Vollverstärker mit 5654 und EL84

Recht­zei­tig zu Ostern fer­tig gewor­den – der Voll­ver­stär­ker mit 5654 und EL84
Recht­zei­tig zu Ostern fer­tig gewor­den – der Voll­ver­stär­ker mit 5654 und EL84

Schon lange lag ich Segschneider mit meiner Vorstellung in den Ohren, demjenigen meiner beiden Söhne, der kein Vinylhörer ist, einen Vollverstärker bauen zu wollen. Der Sohn benötigt keinen (beröhrten) Phonovorverstärker, der auf zusätzliche Pegelanhebung durch eine LINE-Stufe angewiesen wäre und die sonst in Frage kommenden Signalquellen sind hochpegelig genug – wozu dann die LINE? Es liegt also nahe, lediglich eine Endstufe mit Quellenwahlschalter und Pegelsteller haben zu wollen.

Segschneider mochte sich mit meiner Idee nur widerwillig beschäftigen – er denkt eine Anlage immer in getrennten Komponenten und dann gehört die LINE für ihn einfach dazu. Außerdem ist ein Verstärker vom Schlage der in diesem Blog schon besprochenen PL82-Endstufe zwingend auf die LINE angewiesen, da man aus technischen Gründen nicht einfach ein Potentiometer als Pegelsteller an den Eingang hängen darf.

Segschneider erklärt, warum:

Der technische Grund ist einfach der: die Spannungsgegenkopplung an der Vorröhre, wie sie zum Beispiel im PL82-Endstufen-Entwurf ausführlicher erklärt ist, ist darauf ausgelegt, vom vorgeschalteten Gerät eine Quellimpedanz angeboten zu bekommen, die (a) unveränderlich ist und (b) recht klein, etwa 1,5 kΩ oder weniger. Ist die vorgeschaltete Quellimpedanz aber ein 100 kΩ-Poti, stimmt beides nicht mehr. Weder ist die Quellimpedanz dann klein (klein in Relation zu dem Gitterwiderstand von 100 kΩ!), noch ist sie konstant. Die Schaltung würde also nicht mehr so funktionieren, wie sie berechnet ist.

Entsprechend überrascht war ich, als mein Freund mir neulich doch einen Vorschlag für einen Vollverstärker vorlegte.

Die Schaltung

zum Vergrößern anklicken!

Schaltplan Vollverstärker mit 5654 und EL84
Schaltplan Vollverstärker mit 5654 und EL84

Lassen wir zunächst Segschneider zu Wort kommen:

Es wurde bereits begründet, dass bei der Verwendung eines Potentiometers am Eingang eine Spannunsgegenkopplung von der Anode aufs Gitter der ersten Röhre nicht infrage kommt. Trotzdem ist es aber wichtig, eine möglichst stabile Verstärkung der ersten Röhre zur Verfügung zu haben, da der Entwurf eine Gegenkopplung verwendet, die natürlich von der Verstärkung der ersten Röhre mit abhängt und die zudem direkt auf die Kathode dieser ersten Röhre einkoppelt. Deshalb wurde hier eine Eingangsröhre ausgewählt, die 5654, die nach meiner – selbstverständlich subjektiven und begrenzten – Erfahrung recht stabil läuft, wenn man sie mit den Nennwerten betreibt – das sind 10 mA und 2 V an der Kathode. Der Kathodenwiderstand von 200 Ohm reicht gerade so hin, um die Gegenkopplung zu realisieren. Für die Endröhren wurde eine regelbare Festgitterspannung eingesetzt; sie erlaubt es, kleinere Ungleichheiten der beiden Endröhren (wie sie durch Exemplarstreuung oder Alterung auftreten können) auszugleichen. Die Festgitterspannung sollte so eingepegelt werden, dass durch beide Endröhren ein gleichhoher Strom – also 34 mA – fließt. Auch dies dient einem stabilen Betrieb des Verstärkers.

Die Netzteile

Die beiden identischen Netzteile des Vollverstärkers verwenden zwei gleiche Transformatoren alter Fertigung. Ich mag hier kein Fabrikat angeben, denn dann könnte es sein, dass ein Nachbauinteressent auf das Auftauchen des erhofften Trafopärchens endlos warten müsste.

Die richtige Vorgehensweise ist die: man schalte der Hochvolt-Sekundärwicklung eines vielleicht infrage kommenden Trafo-Testlings eine Gleichrichterbrücke und einen Ladeelko von 47µF/450V nach. Die am Ladeelko liegende Gleichspannung wird mit ca. 45mA belastet (Hochlastwiderstände verwenden). Ist der Trafo in der Lage, über einen Zeitraum von einer Stunde unter dieser Belastung etwa 325V Gleichspannung am Ladeelko zu liefern und dabei nicht so heiß zu werden, dass man ihn nicht mehr anfassen kann, kann man ihn und seinen identischen Zwilling einsetzen. Das können sehr viele Ausbau-Netztrafos aus der Röhrenradio-Ära.

Bei diesen Messungen ist ein Trenntrafo zu verwenden, siehe Gefahrenhinweis. Das weitere Vorgehen beim Entwurf des Netzteils ist hier beschrieben.

Siebketten

Dazu hier das Schaltbild meines Netzteils (für einen Kanal!):
zum Vergrößern anklicken!

Netzteil (ein Kanal) Vollverstärker
Netzteil (ein Kanal) Vollverstärker

Bei Belastung mit 44mA stehen bei dem von mir gerechneten Netzteil +329V am Ladeelko an. Darauf folgt eine dreistufige RC-Siebkette mit einer Dämpfung (bei 100Hz Störsignal) von -110db. An deren Ende stehen bei 44mA Belastung +265V für die Versorgung der Endröhre zur Verfügung. An diesem Punkt setzt auch eine zweite, diesmal zweigliedrige RC-Siebkette an, die eventuelle Störsignale um weitere 70dB dämpft und an ihrem Ausgang bei 10mA Belastung noch +235V für die Versorgung der Vorröhre zur Verfügung stellt.

Die hohe Gesamtdämpfung von -180dB trägt wesentlich dazu bei, dass der hier gezeigte Aufbau in Bezug auf Störsignale absolut still ist. Angenehmer Nebeneffekt: die durch die zweite Siebkette entstehende hohe Entkopplung der Versorgungsspannungen von Vor- und Endröhre verhindert das berüchtigte Aufschaukeln der Endstufe (motorboating).

Es hilft nix: meine im Schaltplan des Netzteils angegebenen Bauteil-Werte stimmen zunächst mal nur für die Trafos, die ich verwende. Beim Einsatz anderer Trafos ist die Dimensionierung der Siebkette wahrscheinlich neu zu rechnen. Wie das geht, ist eingehend beschrieben in meinem Beitrag zu RC-gesiebten Netzteilen hier in diesem Blog.

Gittervorspannungs-Netzteil

zum Vergrößern anklicken!

Schaltplan Gittervorspannungs-Netzteil
Schaltplan Gittervorspannungs-Netzteil

Die negativen Gittervorspannungen für die beiden Endröhren werden mit einem eigenen kleinen Netzteil erzeugt. Auf der Platine befindet sich eine einfache Siebkette mit RC-Gliedern, allerdings mit sehr hoher Dämpfung bezogen auf 100Hz. Die Stabilisierung erfolgt mit einer Zenerdiode, über Spindeltrimmer werden die beiden Ausgangsspannungen justiert.

Gittervorspannungs-Netzteil
Gittervorspannungs-Netzteil

Dieses Modul habe ich zwei Audiofreunden zu verdanken – vom einen kommt die Schaltung, der andere gab mir die Platine und den Trafo. Beiden sei herzlich gedankt!

Röhrenbestückung

Durch den Einsatz von Allerweltsröhren wie der 5654 und der EL84 eignet sich dieses Gerät hervorragend zum tube rolling. Segschneider und ich haben in dieser Richtung allerdings noch wenig unternommen – derzeit werkeln hier als SIEMENS gelabelte EL84 von VALVO – die 5654 sind blau gelabelt und ebenfalls von VALVO. Das funktioniert sehr zufriedenstellend, ist aber nur eine von vielen Möglichkeiten. Der geneigte Nachbauer möge selbst entscheiden, wieviel Energie (und Geld) er in weitere Versuche stecken möchte.

Ausgangsübertrager

Der Schaltplan ist auf die Verwendung von gut erhältlichen Ausgangstrafos der Firma reinhöfer electronic ausgelegt, und zwar der Typen 53.61U (mit M65-Kern) oder 53.71U (mit M74-Kern). Diese Trafos stellen ein ehrliches Produkt mit sehr gutem Verhältnis von Preis und Leistung dar, mit dem das Hören bei Einsatz im beschriebenen Vollverstärker richtig Spaß macht.

Es sei aber nicht verschwiegen, dass Steigerungen möglich sind, wenn man deutlich tiefer in die Tasche greift. Die Autoren bevorzugen Ausgangsübertrager mit Schnittbandkernen, mit deren Größe man bei einem Verstärker mit zu erwartender Ausgangsleistung von unter einem Watt pro Kanal allerdings nicht zu übertreiben braucht – ein SM65- oder SM74-Kern reicht hier allemal aus.

Wichtig: bei Verwendung anderer als der hier genannten Übertrager ist darauf zu achten, wie hoch der Kupferwiderstand von deren Primärwicklung ist. 400Ω ist der hier geforderte Wert. Bei weniger als 400Ω ist ein Widerstand in Reihe zu schalten (siehe Schaltplan), ist er höher, muss die Versorgungsspannung der Endröhre um den Betrag erhöht werden, um den sich der Spannungsabfall am Ausgangstrafo erhöht.

Beispiel: bei einem Ruhestrom der Endröhre von 34mA fallen an 400Ω Kupferwiderstand der Primärwicklung 0,034A x 400Ω = 13,6V ab. Bei gleichem Ruhestrom und angenommenen Rcu von 600Ω wären es 0,034A x 600Ω = 20,4V. Die Versorgungsspannung der Endröhre müsste dann um den Unterschiedsbetrag von 6,8V erhöht werden. Das macht Eingriffe in die Siebketten von End- und Vorröhren erforderlich. Eventuell sind die Gittervorspannungen der Endröhren nachzujustieren.

Einsatz als Kopfhörerverstärker

Im Produktkatalog der Firma Reinhöfer finden sich Trafos, bei deren Einsatz man mit dem hier beschriebenen Vollverstärker sicherlich eine hervorragende Kopfhörerwiedergabe erzielen kann. Gemeint sind die Typen 53.61U50 und 63.61U80.

Aktualisierung 13.04.2017: Herr Beyer von der Firma Reinhöfer teilt mir soeben mit, dass der Primärwicklungs-Kupferwiderstand der Übertrager 53.61U50 und 63.61U80 bei Beschaltung auf 10kΩ Impedanz 400 bis 420Ω beträgt. Damit sind sie im hier beschriebenen Gerät ohne weitere Änderungen gegen die für Lautsprecherbetrieb bestimmten Typen austauschbar.

Ein unerwartetes Problem und dessen Lösung

Nachdem das Gerät fertig, getestet und für gut befunden war, wurde das Gehäuse mit der zugehörigen Haube aus Stahlblech geschlossen. Großer Schreck: nach dem Wiedereinschalten lautes mechanisches Brummen – das Gehäuse gab ein Dauergeräusch von sich wie ein laufender Kühlschrank. Die beiden Netztrafos versetzten das Stahlblech in Schwingungen. Eigentlich kein Wunder: die obere Fläche der Trafos und das obere Gehäuseblech haben nur ein paar mm Abstand.

Drei Maßnahmen im Verbund machten dem Problem ein Ende:

  • zunächst kleidete ich das Stahlblechgehäuse mit einer alubeschichteten gewebeartigen Wärmeschutzfolie aus der Autoindustrie aus (von einem Freund, der in der Branche arbeitet), seitdem klingt die Haube beim Draufklopfen nicht mehr blechern, sondern trocken-dumpf wie ein Stück Holz – Anteil am Erfolg: 20%.
  • danach legte ich die das Problem verursachenden (identischen) Netztrafos gegenphasig ans Netz, dadurch hoben sich die beiden magnetischen Wechselfelder zum großen Teil auf – Anteil am Erfolg: 50%! (Eine Idee, die mir im Wald beim Hundespaziergang gekommen ist).
  • schließlich klebte ich auf beide oberen Flächen der Trafos so viele Lagen der erwähnten Folie, dass bei Schließung des Gehäuses dieses stramm auf den Trafos aufliegt – Anteil am Erfolg: 30%. Ich nehme an, vor dieser Maßnahme war oberhalb der Trafos ein Schwingungsbauch und jetzt ist dort ein Schwingungsknoten entstanden.

Nun hört man schon in einem halben Meter Abstand nix mehr davon, nachdem es vorher den Hörgenuss ordentlich beeinträchtigte.

  • einen Pfeil hatte ich noch im Köcher: ich hätte einen der beiden Netztrafos gegenüber dem anderen auf der Hochachse um 90° verdrehen können. Gut möglich, dass auch das eine heilsame Wirkung gehabt hätte, allerdings scheute ich den damit verbundenen Umbau.

Fazit:

Der Verstärker verhält sich vom ersten Einschalten an elektrisch absolut still – das heißt: keinerlei Brumm, bei offenen Eingängen minimales Rauschen (Ohrkontakt mit der Pappe des Greencone), bei kurzgeschlossenen Eingängen: nichts …!

Das Klangbild ist nach oben hin sehr luftig-offen, mit ausgeglichenen Mitten und respektablen Tiefen. Hohe Räumlichkeit, dadurch Klangereignisse gut ortbar, breite Bühne. Alles in allem ein äußerst zufriedenstellendes Ergebnis. Wie sagt man so schön: „… da staunt der Laie, und der Fachmann (in diesem Fall Freund Segschneider) wundert sich!“

Abschließend einige Bilder vom Aufbau des Vollverstärkers:

Alle Abbildungen © 2017 by Michael Münch
Bildergalerie, zum Vergrößern anklicken:

6 Gedanken zu „Vollverstärker mit 5654 und EL84“

  1. Hallo Herr Münch,
    da ihre HP in letzter Zeit keine Veränderung mehr erfahren hat, ich aber von einem persönlich hoffentlich guten gesundheitlichen Verlauf ihrerseits ausgehe, kam mir der Gedanke, sie auf einen theoretischen Teil vielleicht einfach mal anzusprechen. Und zwar betrifft das die phasenstarre GK ihrer Verstärker.
    Ich hatte meinen eigenen EL84 Pentodenverstärker von der Überalles GK auf die von der Anode der EL84 mit 100k zur Kathode der EF86 als Triode mit 1,5k geschaltet! 🙂
    Der wurde schon merklich leiser, so, dass ich den 100k letztlich auf 300k erhöhte. Das machte den Verstärker wieder lauter, aber ließ die oberen Höhen immer noch etwas matter erscheinen? Ich habe kein Messgerät! 🙁 Wie lässt sich der GK Widerstand letztlich genauer berechnen. Als Beispiel, wie sind sie auf die 100k bei ihnen gekommen? 🙂
    Die besten Grüße an Sie und Ihr Team.
    Manfred.

    1. Hallo Herr Tautges,

      vielen Dank für Ihre Anfrage! Ich habe sie durchgereicht an Segschneider. Hier seine Antwort:

      Lieber Herr Tautges,

      vielleicht treiben Sie in Ihrem Haushalt ja ein Multimeter auf. Damit lässt sich folgende, aus der Erfahrung (Ingenieurswissenschaft ist Erfahrungswissenschaft!) stammende Grenzziehung kontrollieren. Außerdem wäre ein Signalgenerator hilfreich, der eine – irgendeine – Sorte Rauschen produzieren kann. Haben Sie einen Röhrenfreund, von dem sie einen solchen Generator leihen können? Als Notbehelf könnte man das Zwischenstationsrauschen eines geeigneten Tuners nehmen. Oder eine Testplatte/Test-cd mit einem Rauschen verwenden.

      Eine Pentodenendstufe sollte man nur soweit gegenkoppeln, dass die Verstärkung des gegengekoppelten Gerätes höchstens auf die Hälfte des nicht gegengekoppelten Zustands abfällt. Ein Beispiel. Lautstärke ohne Kopplung 2,0V; dasselbe Signal mit Kopplung maximal 1,0V. So ist die Gegenkopplung der klassischen Rundfunkendstufen ( V69 etc.) eingepegelt worden.

      Selbstverständlich gibt es aber noch viele andere Gründe, derentwegen auch eine gut eingepegelte Pentode obenrum „schlapp“ klingen kann: Ausgangsübertrager, Bauteile, vor allem die Kondensatoren im Signalweg, nicht zu vergessen die Röhren selbst und so weiter. Und in Unkenntnis Ihres Gerätes kann von dieser Stelle aus dazu leider nichts gesagt werden.

      Oder ist Ihre gegengekoppelte EL84 eigentlich ganz linear, macht aber vielleicht einen ausserhalb der Endstufe liegenden Grund für einen ungenügenden Klang deutlich? Auch das kann passieren.

      Sie sehen, ganz so einfach ist es nicht. Und daran können wir leider nichts ändern.

      Mit audiophilen Grüßen –
      Segschneider

  2. Hallo Herr Münch,
    noch einmal mein nachträgliches Lob für Ihre HP und den darin enthaltenden Schaltungen, hier bezüglich die PL82 und EL84.
    Die banale Frage die sich mir stellt, wie würden sie die beiden Verstärker-Konzepte eigentlich klanglich bewerten, zumal sie ja durchaus vergleichbare „Ausgangsleistungen“ haben?
    Interessant ist ja auch, dass jene EL84 mit fester Gitterspannung arbeitet. Denke mal, dass sich das vielleicht auch auf das Klirrspektrum auswirkt und sich somit im Klang bemerkbar machen könnte?
    Allerdings bin ich kein Freund des Dogmatismus und hoffe auf weitere freie Projekte von Ihnen.
    Viele Grüße
    Manfred.

    1. Hallo Manfred,

      hier einen klanglichen Vergleich anstellen zu wollen ist nicht ganz einfach.

      – die PL82-Endstufe braucht im Gegensatz zum EL84-Vollverstärker eine Linestufe, die abhängig vom Schaltungsdesign, den verwendeten Röhren und Koppel-Cs etc. ihrerseits auf den Klang einwirkt.

      – der Vorröhre des EL84-Amps fehlt die Spannungsgegenkopplung Anode/Gitter, da diese sich nicht mit dem Eingangspegelsteller vertrüge

      – die Sets der zu ergatternden Röhren für PL82-Endstufe und EL84-Vollverstärker unterscheiden sich sehr voneinander: so ist nicht davon auszugehen, dass eine PL82 von Telefunken so klingt wie eine EL84 vom gleichen Hersteller. Ich habe schon den Eindruck, dass sowohl der EL84-Vollverstärker als auch meine EL84-Endstufe die Tiefen einen Hauch besser wiedergeben als die PL82-Endstufe. Das liegt aber nicht am Schaltungsdesign, sondern daran, dass dies eine Eigenschaft ist, die der EL84 generell nachgesagt wird.

      – mittlerweile besitze ich von allen beteiligten Röhren – PC86/PL82 einerseits und 5654/EL84 andererseits – genügend Paare unterschiedlicher Hersteller, dass ich mir wohl zutraute, die Charakteristik der beiden Verstärker so abzugleichen, dass sie klanglich nur schwer zu unterscheiden wären.

      – ein Hauptgrund für die externe negative Gittervorspannung der EL84 ist kein klanglicher. Hätte ich stattdessen die Kathode der EL84 mittels eines Kathodenwiderstandes hochgelegt, wären die abfallenden 9,2 Volt der Anodenspannung „verloren gegangen“. Da kein Platz für größere Anoden-Netztrafos war, kam das nicht in Frage.

      Bastlergrüße!
      Michael Münch

  3. Hallo Herr Münch,

    als Ihr quasi ständiger Blog-Fan muss ich Ihnen einmal ein paar Zeilen schreiben.

    Wow – super toller Bericht. Wie meistens klickte ich gestern Abend recht lustlos
    durchs Internet und auch wie fast schon automatisch auf den „Topseiten“-link ihres
    Blogs. Und da war es wieder, diese Spannung die sich aufbaut, wenn es dann doch
    etwas neues zu lesen gibt. Und dieses Mal sogar eine neue „Röhren-Sache“ 😉

    Hab mich sofort quasi zwei mal durch den Bericht gepflügt und könnte den wohl noch
    ein paar Male lesen – es wird nicht langweilig 😉 Toller Schaltplan von Segschneider
    und prima Fotos und Bericht von Ihnen. Bitte weiter so…..

    Egal ob Schaltpläne, Grundlagenartikel oder Musikrezensionen (Danke für den Tipp
    mit Paolo Conte).

    Es grüßt

    Ulf

    1. Hallo Ulf,

      herzlichen Dank für Ihre freundlichen Zeilen, über die ich mich sehr freue! Für solch interessierte Leser wie Sie machen Segschneider und ich den Audionisten. Sobald uns wieder was einfällt, gibt es hier Neuigkeiten – irgendein Eisen haben wir eigentlich immer im Feuer 🙂 ! Also: stay tuned!

      Viele Grüße –
      MiMü

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert

Top