Endstufen Röhren paaren

oga33 (Beitrag #1) schrieb:

Nach welchen Parameter werden die Röhren für eine PP Endstufe gepaart? Gibt es eine ungefähre Betriebsdauer, nach welcher ein Paar nicht mehr ein Paar ist?

Idealerweise sollte die Steilheit S gleich sein. Meistens wird nur die Kathodenemission gemessen, die anzeigt, wie stark die Röhre noch ist bzw. gealtert ist (dazu müsste man eigentlich den Anfangszustand berücksichtigen, der je nach Hersteller und teilw. Charge variiert). Zumindest bei Röhren aus einer Charge darf man sehr ähnliche Steilheiten in Bezug zu ähnlichen Kathodenemissionen annehmen.
Wie lange ein Röhrenpaar miteinanderläuft lässt sich nur anhand der gesamtem Lebensdauer abschätzen. Ggf. sollte man ein Röhrentagebuch führen, in dem man in regelmäßigen Abständen einige Messdaten einträgt. Einige Verstärker hatten integrierte Mess-Möglichkeiten, zumindest für den Biasstrom. Besser ist natürlich ein separater Messplatz, der Steilheit etc. messen kann.

Valenzband (Beitrag #2) schrieb:

Einige Verstärker hatten integrierte Mess-Möglichkeiten, zumindest für den Biasstrom. Besser ist natürlich ein separater Messplatz, der Steilheit etc. messen kann.

Gibt es auch integrierte Mess-Möglichkeiten für die Steilheit?

Das wäre je nach Schaltungsdesign, insbes. ohne Kathodenwiderstände (in Leistungsstufen eher selten anzutreffen), nicht ganz einfach.
Im Prinzip müsste man bei konstanter Amplititude der Gitter-Kathoden Aussteuerung die daraus resultierende Änderung des Anoden- oder Kathodenstroms messen und das Ganze ins Verhältnis setzen (Steilheit S= d_Ia/d_Ugk). Ansatzweise bekäme man dadurch so etwas wie ein kurzes Stück der Kennlinie am Arbeitspunkt. Wenn man die Sache genauer analysieren will braucht man einen Kennlinienschreiber, der auch Röhren ansteuern/testen kann.

Wenn die Verstärkerschaltung etwas umgestaltet wird, könnte die Ansteuerung der beiden Endpentoden gezielt so unterschiedlich gemacht werden (Trimmer), dass die unterschiedlichen Steilheiten dynamisch ausgeglichen werden. Das setzte allerdings mehr Messmittel voraus, u.A. zur Klirrfaktormessung. In der Praxis wird man das nur selten machen, eher ersetzt man die Röhren gleich paarweise.

Valenzband (Beitrag #4) schrieb:

Das wäre je nach Schaltungsdesign, insbes. ohne Kathodenwiderstände (in Leistungsstufen eher selten anzutreffen), nicht ganz einfach. Im Prinzip müsste man bei konstanter Amplititude der Gitter-Kathoden Aussteuerung die daraus resultierende Änderung des Anoden- oder Kathodenstroms messen und das Ganze ins Verhältnis setzen (Steilheit S= d_Ia/d_Ugk).

Ich gehe mal davon aus, dass ein Unterschied in der Steilheit beider Pentoden durch unterschiedliche Pegel am jeweiligen Eingang (Gitter) ausgeglichen werden kann. Würde bedeuten, dass die Ia/Ug Kennlinie nach Aufwärmen in 2 Punkten aufgenommen werden muss. Als erster Punkt bietet sich der Bias an. Der zweite Punkt müsste dann so weit wie möglich vom Bias liegen.Messungen am besten am Kathodenwiderstand, ohne den geht es kaum.

Bitte korrigiere mich, falls ich einem Denkfehler unterliege.

oga33 (Beitrag #5) schrieb:

Valenzband (Beitrag #4) schrieb: Das wäre je nach Schaltungsdesign, insbes. ohne Kathodenwiderstände (in Leistungsstufen eher selten anzutreffen), nicht ganz einfach. Im Prinzip müsste man bei konstanter Amplititude der Gitter-Kathoden Aussteuerung die daraus resultierende Änderung des Anoden- oder Kathodenstroms messen und das Ganze ins Verhältnis setzen (Steilheit S= d_Ia/d_Ugk). Ich gehe mal davon aus, dass ein Unterschied in der Steilheit beider Pentoden durch unterschiedliche Pegel am jeweiligen Eingang (Gitter) ausgeglichen werden kann. Würde bedeuten, dass die Ia/Ug Kennlinie nach Aufwärmen in 2 Punkten aufgenommen werden muss. Als erster Punkt bietet sich der Bias an. Der zweite Punkt müsste dann so weit wie möglich vom Bias liegen.Messungen am besten am Kathodenwiderstand, ohne den geht es kaum. Bitte korrigiere mich, falls ich einem Denkfehler unterliege. :)

Im Prinzip alles richtig so. Nur sollte man im Auge behalten, dass die Kennlinie nicht perfekt linear ist. Deshalb ist die Bestimmung von S bei zu großem Abstand der Messpunkte nicht sehr genau, aber im Mittel dennoch halbwegs geeignet um Röhren zu paaren. Ein Kennlinienmessgeräterfasst auch die Krümmung der Kennline, was auch noch über die Änderungen von S gegenüber dem Anodenstrom Auskunft gibt.
Das Gehör reagiert im unteren/mittleren Schalldruckbereich besonders empfindlich auf Verzerrungen/Verfärbungen, deswegen ist es auch sinnvoll, diese Messung eher mit kleineren Signalen zu machen als mit hoher Aussteuerung (hängt natürlich auch vom Wirkungsgrad der angeschlossenen Lautsprecher ab).

Valenzband (Beitrag #6) schrieb:

Im Prinzip alles richtig so. Nur sollte man im Auge behalten, dass die Kennlinie nicht perfekt linear ist. Deshalb ist die Bestimmung von S bei zu großem Abstand der Messpunkte nicht sehr genau, aber im Mittel dennoch halbwegs geeignet um Röhren zu paaren. Ein Kennlinienmessgeräterfasst auch die Krümmung der Kennline, was auch noch über die Änderungen von S gegenüber dem Anodenstrom Auskunft gibt. Das Gehör reagiert im unteren/mittleren Schalldruckbereich besonders empfindlich auf Verzerrungen/Verfärbungen, deswegen ist es auch sinnvoll, diese Messung eher mit kleineren Signalen zu machen als mit hoher Aussteuerung (hängt natürlich auch vom Wirkungsgrad der angeschlossenen Lautsprecher ab).

Die Krümmungen sollten so unterschiedlich nicht sein, schliesslich ist die Formel der Ia/Ug Kurve von der Physik bestimmt. Ich glaube auch kaum, dass bei der Selektion von Pärchen beim Hersteller darauf geachtet wird.

Falls der zweite Messpunkt näher am Bias gewählt wird, erleichtert das die Aufgabe etwas, dann muss die Röhre nicht so weit im oberen Ia Bereich angesteuert werden. Es ist trotzdem eine Herausforderung, nicht nur messtechnisch, sondern auch schaltungstechnisch.

Gehen wir von einem fixen Bias aus, müsste man am Gitter einfach hintereinander zwei definierte Spannungen anlegen und dann am Kathodenwiderstand den jeweiligen Abfall messen.

Der Kathodenwiderstand, an dem die Messung erfolgen soll, ist aber normalerweise mit einem Kondensator überbrückt. Eine AC Messung ist also nicht möglich. Bleibt nur die Möglichkeit, die zwei Gittervorspannungswerte so lange anzulegen, bis dieser Kondensator entsprechend umgeladen ist. Beim Gittervorspannungswert für den Bias ist das kein Problem, das ist der normale Betrieb. Bei einem Gittervorspannungswert für den höheren Anodenstrom aber schon, weil an der Anode eine ganz andere Spannung anliegt, als bei der normalen Aussteuerung im Betrieb. Im Extremfall liegt sogar die volle Betriebsspannung an, weil die Primärwicklung des Ausgangstrafos keinen Widerstand mehr zeigt. Dabei kann die Pentode leistungsmässig übersteuert werden.

Oder nicht?

oga33 (Beitrag #7) schrieb:

Der Kathodenwiderstand, an dem die Messung erfolgen soll, ist aber normalerweise mit einem Kondensator überbrückt. Eine AC Messung ist also nicht möglich. Bleibt nur die Möglichkeit, die zwei Gittervorspannungswerte so lange anzulegen, bis dieser Kondensator entsprechend umgeladen ist.

Die dafür benötigte Zeit tau ist etwa tau = R * C, für stabile Werte eher das dreifache davon. Wenn man die Messung bei sehr kleiner Frequenzen oder DC macht stört der Kondensator nicht.

Beim Gittervorspannungswert für den Bias ist das kein Problem, das ist der normale Betrieb. Bei einem Gittervorspannungswert für den höheren Anodenstrom aber schon, weil an der Anode eine ganz andere Spannung anliegt, als bei der normalen Aussteuerung im Betrieb. Im Extremfall liegt sogar die volle Betriebsspannung an, weil die Primärwicklung des Ausgangstrafos keinen Widerstand mehr zeigt. Dabei kann die Pentode leistungsmässig übersteuert werden. Oder nicht?

Im Extremfall bestimmt, aber das ist nicht der angestrebte Messablauf. Es reicht aus den Anodenstrom 10% über den Biaspunkt zu erhöhen, ggf. sogar abzusenken.

Valenzband (Beitrag #8) schrieb:

Im Extremfall bestimmt, aber das ist nicht der angestrebte Messablauf. Es reicht aus den Anodenstrom 10% über den Biaspunkt zu erhöhen, ggf. sogar abzusenken.

10% scheinen mir etwas zu wenig. Falls damit angestrebt wir die Steilheit beider Röhren im Bereich der kleinen Ausgangsleistung auszugleichen ist diese Überlegung richtig. Ich gehe aber immer noch davon aus, dass die Ia/Ug Kennlinie der Physik gehorcht und für alle Röhren die gleiche Funktion erfüllt (Ia=f(Ug^3/2) oder so). Somit sollte die Messung umso genauer sein, je weiter die zwei Messpunkte auseinander liegen.

Als Fehlerquelle bei höheren Anodenströmen könnte ich mir unterschiedliche Schirmgitterströme vorstellen, falls das Verhältnis Ia/Ig2 für beide Röhren unterschiedlich ist. Dann ist Ik/Ia auch unterschiedlich. Ich habe das gegoogelt, aber nichts aussagekräftiges darüber gefunden. Weisst Du darüber etwas?

oga33 (Beitrag #9) schrieb:

Valenzband (Beitrag #8) schrieb: Im Extremfall bestimmt, aber das ist nicht der angestrebte Messablauf. Es reicht aus den Anodenstrom 10% über den Biaspunkt zu erhöhen, ggf. sogar abzusenken. 10% scheinen mir etwas zu wenig. Falls damit angestrebt wir die Steilheit beider Röhren im Bereich der kleinen Ausgangsleistung auszugleichen ist diese Überlegung richtig. Ich gehe aber immer noch davon aus, dass die Ia/Ug Kennlinie der Physik gehorcht und für alle Röhren die gleiche Funktion erfüllt (Ia=f(Ug^3/2) oder so). Somit sollte die Messung umso genauer sein, je weiter die zwei Messpunkte auseinander liegen. Als Fehlerquelle bei höheren Anodenströmen könnte ich mir unterschiedliche Schirmgitterströme vorstellen, falls das Verhältnis Ia/Ig2 für beide Röhren unterschiedlich ist. Dann ist Ik/Ia auch unterschiedlich. Ich habe das gegoogelt, aber nichts aussagekräftiges darüber gefunden. Weisst Du darüber etwas?

Einfacher wird es mit den Pentoden leider nicht. Typische Schirmgitterströme liegen um 10-20% des Anodenstroms. Oft kommt auch noch eine Schirmgitteranzapfung am Ausgangsübetrager ins Spiel, wodurch die "effektive" Steilheit in der Schaltung nicht ganz so groß ist wie in Triodenschaltung.

Man kann es drehen wie man will, die sauberste Messmethode ist ein (externer) Kennlinienschreiber. In-circuit Messungen haben immer gewisse Einschränkungen, mit denen man aber meist ganz gut leben kann. Wenn es nur darum geht Unteschiede zw. zwei Röhren zu bemessen kommt es auch nicht mehr auf absolute Genauigkeit an.

Man könnte folgende Messung ausführen:
An den Kathodenwiderständen wird jeweils ein kondensatorgekoppelter Gleichrichter/Detektor zugeschaltet (kann auch dauerhaft verbleiben wenn Impedanz hoch genug gewählt ist). Die Differenz zwischen den beiden gleichgerichteten Spannungen zeigt die Ungleichheiten der Kathoden-Ströme in der Signalspitze an. Wenn beide Röhren aus der gleichen AC Quelle angesteuert werden ist das ein guter Indikator für den Unterschied.
Eine "Eichung" könnte man dadurch erhalten, dass man eine neue/gute Röhre bewusst zusammen mit einer gealterten Röhre einsetzt, so dass die Spannungsdifferenz recht groß sein sollte.
Allerdings müsste man hierbei die Gegenkopplung so weit außer Kraft setzen, dass sie die Abweichungen nicht über unterschiedliche Ansteuerungen der Röhren schon gleich wieder ausbügelt.
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Valenzband (Beitrag #10) schrieb:

Allerdings müsste man hierbei die Gegenkopplung so weit außer Kraft setzen, dass sie die Abweichungen nicht über unterschiedliche Ansteuerungen der Röhren schon gleich wieder ausbügelt. .

Danke für den Tipp, das mit der Gegenkopplung über Alles hatte ich übersehen.

Ich sehe schon da eine ganze Latte von Fehlerquellen. Kommt noch dazu, dass beide Primärwicklungen am Ausgangstrafo evtl auch nicht gleich sind. Dann wäre es aber sinnvoller, die zweite Messung direkt am Lautsprecher vorzunehmen.

Oder?

oga33 (Beitrag #11) schrieb:

Ich sehe schon da eine ganze Latte von Fehlerquellen. Kommt noch dazu, dass beide Primärwicklungen am Ausgangstrafo evtl auch nicht gleich sind. Dann wäre es aber sinnvoller, die zweite Messung direkt am Lautsprecher vorzunehmen. Oder?

Das wäre die umgekehrte, aber gleichwertige Version der Messung. Bei konstanter AC-Ansteuerung am Eingang, konstantem(r) AC Ausgangsstrom (spannung), mit gegengekoppeltem Verstärker, müsste man die AC-Gitterspannungen an den End-Pentoden messen und vergleichen.
Je kleiner S, desto größer die nötige, bzw. durch die GK erzwungene, AC-Steuerspannung am Gitter. Man wird dort ab einer bestimmten Amplitude nicht mehr sinusfömige Spannungen sehen, denn je nach Betriebsart (AB, oder B), wird eine der Röhren schon mehr oder weniger abgeschaltet, während die andere Röhre in ihrer Betriebsphase schwitzen muss.

Valenzband (Beitrag #12) schrieb:

Das wäre die umgekehrte, aber gleichwertige Version der Messung.

Ganz so gleichwertig ist sie nicht, denke ich.

Falls während dieser zweiten Messung die GK abgeschaltet wird ohne die Endstufe zu übersteuern, misst man dann die Summe aller Unsymmetrien: Phasenumkehr, Pentodensteilheit, Ausgangstrafo.

Der nächste Schritt wäre dann vor jeder Pentode einen elektronisch einstellbaren Spannungsteiler im jeweiligen Signalpfad. Dann können die beiden Halbwellen unterschiedliche Pegel annehmen und sie Unsymmetrien wären kompensiert.

oga33 (Beitrag #13) schrieb:

Ganz so gleichwertig ist sie nicht, denke ich.

Perfekt wird es natürlich nicht, aber passabel für die Fragestellung. Die GK soll bzw. darf dabei nicht abgeschaltet werden!
Um den Einfluss des Übertragers zu reduzieren sollte man die Messfrequenz in möglichst unproblematischen Bereichen wählen, also nicht zu klein wegen der begrenzten Primärinduktivität und nicht zu groß wegen der Streuinduktivitäten und -Kapazitäten. Zwischen 100Hz und 1kHz sollten OK sein. An der oberen Grenze würde sich die Kathodenkapazität sogar günstig erweisen.
Der Verstärkerausgang muss mit einem Widerstand belastet werden, keinem Lautsprecher.
Infolge der aktiven GK werden die Pentoden nun so ausgesteuert, dass der Ausgangsstrom (aus dem Widerstand transformierter Strom) der Signalspannung am Verstärkereingang in festem Verhältnis folgt. An den Gittern der Pentoden werden daher im Falle unterschiedlicher Steilheiten unterschiedliche Steuerspannungen auftreten.

Der nächste Schritt wäre dann vor jeder Pentode einen elektronisch einstellbaren Spannungsteiler im jeweiligen Signalpfad. Dann können die beiden Halbwellen unterschiedliche Pegel annehmen und sie Unsymmetrien wären kompensiert.

Ja nach Ansteuerung könnte das z.Bsp. auch ein regelbarer Anodenwiderstand in der Phasenumkehrstufe sein.

Valenzband (Beitrag #14) schrieb:

Die GK soll bzw. darf dabei nicht abgeschaltet werden!

Warum nicht? Die Unsymmetrien kommen doch gerade bei abgeschalteter GK so richtig zum Vorschein. Ausserdem gibt es auch Schaltungen, die ganz ohne GK arbeiten.

Um den Einfluss des Übertragers zu reduzieren sollte man die Messfrequenz in möglichst unproblematischen Bereichen wählen, also nicht zu klein wegen der begrenzten Primärinduktivität und nicht zu groß wegen der Streuinduktivitäten und -Kapazitäten. Zwischen 100Hz und 1kHz sollten OK sein. An der oberen Grenze würde sich die Kathodenkapazität sogar günstig erweisen.

Das geht klar. Ich favorisiere 800Hz.

Der Verstärkerausgang muss mit einem Widerstand belastet werden, keinem Lautsprecher.

Auch klar, danke.

Infolge der aktiven GK werden die Pentoden nun so ausgesteuert, dass der Ausgangsstrom (aus dem Widerstand transformierter Strom) der Signalspannung am Verstärkereingang in festem Verhältnis folgt. An den Gittern der Pentoden werden daher im Falle unterschiedlicher Steilheiten unterschiedliche Steuerspannungen auftreten.

Na gut, aber wenn die GK die ganze Kompensation der Unsymmetrien übernimmt, macht das Verfahren keinen Sinn mehr. Der Einsatz von Pärchen übrigens auch nicht.

Ja nach Ansteuerung könnte das z.Bsp. auch ein regelbarer Anodenwiderstand in der Phasenumkehrstufe sein.

Immer vorausgesetzt man hat eine Concertina oder einen Long Tail für die Phasenumkehr. Bei einen Treibertrafo kann man nichts regeln, ausser einen Spannungsteiler am Gitter der jeweiligen Pentode.

Im V69 hatte man eine ganz nette Kontroll- und auch Einstellmöglichkeit der Wechselstromsymmetrie.

DB (Beitrag #16) schrieb:

Im V69 hatte man eine ganz nette Kontroll- und auch Einstellmöglichkeit der Wechselstromsymmetrie.

Meinst Du den?

https://bilder.hifi-forum.de/max/857335/telefunken-v69_646189.png

Ja. In dem Schaltplan fehlt aber einiges. In dem Thread hat der Herbert den kompletten Plan verlinkt.

Ok, aber im Schaltplan sehe ich nur einen 1k Poti, der offensichtlich zum Ausgleich der Kathodenströme beider Treiber-Röhren dient und zwei 5k Potis, für die Kathodenstromeinstellung der Endröhren. Eine Schaltung zum Ausgleich der Steilheit kann ich nicht finden.

oga33 (Beitrag #15) schrieb:

Valenzband (Beitrag #14) schrieb: Die GK soll bzw. darf dabei nicht abgeschaltet werden! Warum nicht? Die Unsymmetrien kommen doch gerade bei abgeschalteter GK so richtig zum Vorschein. Ausserdem gibt es auch Schaltungen, die ganz ohne GK arbeiten..... Infolge der aktiven GK werden die Pentoden nun so ausgesteuert, dass der Ausgangsstrom (aus dem Widerstand transformierter Strom) der Signalspannung am Verstärkereingang in festem Verhältnis folgt. An den Gittern der Pentoden werden daher im Falle unterschiedlicher Steilheiten unterschiedliche Steuerspannungen auftreten. Na gut, aber wenn die GK die ganze Kompensation der Unsymmetrien übernimmt, macht das Verfahren keinen Sinn mehr. Der Einsatz von Pärchen übrigens auch nicht.

Doch. Im Grund hatte ich es schon erklärt: Die GK bewirkt, dass die Spannung am Ausgang derjenigen am Eingang in festem Verhältnis folgt. Alles was zwischen Eingang und Ausgang passiert muss nicht besonders linear sein und ist es im Allgemeinen auch nicht. Das ist ja gerade Sinn und Zweck einer GK. Wenn man nun das Signal vom Ausgang rückwärts verfolgt, z. Bsp. an die Gitter der Pentoden, sieht man eben ein Signal, dass die GK genau so korrigiert hat, dass die Verzerrung am Ausgang wieder klein ist. An einer altersschwachen Pentode muss das Steuersignal daher entsprechend größer sein als an einer neuen Pentode mit voller Emission/Steilheit usw. Das gilt unabhängig für jede der beiden PP Pentoden.
Damit schließt sich der (Regel-) Kreis.

Natürlich gibt es immer irgendwelche Ausnahmen, die man gesondert betrachten muss. Ich gehe aber mal davon aus, dass die meisten PP Röhrenverstärker keine zusätzlichen Übertrager und vergleichbares Gedöns auch noch zwischen den Stufen haben. Ein Übertrager ist ja schon schlimm genug. Außerdem sollte das GK-Maß in vernünftigem Verhältnis zur open-loop Verstärkung stehen, sonst wäre sie ohnehin ziemlich wirkungslos.

...Immer vorausgesetzt man hat eine Concertina oder einen Long Tail für die Phasenumkehr. Bei einen Treibertrafo kann man nichts regeln, ausser einen Spannungsteiler am Gitter der jeweiligen Pentode.

Ja, das wäre eine solche Ausnahme unter vielen anderen, die man sich ausdenken kann.
Ich möchte auch in diesem Zusammenhang nochmals darauf hinweisen, dass eine Prüfung mit einem Kennlinienschreiber die ganze Diskussion erheblich vereinfacht und abkürzt. Alle anderen Methoden sind mit mehr oder weniger großen Einschränkungen behaftet, sei es messtechnisch oder durch den zusätzlichen Interpretationsbedarf der primären Messergebnisse.