SRPP nur mit Voltmeter und Sinusgenerator optimal einstellen

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sidolf
Inventar
#1 erstellt: 23. Sep 2011, 16:23
Hallo Selbstbauer und Röhrentechniker,

SRPP-Schaltungen sind bei Selbstbauern nicht sehr beliebt, brauchen sie doch für die korrekte Abstimmung der Last (Shunt) umfangreiche Messgeräte wie Oszi, Sinusgenerator und Distortionmeter. Erst wenn die Last einer SRPP-Schaltung exakt abgestimmt ist, arbeitet die Schaltung auch tatsächlich als PP mit überragenden Eigenschaften. Es ist keine Gegenkopplung nötig um einen Klirrgrad < 0,01% zu erreichen. Nachfolgend eine kleine Testschaltung aus LTspice:

SRPP-Test_01
Als optimale Last wurden hier 12,7K ermittelt. K2 und K3 haben dann eine Abschwächung von je ca. -76 / -78db gegenüber dem Grundsignal (hier 1000Hz). Das ergibt zwar etwa noch 0,021% Klirr. Schuld daran ist aber der bereits relativ hohe Klirr aus der Sinusquelle V1 in LTspice.

Wie wird jetzt die optimale Last (hier R5) eingestellt. R5 sollte in der Praxis natürlich durch einen Trimmer ersetzt werden. Ein Beispiel: Das Lautstärkepoti im Endverstärker hat einen Wert von 50K, dann müsste R5 etwa 17K sein (RL-optimal = Rpoti x R5 / (Rpoti + R5)). Man nimmt also für R5 einen 25 – 50K Trimmer.

Zur Einstellung wird nur ein Sinusgenerator und ein gutes Messgerät mit VAC-Bereich benötigt. Der Ausgang der SRPP wird mit einem 50K Widerstand (entspricht dem Wert des Lautstärkepotis) belastet. An den Eingang kommt der Sinusgenerator (z.B. 1000Hz). Durch das Verstellen des Trimmers R5 werden nun die AC-Spannungen über Röhre U1 von Anode zur Katode (Pin6 zu Pin8) und Röhre U2 (Pin1 zu Pin3) je Röhre auf den exakt gleichen Wert (Pegel) eingestellt. Einfacher geht es fast nimmer. Das Resultat ist eine bestens abgestimmte Verstärker-Stufe, die dann auch als eine „echte“ SRPP bezeichnet werden darf.

Ein Nachteil ist, dass bei einer anderen Last (Lautstärkepoti, Endverstärker) die ganze Prozedur wiederholt werden muss. Abhilfe: Man baut das Lautstärkepoti in den Vorverstärker an den Ausgang der SRPP-Stufe ein, dann verändert sich die einmal eingestellte „optimale Last“, auch bei voll aufgedrehtem Poti, fast nicht mehr. Noch ein Vorteil dieser Methode; die fast unvermeidlichen Störspannungen aus dem Vorverstärker werden je nach Stellung des Lautstärkereglers gewaltig abgeschwächt.
Oft wird von „Pfeifen“ einer SRPP berichtet. Ich hatte dieses Problem noch nie, auch wenn die Heizungen der beiden Röhren an einer gemeinsamen Spannungsquelle hingen.

Was mir jetzt noch fehlt, ist eine Formel mit der man annähernd diese „optimale Last“ errechnen kann. Mir ist es noch nicht gelungen so eine Formel zu entwickeln. Vielleicht kann ja jemand helfen!

Gruß
richi44
Hat sich gelöscht
#2 erstellt: 26. Sep 2011, 10:53
Die Formel habe ich auch nicht! Aber kann sein, dass wir aus den Hintergründen eine Formel entwickeln können (was ich eigentlich bezweifle).
Nehmen wir eine EC86. Da sind die Kennlinien fast ideal. Bei der Ia/Ua-Kennlinienschar sind die einzelnen Linien fast genau parallel und wenn wir einen linearen Ra einzeichnen, so wird der Klirr sehr gering sein (Von jeder Kreuzung zwischen Gitterspannungslinie und Ra eine Vertikale und die Spannung beachten. Unterschiedliche Abstände = unterschiedliche resultierende Anodenspannungen und der Unterschied ist der Klirr). Nehmen wir eine schlechtere Röhre, so haben wir einen höheren Klirr.

Wenn wir jetzt "rückwärts" vorgehen und gleiche Spannungsabstände annehmen und daraus den jeweiligen Ra ableiten, so bekommen wir für minimalen Klirr einen "krummen" Ra. Und der ist genau so krumm wie der Ri der Röhre. Wenn wir also statt eines festen Ra eine zweite Röhre verwenden, die ebenfalls eine krumme Ri-Kennlinie aufweist, so hebt sich der Klirr auf, vorausgesetzt dass beide Systeme gleich angesteuert sind.

Betrachten wir die SRPP, so sehen wir, dass die obere Röhre zunächst nur mit ihrem "statischen" Ri als Ra der unteren arbeitet. Es ist also in erster Linie der Durchgriff der Röhre, welche den Ri beeinflusst. Ohne Last kommt es bei der oberen Röhre zu keiner aktiven Ansteuerung und damit besteht ein Unterschied zur unteren, die ja am Gitter aktiv angesteuert wird.

Du hast recht, es entstehen dadurch unterschiedliche Verhältnisse (ungleiche Spannungen) und damit keine vollständige Kompensation.
Du misst die Spannung über den Röhrensystemen und gleichst dies ab. Du könntest noch besser die Spannungen über den Katodenwiderständen vergleichen, denn diese sagen etwas über die Ansteuerung aus. Ohne Last wird das Delta URk oben und unten unterschiedlich sein. Sind beide gleich, haben wir gleiche Ansteuerung.

Ich stelle mir jetzt mal folgendes vor (Immer auf Tonspannung bezogen):
Wir nehmen eine bestimmte Ansteuerung der unteren Röhre an. Ob Last oder nicht, URk entsteht (und wirkt als Stromgegenkopplung). In der oberen Röhre entsteht aber die Ansteuerung aus dem Strom, welcher durch die Last abfliesst und damit die obere URk "moduliert".
NUR:
Wenn sich die Steilheit oder der generelle Ruhestrom der Systeme ändert haben wir andere Verhältnisse zwischen den beiden Systemen und damit muss R Last verändert werden, dass in beiden Systemen die Ansteuerung identisch ist. Mit anderen Worten: Es könnte eine Formel geben, in welcher alle Röhrenparameter einfliessen. Sobald sich aber nur ein Parameter verändert, ändert sich (nach der Barkhausen-Formel S*D*Ri = 1) mindestens ein weiterer Wert.

Das Problem ist also nicht unbedingt das Berechnen, sondern die Einhaltung der grundsätzlichen Röhrendaten. Und ich stelle mir einfach vor, wenn ja die untere Ansteuerung unverändert und URk "relativ" fest ist, so ist dies bei URk oben nicht der Fall. Da spielen die Röhrendaten möglicherweise noch stärker mit. Das bedeutet, dass man wie gesagt in dieser Formel mindestens S und Ri einsetzen müsste und daraus die Werte der Last berechnen könnte, dass aber Änderungen dieser Werte durch Alterung die Klirrkompensation verhindern würde.

Generell ist es ja ein Problem, einen Fehler dürch einen "gegenteiligen" zweiten Fehler zu kompensieren. Das gilt nur schon, wenn wir für Messungen (Klirr, Intermodulation) eine Frequenz mit einem Notchfilter ausblenden wollen. Da muss Pegel, Frequenz und Phase genau stimmen. Und alte Klirrbrücken mit Röhrenbestückung waren alles andere als stabil.

Generell ist die SRPP ohne doppelte Ansteuerung und Gegenkopplung ein "Ei auf die Spitze gestellt". Das "geht", zumindest eine Weile, aber richtig sicher und stabil ist die Geschichte nicht.
sidolf
Inventar
#3 erstellt: 26. Sep 2011, 12:22

richi44 schrieb:
Du misst die Spannung über den Röhrensystemen und gleichst dies ab. Du könntest noch besser die Spannungen über den Katodenwiderständen vergleichen, denn diese sagen etwas über die Ansteuerung aus. Ohne Last wird das Delta URk oben und unten unterschiedlich sein. Sind beide gleich, haben wir gleiche Ansteuerung.


Hallo Richi,

meine Überlegungen, Simulationen und Messungen gelten natürlich nur für AC/Tonspannungen.

Die Spannungsmessung über den beiden Katodenwiderständen führt nicht zum Ziel. Hier hast Du immer die gleichen Spannungen und zwar phasengleich. Ich hab's gemessen.

Den PP-Betrieb bekommst Du nur hin, wenn die AC-Spannungshübe über U1 und U2, oder die AC-Ströme durch U1 und U2 (immer Katode - Anode) gleich - und auch phasenverdreht sind. Die Last (RL-optimal) liegt ja nicht nur gegen Masse sondern auch gleichzeitig, phasenversetzt an der Ub. In meinem Beispiel, RL-optimal = 12,7K, geht ja ein virtueller Widerstand von 25,4K zur UB und 25,4K zur Masse.
Mal ein Beispiel: belastet man den Ausgang der SRPP mit einem sehr hohen Widerstandswert weit weg von der optimalen Last, sagen wir mal mit 1M, dann sind die AC-Spannungen über U1 - U2, und die AC-Ströme durch U1 - U2 ebenfalls gleich, aber eben nicht phasenverdreht. Die "SRPP" arbeitet dann nur als SE!

Erst wenn Du jetzt mit dem RL näher an diese optimale Last heran kommst, dann setzt diese Phasendrehung von AC-Spannung und AC-Strom langsam ein und erreicht im "Resonanzpunkt", AC-Spannungen, AC-Ströme sind gleich über U1 und U2, ihren optimalen Wert. Dieser Resonanzpunkt, ich nenne ihn einfach mal so, ist ziemlich scharf begrenzt.

Langzeitstabil ist die Sache auch, ich habe mal so eine Versuchsschaltung 24h über ca. 300 Tage laufen lassen, ich konnte keine Veränderungen messen.

Alternativ kann man natürlich die SRPP auch mit einem Distortionmeter auf kleinsten Klirr einstellen. Hier wollte ich aber mal eine andere Methode vorstellen, denn nicht jeder hat eine Klirrfaktormessbrücke.

Gruß


[Beitrag von sidolf am 26. Sep 2011, 12:31 bearbeitet]
richi44
Hat sich gelöscht
#4 erstellt: 26. Sep 2011, 14:47
Was passiert denn, wenn Du eine zu niederohmige Last betreibst? Dann müssten nach meiner Ansicht die Spannungen unterschiedlich werden, oder wie sieht das aus?
sidolf
Inventar
#5 erstellt: 26. Sep 2011, 19:18

richi44 schrieb:
Was passiert denn, wenn Du eine zu niederohmige Last betreibst? Dann müssten nach meiner Ansicht die Spannungen unterschiedlich werden, oder wie sieht das aus?


Hallo Richi,

ja, was passiert dann, die Gegenphasigkeit bleibt erhalten, aber die AC-Ströme, bzw die AC-Volt-Hübe über den Röhren U1 und U2 (immer Katode zur Anode) werden je mehr sich die Last 0 Ohm nähert sehr, sehr unterschiedlich, halt bis nichts mehr hinten rauskommt.

Grüße
sidolf
Inventar
#6 erstellt: 27. Sep 2011, 10:29
Hallo,

ich habe jetzt mal die AC-Ströme durch U1 und U2 (Schaltung aus post #1) bei verschiedenen Lasten untersucht. Das Ergebnis ist interessant. Die folgenden Angaben beziehen sich immer auf die AC-Ströme (Tonsignal 1000Hz) und die Phasen durch die beiden Röhren U1 (untere Röhre) und U2 (obere Röhre) der SRPP.

1. Rlast = 1000K: U1 und U2 (Iss = 0,74mA, I = 2,37mA), Phasen sind gleich

2. RLast = 100K: U1 (Iss = 0,74mA, I = 2,37mA), U2 (Iss = 0,44mA, I = 2,38mA), Phasen sind gleich

3. RLast = 60K: U1 (Iss = 0,78mA, I = 2,39mA), U2 (Iss = 0,26mA, I = 2,37mA), Phasen sind gleich

4. RLast = 40K: U1 (Iss = 0,82mA, I = 2,39mA), U2 (Iss = 0,07mA, I = 2,36mA), Phasen sind gleich

5. RLast = 35.5K: U1 (Iss = 0,85mA, I = 2,38mA), U2 (Iss = 0,001mA, I = 2,34mA), Phasen ?

6. RLast = 30K: U1 (Iss = 0,85mA, I = 2,38mA), U2 (Iss = 0,14mA, I = 2,39mA), Phasen sind gedreht

7. RLast = 20K: U1 (Iss = 0,90mA, I = 2,37mA), U2 (Iss = 0,45mA, I = 2,38mA), Phasen sind gedreht

8. RLast = 12,7K: U1 und U2 (Iss = 0,95mA, I = 2,37mA), Phasen sind gedreht

9. RLast = 5K: U1 (Iss = 1,08mA, I = 2,36mA), U2 (Iss = 1,69mA, I = 2,23), Phasen sind gedreht

usw. bis Rlast = 0-Ohm, die Phasen bleiben dabei gedreht!

Aus der obigen Tabelle erkennt man sehr schön, dass erst bei einer Last unter etwa 35K (5.) die Phasendrehung einsetzt. Bei der optimalen Last von 12,7K (8.) sind dann die AC-Spannungen/Stromhübe über U1 und U2 vollkommen gleich. Die SRPP arbeitet optimal als PP.

Was so oft als SRPP angepriesen wird, ist nie und nimmer eine echte SRPP auch wenn die Schaltung so aussieht. Meist handelt es sich dabei um Schaltungen, bei denen das obere System als Konstantstromquelle arbeitet, also kein PP! Auch wird immer wieder behauptet, mit "Shunt" (SRPP = Shunt regulated Push Pull) sei das oberer Röhrensystem gemeint. Das ist Unsinn! Auch die Aussage, die obere Röhre würde stärker belastet ist der gleiche Unsinn. Eine sauber abgestimmte SRPP arbeitet vollkommen symmetrisch.

Auch habe ich noch nie eine "SRPP-Schaltung" gesehen, wo diese, absolut nötige „optimale Last“ einstellbar gewesen wäre. Also doch keine SRPP!

Gruß


[Beitrag von sidolf am 27. Sep 2011, 11:28 bearbeitet]
richi44
Hat sich gelöscht
#7 erstellt: 27. Sep 2011, 15:56
Gut, SRPP wird ja auch als "Serieröhren-Gegentakt" übersetzt und das ist es natürlich allemal, sofern eine Last vorhanden ist. Und dabei kommt dann die zweite "gute Tat" der Schaltung zum Zug, nämlich der tiefe Ri. Das war ja der Ursprung der Philips 800 Ohm-Endstufen. Dass dabei kein minimaler Klirrabgleich möglich ist, versteht sich.
Was also "echte" SRPP ist und was nicht ist nach wie vor eine umstrittene Angelegenheit.

Wenn wir es auf die Klirr-Minimierung ansetzen, so ist tatsächlich eine minimale Last notwendig, um die Symmetrie zu bekommen, denn das Mass der Ansteuerung der oberen Röhre hängt von der am oberen Rk abfallenden Spannung ab und diese ist abhängig vom Strom, welcher durch die obere Röhre UND die Last fliesst.

Meine Überlegungen gehen dahin, dass wir mit einer regelbaren Ansteuerung (das obere Gitter wird über ein Poti zwischen unterer Anode und oberer Katode angesteuert und somit die Ansteuerung einstellbar gemacht. Damit kann die obere Röhre zwischen "Konstantstromquelle" und richtiger SRPP eingestellt werden) die Symmetrie auch bei einer niederohmigeren Last noch hin bekämen. Könnte sein, dass wir damit die besagte 800 Ohm Endstufe optimieren könnten.

Zur Formel:
Hätten wir einfach eine Triode, so bekämen wir keine Konstantstromquelle, auch wenn wir diese nicht ansteuerten. Dies wegen des relativ kleinen Ri. Hätten wir eine Pentode als obere Röhre, so bekämen wir etwas "konstantstrom-ähnliches" dank des hohen Ri.
Nun wollen wir aber keine Konstantstromquelle, sondern eine gesteuerte Röhre. Nichtsdestotrotz hängt das mit dem Röhren-Ri zusammen. Und so wie es aussieht müssen die Daten der U1 und U2 möglichst identisch sein. Dies versteht sich, weil nur bei möglichst identischen Daten "Auslöschungen" möglich sind.
Ich vermute, dass es einen mehr oder weniger direkten Zusammenhang zwischen Röhren-Ri und Last gibt. Verfolgt man die Literatur im Internet so ist oft von Variation der beiden Rk die Rede (was ja den Ruhestrom beeinflusst). Vermutlich müsste man mit verschiedenen Röhren (ECC81, 83, 88) bei unterschiedlichen Ruheströmen die Optima suchen und bei den jeweiligen Arbeitspunkten ihre Ri bestimmen. Das ist natürlich eine "Beschäftigungstherapie". Kann sein (oder muss fast so sein) dass da etwas gemeinsames heraus kommt. Wie genau sich dann aber eine "Berechnung" ableiten lässt, dass man also z.B. mit der Röhren-und Arbeitspunktwahl die Schaltung auf eine bestimmte Last optimieren kann und es stimmt, das kann ich nicht sagen.

Generell stellt sich mir die Frage, ob dies überhaupt sinnvoll ist. Wenn ich mit einem Gerät auf einen bestimmten Abschlusswiderstand angewiesen bin, dann bin ich nicht mehr universell. Ich erinnere da an amerikanisch/japanische Studiogeräte. Diese lieferten den Norm-Audiopegel NUR bei einer Nennlast von 600 Ohm. Das Studio (zumindest die deutschen) ist aber auf einen festen und einheitlichen Pegel ausgelegt. Wenn man dann jeweils jedem Empfangsgerät eine Last verpassen muss, dass es an der angeschlossenen Quelle den richtigen Pegel geliefert bekommt ist eine Parallelschaltung an mehrere Aufzeichnungsgeräte nicht mehr möglich. Aus diesem Grund wurde die 600 Ohm Abhängigkeit zu Gunsten einer niederohmigen Quelle und einer hochohmigen Senke aufgegeben. So ist nichts mehr "falsch" auch wenn mit langen Kabeln und hohen Kapazitäten auf mehrere Geräte parallel aufgezeichnet wird.
In diesem Sinne würden wir uns eigentlich mit einer SRPP etwas zurück holen, das an anderer Stelle der Vergangenheit angehört, weil es eigentlich nicht alltagstauglich ist. Mit einer Gegenkopplung bekommen wir ja die selbe Qualität (Klirr, Frequenzgang) ohne auf eine definierte Lastimpedanz achten zu müssen.
sidolf
Inventar
#8 erstellt: 27. Sep 2011, 16:59

richi44 schrieb:
Generell stellt sich mir die Frage, ob dies überhaupt sinnvoll ist. Wenn ich mit einem Gerät auf einen bestimmten Abschlusswiderstand angewiesen bin, dann bin ich nicht mehr universell.


Hallo Richi,

diese Frage ist vollkommen richtig und auch berechtigt! Ich wollte der Sache einfach mal auf den Grund gehen. Auch im Elektorheft "Röhren 5" wird teilweise so ein Unsinn verzapft. Da wird von symmetrischer- und asymmetrischer SRPP geschrieben, aber auf die alles entscheidende Last wird überhaupt nicht eingegangen. Da wird ernsthaft empfohlen die beiden Katodenwiderstände unterschiedlich zu dimensionieren, bzw. einstellbar zu machen. Das einzige was an diesem Artikel stimmt ist; die Verstärkung einer SRPP ist immer kleiner/gleich als µ/2.

Das Lastproblem kann man durchaus elegant in den Griff bekommen. Z.B. innerhalb einer Gesamtschaltung wird nach der SRPP der Gitterableitwiderstand einstellbar gemacht. Bei einem Vorverstärker sitzt dann der Lautstärkeregler nach der SRPP am Ausgang des VV usw. Jedenfalls wird man mit niedrigstem Klirr (K2/K3 -80db und mehr), Brummarmut, sehr niedrigem Rauschen usw. belohnt und das ist doch schon mal was.

Jetzt fehlt mir nur noch die Formel!

Gruß
richi44
Hat sich gelöscht
#9 erstellt: 28. Sep 2011, 08:53
Zur generellen SRPP-Frage: Ich glaube mich zu erinnern dass ich mal gelesen habe, die Schaltung als solches sei schon ziemlich alt und sie habe die einfachste Möglichkeit geboten, den Ri der Stufe tief zu halten, also einen Verbraucher (Leitung?) niederohmig anzusteuern ohne den Einsatz eines Trafos. Sie war damals sicher noch nicht als SRPP bezeichnet worden. Wie der Name letztlich zustande kam, ist ja auch nebensächlich.
In der damaligen Anwendung war der Klirr kein Thema und wenn ich mich nicht irre ist das mit der Klirrkompensation erst später entdeckt worden, wo Klirrmessungen überhaupt erst möglich waren.

Hier mal vier Möglichkeiten, wie eine Gegentaktschaltung mit Serie-Röhren gebaut werden kann: Die klassische
SRPP A
die einstellbare
srpp99
die "verkehrte"
SRPPVV2
und die fixe
SRFix
Dabei ist einzig die klassische so gebaut, dass sie abhängig von der Last ein Klirr-Minimum ergibt.
Bei der einstellbaren ist für die Klirr-Minimierung (nach meiner Auffassung) eine Mindest-Last nötig, niederohmigere Lasten können durch die regelbare Ansteuerung angepasst werden.
Bei der "verkehrten" wird die obere Stufe angesteuert und lastabhängig fällt am oberen Ra eine Spannung an, welche die untere Röhre ansteuert. Ob da der obere Ra der Last enstprechend variiert werden muss (oder andere Massnahmen getroffen werden müssen) um die untere Ansteuerung anzupassen habe ich nicht untersucht.
Die letzte ist die fixe, bei welcher beide Systeme unabhängig angesteuert werden. Ra sind gleich gross, das ergibt eine Katodyn und damit eine symmetrische Ansteuerung. C dient als Bootstrap-Kondensator und gleicht so die Verstärkung der unteren Ausgangsröhre aus und RV ist der Vorwiderstand, der letztlich die Ua der Katodyn bestimmt und damit auch Uk der oberen Ausgangsröhre.

In allen Fällen ist eine symmetrische Ansteuerung der Ausgangslast gegeben, wobei bei der klassischen und der einstellbaren der Wert der Last über den Klirr entscheidet. Ob es (gegenüber einer einfachen Schaltung mit ohmschem Ra) auch bei der verkehrten und der fixen zu einer nennenswerten Klirrminderung kommt habe ich nicht untersucht.

Nun aber zur Formel und zum Weg da hin.
Man liest von variablen Rk und der Möglichkeit, damit die Schaltung an die Last anzupassen.
Auf den ersten Blick verändert ein veränderter Rk den Ruhestrom. Dies erscheint mir nicht entscheidend, denn bei "linearen" Röhren ändern sich durch eine Stromänderung die anderen Parameter kaum.
Berechnen wir eine Stufe mit Stromgegenkopplung (nicht überbrückter Rk), so ändert sich sicher die Verstärkung. Sie wird geringer. Nun kann man entweder sagen, dass am Rk eine Spannung abfällt, welche die Ansteuerung verringert. Oder man kann die Rechnung umgekehrt anstellen und annehmen, Ri der Röhre werde durch den Rk vergrössert. Letztlich trifft beides zu.
Wenn wir also durch Veränderung von Rk den Ri der Röhren verändern und davon ausgehen, dass es ein bestimmtes Verhältnis zwischen R Last und Ri geben wird, bei welchem der Klirr minimal ist, so könnten wir versuchen, mit variablen Rk (jeweils beide Rk identisch!) und verschiedenen Lasten jeweils den Klirr-Abgleich zu finden.
Ri total (Ri') ist ja Ri + (Mü x Rk) oder anders ausgedrückt Ri' = Ri x (1+SxRk).
Du kannst auch mal bei Deiner Testschaltung Ri' bestimmen und schauen, was da für ein Wert heraus kommt und in welchem Verhältnis dieser zu R Last steht.
sidolf
Inventar
#10 erstellt: 28. Sep 2011, 11:01
Hallo Richi,

ich werde das mal nacheinander mit meiner Testschaltung untersuchen. Was ich bereits festgestellt habe, wenn man den unteren RK mit einem Elko überbrückt, dann bekommt man mit dem Abgleich der Last kein vernünftiges Klirrminimum mehr hin. Die negative Halbwelle über der unteren Röhre ist größer als die positive.

Ich bin heute etwas im Zeitdruck, ich melde mich wieder wenn ich das mal alles durchprobiert habe und Ergebnisse vorlegen kann. Dann gibts auch Angaben zum Ri und zur Ausgangsimpedanz. Übrigens, die Ausgangsimpedanz einer SRPP ist nicht so "niedrig" wie immer wieder behauptet wird, sie ist wesentlich höher als die eines KF!

Besten Gruß
E130L
Inventar
#11 erstellt: 28. Sep 2011, 12:51
Hallo,

im Elektor Röhren Heft 2010 ist ein Artikel über "SRPP"

MfG
Volker
richi44
Hat sich gelöscht
#12 erstellt: 28. Sep 2011, 18:16
Mit einem normalen Verstärker mit Ra bekommt man zwar einen maximalen Strom der negativen Halbwelle, da man die Röhre fast beliebig leitend machen kann, die positive Halbwelle wird aber durch Ra bestimmt.
Bei der SRPP (unter Verzicht auf das Klirrminimum) wird die obere Röhre (= Ra) aber als Folge des Stroms bei Ug 0V recht hoch ausgesteuert, sodass ein hoher Strom möglich ist. Dieser steht dann als Laststrom zur Verfügung. Um die Sache einigermassen linear und klirrarm zu betreiben ist dann aber eine Gegenkopplung unumgänglich.

Als Vergleich die Schaltung der Philips-Endstufen: Hier wurden die EL86 verwendet. Bei einer konventionellen Gegentaktschaltung wäre eine Leistung von 18.5W mit einem Raa von 5.5k möglich, bei der SRPP sind es immerhin 5,5W bei 1k Last und um jeweils 100V tieferer Betriebsspannung. In der "fixen" Ansteuerschaltung der SRPP (Klasse B) waren es bis etwa 15W. Dies aber immer mit einem Katodenelko der unteren Röhre und einer Gegenkopplung, welche den Ri der Stufe auf etwa 200 Ohm oder tiefer reduzierte.

Ich sehe das bei der SRPP nicht so eng auf den Klirr fixiert. Gut, zugegeben, Philips spricht nicht von SRPP sondern von Single ended Push Pull. Und wenn man erstens davon ausgeht, dass die Betriebsspannung der beiden in Serie geschalteten Röhren nur je 150V beträgt und die Sache in Klasse A betrieben wird (was nicht zwingend wäre), so ist die erreichte Leistung erstaunlich. In Gegentakt mit Ausgangstrafo bekommen wir natürlich durch die Trafo-Induktivität wechselspannungsmässig einen höheren Spannungshub von rund 500V SS (pro Röhre) und damit ist die höhere Leistung (gegenüber der SRPP) ausreichend erklärt.
Einfach mal angenommen, ich würde mir einen Vorverstärker bauen, welcher Aktivboxen antreiben müsste und würde da auf die Idee kommen, SRPP einzusetzen, dann hätte ich bei der ungegengekoppelten Variante einen Ri von meinetwegen 10k bei einer Kabellänge von 8m und einer Kapazität von 2nF. Dies alles bei einem Ze der Boxen von 10k (wenn es sich um Studioboxen handelt). Da ist nichts mehr mit Lautstärkeregler am VV-Ausgang, denn da spielt die Poti-Position bereits deutlich in den Klirr hinein. Und da spielen die 2nF auch eine hörbare Rolle, weil sie eine Fg von knapp 8kHz ergeben, abhängig von der Potistellung.

Ich kann somit die SRPP in einer Endstufe als Treiber goutieren, denn da können wir problemlos mit festen Verhältnissen rechnen. Wir bekommen einen höheren Spannungshub bei gleichzeitig relativ konstantem Strom. Sobald wir aber sowas ohne Gegenkopplung an den VV-Ausgang legen ist es eine Krux (um nicht zu sagen Krücke) die wir nicht wirklich handhaben können. Und wenn es sich zeigt (was anzunehmen ist) dass der Ri den Klirrabgleich beeinflusst, dann ist mit Langzeitstabilität nicht zu rechnen.
Eine SRPP kann man natürlich auch mit Transistoren bauen und da könnte ich mir sowas vorstellen, weil es da keine Alterung in dem Sinne gibt, aber bei Röhren?...
sidolf
Inventar
#13 erstellt: 29. Sep 2011, 17:08
Hallo,

für die Formelallergiker hier im Forum (Hallo Jens) wollte ich das Thema SRPP mal nachvollziehbar darstellen. Ich wollte eigentlich zum Thema ganz sparsam mit Formeln hantieren, aber manchmal geht es einfach nicht ohne diese. Also machen es wir mal Schritt für Schritt. Als erstes berechnen wir mal die tatsächliche Verstärkung der SRPP wie in post #1 (E88CC) gezeigt.

ltsice_srpp_01
Die relevanten Daten der E88CC:
Ri = 2,6K
S = 12,5mA/V
D = 3%

1. Die theoretisch maximale Verstärkung einer SRPP

Da U1 und U2 für die Last parallel liegen ist der Gesamt Ri‘ der SRPP

Ri‘ = Ri / 2 = 2,6K / 2 = 1,3K

Die Steilheit bleibt gleich, da U1 und U2 gegenphasig arbeiten

S = 12,5 mA/V

Der Durchgriff ändert sich

D‘ = 1 / Ri‘ x S = 1 / (1300 x 0,0125) = 6%

Die höchstmögliche Verstärkung V

V = 1 / D‘ = 1 / 0,06 = 16

Mit der SRPP aus post #1 ist also eine max. theoretische Verstärkung von 16 erreichbar!



2. Die tatsächliche Verstärkung der SRPP aus post #1

Zuerst wird der tatsächliche Ri‘‘ der unteren Stufe errechnet, da sich durch die Stromgegenkopplung über RK der Ri scheinbar erhöht

Ri‘‘ = Ri x (1 + (S x Rk)) = 2600 x (1 + (0,0125 x 1000) = 35,1K

Die Steilheit S’ wird durch die Stromgegenkopplung auch verändert

S‘ = S / 1 + (S x RK) = 0,0125 X (0,03 x 1000) = 0,000925A

Der Gegenkopplungsfaktor ß ergibt sich aus dem Verhältnis RK zu Ra (Ra = Gleichstromwiderstand der oberen Röhre (U = 110V, I = 0,00237A, Ra = U / I = 46,4K + 1K)

ß = RK / Ra = 1000 / 47400 = 0,02109

Da im Gegentaktbetrieb der SRPP die Röhren gegenphasig arbeiten ist die tatsächliche Verstärkung V‘ folgende:

V‘ = V / 1 + (ß x V) = 16 / (1 + (0,02109 x 16)) = 11,9

Das deckt sich hervorragend mit der Simulation in LTspice, hier hat die Stufe eine V‘ von ca. 12

ltsice_srpp_02
Für die Formelallergiker soll es vorerst mal genug sein. Die Techniker sollen doch bitte mal die Ausführungen auf Gedankenfehler meinerseits überprüfen. Jedenfalls ist mal eine Diskussionsbasis da. Wenn soweit alles stimmt, dann gehen wir weiter. Vielleicht kommen wir noch zu der Formel für den Rlast-optimal einer „echten“ SRPP.

Gruß
sidolf
Inventar
#14 erstellt: 30. Sep 2011, 14:10
Hallo,

jetzt noch die Berechnung der „optimalen“ Last einer SRPP in Punkt 3. Diese Last ist nichts anderes, als der Ra der SRPP-Stufe. Die SRPP arbeitet nur als PP wenn der Ra (Last) korrekt ist. Auch stellt sich dann das Klirrminimum ein.

In Punkt 1 wird die maximal erreichbare Verstärkung der gesamten SRPP ermittelt.

In Punkt 2 ist aufgezeigt wie die Verstärkung der SRPP tatsächlich ausfällt. Dazu wurde das untere System als Basis für die Berechnungen verwendet. Da die SRPP im Gegentakt arbeitet gelten die ermittelten Werte auch für das obere System, allerdings spiegelverkehrt.

Die Berechnungen in Punkt 2 waren nötig, da sich durch die Stromgegenkopplung der unteren Röhre scheinbar der Ri und die Steilheit ändern.

Nochmals die ersten beiden Punkte.

Die relevanten Daten der E88CC:
Ri = 2,6K
S = 12,5mA/V
D = 3%

1. Die theoretisch maximale Gesamtverstärkung einer SRPP

Da U1 und U2 für die Last parallel liegen ist der Gesamt Ri‘ der SRPP

Ri‘ = Ri / 2 = 2,6K / 2 = 1,3K

Die Steilheit bleibt gleich, da U1 und U2 gegenphasig arbeiten

S = 12,5 mA/V

Der Durchgriff ändert sich

Dges = 1 / Ri‘ x S = 1 / (1300 x 0,0125) = 6%

Die höchstmögliche Verstärkung V

V = 1 / Dges = 1 / 0,06 = 16

Mit der SRPP aus post #1 ist also eine max. theoretische Verstärkung von 16 erreichbar!



2. Die tatsächliche Verstärkung der SRPP aus post #1

Zuerst wird der scheinbare Ri‘‘ der unteren Stufe errechnet, da sich durch die Stromgegenkopplung über RK der Ri erhöht

Ri‘‘ = Ri x (1 + (S x Rk)) = 2600 x (1 + (0,0125 x 1000) = 35,1K Unter diesem Wert Rlast (Ra) dreht sich auch dann langsam die Phase über U1 und U2, beide Röhren arbeiten ab jetzt gegenphasig!

Die Steilheit S’ wird durch die Stromgegenkopplung auch verändert

S‘ = S / 1 + (S x RK) = 0,0125 X (0,03 x 1000) = 0,000925A

Der Gegenkopplungsfaktor ß ergibt sich aus dem Verhältnis RK zu Ra (Ra = Gleichstromwiderstand der oberen Röhre (U = 110V, I = 0,00237A, Ra = U / I = 46,4K + 1K)

ß = RK / Ra = 1000 / 47400 = 0,02109

Da im Gegentaktbetrieb der SRPP die Röhren gegenphasig arbeiten ist die tatsächliche Verstärkung V‘ folgende:

V‘ = V / 1 + (ß x V) = 16 / (1 + (0,02109 x 16)) = 11,9

Das deckt sich hervorragend mit der Simulation in LTspice, hier hat die Stufe eine V‘ von ca. 12



3. Die Berechnung der optimalen Last (Ra) der SRPP aus post #1

Da wir jetzt die tatsächliche Verstärkung wissen, können wir auch den tatsächlichen Durchgriff errechnen. Die Verstärkung V‘ wurde in Punkt 2 ermittelt.

D‘ = 1 / V‘ = 1 / 11,9 = 0,084033 = 8,4%

Jetzt ermitteln wir den tatsächlichen dynamischen Innenwiderstand, der gleichzeitig der Ra oder die optimale Last darstellt. Die Steilheit S‘ wurde bereits in Punkt 2 ermittelt.

Ra = 1 / (S‘ x D‘) = 1 / (0,000925 x 0,084033) = 12,86K

Wir müssen also die SRPP aus post #1 mit einer Last von etwa 12,8K belasten um optimale Ergebnisse zu erhalten. Die Simulation in TLspice ergab ca. 12,6K. Halt die üblichen Rechenungenauigkeiten.

Jetzt fehlt nur noch die Formel für die Ausgangsimpedanz der SRPP-Stufe!

Gruß


[Beitrag von sidolf am 30. Sep 2011, 20:20 bearbeitet]
richi44
Hat sich gelöscht
#15 erstellt: 09. Okt 2011, 16:36
Hallo Sigi, ich versuche mich mal in Deine Gedankengänge einzuklinken.
Du hast einerseits eine maximale Verstärkung berechnet, bei welcher eigentlich nur die obere Röhre mit ihrem Ri die Last der unteren ergibt. Es gibt also in der Konfiguration noch keine externe Last. Und da wird die Verstärkung rund 16 (16.25 nach meiner Überlegung, aber das sind Details).
In dieser Konfiguration fehlt also die externe Last und damit fällt am oberen Rk keine Spannung an, welche ihre Ursache im externen Laststrom hat. Damit entfällt auch die eigentliche Ansteuerung der oberen Röhre. Diese Ansteuerung geschieht höchstens durch den variablen Strom der unteren Röhre und somit sind die beiden Ströme (es gibt ja in der Serieschaltung nur einen Strom) phasengleich.

Sobald eine Last an der oberen Katode angeschlossen wird fliesst der Laststrom durch diesen Rk und erzeugt einen Spannungsabfall, welcher eine variable Ugk erzeugt und damit die obere Röhre ansteuert.
Wäre R Last niederohmig, so wäre Ugk der oberen Röhre stark variabel, wir hätten somit eine hohe Ansteuerung der oberen Röhre. Ist R Last hochohmig, so ist die obere Ansteuerung schwach.

Die Symmetrie der Ansteuerung hängt folglich direkt mit dem Laststrom zusammen und folglich ist sie abhängig von der Grösse der externen Last. Wir sind uns darin sicher einig, nur dass ich über eine andere "Brücke" zu diesem Ziel gelangt bin.
Du hast einen Weg gefunden, die optimale Grösse der Last zu berechnen, ich bin auf meinem Weg im Moment noch nicht so weit. Ich versuche es aber und ich bin sicher, dass es eigentlich ein recht einfaches und logisches Ziel geben muss. Das wir im Grunde zum selben Resultat gelangen werden ist für mich aber so gut wie sicher.

Jetzt suchst Du noch nach der Formel für den Ri der Schaltung: Das sehe ich als problematisch an, denn im Grunde gibt es ja zwei Wege, wie man den Ri definieren kann: Man kann sagen, dass beim Absinken der Ausgangsspannung auf 50% bei Last Ri gleich Ra sei. Und da können wir recht tiefe Werte erreichen. Nur haben wir dann sicher keine Symmetrie mehr bei der Ansteuerung der beiden Röhren und somit kein Klirr-Minimum.
Gehen wir aber vom Klirr-Minimum aus und definieren R Last quasi als "Ri", so hat dies nichts mehr mit dem Absinken der Ausgangsspannung als Folge der Last zu tun.

Wenn ich also davon ausgehe, dass die Ansteuerung der oberen Röhre eine Frage der Last ist, dann haben wir in Bezug auf Klirr-Minimum eine definierte Last, welche ja auch die Verstärkung beeinflusst (wir kämen dann auf die tatsächliche Verstärkung). Dies wäre aber nicht bei einem Spannungsabfall auf 50% der Fall, wie die Rechnungen zeigen. Jede andere Last führt aber zu einer schlechten Symmetrie und damit zu höherem Klirr.

Für mich bleibt im Moment einfach die Frage, ob ich mit so einer Schaltung einen tiefen Ri will (was möglich ist), unabhängig vom erreichten Klirr oder ob ich einen tiefen Klirr will und damit auf eine ganz bestimmte Last angewiesen bin. Im letzteren Fall spielt der Ri einer Schaltung keine Rolle, weil die Last defineirt ist und das sind zumindest als Treiberausgänge unrealistische Vorgaben.

Also, ich werde mich mal dahinter klemmen und versuchen, Deine Formeln nachzuvollziehen. Da müsste nach meiner Ansicht etwas relativ klares heraus kommen. Beim Ri aber sehe ich keinen Sinn, denn ein bestimmter (tiefer) Ri ist ja nur dazu da, um beispielsweise kapazitive Lasten (lange Kabel) ohne Nachteile antreiben zu können und das ist durch die definierte Last bei der SRPP nicht wirklich gegeben.
richi44
Hat sich gelöscht
#16 erstellt: 10. Okt 2011, 12:04
Nochmals ein paar Gedanken rund um die Schaltungen:
Wir bleiben zunächst bei der klassischen Schaltung und peilen den minimalen Klirr an.
Grundlage ist, dass die Kennlinien einer Röhre nicht ideal gerade sind. Wären sie dies, gäbe es keinen Klirr. Um den Klirr zu verringern kann man eine Gegenkopplung verwenden, welche aber den Fehler nicht kompensiert, sondern nur verringert. Klirr Null ist also so nicht möglich.
Eine Möglichkeit wäre z.B. eine Brückenkonstruktion. Da nehmen wir einen Verstärker mit einer definierten Verstärkung und einem definierten Klirr. Weiter nehmen wir einen zweiten identischen Verstärker. Den Verbraucher schalten wir zwischen diese beiden Verstärker. Den ersten steuern wir ganz normal an, bilden aber eine Differenz zwischen seinem Ein- und Ausgangssignal. Dieses Signal ist eigentlich nur noch der Klirr. Führen wir dieses Klirrsignal dem zweiten Vertärker zu, so liefert dieser neben seinem eigenen Klirr den Klirr des ersten. Und da diese Klirranteile gleichartig sind kann durch die Verstärkungsanpassung eine Aufhebung des Gesammtklirrs erreicht werden. Diese Aufhebung ist nun nicht lastabhängig (oder nur soweit, wie die Last generell den Klirr verändert). Das Problem ist, dass sich sowas mit Halbleitern gut erstellen lässt, weil deren Werte langzeitstabil sind, was bei Röhren nicht der Fall ist.

Aber zurück zur SRPP in der Urversion. Hier werden die Unlinearitäten durch eine zweite Röhre mit gleichen Unlinearitäten kompensiert. Und da beginnt eigentlich die Krux. Nehmen wir eine zweite Röhre und setzen sie quasi als Ra der unteren ein, so fliesst durch beide Röhren der gleiche Strom. Die obere funktioniert als "Konstantstromquelle". Das entspricht dem Ri der Röhre laut Datenblatt, wenn wir den oberen Rk überbrücken. Damit kommt die Klirrkompensation natürlich nicht zustande, denn bei der unteren haben wir eine Ansteuerung am Steuergitter, bei der oberen aber nicht. Da wirkt lediglich der Durchgriff bezw. ihr Ri. Wäre dieser "unendlich", so bräuchte es eigentlich keine Ansteuerung der unteren Röhre, um eine Ausgangsspannung zu erzielen. Da aber die untere ebenfalls einen Durchgriff hat, muss dieser durch eine aktive Ansteuerung überwunden werden.

Bekannt ist wie erwähnt, dass die Kennlinien krumm sind. Wäre der Ri oder D oder S ein fester Wert (wie er im Datenblatt zunächst erscheint), so könnten die Kennlinien nicht krumm sein. Dies einfach mal zwischendurch.

Wir haben also zwei Röhren in Serie, wobei die untere aktiv angesteuert ist und daher Klirr liefert, die obere ist (ohne Last) nicht angesteuert, läuft also als Konstantstromquelle und hat ebenfalls eine gekrümmte Kennlinie, die aber anders verläuft als jene der unteren Röhre (mangels Ansteuerung). Somit ist eine Klirrkompensation nicht gegeben.
Will ich eine Ansteuerung der oberen Röhre, so muss ich an ihrem Rk eine Steuersspannung generieren was ich dadurch bewerkstellige, dass ich den Laststrom durch diesen Rk fliessen lasse. Dazu schliesse ich die Last an der oberen Katode an.
Um den Klirr zu kompensieren muss ich also einen Laststrom fliessen lassen, welcher im Rk eine Spannung entstehen lässt, welche die obere Röhre genau so stark aussteuert wie die untere angesteuert ist. Und damit diese Symmetrie "passt" müssen eigentlich die Daten der beiden Röhren identisch sein.

Hier wieder ein Gedanke zwischendurch: Ich habe gesagt, dass die Kennlinien krumm sind und daher S, D und Ri auch nicht unverändert sein können. Jetzt nehmen wir mal an, wir hätten bei der ganzen Schaltung keine Ansteuerung. Und nehmen wir eine Betriebsspannung von 220V an, so wird jede Röhre mit 110V betrieben. Wir haben einen Strom, der durch beide Röhren fliesst und daher nicht unterschiedlich sein kann. Damit haben wir ohne Ansteuerung genau identische Verhältnisse in beiden Röhren.
Wenn wir aber ansteuern, so ändert sich der Strom. Bei positiver Halbwelle am unteren Gitter nimmt deren Strom zu und damit sinkt ihre Anodenspannung. Damit nimmt die Anodenspannung der oberen Röhre zu, was über den Durchgriff zu einer "Ansteuerung" der oberen führt, deren Strom anhebt und damit deren Anodenspannung nicht ins Unendliche anwachsen lässt. Nun haben wir also auch oben eine Ansteuerung, die aber nicht über die Gitterspannung geschieht sondern über den Durchgriff. Wäre D stabil, müssten sich S und Ri verändern. Oder wäre Ri stabil, müssten sich S und D verändern. Es ist also sehr fraglich, ob sich die obere Röhre richtig verhält und tatsächlich wird der Klirr nicht minimiert, wenn wir die obere Röhre nur durch den Durchgriff steuern. Das hat Sigi auch klar dargestellt.

Was wir also tun können, das ist die obere Röhre durch den Laststrom ansteuern wie ich erwähnt habe. Das Problem dabei ist, dass nun die eine Röhre stärker leitend wird, während die andere weniger leitet und umgekehrt. Oder anders gesagt: Die eine Röhre geht die Kernnlinie hinauf, die andere hinunter. Da ist die Symmetrie nur im Bereich kleiner Signale gegeben, nicht aber bei hohen Pegeln.

Hier nochmals etwas zwischendurch: Mit einer derartigen Gegentaktschaltung wäre es eigentlich möglich, den Ausgangsstrom bis nahe an die Speisung und an Masse zu "führen", weil ja gegen Masse (die untere) und gegen Speisung (die obere) Röhren vorhanden sind. Bei der "fixen" ist dies eigentlich optimal gelöst. Bei der "Urversion" haben wir aber genau das Problem der unterschiedlichen Verhältnisse (ungleiche Anodenspannungen). Wenn wir also nicht unbedingt das Klirrminimum anpeilen, könnten wir einen grösseren Spannungshub erreichen, der sowohl bei der positiven wie negativen Halbwelle einen Strom liefern kann. Dies ist bei normalen Schaltungen mit ohmschen Ra nicht der Fall. Optimal bekommen wir dies aber nur hin, wenn wir die "fixe" Schaltung verwenden. Dies zeigt sich daran, dass bei den Philips-Endstufen (800 Ohm) mit der Urschaltung knappe 6W möglich waren, mit der "fixen" Schaltung aber über 12W.

Weitere Überlegungen: Bei der Urschaltung BRAUCHEN wir den oberen Rk. Damit nimmt der Ri der oberen Röhre zu. Gehen wir davon aus dass wir symmetrische Verhältnisse brauchen, so muss auch Ri gleich sein, also braucht es auch an der unteren Röhre den Rk. Dies ist bei der Philips-Schaltung nicht der Fall. Dort ist der untere Rk überbrückt. Dies zeigt dass die Philips-Schalung im Grunde keine SRPP ist, denn sie zielt nicht auf minimalen Klirr, sondern auf Leistung bezw. normale Ausgangsstufen-Qualitäten.

Weiter können wir davon ausgehen, dass sich unterschiedliche Werte der Röhrenparameter auf die Verstärkung auswirken. Wenn nun Ri der Röhre variiert, so wird ihre Verstärkung variieren und dies über den Bereich der Kennlinie. Es entsteht also Klirr, der nicht kompensiert werden kann. Das bedeutet, dass der Klirr bei optimalem Abgleich gering ist wenn die Aussteuerung klein bleibt. Mit zunehmender Aussteuerung steigt aber der Klirr auf höhere Werte und zwar überproportional gegenüber normalen Schaltungen. Er bleibt zwar immer noch kleiner, ist aber nicht mehr null.
Und wenn sich die Daten ändern wäre eine Kompenstion möglicherweise mit anderen Lasten besser zu erreichen. Ich stelle mir zumindest vor, dass bei höheren Pegeln Unsymmetrien auftreten, welche nicht kompensierbar sind.

Zusammenfassend bin ich davon überzeugt, dass man mit einer solchen Schaltung in erweiterter Form gute Endstufen bauen könnte, vor allem für Kopfhörer oder als Treiberstufen für reine Katodenfolger-Endstufen. Da kann man mit relativ konstanten Lasten rechnen und vor allem kann man Gegenkopplungen einbauen, welche den unvermeidlichen Restklirr reduzieren. Einen Einsatz als Leitungstreiber sehe ich aber nicht, da die Leitungsimpedanz kaum stabil ist und daher ein Abgleich nicht wirklich möglich ist (Kapazitäten).
sidolf
Inventar
#17 erstellt: 11. Okt 2011, 16:45
Hallo Richi,

woh, da hast Du Dir aber eine Mühe gemacht. Das muß ich mir mal in Ruhe durchlesen. Meine Überlegungen zur Funktionsweise der SRPP waren ähnlich. Ich komme darauf zurück.

Ich glaube, ich habe in der letzten Woche auch die Formel gefunden, mit der man den Raus, Zaus einer SRPP, oder wie immer man das bezeichnet, annähernd genau berechnen kann. Muss ich aber noch mit LTspice und mit meiner Testschaltung in der Praxis überprüfen. Bin mir noch nicht so ganz sicher?!

Gruß
richi44
Hat sich gelöscht
#18 erstellt: 13. Okt 2011, 08:15
Zu den Berechnungen: Ich habe noch nicht die nötiger Zeit gefunden, die Rechnung im Einzelnen durchzuführen. Sicher ist so viel:
Ohne Last gibt es einen Strom wie es in Serieschaltungen unabänderlich ist. Die Gleichphasigkeit bezieht sich also darauf. Und die Verstärkungsberechung ist dann einfach. Wir haben ja oben und unten identisch aufgebaute Stufen (ohne Signal betrachtet).
V = mü x Ra / Ri + Ra.
Und der obere Ri ist der Ra der unteren Stufe.
Somit wird die Rechnung:
V = mü x Ri / Ri + Ri = mü x Ri / 2Ri = mü / 2
Dies wie gesagt ohne Last. Die "Steuerung" der oberen Röhre geschieht allein durch den Durchgriff. Sobald die untere angesteuert wird und momentan mehr Strom zieht sinkt ihre Anodenspannung, was ihren Strom durch den eigenen Durchgriff verringert. Gleichzeitig steigt die obere Uak, was deren Strom als Folge des Durchgriffs erhöht.

Mit einer Last entsteht am oberen Rk ein zusätzlicher Spannungsabfall als Folge des Laststroms. Dieser wirkt steuernd auf den oberen Röhrenstrom ein. Sicher ist, dass es einen bestimmten Laststrom gibt der dazu führt dass der Strom der oberen Röhre "konstant" bleibt. Ua ändern sich und delta Ia der unteren wird durch I Last aufgefangen. Das ist der erste kritische Punkt, den Du aufgeführt hast. Dieser Punkt wird durch die Parameter der Röhre (S) und das Stromverhältnis von Ia und I Last bestimmt. Sobald dies eintritt haben wir keine Wirkung mehr von der oberen Röhre, weil sich ihr Strom nicht ändert, obwohl sich ihre Ua ändert. Das entspricht einem unendlichen Widerstand. Die Verstärkungsberechnung an diesem Punkt müsste von den Parametern der unteren Röhre und R Last ausgehen. Man könnte sie mit der bekannten Formel berechnen.

Gehen wir weiter und verringern den Lastwiderstand, so nimmt deren Strom zu und damit steigt die Ansteuerung der oberen Röhre. Und irgendwann kommen wir zum zweiten Punkt, nämlich zur symmetrischen Ansteuerung. Dann sind die Wechselströme in der unteren und oberen Röhre identisch, aber gegenphasig. Haben wir einen Ra bei fehlender Last der gleich Ri ist und beim ersten kritischen Punkt einen Ra, der unendlich ist, so müssen wir logischerweise beim zweiten Punkt, also der Symmetrie einen Ra haben, der -Ri ist. Wenn wir nun für die Verstärkungsberechnung Ra bestimmen wollen, so ist dies ohne Last = Ri, am ersten Punkt unendlich, parallel zu R Last = R Last und am zweiten Punkt die Parallelschaltung eines positiven R Last mit einem negativen Ri.
Aber lassen wir dies im Moment mal.

Sicher ist, dass diese Symmetrie zur besten Klirrausblendung führt. Jetzt frage ich mich, warum man dazu die einfache SRPP verwenden muss? Wir haben doch eindeutig den Nachteil, dass diese Schaltung nur wirklich funktioniert (Klirr-Minimum) wenn wir sie in Klasse A betreiben. Und wir haben die Last-Abhängigkeit für die optimale Einstellung. Wenn wir also das Klirr-Minimum anstreben, dabei aber derartige Kompromisse eingehen müssen oder bei Leistungsstufen auf Klasse A festgelegt sind kann dies doch nicht der Weisheit letzter Schluss sein...

srfix_110432
Gehe ich mal von folgender Schaltung aus, so habe ich hier als "Treiber" eine "Katodyn". Nehmen wir zunächst an, diese Stufe würde nicht klirren und betrachten rein die Serieschaltung der Endröhren. Grundlage der Katodyn ist die Widerstandssymmetrie und (da es nur einen Strom gibt) damit die Signalsymmetrie der beiden Ausgänge.
In diesem Fall wird der Betriebsspannung die Ausgangsspannung der Endstufe überlagert. Dies geschieht durch "C". An beiden Endröhren haben wir also die genau gleichen Verhältnisse, nur phasengedreht. Und da die untere Endröhre die Phase dreht, die obere aber nicht ist das Ausgangssignal phasenrein.
Und wenn wir davon ausgehen, dass die gegenphasig angesteuerten Endröhren der normalen SRPP den Klirr minimieren müsste dies hier genau so der Fall sein. Wir haben eine saubere unverklirrte Ansteuerung und jeweils Röhren mit identischen Kennlinienkrümmungen als Teile des Ra. Diese Krümmungen heben sich weitgehend auf.

Der Vorteil ist, dass ich keine unmittelbare Lastabhängigkeit habe (im Rahmen dessen wie sich ein veränderter Laststrom immer auf den Klirr auswirkt). Die Klirrkompensation ist jedenfalls nicht mehr vom Laststrom abhängig.
Weiter kann ich eine derartige Schaltung auch in Klasse B betreiben. Es reicht aus, den Ruhestrom der unteren Stufe zu verringern. Durch die gleichstrommässige Serieschaltung (durch das Auskoppel-C unabhängig von der Last) gibt es nur einen Ruhestrom, der sich somit auch automatisch an der oberen Röhre einstellt.

Natürlich habe ich eine Röhrenstufe mehr. Bei den Philips Geräten (Radios, Mono) war bei konventioneller SRPP eine zweite Endröhre nötig, mehr nicht. Die Vorverstärkung übernahm die Triode der EABC80. Da deren Katode zwingend an Masse liegen muss (wegen der Dioden) kommt eine Katodyn nicht in Frage. Die Lösung bei kräftigeren Verstärkern war der Einsatz einer ECC83 als Vorverstärker und Katodyn.
Wenn ich also davon "träume" einem Vorverstärker einen SRPP-Ausgang zu verpassen, so kann ich z.B. eine ECC99 als Endstufe (oder 6SN7) und eine ECC83 (oder 6SL7) als Vorstufe und Katodyn einsetzen. Das eine Röhrensystem spielt da kaum eine finanzielle Rolle. Dafür kann ich aber eine echte Überalles-Gegenkopplung verwenden und damit den Klirr weiter mindern und den Ri deutlich reduzieren.
sidolf
Inventar
#19 erstellt: 10. Nov 2011, 16:11
Hallo,

jetzt muss ich den Thread doch noch mal aus der Kiste holen. Das Konzept SRPP ist gerade für uns Selbstbauer hochinteressant, bietet es uns doch die Möglichkeit mit relativ einfachen Mitteln hochkarätige Schaltungen zu realisieren, die den Vergleich mit industriell hergestelltem Sachen jederzeit standhalten können.

Hier noch eine vereinfachte Formel um die „optimale Last“ grob berechnen zu können. In der Praxis wird man als Shunt sowieso einen Trimmer vorsehen, der großzügig diesen Bereich abdeckt. Gefehlt hat auch noch die Berechnung des Ausgangswiderstandes.

Ergänzung zu 3. Die Berechnung der optimalen Last der SRPP aus post #1

mit folgender Formel ist ebenfalls die „optimale-Last“ annähernd genau zu berechnen:

RLopt = (µ x Rk – Rk – Ri) / 2
bei der E88CC: (33 x 1K – 1K – 2,6K) / 2 = 14,7K
Die etwas genauere Formel ergab : 12,85K

4. Die Berechnung des Ausgangswiderstandes Raus der SRPP aus post #1

Da beide Röhren im Gegentackt arbeiten, wird RL-optimal mal bei der unteren, mal bei der oberen Röhre wirksam, Der Ri‘ ist zusammen mit der Verstärkung V‘ und RK für die Stromlieferfähigkeit relevant.

Raus = RL-optimal / 2 x (RL-optimal + (V' x RK) / Ri'‘)
Raus = 12850 / 2 x (12850 + (11,9 x 1000) / 35100 = 4.530 Ohm

Hier nochmals die Schaltung aus post #1, jetzt mit eingefügten 10 Ohm Messwiderständen R7 und R9 um den AC-Stromhub über U1 und U2 einfacher messen zu können.

SRPP-E88CC_01

Jetzt noch ein Diagramm, welches den Einfluss der Last auf den Klirr und den PP-Betrieb einer SRPP darstellt:

DIAGRAMM_SRPP_E88CC

Auffällig ist, dass bei einer Last > 35,5K, ich nenne sie einfach mal „Rlast-kritisch, kein Gegentaktbetrieb stattfindet, beide Röhren arbeiten gleichphasig.

Die obere Röhre hat exakt bei dieser 35,5K Last ein ΔI von nahezu 0 mA, einen Ri (AC) > 5M und einen Ri (DC) von etwa 24,8K. Die obere Röhre wird nicht mehr gesteuert. Diese 24,8K kommen uns doch irgendwie bekannt vor, 2 x Rlast-optimal (12,4K)?

Erst wenn die Last kleiner als 35,5K wird beginnen die Röhren gegenphasig zu arbeiten und erreichen bei der „Rlast-optimal“, im Beispiel etwa bei 12,4K, ihren optimalen Gegentaktbetrieb (100% symmetrisch) und ihren niedrigsten Klirr. Das geht jetzt immer so weiter, bis die Last 0-Ohm wird. Unter diesen 12,4K steigt allerdings der Klirr wieder an, die Röhren arbeiten aber immer noch gegenphasig aber eben nicht mehr optimal symmetrisch.

Noch ein letztes Fazit aus dem Ganzen:

1. Eine echte SRPP erfordert immer eine definierte, relativ niederohmige Last um im Gegentaktbetrieb (SRPP) zu arbeiten

2. Eine SRPP verstärkt maximal µ/2 des verwendeten Röhrentyps

3. Der Ausgangswiderstand einer SRPP ist höher als der eines üblichen Katodenfolgers mit gleichem Röhrentyp

4. Jeder 3-Pol (Triode) ist gleich gut für eine SRPP geeignet. Es kommt nur auf den Einsatzzweck und auf die Voraussetzungen an (UB, Verstärkung usw.)

5. Beide Katodenwiderstände müssen gleich groß sein

6. Keine der beiden Katodenwiderstände dürfen mit einem Kondensator (Elko) entkoppelt werden

7. Die Auskopplung des Signals erfolgt immer an der oberen Katode. Es gibt keine symmetrische- oder asymmetrische SRPP

8. Die untere Röhre einer SRPP wird geringfügig mehr belastet

9. Eine korrekt abgestimmte SRPP arbeitet extrem linear und erreicht ohne Gegenkopplung einen Klirrfaktor < 0,01%

10. Eine SRPP ist extrem rauscharm

11. Eine SRPP ist in ihren Parametern langzeitstabil


Eine SRPP-ähnliche Schaltung mit einer Konstantstromquelle im oberen System, oder ohne eine abgestimmte Last, ist niemals eine echte SRPP! Hier haben wir es mit einer ganz anderen Schaltungstechnik zu tun. Diese Schaltungskonzepte arbeiten nicht, bzw. nicht optimal im Gegentaktbetrieb!

Gruß
richi44
Hat sich gelöscht
#20 erstellt: 10. Nov 2011, 16:48
Hallo Sigi, dazu zwei kleine Einwände:

Die Rauscharmut einer SRPP ist nicht so gering, jedenfalls nicht geringer als jede andere Schaltung mit der gleichen Röhre. Das Rauschen wird üblicherweise auf die Eingangsspannung bezogen und damit ist die Verstärkung ein massgebender Faktor.
Wenn wir z.B. eine E88CC als Cascode betreiben, so bekommen wir eine Verstärkung nahe jener einer vergleichbaren Pentode, haben aber das Rauschen der Triode. Dieses Rauschen haben wir auch bei der SRPP, allerdings mit einer deutlich geringeren Verstärkung und damit ist das Rauschen letztlich höher als bei der Cascode. Immer dann wenn es auf geringes Rauschen ankommt (was ja bei kleinen Pegeln der Fall ist, wo Klirr kaum eine Rolle spielt) ist die Cascode im Einsatz, etwa bei Eingangsstufen eines Fernsehers. SRPP findet man dort nicht, weil ihr Rauschen zu hoch bezw. bei gleichem Rauschen ihre Verstärkung zu gering wäre.

Und zweitens die Langzeitstabilität:
Voraussetzung für die SRPP ist das, was Du schon erwähnt hast (Rk). Wichtig ist aber generell, dass beide Systeme die gleichen Daten aufweisen. Eine Mischung von ECC81 und ECC82 ergäbe nie eine SRPP. Es macht daher Sinn, die beiden Trioden einer Röhre zu verwenden.
Wenn diese altert, so verändert sich sicher Ia und üblicherweise S. Sobald sich aber S ändert, muss ich zumindest Mü oder Ri ändern nach der Barkhausenschen Röhrenformel, möglicherweise auch beides. Damit stimmen zwar Deine Formeln noch, aber ein anderer Ri oder ein anderes Mü ergibt andere optimale Lastwerte. Und da ja das Klirrminimum durch Kompensation entsteht, welche nur bei absolut genauer Symmetrierung der beiden Röhren gegeneinander funktioniert sind kleinste Abweichungen schon dafür verantwortlich, dass sich der Klirr rasch um eine Zehnerpotenz verändert.

Du hast Versuche mit E88CC gemacht, wenn ich mich nicht irre. Und diese Röhren sind Langleberöhren, die sehr geringe altersbedingte Abweichungen zeigen, zumindest im NF-Betrieb. Wenn wir aber etwa 6SN7 oder irgendwelche fernöstlichen Typen verwenden würde ich nicht die Hand ins Feuer legen, dass nur schon die Systeme einer Doppeltriode so "symmetrisch" sind, dass sich ein Abgleich überhaupt einstellt.

Wenn ich so eine Schaltung ohne Gegenkopplung realisieren müsste würde ich mir auch E88CC oder vergleichbare Langleberöhren besorgen, möglichst aus alten Armeebeständen (NOS). Ich würde aber auch die Möglichkeit in Betracht ziehen, beide Endröhren getrennt anzusteuern und damit (mit Gegenkopplung) die Symmetrie vorgängig herzustellen und dies last- und alterungsunabhängig. Ich hätte eine definierte Verstärkung, die weitgehend lastunabhängig ist und ich bekäme genau wie mit der richtigen SRPP einen Klirr in der selben Grössenordnung. Und dies wie gesagt bei unterschiedlichen Lasten.

Die SRPP ist tatsächlich eine interessante Schaltung, die manches möglich macht. Sie ist aber nicht der Weisheit letzter Schluss, denn eine Schaltung (eierlegende Woll-Milchsau) die alles kann gibt es nicht.
sidolf
Inventar
#21 erstellt: 10. Nov 2011, 18:24
Hallo Richi,

schon lange nichts mehr von Dir gelesen.

Ich wollte den thread einfach mal wieder rausholen, da das Thema doch sehr interessant ist. Schön, dass sich wenigstens noch einer für die Thematik interessiert.

Mir ging es bei der ganzen Geschichte nur um Eines, was steckt wirklich hinter dieser geheimnisvollen SRPP und wie funktioniert die wirklich. Seit etwa 4-5 Jahren baue ich schon solche Schaltungen, aber erst seit etwa 2 Jahren wird mir langsam klar was da tatsächlich abgeht und worauf es letztendlich ankommt.

Klar, es gibt immer noch etwas Besseres, oder wie man was besser machen kann, aber ich wollte die „SRPP“ einfach nur mal verstehen. Deswegen die vielen Versuche.


richi44 schrieb:
Die Rauscharmut einer SRPP ist nicht so gering, jedenfalls nicht geringer als jede andere Schaltung mit der gleichen Röhre. Das Rauschen wird üblicherweise auf die Eingangsspannung bezogen und damit ist die Verstärkung ein massgebender Faktor.


Da hast Du wahrscheinlich recht. Ich habe noch keine Möglichkeit gefunden das Rauschen irgendwie zu messen oder zu simulieren. Diese Aussage von mir ist rein subjektiv. Ich habe hier eine Vorstufe mit einer E88CC als KB / KF und eine SRPP mit 2 x E88CC. Die KB-Stufe mit KF rauscht hörbar nehr. Warum? Die Sache mit einer Cascode ist mir schon klar!


richi44 schrieb:

Und zweitens die Langzeitstabilität:
Voraussetzung für die SRPP ist das, was Du schon erwähnt hast (Rk). Wichtig ist aber generell, dass beide Systeme die gleichen Daten aufweisen. Eine Mischung von ECC81 und ECC82 ergäbe nie eine SRPP. Es macht daher Sinn, die beiden Trioden einer Röhre zu verwenden.
Wenn diese altert, so verändert sich sicher Ia und üblicherweise S. Sobald sich aber S ändert, muss ich zumindest Mü oder Ri ändern nach der Barkhausenschen Röhrenformel, möglicherweise auch beides. Damit stimmen zwar Deine Formeln noch, aber ein anderer Ri oder ein anderes Mü ergibt andere optimale Lastwerte. Und da ja das Klirrminimum durch Kompensation entsteht, welche nur bei absolut genauer Symmetrierung der beiden Röhren gegeneinander funktioniert sind kleinste Abweichungen schon dafür verantwortlich, dass sich der Klirr rasch um eine Zehnerpotenz verändert.


Meine Aussage basiert tatsächlich auf dem Lanzeitversuch mit der E88CC. Vor ca. einer Woche habe ich auch mal meinen (Praxis)-VV mit 6 x PCC88 nachgemessen. Hat immer noch einen Klirr < 0,01%. Dieser VV läuft seit ca. 2 Jahren an meiner Anlage fast täglich und nicht gerade nur ein paar Minuten.

Natütlich sollte man keine verschiedenen Röhrentypen in einer SRPP mischen, aber mit einer einstellbaren Last ist es auch möglich eine (fast) taube Röhre mit einer guten Röhre zu mischen und trozdem den Klirr unter 0,05% zu halten. Ich habe es probiert. Diesen Versuch werde ich mal weiter ausbauen und berichten. Leider sind die Dinger schlecht kaputt zu kriegen.


richi44 schrieb:
Die SRPP ist tatsächlich eine interessante Schaltung, die manches möglich macht. Sie ist aber nicht der Weisheit letzter Schluss, denn eine Schaltung (eierlegende Woll-Milchsau) die alles kann gibt es nicht.


Wie wahr!

Gruß
richi44
Hat sich gelöscht
#22 erstellt: 12. Nov 2011, 13:35
Zum Thema Rauschen:
Einfach mal angenommen,wir hätten einen Mik-Verstärker. Das Mik hat einen Ri von 200 Ohm, also rauscht dieser 200 Ohm thermisch. Und das ergibt bei 20 Grad Temperatur eine Rauschspannung von -129.6dBU, entsprechend 256.63nV im Frequenzbereich 20Hz bis 20kHz.
Um das Rauschen des Mikverstärkers zu messen muss ich einen sauberen (Metallfilm) Widerstand von 200 Ohm als Eingangsabschluss einsetzen und die Verstärkung auf Maximum stellen. Dann messe ich mit einem NF-Voltmeter die Ausgangs-Rauschspannung des Verstärkers.
Weiter speise ich eine kleine Spannung ein und messe die Verstärkung.

Angenommen, die Verstärkung wäre genau 60dB, dann müsste durch den 200 Ohm Widerstand am Verstärkerausgangeine Spannung von 256.63 Mikrovolt entstehen. Sicher ist, dass die Rauschspannung niemals unter diesen Wert sinken kann, weil dies ja das Eigenrauschen des Quellwiderstandes von 200 Ohm ist. Ich kann z. B. feststellen, dass das Rauschen jetzt 456.37 Mikrovolt ist. Das bedeutet, dass es sich um den Faktor 1.7783 verschlechtert hat, was einer Verstärkung von 5dB entspricht, oder anders gesagt: Der Mikverstärker hat auf die 200 Ohm bezogen eine Rauschzahl von 5dB. Das ist jener Wert, welcher an einem Studio-Mikverstärker gerade noch toleriert wird! Dass dazu etwas mehr als das handelsübliche Messwerkzeug nötig ist, versteht sich.

Wir können uns jetzt fragen, wie das Rauschen entsteht. Sicher rauscht die Röhre. Aber wenn wir eine Eingangsschaltung bauen (ECC83) mit 2,2k Rk nicht überbrückt, dann wirkt dessen Rauschspannung genau wie eine gleich grosse Rausch-Eingangsspannung. Wollen wir das Rauschen verringern muss zunächst mal der Rk mindestens teilweise überbrückt werden, sodass nur noch ein Restwiderstand von maximal 20 Ohm bleibt. Dann kommen wir mit dem Rauschen der Schaltung schon mal auf ein Minimum.
Die Cascode würde nun die Verstärkung erhöhen. Mit einer E88CC-Triode allen bekomme ich eine Verstärkung von unter 30, da Mü ja nur 33 ist. Mit der Cascode bekomme ich aber ein V von rund 125 bei gleicher Rauschspannung und damit nimmt das tatsächliche Rauschen um rund 12dB ab!
sidolf
Inventar
#23 erstellt: 14. Nov 2011, 14:42

richi44 schrieb:
Zum Thema Rauschen:
Dass dazu etwas mehr als das handelsübliche Messwerkzeug nötig ist, versteht sich.


Hallo Richi,

genau da, beim geeigneten Messwerkzeug, fängt mein Problem schon an. Bislang habe ich das Rauschen nur mit meinen Ohren an verschiedenen Schaltungen mit etwa der gleichen Verstärkung gemessen. Ich weiß, ich habe bestimmt keine Goldohren aber Unterschiede konnte ich doch sehr deutlich wahrnehmen. Auch eine Simulation in LTspice bringt da keine vernünftigen Werte bzw. Aussagen zum Thema "Rauschen"!

Gruß
richi44
Hat sich gelöscht
#24 erstellt: 14. Nov 2011, 16:42
Ich sags mal so: Bei der Entwicklung von Geräten ist das heute kaum mehr ein Thema, denn man verwendet entsprechende IC mit garantierten Mindest-Daten. Wenn es aber um die Reparatur von Geräten oder Mikrofonen geht sind ausgesuchte Transistoren unerlässlich, denn gerade ältere Mik-Verstärker erreichen die besagten 5dB nur knapp. Wir haben jeweils 100 Transistoren eingekauft und durchgemessen. Zum Glück gab es wenige Ausfälle in den kritischen Stufen, sodass wir die "ungenügenden" Exemplare in anderen Schaltungen "verbraten" konnten.
Das Equipment war jeweils die Spitze der käuflichen Messgeräte für etliche k€ das Stück!
sidolf
Inventar
#25 erstellt: 17. Nov 2011, 14:03
Hallo Richi,

ich habe mal die SRPP-Schaltung von Philips (EL86 als Pentode) auf EL84 umgeändert und in LTspice simuliert. Ich habe leider keine EL86-Parameterdatei für LTspice. Sie erreicht tatsächlich die angegebenen Werte bei hohem Klirr.

SRPP-Test_01

1. Die Schaltung arbeitet im PP-Betrieb, allerdings nicht besonders symmetrisch. Liegt an der Verkopplung von oberen G2 mit der Last.

2. Die negative Halbwelle am Ausgang ist größer als die positive Halbwelle. Das liegt am entkoppelten RK der unteren Röhre

3. Auch durch eine Variation der Last ist kein sauberer PP-Betrieb hin zu bekommen



Ich habe jetzt an der Schaltung 2 Änderungen vorgenommen:


1. Entkoppelkondensator am unteren RK entfernt. Jetzt sind positive- und negative Halbwelle am Ausgang gleich. Die Verstärkung sinkt stark, war ja zu erwarten. PP-Betrieb immer noch nicht symmetrisch.

2. Entkoppelkondensator vom G2 der oberen Röhre auf Masse gelegt. Jetzt ist durch eine Anpassung der Last auch 100% symmetrischer PP-Betrieb möglich.


Mit diesen Änderungen sind jetzt allerdings nur noch etwa 3,6 Watt (Rlast = 520 Ohm) bei K2/K3 ca. -50db erreichbar. Durch die starke Stromgegenkopplung wird jetzt eine etwa 3-fach höhere Eingangsspannung benötigt.

Gruß
richi44
Hat sich gelöscht
#26 erstellt: 18. Nov 2011, 12:55
Das habe ich so erwartet.

Die Schaltung ist erstens nicht auf Klirr-Minimum getrimmt sondern ermöglicht die Ansteuerung einer relativ niederohmigen Last, was mit anderen Schaltungen nicht möglich ist.

Die Schaltung ist bewusst auf eine Gegenkopplung ausgelegt, was ja bei SRPP-Anwendung nicht angestrebt wird.

Eine Pentode hat einen wesentlich höheren Ri als eine Triode. Und dieser Ri ist letztlich die Impedanz, die die Last sieht. Wenn wir also von einer SRPP-Schaltung ausgehen, so haben wir mit einer Triode einen Ri, der etwa 1/3 der Last entspricht. Bei Pentoden ist der Ri etwa 10 mal R Last.

Die Impedanz eines Lautsprechers ist alles andere als linear und damit kann sich bei SRPP niemals ein Klirrminimum über einen breiten Frequenzbereich ergeben!
Wenn wir also dies nicht erreichen und bei der Pentode auch nicht einen kleinen Ri, so ist ein Verzicht auf die Gegenkopplung nicht wirklich möglich!

Konkret: Eine SRPP-Endstufe sieht nach SRPP aus, funktioniert aber nicht so, weil die Last nicht angepasst ist. Bei einem normalen Lautsprecher haben wir ja z.B. ein Impedanzminimum von 6 Ohm, eine Nennimpedanz von 8 Ohm und ein Maximum von 32 Ohm.
Wenn wir den Klirrverlauf einer SRPP über die Last betrachten, so ist der Minimalbereich extrem schmal (Notch-Filter-Verlauf). Wenn wir also eine Impedanz zwischen 75% und 400% von Z Nenn haben, so ist ein Klirrminimum nicht zu erreichen. Es kommt nicht wirklich zur vorgegebenen Symmetrie der Endröhren.

Rein aus der Ansteuerung der oberen Röhre ist es eine echte SRPP. Rein aus dem Klirr-Abgleich über die Last ist es keine. Und rein vom viel zu hohen Ri ist es gar keine brauchbare Endstufe. Dies wird es erst, wenn wir mit einer Gegenkopplung den Klirr verringern und den Ri deutlich absenken.

Und wenn wir eine höhere Leistung wollen, müssen wir die Röhre in Klasse B betreiben. Dies ist dann möglich, wenn die obere Röhre nicht wie bei der klassischen SRPP-Schaltung passiv angesteuert wird, sondern über eine eigene Treiberröhre. Dann entfällt der obere Rk und der untere kann überbrückt werden. Da sind mit der EL86 etwa 12W möglich (in normalen Gegentaktschaltungen sind es bis 18,5W).

Kurz: Eine SRPP-Stufe macht nur Sinn, wenn man
a) die Last abgleichen kann, wenn diese
b) konstant ist und wenn
c) man Röhren verwendet, deren Alterung gering ist.
SRPP in den abgewandelten Varianten machen Sinn als Treiberstufen für unterschiedliche Lasten und dort, wo Strom gefordert ist. Dies ist aber NUR mit zusätzlicher Gegenkopplung möglich. Ein Vorverstärkerausgang, der eine Endstufe über ein längeres Kabel antreiben soll (Aktivboxen) kann mit einer gegengekoppelten SRPP-Stufe gut ausgerüstet werden, ist aber mit einer SRPP ohne Gegenkopplung unbrauchbar!
richi44
Hat sich gelöscht
#27 erstellt: 07. Apr 2013, 10:12
Auch wenn es schon lange her ist, die SRPP hat mich auch wieder mal gepackt. Ich habe mir vorgestellt, dass man sie als Triebereiner Endstufe hernehmen könnte, weil ja eigentlich zwei Röhrensysteme in Serie geschaltet sind (für die Betriebsspannung) und im Grunde parallel auf die Last wirken. Und wir bekämen so einen ordentlichen Spannungshub, wie er z.B. bei Endröhrenschaltungen mit Katodengegenkopplung oder Ultralinear nötig ist. Und das erst noch praktisch klirrfrei. Voraussetzung wäre eine 6SN7 mit 500V Ub. ( http://frank.pocnet.net/sheets/093/6/6SN7GTB.pdf ).

Wenn ich jertzt die Vorgaben im Datenblatt anschaue, so habe ich
Ia = 9mA
Ua = 250V
S = 2.6mA/V
Ri = 7.7k
D = 0.05
Ug = -8V
Das ergibt (gerundet) einen Rk von 1k
Und wenn ich die ganze Prozedur durchrechne, bekomme ich eine optimale Last von rund 17.15k

Meine Überlegung ist nun, dass in der Praxis (immer auf die untere Röhre bezogen) ein Ra entsteht, der aus der Parallelschaltung von diesen 17k mit dem Ri ' ' von 27.7k besteht und somit einen Wert von rund 10K entstehen lässt.

Nehme ich die Kennlinienschar 6SN7-1 und zeichne da einen Arbeitswiderstand ein, der die gesteckten Grenzen von Ia 20mA und Ua 500V respektiert, so wird dieser 25k.
Oder anders gesagt: Ich kann entweder die Röhren in Serie schalten, aber ich darf keine Last dran hängen, oder ich müsste den Ruhestrom verringern, sodass ich zwangsläufig in eine krumme Kennlinie abrutsche. Dann wäre es möglich, mit höheren Widerstandswerten zu arbeiten, also Ia zu reduzieren und Rk zu vergrössern, was zu einem grösseren Ri ' ' führt.
6SN7-2
Grün wäre ein normaler, ohmscher Ra. Es ist ersichtlich, dass bei symmetrischer Ansteuerung ein erheblicher Klirr entsteht, der nicht tolerierbar ist.
Ab dem Arbeitspunkt geht eine eigene blaue Linie, welche in etwa entsteht, wenn wir eine SRPP-Schaltung verwenden. Bei dieser wäre der Arbeitswiderstand natürlich nicht "zweigeteilt und geknickt" sondern gleichmässig gekrümmt, sodass sich die Kennlininkrümmungen der unteren Röhre und damit der Klirr aufheben. Dies aber nur, wenn wir die beiden Röhren symmetrisch ansteuern.

Und jetzt betrachte ich eine Endstufe, deren Treiber ich mit solchen SRPP bestücken könnte:
4EL34KGeg
so sehe ich da eine Angabe von 57.5V eff, was einer SS-Spannung von 162.7V entspricht.
Wenn ich nun noch eine Schirmgitter-Gegekopplung (Ultralinear) einfügen möchte und das Ganze z.B. mit KT88 ausführe, so komme ich locker auf eine Gitterwechselspannung von 100V, was 283V SS entspricht.
Mit der 6SN7 wäre sowas zu machen, wie das obige Kennlinienfeld zeigt. Nur geht das NICHT mit der ursprünglichen und "einzig wahren" SRPP! Da bekommen wir mit den rund 17k R Last unzulässige Zustände.

Zur Endstufe ist zu sagen, dass ich bewusst eine gemischte Gittervborspannung aus festen 25.5V und je einem Katodenwiderstand von 100 Ohm eingesetzt habe. Ohne Signal läuft die Schaltung mit einem etwas reduzierten Anodenstrom gegenüber Klasse A, mit Signal erhöht sich die Gittervorspannung und bringt den Arbeitspunkt gegen B. Das bedeutet, dass wir bei kleinen Leistungen keinen B-Knick bekommen und bei grossen Leistungen ist er nicht so dominant.
Wenn wir nun eine Treiberstufe bauen, so könnten wir auf diesen AB-Betrieb Rücksicht nehmen und den Arbeitspunkt so legen, dass die positive Halbwelle sauber übertragen wird und nur die negativen Spitzen bei hohen Pegeln (welche bei den Endröhren eh im Sperrbereich landen) begrenzt werden. Das wäre aber bei einer SRPP nicht möglich.
Ich bin daher am überlegen, wie ich so einen Treiber ausgestalten könnte. Denkbar wäre eine Abart der SRPP mit "katodyn" als Signalaufbereitung. Da könnte man tatsächlich einen begrenzenden Treiber verwirklichen.
Oder ich könnte eine PC86 mit einer 6SN7-Triode als Cascode betreiben. Die PC86 würde zusammen mit der 6SN7 eine Verstärkung von mindestens 135 fach ergeben. Und da die PC eh schon klirrarm ist und, verglichen mit der 6SN7 als SRPP eine um Faktor 10.9 höhere Verstärkung hat (was eine entsprechende Gegenkopplung ermöglichen würde) oder wenn ich gleich eine Cascode mit je einer 6SN7 bauen würde, käme ich auf klirrmässig ähnliche Werte wie mit der SRPP.

Ich würde heute eine SRPP z.B. als Ausgangsstufe eines Vorverstärkers einsetzen und mit einem Regler die Impedanzanpassung vornehmen, wenn möglich mit einer Skala, an welcher ich den Eingangswiderstand der Endstufe eingeben kann. Da dies mit Ausgangsspannungen von unter 5V realisiert werden kann spielt die Lastimpedanz und die Betriebsspannung noch keine Rolle.
Wenn es aber um höhere Spannungen geht und damit verbunden Stromprobleme durch die relativ niederohmige Last, gibt es tatsächlich bessere Möglichkeiten.
sidolf
Inventar
#28 erstellt: 15. Apr 2013, 22:58
Hallo Richi,

sehr interessante Gedanken zum Thema, muss ich mir nochmals genauer durchlesen und verinnerlichen. Ich werde darauf zurück kommen.

Beste Grüße
Sigi
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