Dampfradioforum

Schönen Sonntag zusammen!

mich reizt schon lange eine Schaltung für einen Mikrofonverstärker von Jogi, hier der Link auf den Schaltplan:

http://www.jogis-roehrenbude.de/Verstae ... fVerst.jpg

Die Verstärkung ist von 40-80dB einstellbar, perfekt für alle Arten von Mikrofonen bis hin zum Bändchen mit niedriger Ausgangsspannung. Durch den Eingangsübertrager vermute ich rauscht die Schaltung nur sehr wenig, darüber lässt sich auch die hohe Verstärkung erklären.
Nur die Ausgangsstufe gefällt mir nicht, ein Trafosymmetrischer niederohmiger Ausgang wäre viel praktischer fürs Homerecording. Ich habe deshalb alte Schaltpläne von Studioequipment durchgeschaut und habe mich daran orientiert, herausgekommen ist die angehängte Schaltung. Dabei wurde der Kathodenfolger am Ausgang ersetzt, der Rest ist praktisch gleich.

Während die Berechnung vom Arbeitspunkt der Schaltung ziemlich einfach war (Ströme und Spannungen im Ruhezustand habe ich eingezeichnet) macht macht es mir momentan Probleme herauszufinden wie groß die Spannungsverstärkung der Kathodenbasisschaltung um V8A ist. Ziel ist das die Stufe um V8A mit anschließendem Übertrager nur als Buffer wirkt, also keine Spannungsverstärkung macht und dafür der Ausgangswiderstand der Stufe sinkt. Ich muss das für die Auswahl des Ausgangsübertragers wissen.

Könnt Ihr mir bitte Tipps geben wie ich die Verstärkung der Stufe ausrechen kann? Was haltet Ihr von der Schaltung?

Vielen Dank!

Gruß,
Jan

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Igitt! Da ist ein Transistor in meinem Röhrenradio! (-;

Hallo Jan,

weshalb verwendest du nicht die ursprüngliche Schaltung mit dem Katodenfolger. Dem brauchst du dann nur einen 1:1 Übertrager
zu spendieren, dann hast du doch bereits das was dir vorschwebt.

Wenn du insgesamt etwa die Verstärkung -1- beabsichtigst, frage ich mich, was der zusätzliche Aufwand mit der (Katodenbasis)-
Verstärkerstufe soll, um diese dann wieder auf Vu=1 herabzusetzen. Dann noch die Drossel im Anodenkreis - ein Bauteil welches
noch eine unnötige Frequenzbeeinflussung bewirken kann...

Nachsatz: Der 1/1-Übertrager gilt für reine Spannungsübertragung. Falls du aber eine Anpassung an die 600 Ohm Studionorm be-
absichtigst, sollte der Übertrager ein Übersetzungsverhältnis von ca. 2,7 haben - denn der Ausgangswiderstand des Katodenfolgers
ist mit 1/s, also ca. 85 Ohm anzunehmen. (s=12,5) --> Datenblatt E88CC -- Da wäre noch eine kleine Spannungsverstärkung übrig.

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...und glüht auch die Anode rot, ist die Röhre noch nicht tot.

Mit freundlichen Grüßen, Peter R.

Die Spannungsverstärkung einer Triode kann man grundsätzlich anhand der folgenden Skizze & Formel errechnen:

Aus dem Datenblatt der E88CC entnehmen wir: s=12,5mA/V und µ=33 --> daraus errechnet sich nach der Barkhausenformel
µ=s*ri ein Innenwiderstand von ri=2k7.

Wenn du deinen Trafo mit 600 Ohm Studionorm abschließt, ergibt sich bei Ü=5,8 ein Eingangswiderstand von 20k --> Ra
Den induktiven Widerstand der 600H Drossel kann man vernachlässigen - er beträgt bei f=1KHz ca. 3,7 Meg

So man die jetzt gefundenen Werte in die Formel einsetzt ergibt sich eine Verstärkung von ca. 17-fach. Phasendrehung -180°
Bezogen auf die Sekundärseite des Übertragers bliebe eine resultierende Vu von ca. 2,9 fach mit 600 Ohm Abschluss.

Die errechnete Verstärkung ist nur ein Richtwert, denn die im Datenblatt angegebenen Werte von s und µ gelten nur im Bereich
des vom Hersteller angenommenen Arbeitspunktes - und dies mit nicht unerheblichen Toleranzen.

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...und glüht auch die Anode rot, ist die Röhre noch nicht tot.

Mit freundlichen Grüßen, Peter R.

Hallo Peter,

vielen Dank für die Hilfe!

Ich bin natürlich froh wenn ich die Anodendrossel nicht brauche, dachte aber so einen wesentlich niedrigeren Ausgangswiderstand zu erreichen.



Ich habe es für besser gehalten die Stufe davor nicht noch höher verstärken zu lassen weil ich befürchtete die Verzerrungen steigen, deswegen die Lösung mit Anodendrossel. Und V8B wollte ich nicht einsparen weil ich die Gegenkopplung sonst an die Stufe mit der Anodendrossel hängen müsste, denke nicht das das gut für die Stabilität wäre. (Phasenreserve) Wenn das Blödsinn ist würde ich deine Lösung lieber übernehmen, da spare ich mir schon eine (teure) Induktivität. Mit deiner Formel komme ich auf einen Verstärkung von ca 13,4 durch V8B, passt man R6/ R12 an kann man ja diese Stufe den Verlust durch den Übertrager ausgleichen lassen.

Mal ein anderer Gedanke, was passiert wenn ich statt der Anodendrossel gleich einen Übertrager nehme anstatt ihn kapazitiv an die Anode (oder Kathode) zu koppeln? Wäre das dann nicht noch besser? So ungefähr:

http://www.jogis-roehrenbude.de/Verstae ... erer-S.jpg

Da die Stufe selber eine Spannungsverstärkung macht könnte man sie direkt nach der Stufe um V1 einsetzen und V8 parallel auf den Übertrager arbeiten lassen.

Danke auch für die Formel im Schaubild und die Erklärung, das hilft mir schon weiter!

Gruß,
Jan

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Igitt! Da ist ein Transistor in meinem Röhrenradio! (-;

Hier nochmal selbst gezeichnet was ich meine. Falls nötig muss ich R23 / R3 auf höhere Verstärkung in der ersten Stufe anpassen.

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Igitt! Da ist ein Transistor in meinem Röhrenradio! (-;

Hallo Jan,

es ist natürlich auch eine Möglichkeit den Auskoppeltrafo direkt in die Anodenleitung einzufügen. Ein Nachteil dieser Variante besteht
aber darin, dass der Übertrager jetzt vom Anodengleichstrom durchflossen wird und damit der Eisenkern "vormagnetisiert" wird.
Dadurch gerät das Eisen in einen ungünstigen Arbeitspunkt der Verzerrungen entstehen lässt. Um diesem zu begegnen muss der
Kern mit einem Luftspalt versehen werden - dies führt dazu, dass zum Erreichen der notwendigen Primärinduktivität die Windungs-
zahl erhöht werden muss oder die Verwendung eines größeren Kerns erforderlich wird.
Weiterhin bringt die Trafovariante zusätzliche Phasendrehungen in das System und kann bei Einbindung der Sufe in die Gegenkopplung
zu Stabiltätsproblemen führen. Dadurch wird eine Verstärkungsvariation, wie sie in der Originalschaltung vorgesehen ist nur begrenzt möglich
sein. Die Leerlaufverstärkung ist dann auch stark von der Ausgangsbelastung abhängig, welche sich direkt auf diese auswirkt - denn der
Lastwiderstand in den Anodenkreis transformiert --> =Ra.

Aus den erwähnten Gründen halte ich immer noch die in dem link zu findende Original-Schaltung mit einem geeigneten NF-Übertrager für die
beste Lösung. Der Katodenfolger verursacht kaum Verzerrungen und der Übertrager, wenn von guter Qualität und korrekt angepasst ermög-
licht eine zufriedenstellende Übertragungsbandbreite.

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...und glüht auch die Anode rot, ist die Röhre noch nicht tot.

Mit freundlichen Grüßen, Peter R.

Hallo Peter,

Danke nochmal für deine Hilfe, finde ich klasse!

Ich habe nun die Originalschaltung übernommen wobei R11 und C11 erstmal nicht eingebaut werden. (Ein Tiefpass mit 47k 120pF vor dem Gitter des Kathodenfolgers) Hier nochmal der Schaltplan auf Jogis Seite.

http://www.jogis-roehrenbude.de/Verstae ... fVerst.jpg

Der Übertrager wird nun ein 1:3 Typ, Sowter 8940 z.B.

http://www.sowter.co.uk/specs/8940.htm

Macht es deiner Meinung nach Sinn die Stufen vor dem Kathodenfolger höher verstärken zu lassen um den Pegelverlust durch den Übertrager auszugleichen? (natürlich mit Anpassung der GK) Ich brächte dann ja 90dB (Also Faktor 30.000, zum glück gibt der 1:20 Übertrager am Eingang schon 26dB dazu) Verstärkung trotz Gegenkopplungsschleife wenn ich wieder 80db Gesammtverstärkung im Maximum möchte, ist das überhaupt problemlos möglich bei der Schaltung? (ich denke nicht sonst hätte der Schaltungsentwickler R6 & C6 sowie R10 & C9 ja weggelassen und stärker gegenkoppeln können?)

Gruß,
Jan

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Hallo Jan,

ich will Dich jetzt nicht in Deinem Vorhaben verunsichern.
Aber es gäbe noch das eine oder andere zu bedenken.

Falls Du dieses Projekt als Fingerübung ansiehst und zufrieden bist, wenn hinten etwas herauskommt, kann man sich viele Überlegungen sparen.
Sollstest Du aber konkretere Vorstellungen haben und etwa bezüglich Frequenzgang, Rauschabstand, Verzerrungen halbwegs professionelle Daten anstreben, so könntest Du auf Schwierigkeiten stoßen.

Um etwas konkreter zu werden: mir gefällt die Eingangsstufe der vorgestellten Schaltung nicht so gut.
Aus zwei Gründen:

a) die vorgesehene Röhre ECC88 oder E88CC kann man nicht unbedingt als rauscharm ansehen. Sie wurde entwickelt für den Einsatz als Kaskodenverstärker in VHF-Vorverstärkerstufen. Für diesen Zweck ist sie gut geeignet. Im NF-Bereich hat sie aber Probleme.
Im Jogi-Forum findest Du z.B. unter dem Suchbegriff "RC Glieder berechnen / RIAA Zeitkonstanten" einen Thread, in dem in einigen Beiträgen das Thema angesprochen wird. Auch unter dem Suchbegriff "Röhrenrauschen - Ein Unterprojekt" findest Du mit der Browsersuchmaschine Deines Vertrauens weitere Hinweise und Meßwerte zur ECC88/E88CC/6DJ8.
Abhilfe wäre die Verwendung einer anderen Röhre. Wenn ich mich recht erinnere, hat der Röhrenentwickler Gerhard Haas vor Jahren in der Zeitschrift "Elektor" eine ähnliche Schaltung mit einer ECC83 in der Eingangsstufe vorgestellt. Ich weiß nicht, ob diese Schaltung im Internet verfügbar ist. Seinerzeit gab es aber einen Bausatz in seiner Fa. zu kaufen und auch technische Daten für seine Schaltung zu sehen.
Ich selber würde auch überlegen, in der Eingangsstufe eine stromarm betriebene NF-Pentode z.B. EF86/EF804 o.ä. einzusetzen. Bei einem Eingangsübertrager mit so hohem Übertragungsverhältnis ist es wichtig, die Eingangskapazität der ersten Verstärkerstufe gering zu halten. Das gelingt mit einer Pentode besser als mit einer Triode. Auch wenn letztere in einer Kaskode betrieben wird.

b) die Schaltungstechnik der ersten Verstärkerstufe erscheint mir nicht optimal.
So wie gezeichnet ist die Anodenspannung der 'unteren' Triode nicht gut definiert, d.h. sie hängt stark von den Toleranzen des jeweils eingesetzten Exemplars ab. Normalerweise wird bei der Kaskoden-Schaltung das Gitter der 'oberen' Triode durch einen Spannungsteiler zwischen Betriebsspannung und Masse festgelegt. Die Spannung am 'oberen' Gitter wird dann so gewählt, daß sie der gewünschten Anodenspannung der unteren Triode plus der Gitterspannung der 'oberen' Triode entspricht. Wie der Entwickler der gezeigten Schaltung den angegebenen Anodenstrom berechnet, ist mir nicht ersichtlich.
Da die ECC88 stark zum Schwingen im VHF-Bereich neigt, sollte man bei ihr unbedingt einen Dämpfungswiderstand direkt am Gitter vorsehen.

Was mir noch zu der Schaltung einfällt:
eine Gesamtverstärkung von 80 oder mehr dB bedarf einer großen Sorgfalt bei der Verdrahtung und Schirmung damit man keine Eigenschwingungen erzeugt. Vielleicht mal überlegen, ob nicht auch 60dB ausreichen.
Auch ich halte (wie 'glaubnix') als Ausgangsstufe einen Kathodenfolger mit kapazitiv angekoppeltem Ausgangsübertrager für die günstigste und unproblematischste Lösung. Definierte Impedanzverhältnisse lassen sich so am einfachsten einstellen.

Gruß

Heinz

Hallo Heinz,

auch danke an Dich!



Ich strebe auf jeden Fall "professionelle" Daten an, würde das gerne fürs Homerecording verwenden. Speziell das Rauschen sollte deshalb möglichst gering sein, trotz der Verwendung von Röhren.
Die Verstärkung von 80dB brauche ich leider wirklich, ich verwende unter anderem ein Bändchenmikrofon mit extrem geringer Ausgangsspannung.



Von meiner Seite aus passt das, die EF86 (bzw. EF806) wird sogar noch hergestellt sodass nichts gegen ihre Verwendung spricht. Die ECC88 im Kathodenfolger kann bleiben, Rauschen ist hier ja kein Problem mehr weil der Pegel am Eingang hoch ist. Ich denke die Stufe nach der EF86 (B2A) kann ja auch bleiben weil das Rauschen hier nicht mehr so tragisch ist. Oder man verwendet 2x EF86 Kathodenbasis nacheinander für die nötige Verstärkung und schaltet dafür beide Systeme der ECC88 parallel (bei doppeltem Anodenstrom dann) um einen noch geringeren Ausgangswiderstand zu erreichen.



Danke, daran hatte ich nicht gedacht!



Das traue ich mir durchaus zu, zwar habe ich mit dem Entwurf von Röhrenschaltungen wie man sieht nur wenig Erfahrung dafür aber selber schon Schaltungen mit OPVs designet. Von Line Anwendungen über Phono & Mikrofonverstärkern war alles dabei, korrekte Masseführung die Probleme mit der Gegenkopplung etc. sind mir also prinzipiell bekannt.

Gruß,
Jan

Edit: Im Anhang habe ich mal kurz gezeichnet was ich meine, Pentoden sind EF86. (EF806)

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Hallo Jan,

bezüglich des S/N könnte das knapp werden.

Wenigstens ungefähr läßt sich aber abschätzen, welchen Signal/Rausch-Abstand man bestenfalls mit einer solchen Röhrenschaltung erreichen kann.
Nehmen wir mal den Fall einer NF-Pentode vom Typ EF86 (Die Spezialröhren EF806,-804, -804S, etc. verhalten sich praktisch gleich.) Mit einem normalen Arbeitspunkt bei Ia ~ 1mA. (Stromarm - Ia~0.1mA - würde man bei einem Phonovorverstärker wählen.)

Wie Du in dem schon erwähnten Link ("Röhrenrauschen - Ein Unterprojekt") findest, beträgt das spektrale Rauschen einer durchschnittlichen EF86 - im groben Mittel über den Hörbereich - etwa 15...20nV/sqrt(Hz). Wenn es gelingt, das Rauschen der Quelle (Mikrofon) im ganzen Hörbereich über das Eingangsrauschen der ersten Röhre hochzutransformieren, wird der S/N-Abstand nur noch vom Rauschen der Quelle bestimmt. Andernfalls bestimmt das Rauschen des Mikrofonverstärkers das bestenfalls erzielbare S/N.

Bei einem 1:15-Eingangsübertrager liegt der Schwellenwert für die Quelle also bei ca. ((15..20)/15)nV/sqrt(Hz) = 1.2nV/sqrt(Hz). Bei höherem Rauschen der Quelle begrenzt die Quelle das S/N, bei niedrigerem Rauschen der Mikrofonverstärker.
(Das gilt für eine durchschnittliche Eingangsröhre, also im Mittelfeld der Toleranzen. Zwei, drei Exemplare sollte man besser schon haben, um etwas selektieren zu können. Und es gilt für Null Fehler im Aufbau .)

Eine konstante spektrale Rauschdichte von 1.2nV/sqrt(Hz) über den Hörbereich von 20Hz...20kHz entspricht einer gesamten Rauschspannung Ur von

Ur = 1.2nV/sqrt(Hz) * sqrt(20kHz) = 1.2 * 141 nVeff = 0.17µVeff.

Wenn Du diesen Wert mit den Spezifikationen für Dein Mikrofon vergleichst, kannst Du ungefähr abschätzen, bei welchem physiologisch unbewerteten S/N Du mit dem Röhrenverstärker bestenfalls landest. Zum Vergleich: 50dB war ungefähr der Standard für LPs vor den 1980er-Jahren.




Im wesentlichen o.k.
Über die Dimensionierung von Widerständen und die Ausführung der Gegenkopplung müßte man sich vielleicht nochmal unterhalten.

Gruß

Heinz

Hallo Heinz,

So viel schlechter als eine Schaltung mit Instrumentenverstärker wäre das dann nicht, die "State-of-the-Art" ICs liegen bei ~1nV/sqrt(Hz)
0,17µVeff entspricht doch ca. dem Rauschen eines 90 Ohm Widerstandes, das finde ich schon sehr gut. Mein Bändchenmikro hat z.B. eine Impedanz von 200 Ohm, der Verstärker wäre also mit "guter" Röhre am Eingang genauso gut oder sogar rauschärmer. Man könnte auch wie in der Originalschaltung einen 1:20 Übertrager nehmen um das nochmal zu verbessern, dann wird die kapazitive Last am Übertrager aber um so kritischer. (ich habs gerade überschlagen gerechnet, bei 50pF Last hinterm Übertrager muss der Quellwiderstand unter 400 Ohm liegen damit die 20kHz noch nicht zu stark bedämpft werden)



Zählt die oben genannte Formel für die Triode auch bei Pentoden in der selben Beschaltung? Hab z.B. für Pentoden auch die Formel V=(S*Ra)/(1+S*Rk) gefunden, deshalb die Frage...

Mit oben genannter Formel komme ich aber bei 2x EF86 nie und nimmer auf den erforderlichen Verstärkungsfaktor, auch nicht mit kapazitiv gebrücktem Rk. (26dB gewinne ich durch den 1:20 Übertrager, ~10dB verliere ich durch die Ausgangsstufe also brauche ich 64dB Verstärkung zusätzlich)




Sorry ist mir auf meinem Bildschirm garnicht aufgefallen! Ich skaliere die Bilder gleich auf eine Breite von 800Pixeln!

Gruß,
Jan

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Hallo Jan,

das ist das theoretisch zu erzielende Optimum. In der Praxis muß man mit Abstrichen rechnen.

Dir Größe "µ" wird für Pentoden nicht definiert. Deshalb die andere Formel verwenden.

Also ca. 32 dB pro EF86!?
Ich weiß nicht, welche Werte Du in die Formel eingesetzt hast. Ein Blick ins Datenblatt der EF86 zeigt Dir aber, daß bei empfohlener Standard-Beschaltung um die 45dB Verstärkung möglich sind pro EF86.
Da hast Du noch etwas Spielraum für eine lokale Gegenkopplung durch einen teilweise überbrückten Rk. Die Überalles-Gegenkopplung würde ich weglassen. So wie gezeichnet reduziert sie den möglichen Ra der zweiten Stufe drastisch und damit die verfügbare Leerlaufverstärkung. Für eine wirksame Gegenkopplung bei insgesamt 64 dB closed-loop-Verstärkung bleibt dann praktisch nichts mehr übrig. (Schätze ich jetzt mal so ).
Was soll die Gegenkopplung auch bewirken? Bei den zu erwartenden Signal-Pegeln trägt sie kaum zur Minderung von Verzerrungen bei. Und Röhrenschaltungen arbeiten anders als Halbleiterschaltungen auch ohne globale Gegenkopplung stabil.

Wenn Du beide EF86-Stufen gleich aufbaust mit teilweise überbrücktem Rk zur Verstärkungseinstellung, reduzierst Du Deine Arbeitszeit wahrscheinlich gewaltig. Eine einstellbare Gegenkopplung über zwei Stufen, so wie gezeichnet, dürfte erheblichen Aufwand benötigen, um das stabil hinzukriegen.

Du solltest Dir auch darüber klar sein, daß das nicht die einzige Front ist, an der Du kämpfen mußt.
Manche Probleme kommen in Deinem Schaltbild nicht zum Vorschein.
Was mir gerade so einfällt:
Oft ist es so, daß die Streuinduktivität des Eingangstrafos mit der Eingangskapazität eine Resonanzfrequenz im oberen NF-Bereich hat, die durch Bedämpfung ausgeglichen werden muß. Damit verringert sich der Eingangsgewinn durch den Übertrager auf Kosten des Rauschens.
Die Röhrenheizung wirst Du als sauber gesiebte Gleichspannungsheizung ausführen müssen, falls Du große Brumm-Probleme vermeiden willst. Für die ECC88 ist dann eine gesonderte Heizwicklung nötig. Deren Heizung sollte aus Sicherheitsgründen und Gründen der Langzeitstabilität auf Kathoden-Potential liegen. Also bei mindestens einigen 10 Volt über Masse.

Gruß

Heinz

Hallo Jan,

die Verstärkung der EF86 (Pentoden allgemein) läßt sich nicht so einfach berechnen, weil da auch die G2-Spannung einen erheblichen Einfluss ausübt.
Dafür gibt es aber in den Datenblättern etliche Dimensionierungsbeispiele. Bei einem Ra von 100k kann man von einer etwa 100fachen Verstärkung
ausgehen. Natürlich beeinflusst auch der Eingangswiderstand der Folgestufe den Verstärkungsfaktor, denn er liegt ja parallel zum Ra.

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...und glüht auch die Anode rot, ist die Röhre noch nicht tot.

Mit freundlichen Grüßen, Peter R.