodenwiderstand eine dem Anodenstrom proportionale Signalspannung abfällt, welche der Gitterspannung entgegenwirkt (Stromgegenkopplung). Durch diese Gegenkopplung wird der Innenwiderstand der Röhre erhöht und die Kennlinie linearisiert, die Röhre wird so zur perfekten gesteuerten Stromquelle. Das tönt eigentlich gut, nur ist eine Stromquelle aus zwei Gründen unerwünscht:
1. Die Membranauslenkung wird durch die angelegte Spannung bestimmt, der Strom ergibt sich aus der stark frequenzabhängigen Impedanz.
2. Wegen der Masse der Lautsprechermembran muss diese elektrisch 'gebremst' werden, damit sie möglichst kein Eigenleben führt.

Punkt 1 bedeutet, dass der Frequenzgang 'wellig' wird. Bei der Lautsprecher-Resonanz ist die Impedanz hoch, was bei einer Stromquelle eine hohe Spannung ergibt und somit eine grosse Auslenkung der Membran, also eine starke Resonanz-Überhöhung. Weiter liegt parallel zur Lautsprecherimpedanz die (Haupt-) Induktivität des Ausgangstrafos, die nicht beliebig gross ist und deren Impedanz bei sinkender Frequenz abnimmt. Somit fliesst bei abnehmender Frequenz immer mehr Strom durch die Trafo-Induktivität statt durch den Lautsprecher, das ergibt dann den schwachen Bass. Das ist auch der Grund, warum Trioden mehr Bass zeigen, weil sie wegen des niedrigen Innenwiderstandes viel weiter von einer Stromquelle entfernt sind als Pentoden. Ein Lautsprecher möchte eigentlich eine Spannungsquelle ohne Innenwiderstand.

Punkt 2 bedeutet, dass die Stromquelle die Membran nicht bremsen kann, da der Innenwiderstand unendlich ist, und somit die durch die Membranbewegung erzeugte Spannung keinen Strom erzeugt, welcher der Membranschwingung Energie entziehen kann. Bei Hifi-Verstärkern wurde daher früher oft der Ausgangswiderstand angegeben, den der Lautsprecher sieht und für die Dämpfung relevant ist.

Variante 4 entspricht signalmässig Variante 1, hat aber den Nachteil, dass sich die Gittervorspannung nicht automatisch auf Grund des Kathodenstroms einstellt. Somit hängt der Strom von den Röhrentoleranzen ab oder muss abgeglichen werden, wie das bei Gegentakt-B-Verstärkern und gewissen modernen Hifi-Röhrenverstärkern üblich ist. Bei Batterieröhren geht es nicht anders, weil die Kathode gleichzeitig auch die Heizung ist und wegen der Heizung mit einer Batterie alle Kathoden miteinander verbunden sind. Aus welchen Gründen auch immer gibt es aber auch (wenige) Geräte mit indirekt geheizten Endröhren, wo diese Schaltung verwendet wurde, z.B. der Albis 494.

Unabhängig von diesen Schaltungsvarianten gibt es etwa ab den 50er-Jahren fast immer eine 'Über alles'-Gegenkopplung, also eine Gegenkopplung von der Anode der Endröhre (oder vom Lautsprecher) zum Gitter oder Kathode der NF-Vorstufe. Diese Gegenkopplung reduziert sowohl den Ausgangswiderstand (und erhöht damit die Dämpfung des Lautsprechers) als auch die Verzerrungen. Weiter wurde die Gegenkopplung häufig frequenzabhängig gemacht, um den Frequenzgang des Lautsprechers und Gehäuses 'gerade zu biegen' sowie mit Einstellmöglichkeiten eine Klangregelung realisiert.

Gruss HB9

14.01.20 11:23
Florianska 

WGF-Premiumnutzer

14.01.20 11:23
Florianska 

WGF-Premiumnutzer

Re: Kathodenbasisverstärker

So kommen wir genau in meine Zielrichtung!
Das ist diskussionswürdige Wissenschaft.

Letzteren Beitrag hätte ich so nie schreiben oder berücksichtigen können.
Das ganze ist jetzt unabhängig vom vorgestellten Gerät. Wichtig war mir eben, das diese Abweichung von der häufigen Schaltung mit Kathodenkondensator auch denjenigen bewusst wird, die ihr altes Gerät reparieren.
Und das trägt hier wesentlich dazu bei, Eigenentwicklungen (als HIFI Röhrenverstärker) noch weiter zu verstehen, bzw. die 4 oben genannten Varianten abzuwägen.

Zum Gerät ist zu sagen, dass die gleiche originale LS-Kombi in verschieden großen "Schallwänden" montiert war, ohne Änderung der Schaltung, vielleicht hat sich bei der Entwicklung gezeigt, dass diese Variante ohne Kathodenkondensator in dieser Hinsicht unempfindlicher war als andere Varianten. Variante 4 kam wegen des Aufwands für eine getrennte negative Gittervorspannungserzeugung sicher nicht in Betracht.

Gruß
Florianska

14.01.20 14:23
Reflex-Kalle 

WGF-Nutzer Stufe 2

14.01.20 14:23
Reflex-Kalle 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Kathodenbasisverstärker

HB9:
...
Variante 4 entspricht signalmässig Variante 1, hat aber den Nachteil, dass sich die Gittervorspannung nicht automatisch auf Grund des Kathodenstroms einstellt. ... Bei Batterieröhren geht es nicht anders, weil die Kathode gleichzeitig auch die Heizung ist und wegen der Heizung mit einer Batterie alle Kathoden miteinander verbunden sind. Aus welchen Gründen auch immer gibt es aber auch (wenige) Geräte mit indirekt geheizten Endröhren, wo diese Schaltung verwendet wurde, z.B. der Albis 494.
...

Das ist dann eine Variante der halbautomatischen Gittervorspannungserzeugung, wie man sie sonst meist bei den Trioden-/Endpentoden-Verbundröhrenschaltungen mit gemeinsamer Kathode findet. Da fließt dann nicht nur der Kathodenstrom der Endpentode durch den „Kathodenwiderstand“, sondern zusätzlich noch der weitgehend konstante Kathodenstrom einiger oder aller anderen Röhren(-Systeme).

Gruß

(Reflex-)Kalle

Zuletzt bearbeitet am 14.01.20 14:23

14.01.20 15:12
qw123 

WGF-Premiumnutzer

14.01.20 15:12
qw123 

WGF-Premiumnutzer

Re: Kathodenbasisverstärker

Hallo HB9 und zusammen,

HB9:
......die Röhre wird so zur perfekten gesteuerten Stromquelle.
So formuliert, ist das etwas übertrieben. Der Innenwiderstand der Endpentode wird durch die Stromgegenkopplung zwar erhöht, aber nicht bis ins Unendliche.
Auch ohne Gegenkopplung ist der Innenwiderstand der EL84 mit ca. 40kOhm sehr viel höher als der hochtransformierte Lautsprecherwiderstand an der Anode von ca. 5kOhm (laut Herstellerempfehlung). Eine weitere Erhöhung des Innenwiderstandes durch die Gegenkopplung um vielleicht den Faktor 3 bringt keine wesentliche Änderung mehr im Verhalten der Endstufe.

Die von Dir geschilderten Effekte
HB9:
Punkt 1 bedeutet, dass der Frequenzgang 'wellig' wird. Bei der Lautsprecher-Resonanz ist die Impedanz hoch, was bei einer Stromquelle eine hohe Spannung ergibt und somit eine grosse Auslenkung der Membran, also eine starke Resonanz-Überhöhung. Weiter liegt parallel zur Lautsprecherimpedanz die (Haupt-) Induktivität des Ausgangstrafos, die nicht beliebig gross ist und deren Impedanz bei sinkender Frequenz abnimmt. Somit fliesst bei abnehmender Frequenz immer mehr Strom durch die Trafo-Induktivität statt durch den Lautsprecher, das ergibt dann den schwachen Bass. Das ist auch der Grund, warum Trioden mehr Bass zeigen, weil sie wegen des niedrigen Innenwiderstandes viel weiter von einer Stromquelle entfernt sind als Pentoden. Ein Lautsprecher möchte eigentlich eine Spannungsquelle ohne Innenwiderstand.

Punkt 2 bedeutet, dass die Stromquelle die Membran nicht bremsen kann, da der Innenwiderstand unendlich ist, und somit die durch die Membranbewegung erzeugte Spannung keinen Strom erzeugt, welcher der Membranschwingung Energie entziehen kann. Bei Hifi-Verstärkern wurde daher früher oft der Ausgangswiderstand angegeben, den der Lautsprecher sieht und für die Dämpfung relevant ist.
gibt es alle. Aber in praktisch gleichem Maße auch ohne Stromgegenkopplung an der Endpentode. Sie sind nicht Folge dieser Gegenkopplung. Eben weil der Innenwiderstand einer Endpentode schon normalerweise viel größer ist als der Arbeitswiderstand, was immer angenähert einer Stromsteuerung entspricht.

Ändern läßt sich diese Situation, wie Du richtig schreibst, nur durch Einführung einer "Über-alles-Gegenkopplung".

Diese findet man manchmal auch bei den alten Röhrenradios. Abgenommen an der Sekundärwicklung des AÜ und zurückgeführt auf die NF-Vorstufe. Damit eine solche Gegenkopplung eine merkliche Wirkung entfalten kann, müßten die NF-Verstärkungsreserven des Radios aber wesentlich höher sein als es sich mit den üblichen zwei NF-Röhren machen läßt. Das ist so gut wie nie der Fall.

Gruß

Heinz

14.01.20 15:20
basteljero 

WGF-Nutzer Stufe 2

14.01.20 15:20
basteljero 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Kathodenbasisverstärker

Hallo miteinander,
Ich hatte mal einen Bass-Amp mit mehreren parallelen EL34 gebaut und jeweils Kathodenwiderstände (100 Ohm)
eingefügt, um die Toleranzen der Röhren untereinander bei Vollaussteuerung auszugleichen. Ohne Kondensator, der
hätte durch seinen kleinen Wechselstromwiderstand das Ganze wieder zunichte gemacht.

Vergleicht man die von Wumpus und WalterBar eingestellten Schaltplan-Auszüge könnte der Kathoden-Kondensator
eventuell auch nur "weggelassen" worden sein um die 100Hz-Brummspannung am Übertrager-Ausgang abzusenken.
(Kathodenstrom erzeugt Brummspannung am Kathodenwiderstand).
Dann wäre der Übertrager-Wickelraum besser ausgenutzt durch Wegfall der Kompensationswicklung.

Jens

Zuletzt bearbeitet am 14.01.20 21:52

14.01.20 22:01
ingodergute 

Moderator

14.01.20 22:01
ingodergute 

Moderator

Re: Kathodenbasisverstärker

Hallo Jens,

ich denke, genau das - die Veringerung der Abhängigkeit von Exemplarschwankungen - ist sicher der Grund, dafür, daß diese Elkos in manchen Schaltungen fehlen. Das ist besonders in Gegentaktendstufen hilfreich, um die Symmetrie zu garantieren.

Nebenbei hat die Enführung/Vergrößerung einer Gegenkopplung nichts zu tun mit der maximalen Leistung, die ein Verstärker abgeben kann, nur mit seiner Verstärkung. Das heißt mit mehr Gegenkopplung braucht man für die gleiche Ausgangsleistung eine höhere Eingangsspannung aber die maximal abgebbare Leistung wird nicht verringert. Fehlt natürlich die Verstärkung und ist gleichzeitig die Eingangsspannung begrenzt, weil sie z.B. aus einem Demodulator stammt, dann führt die evtl. zusätzliche Gegenkopplung dazu, daß die maximal mögliche Ausgangsleistung bzw. Lautstärke nicht erreichbar ist.

Gruß Ingo.
_____________
Analog bleiben!

14.01.20 23:18
basteljero 

WGF-Nutzer Stufe 2

14.01.20 23:18
basteljero 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Kathodenbasisverstärker

Hallo Ingo,
Dann fehlt nur noch die "Standard-13W-Gegentakt-AB-Schaltung mit 2 EL84; bei 300V Betriebsspannung fallen ein paar Volt
am gemeinsamen Kathodenwiderstand wirklich nicht ins Gewicht, zumal dieser mit 130 Ohm ja auch noch kleiner ist als
bei Eintakt-A ist.
https://www.welt-der-alten-radios.de/h--...gelung-505.html (Schaltplan)
https://frank.pocnet.net/sheets/084/e/EL84.pdf

Interessant finde ich die ersten Nachkriegsradios bei denen zwei HF-Regelpentoden parallel und mit Stromgegenkopplung
betrieben wurden,was auch die Verwendung der RV12P2001 und EF11 "behelfsmäßig" in der Endstufe ermöglichte.
(ATLAS RA1 / ATLAS RA2, Schaltpläne im GFGF).

Jens.

Zuletzt bearbeitet am 15.01.20 09:53

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