Plasmahochtöner Transistorersatzschaltung und Schwingquarz

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mr.[m4st3r]
Stammgast

#1 erstellt: 03. Apr 2017, 21:32

Hallo geschätzte HiFi-Gemeinde,

vor nun gut einem halben Jahr habe ich mir ein neues Projekt auserkoren, und zwar den Eigenbau eines Plasmahochtöner mit der Zielsetzung diesen nachher in meine HiFi-Anlage als Zusatz mit einbringen zu können oder ggf. in einen im Anschluss zu bauenden Lautsprecher integrieren zu können. Dabei habe ich mir viel Zeit mit der Recherche gelassen und bin so von Herrn Haumanns über Herrn Westphals Hochtönern letzlich zu folgendem gekommen, da mir die NF-Modulation mit Transistor einfach besser gefällt:

Ich habe nun erstmal klein angefangen und den Hochtöner nach diesem Vorbild:

Ionenhochtöner
aufgebaut mit klassischer NF-Modulation am Schirmgitter per Transistor.
Die HF wird durch einen Reihenschwingkreis erzeugt und als Röhre kommt eine Pl519 zum Einsatz, deren Heizspannung bei mir mit einem separaten Netzteil (40V-300mA) betrieben wird.
Mein Oszillator scheint gut zu schwingen. Er zündet von selbst und bildet eine Flamme bei voller Aussteuerung von ca. 3cm aus, evtl. müsste ich da noch etwas mit den Widerständen im NF-Modulationsteil spielen um die Röhre noch etwas mehr auszureizen. Die Bleche der Röhre glimmen schön Orange, keinesfalls auffällig. Momentan ist das Ganze noch nicht in einem Gehäuse verstaut, da ich dazu erst sicher sein möchte was ich da nachher reinpacke.

Die Modulation mit dem Audiosignal funktioniert problemlos, mein aktueller Ausgangsüberträger geht leider nur von 50Hz-15kHz und überträgt jedoch von 4Ohm auf 1900Ohm was mir recht gut erscheint für die Pl519 auch beim Blick aufs Datenblatt gut hinkommt.
Jedoch kommt es noch zum Übersteuern bei Häufung von Stimmenwidergabe und leichtem Brumm durch die Heizspannung. Dies ist leicht festzustellen wenn man während des Betriebs das Heiznetzteil aussteckt.
Im weiteren Schritt würde ich daher den "schlechten" Transistor IRF730 mit RDSon von 1Ohm ersetzen gegen einen Infineon IPP50R140CP o.Ä. und mit Gate-Treiber versehen um schneller Schaltzeiten zu erhalten und die großen Verlustleistungen am Transistor zu verringern. Des Weiteren soll das Heiznetzteil mit Netzentstörfilter (galvanisches Trennglied o.Ä.) versehen werden.
Sollte dies nicht zum erhofften Erfolg führen wird vermutlich der Modulationsverstärker

Black Cat von Herrn Westphal und Herrn Laue nachgebaut.

Jedoch habe ich mit dem HF-Teil 2 Probleme, da dieser in ganz entscheidender Weise vom Rückkopplungskondensator (dem Draht/Blech das um die Elektrode gewunden ist) abhängig ist, ist es nahezu unmöglich zu gewährleisten, dass dieser auf einem ISM-Band wie etwa 27MHz schwingt. Ich habe jedoch nun bereits des Öfteren gelesen, dass es die Möglichkeit gibt das ganze mit einem Quarzoszillator zu stabilisieren kann mir darunter jedoch leider nichts Vorstellen. Vor allem wäre interessant, wie man den Quarz in die Schaltung integrieren kann. Es wäre schön wenn hierzu jemand etwas schreiben könnte.
Das andere Problem mit dem HF-Teil ist für mich die Röhre, da Sie einfach kein beständiges Bauteil ist und sich mit während der Betriebszeit stets "verändert" um es etwas abgekürzt zu sagen. Es wäre fantastisch, wenn mir jemand entweder eine Röhrenersatzschaltung für die Pl519 hätte. Oder mir einen Weg nennen könnte hier die Röhrenschaltung gegen eine Transistorschaltung zu ersetzen. (Mir ist bekannt, dass Transistoren sich mit den großen Spannungen und vielen Einflüssen sehr schwer tun, und es sehr aufwendig ist Röhreneigenschaften abzubilden.)

Ich hoffe es ist jetzt nicht allzu durcheinander geschrieben, da einem hinterher immer nochmal etwas einfällt

.

Freue mich jetzt schon auf alle Antworten und Anregungen. Wenns meiner Meinung nach zeigbar ist gibt's auch Bilderchen und ne ausführliche Projektbeschreibung

audiophilanthrop
Inventar

#2 erstellt: 04. Apr 2017, 13:10

Ausgangsübertrager? Öhm, die im Link gezeigte Schaltung hat doch gar keinen AÜ, nur Drosseln.

Und der Eingangsübertrager soll 1:1 sein.

Außerdem hoffe ich, daß du in Sachen elektrische Sicherheit weißt, was du tust. Das Netzteil wie abgebildet ist nicht netzgetrennt, sowas wird ganz schnell lebensgefährlich. Und dann wird als "Schutz vor hohen Spannungen" ein Metallgehäuse genommen...

tja, da hätte eigentlich nochmal was isolierendes drumherum gemußt. So aufgebaute Röhrenradios waren seinerzeit penibel isoliert, und selbst die wären heute nicht mehr zulässig. Ziemlich haarsträubend.

Da würde ich mal mindestens noch einen Trenntrafo spendieren (oder zwei gleiche back-to-back) und das Gehäuse auf Schutzerde legen, dann wird's auch was mit dem Nachbarn... äh, der elektrischen Sicherheit. Die Eingangsbuchsen sind so oder so vom Gehäuse isoliert zu halten.

Was den Heizungsbrumm angeht, kannst du versuchen, die Heizwicklung auf Massepotential zu zentrieren - Trafo mit Mittenanzapfung oder schlicht zwei Widerstände, brauchen auch gar nicht besonders niederohmig sein. Hilft das noch nicht, muß man wohl auf eine Gleichspannungsheizung gehen, die vorzugsweise die 40 V auf +/-5% genau bereitstellt.

Die Modulatorschaltung ist nicht eben das Gelbe vom Ei. Sie ist zwar ingeniös, weist aber keinerlei Gegenkopplung auf, sondern der FET läuft letztlich in Sourceschaltung mit einer Spannungsverstärkung von gm * R12. Durch die Verwendung eines EÜ kann man den Lastwiderstand quasi unten, gen Masse anklemmen. Ich würde da z.B. den FET auf Sourcefolger umstricken (EÜ nicht direkt an V2 Source, sondern an Masse) und mit zwei passenden Transistoren npn + pnp und etwas Kleinvieh einen Vorverstärker aufbauen.

Diese Schaltung auf Quarzoszillator umzubauen kann man ziemlich vergessen, der Schwingkreis liegt ja quasi im Ausgang. Da bräuchte man eine Schaltung, die einen eigenen separaten Oszillator hat.

DB
Inventar

#3 erstellt: 04. Apr 2017, 16:37

Hallo,

mr.[m4st3r] (Beitrag #1) schrieb:

Die Bleche der Röhre glimmen schön Orange, keinesfalls auffällig.

das ist mehr als auffällig. Die Schaltung verheizt also deutlich mehr als 35W auf der Anode.

Die Heizung muß einen Massebezug haben, sonst gibt es Brumm- und andere Störungen.
Bei P-Röhren ist der Heizstrom das einzuhaltende Kriterium, nicht die Spannung.

Das dachten sich die Röhrenhersteller:

Datenblatt PL519

MfG
DB

mr.[m4st3r]
Stammgast

#4 erstellt: 04. Apr 2017, 16:46

Vielen Dank für die schnelle Antwort!
Das Problem der Schaltung und die Notwendigkeit eines AÜ hängen mit dem hohen Arbeitswiderstand der Röhre zusammen oder bin ich da jetzt falsch gewickelt? Dem Datenblatt der Röhre

Pl519 lässt sich entnehmen, dass man diese mit einem gewissen Mindestwiderstand von 1kOHm+ betreiben sollte. Lasse mich aber auch gerne vom Gegenteil überzeugen.

Ja, selbstverständlich werden dem Ganzen noch Trenntrafos spendiert, da der Betrieb so in der Tat noch sehr gefährlich ist. Alles wurde auch aufgrund der hohen Spannungen im voraus in LTSpice aufgebaut und simuliert.

Pardon, habe ich vergessen zu erwähnen. Die Heizspannung ist bereits DC da ich von großen Problemen bei AC Versorgung gehört habe ;). Meine Spannung liegt bei effektiven 39Volt. Ich denke daran liegt es also nicht. Ist wohl ein Netzteilbedingtes Problem das entstört werden muss, oder?

Das mit Modulationsteil hatte ich bereits vermutet, und werde mal versuchen deinen Einfall umzusetzen :D.
Was würden Sie zu dem verwenden von Gate-Treiber und "besserem" Transistor sagen?

Gibt es Schaltungen mit separatem Oszillator die für mein Projekt in Frage kommen würden? Und noch viel interessanter wäre zu wissen wie Sie das ganze Projekt realisieren würden oder bereits haben?
Gibt es gar keine bekannte Möglichkeit den HF-Teil durch eine Transistorschaltung zu ersetzen?

@DB
Ich sollte erwähnen, dass das glimmen nur im Dunkeln sichtbar ist bei Tageslicht sieht man nur die Heizdrähte Orange die Röhre hat keinerlei Färbung.

[Beitrag von mr.[m4st3r] am 04. Apr 2017, 16:49 bearbeitet]

DB
Inventar

#5 erstellt: 04. Apr 2017, 17:01

mr.[m4st3r] (Beitrag #4) schrieb:

Die Heizspannung ist bereits DC da ich von großen Problemen bei AC Versorgung gehört habe ;). Meine Spannung liegt bei effektiven 39Volt. Ich denke daran liegt es also nicht. Ist wohl ein Netzteilbedingtes Problem das entstört werden muss, oder?

Hat die Heizung nun eine Verbindung zur Schaltungsmasse oder nicht? Wechselspannungsheizung an der Stelle generiert keinerlei Probleme.

mr.[m4st3r] (Beitrag #4) schrieb:

Gibt es Schaltungen mit separatem Oszillator die für mein Projekt in Frage kommen würden?

Nein. Der Leistungskreis muß in dem gezeigten Fall auch als frequenzbestimmender Kreis arbeiten. Wenn er sich erwärmt, ändert sich seine Resonanzfrequenz und er driftet weg. Würde man die Ansteuerfrequenz durch einen separaten Oszillator festlegen, würde die Röhre die Wechselstromleistung nicht mehr los und dadurch schnell kaputtgehen.

mr.[m4st3r] (Beitrag #4) schrieb:

Und noch viel interessanter wäre zu wissen wie Sie das ganze Projekt realisieren würden oder bereits haben?

Gar nicht. Ich brauche keine Intensiv-Ozonberieselung in der Wohnung.

mr.[m4st3r] (Beitrag #4) schrieb:

Gibt es gar keine bekannte Möglichkeit den HF-Teil durch eine Transistorschaltung zu ersetzen?

Na, Du hast doch Ltspice. Damit kannst Du doch rumprobieren.

Den Gitterableitwiderstand würde ich vergrößern (und Ua senken). Schließlich muß an dem eine brauchbare Gittervorspannung entstehen.

MfG
DB

pelowski
Hat sich gelöscht

#6 erstellt: 04. Apr 2017, 17:39

DB (Beitrag #5) schrieb:

...

mr.[m4st3r] (Beitrag #4) schrieb:

Gibt es Schaltungen mit separatem Oszillator die für mein Projekt in Frage kommen würden?

Das ist das Prinzip eines frequenzstabilen KW-Senders.
Was DB als Problem beschreibt, kennen Amateurfunker (ich bin keiner) sicher gut. Die Leistungsstufe muss an die Last angepasst sein (Stehwellenverhältnis), sonst wird die Leistung zurückreflektiert und es funkt-
Ob ausreichende Anpassung bei deiner Anwendung überhaupt realisierbar ist, entzieht sich meiner Kenntnis.

Grüße - Manfred

Anro1
Hat sich gelöscht

#7 erstellt: 04. Apr 2017, 18:17

Kurze Anmerkung wegen dem erzeugten Ozon.

Hatte alle bei uns komerziell angebotenen Plasma HT´s im Einsatz.

Beim "Singenden TeeSieb" von Magnat war bei ca. 15mm Flamme der Ozon Gestank
nach 20Min Betrieb in meinem 28m² Hörraum für mich kaum mehr zu ertragen.

War die polierte Hartmetall Elektrode schon verbraucht (rauhe Oberfläche, größere Flamme) stieg
der Ozon Gestank ins absolut unerträgliche. Boa da ging innerhalb von Minuten überhaupt nichts mehr.

Der OttoBraun / Lansche Corona Ionen HT war wegen der Brennkammer nach meiner Nase/Augen nach ok,
der ATR von Acapella war in Bezug auf Ozon Emission aus meiner Sicht die beste Konstruktion.

Mir sind schon öfters DIY Ionen HT´s im z.B. Ebay Angebot aufgefallen.
Diese Leute trauen sich was solche offenen Konstruktionen z.B. im Ebay anzubieten.

Jedem Haushalt einen Ozon HT und das Ozonloch ist Geschichte

mr.[m4st3r]
Stammgast

#8 erstellt: 04. Apr 2017, 19:46

Also zuerst ein kurzes Wort zum Ozon, was das anbelangt bin ich wohl mit einem recht unempfindlichen Riechorgan ausgestattet worden :D, bei meinen bisherigen Testläufen bei denen ich viel mit dem "Rückführungskondensator" an der Elektrode gespielt habe konnte ich keinen störenden Geruch feststellen.
Die Spitzen sind i.d.R. nicht aus Hartmetall, das wäre in anbetrachts von Kobalt und anderen Schwermetallen aus denen Hartmetall gesintert wird wohl auch nicht sehr Gesund

sondern aus Wolfram mit Kupferkern. Meine aktuelle Spitze ist jedoch noch nur aus reinem Kupfer was für Testzwecke absolut ausreicht.

DB schrieb:

Hat die Heizung nun eine Verbindung zur Schaltungsmasse oder nicht? Wechselspannungsheizung an der Stelle generiert keinerlei Probleme.

Die Heizung wird mit komplett separatem Netzteil betrieben, welches als fertiges Produkt besteht, den Masseabgriff sollte ich in der Tat auf den meines anderen Netzteils mit Verdopplerschaltung legen. Vielen Dank

DB schrieb:

Das erscheint in der Tat logisch, wäre auch zu schön gewesen...

DB schrieb:

Na, Du hast doch Ltspice. Damit kannst Du doch rumprobieren.

Wenn das so einfach wäre hätte ich hier nicht die Experten unnötig bemüht ;). Röhrenersatzschaltungen sind enorm aufwendig gestaltet. Ich habe bislang nur von einer dieser Schaltungen gelesen, meine das war für eine Pl509.

DB schrieb:

Den Gitterableitwiderstand würde ich vergrößern (und Ua senken). Schließlich muß an dem eine brauchbare Gittervorspannung entstehen.

Das erscheint auch mir recht sinnvoll, da die Röhre noch potential nach oben hat in meinem Fall.
Ich würde jetzt erst einmall ausloten was sich mit der Verdopplerschaltung als Netzteil machen lässt und dann ggf. doch noch ein neues Netzteil austüfteln. (weniger Ua, mehr Ug2) Ideal wäre natürlich regelbar um den optimalen Arbeitspunkt ertesten zu können.

pelowski schrieb:

Ob ausreichende Anpassung bei deiner Anwendung überhaupt realisierbar ist, entzieht sich meiner Kenntnis.

Meiner leider auch Manfred :D, dennoch danke für den netten Beitrag.

mr.[m4st3r] schrieb:

Das Problem der Schaltung und die Notwendigkeit eines AÜ hängen mit dem hohen Arbeitswiderstand der Röhre zusammen oder bin ich da jetzt falsch gewickelt? Dem Datenblatt der Röhre Pl519 lässt sich entnehmen, dass man diese mit einem gewissen Mindestwiderstand von 1kOHm+ betreiben sollte. Lasse mich aber auch gerne vom Gegenteil überzeugen.

Könnt ihr mir dazu noch etwas sagen?

Mfg
Joshua

[Beitrag von mr.[m4st3r] am 04. Apr 2017, 19:49 bearbeitet]

mr.[m4st3r]
Stammgast

#9 erstellt: 05. Apr 2017, 18:09

Hallo allerseits,
komm gerade direkt aus der Werkstatt mit neuen Erkenntnissen.

Das Brummen der Heizspannung konnte in der Tat durch reines Verlegen auf die Masse meines Netzteils beseitigt werden. Vielen Dank dafür DB ;). Jetzt steht die Flamme und man hört nichts mehr :D.

Mit dem Ausgangsüberträger habe ich auch etwas herum probiert, sprich mit AÜ 1600Ohm 1200Ohm, 900Ohm und 600Ohm Ausgang und ohne AÜ. Also es zeigt sich das was ich bereits vermutet hatte, das Musiksignal ist zu Niederohmig und dementsprechend nachher an der Flamme kaum noch zu hören.
Wenn also je ein etwaiger Mitleser plant auch mal eine ähnliche Schaltung aufzubauen wird ein AÜ unabdingbar sein.

Den Gitterableitwiderstand habe ich noch nicht verändert, aber das Wochenende rückt ja schon wieder näher ;). Es ist wichtig, dass die Flamme noch größer wird um auch entsprechende Pegel in guter Qualität realisieren zu können. Hat jemand zufällig schon Erfahrungen wo in etwa das Optimum von Ua zu Ug2 liegt und was dabei für ein Übersetzungsverhältnis vom AÜ zu empfehlen ist?

Freue mich schon auf die Antworten

DB
Inventar

#10 erstellt: 05. Apr 2017, 18:33

Wichtig ist erstmal, daß die Anode nicht mehr glüht und daß auch die Schirmgitterverlustleistung eingehalten wird. Das sind die Dinge, die der Röhre am meisten zu schaffen machen.