Mein "Hybrid-Radio" (1/3)

Mein "Hybrid-Radio" ist ein Röhrenverstärker mit eingebauten Autoradio. Das Gerät wurde von mir komplett neu entwickelt. Hinweis: verwendete Hilfsmittel sind im Anhang aufgeführt. Hinweise im Text durch Ziffer in Klammer. Schaltpläne sind auf der letzten Seite.

Die Endstufe

Die Endstufe arbeitet in Ultralinear-Schaltung mit der Röhre 6L6GC. Diese Röhre ist noch reichlich im Handel und entsprechend preiswert zu beschaffen. Die Endstufe arbeitet im AB-Arbeitspunkt. Die Betriebsspannung von 360V ist stabilisiert. Der Arbeitspunkt wird für jede Röhre getrennt eingestellt. Auch die dafür nötige negative Spannung ist stabilisiert. Der Arbeitspunkt ist auf 28mA je Röhre eingestellt. Je nach Aussteuerung steigt die Stromaufnahme. Die Widerstände von 10 Ohm in der Kathodenleitung beeinflußt nicht den Arbeitspunkt sondern sind nur zur Messung des Kathodenstromes mit Hilfe eines auf der Front sitzenden Meßwerks vorhanden. Das Schirmgitter ist am 25%-Anzapf des Ausgangstrafos angeschlossen. Problem: zwei alte Ausgangsübertrager Die Ausgangsübertrager stammen aus einen uralten Selbstbau-Verstärker. Die hatte ich vor etwa 40(!) Jahren selber gewickelt. Mit einen M85b-Kern mit Wicklungen in 2 Kammern und mehrfach verschachtelt. Die Meßergebnisse des Ausgangstrafos sind allerdings enttäuschend. Muß mich damals wohl verrechnet haben. Trotzdem sollten die Trafos verwendet werden. Die Induktivität ist gering und abhängig von der Meßspannung. Die Meßwerte wenn folgende Meßgeräte verwendet werden: Meßgerät von ELV 43823, Meßwert = 0,95H Meßgerät von TEMNA LCR-Meter, Meßwert = 1,03H Und die Ergebnisse wenn mit höherer Spannung/Strom und mit 50Hz gemessen wird: Spannung Induktivität 18V 5,6H 70V 10,7H 115V 12,1H 150V 11,8H 170V 11,4H 190V 10,0H 203V 9,2H 213V 8,5H 222V 7,9H Die Meßwerte gelten für eine Anodenwicklung, also von Anode nach Betriebsspannung. Von Anode zu Anode beträgt die Induktivität das 4- fache. Die Induktivität liegt parallel zum Arbeitswiderstand. Damit die untere Frequenzgrenze möglichst weit nach unten reicht, ist ein niedriger Arbeitswiderstand erforderlich. Das kleinst mögliche Übersetzungsverhältnis beträgt 30,88. Bei Verwendung von 4-Ohm Lautsprechern erreiche ich also einen Arbeitswiderstand Raa von 3816 Ohm. Dadurch erreicht die Endstufe eine geringere Leistung, aber der Frequenzgang ist mir wichtiger. Die maximale Ausgangsleistung beträgt 14W. Nicht viel für eine 6L6-Endstufe, aber für meine Lautsprecher mehr als ausreichend.

Wie wirkt sich die Stromabhängigkeit der Induktivität aus?

Tatsächlich ändert sich der Frequenzgang je nach Ausgangsleistung. Mit (1) habe ich folgende Frequenzgänge bei unterschiedlichen Ausgangsleistungen gemessen. Bei den folgenden Messungen wurde die Eingangsspannung für die angegebene Ausgangsleistung bei 1kHz eingestellt und dann bei allen anderen Frequenzen nicht mehr verändert. Bei den Messungen ist die Taste “Linear” gedrückt.

Wie man sieht ändert sich die untere Frequenzgrenze je nach Leistung wegen der geänderten Induktivität. Die magnetische Eigenschaft des M85b-Kernes ist auch beim Klirrfaktor erkennbar. Bei den selben Leistungen wie oben habe ich folgenden Klirr gemessen (2).

Der hohe Klirrfaktor ist auch eine Folge der Fehlanpassung. Bei einer Ausgangsleistung von 10W ist die Endstufe schon fast voll ausgesteuert. Nur noch 3 dB unterm Begrenzungseinsatz. Die Gegenkopplung hilft nicht viel, sie ist mit etwa 4,5dB nur sehr gering. Das Verhältnis des Klirr bei 1kHz und 22Hz ändert sich je nach Aussteuerung. Bei geringer Ausgangsleistung ist es am größten. Das bewirkt die Magnetisierungskurve des Trafos. Änderung: den Widerstand R35 habe ich von 820R auf 390R geändert wodurch die Gegenkopplung von 4,5db auf 7,5dB erhöht wird. Damit sehen die Meßwerte etwas besser aus:

Die Phasenumkehrstufe

Der Arbeitspunkt in der Phasenumkehrstufe wird nicht mit Kathodenwiderstände stabilisiert. Sondern wie bei meinen “Stahl-Radio” mit Hilfe einer stabilen negativen Spannung und einen Spannungsteiler von der Anode über 10MOhm zum Gitter und von dort über 3.3MOhm zur negativen Spannung. Diese Schaltung stellt den Arbeitspunkt wesentlich stabiler ein als ein Kathodenwiderstand. Man kann verschiedene Röhren einsetzen, der Arbeitspunkt ändert sich dadurch (fast) nicht. Außerden steht bei dieser Schaltung die ganze Betriebsspannung zur Erzeugung der Ansteuerung der Endröhren zur Vefügung. Mit Trimmer RV9 wird die Steuerspannung beider Endröhren auf gleiche Höhe eingestellt. Die Gegenkopplung wirkt auf das erste System der Phasenumkehrstufe. Der Kathodenwiderstand von 82 Ohm hat so gut wie keinen Einfluß auf den Arbeitspunkt. Er wird nur für die Gegenkopplung gebraucht.

Die Vorstufe mit Klangregler

Der Klangregler, auch ”Kuhschwanz-Entzerrer” genannt, liegt in einer Gegenkopplung zwischen den beiden Trioden einer ECC83. Der Bassregler sollte möglichst weit nach unten wirken. In den Kurven ist das nicht sofort erkennbar. Beim Vergleich mit dem Bassregler im Autoradio ist es deutlich hörbar. Der Sound mit Röhrenendstufe ist wegen des (Frequenzmäßig) tiefer wirkenden Bass- Einstellers nach meinen Empfinden deutlich angenehmer. Nachteilig ist aber ein kleiner Buckel im Frequenzgang wenn beide Einsteller, also Bass- und Höhen- Einsteller, in der Mitte stehen. Deshalb habe ich die “Linear”- Taste vorgesehen. Damit werden die Klangregler komplett ausgeschaltet. Der Trimmer RV6 wird auf die selbe Lautstärke eingestellt, die bei Mittelstellung der Klangregler auftritt. Ein Lautstärkesprung tritt nach Betätigen der Linear-Taste nicht auf.

Bass und Höhen auf Maximum

Bass und Höhen auf Minimum

Bass auf 1:00 Uhr und Höhen auf Mitte

Wenn “Bass” auf 1 Uhr und “Höhen” auf Mitte sind ist der Frequenzgang +/- 3dB von 22Hz bis 20kHz. Das ist trotz des ungeeigneten Ausgangstrafos noch in Ordnung.

Das Netzteil

Die Betriebsspannungen: 1.) 360V / 300mA stabilisiert, für die Anodenspannung 2.) -66V stabilisiert, als Referenz und für die Gitterspannung der 6L6GC 3.) +12,6V / 4,6A stabilisiert, fürs Autoradio und die Heizung ECC81/83 4.) 6,3V/ 4A AC, für die Heizung der vier 6L6GC und EB11 Eine Röhre EB11 liegt im Regelkreis der Anodenspannung. Nach dem Einschalten, bevor die Röhre angeheizt ist, beträgt die Andenspannung nur etwa 40V. Erst wenn die Röhre leitet erscheint die Anodenspannung in voller Höhe. Damit wird in etwa die Funktion eines Röhrengleichrichters simuliert. Sonst würde sofort nach dem Einschalten im ganzen Verstärker die volle Spannung anliegen bis die Röhren anfangen Strom zu ziehen. Man denke an die Koppelkondensatoren. Außerden liefert noch ein ganz kleines Netzteil die Standby-Betriebsspannung fürs Autoradio. Das liegt noch vorm Netzschalter und wird mit einen 9V-NC-Akku gepuffert. Damit das Autoradio nicht sein Gedächnis verliert.

Der Eingangswahlschalter

Der Schalter hat fünf Stellungen. Folgende Betriebsarten sind wählbar: 1. NF-Eingang 1 für den Röhrenverstärker 2. NF-Eingang 2 für den Röhrenverstärker 3. NF vom Autoradio zum Röhrenverstärker 4. Lautsprecher ans Autoradio, der Röhrenverstärker ohne Signal in Standby 5. Lautsprecher ans Autoradio, der Röhrenverstärker ist ausgeschaltet

Das Autoradio

Ein Röhrenverstärker soll Musik verstärken. Aber woher? Irgendwo muß die Musik herkommen. Dann kam mir die Idee mit den Autoradio. Das enthält einen UKW-Empfänger, einen CD-Player und noch eine Endstufe. Alles zu einen extrem günstigen Preis. Die erforderliche Betriebsspannung von 12V wird auch für die Heizung der kleinen ECC83/81 - Röhren benötigt. Der Lautsprecher wird über Relais zweipolig umgeschaltet. Autoradios haben Lautsprecherausgänge die nicht geerdet werden dürfen, deshalb zweipoliges umschalten. Die jeweils abgeschaltete Endstufe wird mit einen 220 Ohm Widerstand belastet. Damit wird ein Knackgeräusch beim Umschalten vermieden. Das Autoradio hat einen NF-Ausgang über zwei Cinch-Buchsen. Nachteilig ist leider, das diese NF auch von den Einstellern (Lautstärke, Bass, Höhen) am Autoradio verändert wird. Wenn man die Klangregler im Autoradio auf 0dB einstellt, das wird in Ziffern angezeigt, ist der Frequenzgang absolut gerade von 20Hz bis 16kHz. Dann kann man mit den Klangreglern am Röhrengerät ordnungsgemäß den Sound einstellen. Das Autoradio habe ich mit (3) gemessen. Der Frequenzgang geht von 22Hz bis 16kHz absolut gerade. Ebenso der Klirr. Keine Änderung bei verschiedenen Ausgangsleistungen.

Der mechanische Aufbau

Das Gehäuse ist komplett aus Aluminium aufgebaut. Teilweise geschraubt, und wo ein Trennen nicht nötig wird: geklebt. Die beiden Seitenteile aus lackierten 3mm-Alu, die Querstreben aus Quadrat-Alu 8x8mm und die übrigen Bleche aus 2mm Alu. Die beiden Frontseiten und die Oberseite des Chassis sind aus 2mm-Alu und wurden aus optischen Gründen mit 1mm-Gravier-Alu vollflächig beklebt. Die Haube über die Trafos besteht nur aus 1mm-Gravier-Alu. Als Kleber verwende ich den Kontruktionskleber Waicon RK-1300. Geklebte Teile sind extrem stabil, aber leider nicht immer elektrisch verbunden. Deshalb sind mehr Teile verschraubt als es mechanisch nötig wäre. Am besten erkennt man den Aufbau an den 3D-Zeichnungen

Die Verdrahtung

Die Verdahtung an den Röhren ist von Hand auf Lötleisten ausgeführt. Der Rest ist auf 4 Platinen verteilt: 1.) Das Klangregelnetzwerk mit den 3 Potis sitzt auf einer zweiseitigen Platine direkt hinter der Frontplatte. 2.) Das Netzteil ist auf einer einseitigen Platine hinter der Rückwand untergebracht. Die Siebelkos sind nicht auf der Platine sondern direkt am Gleichrichter angeschlossen. Die großen Ladeströme durch den Elko sollten nicht über der Platine fließen. Was das Layout verkompliziert hätte (wegen Brummen). Die Leistungshalbleiter und der Leistungsgleichrichter sitzen auf der Rückwand. Auf der Rückseite ist ein großer Kühlkörper. Im Dauerbetrieb wird er nur Handwarm. 3.) Die Siebelkos für die Vorstufen und die Trimmer für die Gitterspannung sind auf eine getrennte Platine auf der rechten Seite neben den Endröhren. Diese Siebung wird für beide Kanäle gemeinsam verwendet. 4.) Die Relais für die Umschaltung der Lautsprecher und zum Schalten der Betriebsspannungen sind auf einer Platine direkt hinter den Lautsprecher-Buchsen. Der Röhrenteil wird nur über die Heizung ein- und ausgeschaltet. Die Anodenspannung folgt dann zeitlich verzögert von selbst. Dafür sorgt die EB11. Der Verstärker ist brummfrei. Die Masseleitungen werden hier im Detail beschrieben weil das für einen Verstärker besonders wichtig ist damit es nicht brummt. Die Lötleisten für die Vor- und Phasenumkehrstufe sind auf eine kupferkaschierte Epoxyd-Platte montiert. Die Masseverbindungen an den Röhren gehen auf kurzen Weg direkt auf diese Kupferfläche. Die Kupferfläche hat am Kopfende in Richtung Endstufe eine zentrale Massefläche von etwa zwei mal zwei cm. Hier sind aus allen Richtungen die Masseleitungen angelötet. Die 4 Cinchbuchsen an der Rückwand sind gegen die Rückwand isoliert. Von dort gehen 4 abgeschirmte Leitungen zum Eingangswahlschalter. Hier ist eine Lötleiste, die alle 4 Schirme verbindet. Von dieser geht es zum Fußpunkt des Lautstärkepotis. Von dort geht eine Leitung zur zentralen Massefläche. Die Masseleitungen von der Platine mit den Siebelkos geht für jeden Elko getrennt zur zentralen Massefläche. Ebenso der Masseanschluß von der Netzteilplatine. Die Gleichrichter und die dazugehörenden Ladeelkos sitzen nicht auf der Netzteilplatine. Von den Ladeelkos gehen beide Leitungen (plus und minus) zum Stecker an der Netzteilplatine. Damit wird verhindert, das die durch hohe Ladeströme verursachten Spannungsabfälle als Brummspannung in den Verstärker gelangen. Das Autoradio ist isoliert eingebaut. Es ist unvermeidbar, das dies Autoradio mehrmals mit Masse verbunden wird. Damit das kein Brummen zur Folge hat wurde es wie folgt ausgeführt. Von den beiden Cinchbuchsen an der Autoradio-Rückseite gehen 2 abgeschirmte Leitungen zum Eingangswahlschalter. Der Schirm ist dort an die oben erwähnte Lötöse angeschlossen. Damit haben wir eine Masseverbindung des Autoradios. Für die zuführung der Betriebsspannung ist das aber ungeeignet. Das Autoradio hat für Betriebsspannung und Lautsprecher einen genormten Steckanschluß. Der Masseanschluß (Minuspol) an diesen Stecker geht zur zentralen Massefläche. Danach war aber immer noch ein geringer Brumm hörbar. Ein zusätzlicher Masseanschluß von der zentralen Massefläche zur rechten Gehäuseseite beseitigte diesen Fehler restlos. Seltsamerweise hatte jede andere Stelle am Autoradio-gehäuse einen zusätzlichen Brumm zur Folge. Die Masseleitungen sind an der Frontplatte mit dem Gehäse verbunden. Diese Stelle war eigentlich nicht dazu gedacht, aber aus mechanischen Gründen unumgänglich. Der Netzanschluß erfolgt mit einen entstörten Kaltgerätestecker. An dieser Stelle ist der Schutzleiter mit den Gehäuse verbunden.