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Ein Eintaktröhrenverstärker mit einer KT88

1. Vorwort

Dies ist im Grunde die Fortsetzung des Verstärkerprojektes mit der Röhre PCL86, die ich für erste Gehversuche benutzt habe. Hier ging es eher darum, mal mit größeren Leistungen zu arbeiten.

2. Ein paar Bilder

Das folgende Bild zeigt ein frühes Stadium (so um Weihnachten 2010) des prototypischen Aufbaus. Es liegen noch nicht alle Leitungen; aber alles ist mal provisorisch auf eine - nicht lachen! - Holzplatte montiert. Bei den hohen Spannungen wäre ein Aufbau mit losen Teilen auf dem Labortisch der Sicherheit sicher nicht zuträglich und jetzt wollte ich mich noch nicht für ein Gehäuse und damit für ein Chassis entscheiden. Erfahrunge mit dem Bau von Röhrenverstärkern habe ich nämlich keine und bei einer Holzplatte sind schnell mal wieder ein paar neue Löcher gebohrt, falls die Anordnung der Komponenten sich als unzweckmäßig herausstellen sollte.

Versuchsaufbau des KT88-Vestärkers

Danach ruhte das Projekt leider recht lange und ich hatte den Verstärker natürlich nicht in Betrieb genommen. Die folgenden Bilder zeigen den Prototypen während der Inbetriebnahme (wieder Weihnachten - aber diesmal 2012) aus verschiedenen Perspektiven.

Versuchsaufbau des KT88-Vestärkers Die KT88 und die ECC803S Ruhestromeinstellung Gesamtaufbau Gesamtaufbau - andere Perspektive Die KT88 bei der Arbeit Die Verstärkerplatine für einen Kanal und der Ausgangsübertrager

Na gut ... das vorletzte Bild mit der Beschreibung "die KT88 bei der Arbeit" müßte eignetlich heißen "die KT88 in Ruhe", denn - da ein Klasse A Eintaktverstärker - fließt nur der Ruhestrom von 80 mA, so wie es die gewählte Ultra-Linearschaltung verlangt. Die Pentodenschaltung und die Triodenschaltung ist auch möglich; ich habe sie aber noch nicht benutzt.

Manchmal findet man im Internet Bilder von Röhren, die im Betrieb bläulich leuchten. Ich habe den Eindruck, daß solche Bilder mit einem gewissen Stolz präsentiert werden. Meine leuchtet nicht. Muß ich deswegen traurig sein? Ich habe mir allerdings noch nicht überlegt, ob das ein gutes oder ein schlechtes Zeichen ist. Aber naiv würde ich erwarten, daß das Leuchten entweder von Restgas kommt (das wäre dann weniger gut) oder davon, daß Elektronen auf den Glaskolben auftreffen und dort eine Fluoreszenz hervorrufen. Letzteres sollte aber mit der Zeit (und da reden wir sicher nicht von Sekunden sondern eher von Sub-Millisekungen oder gar Mikrosekunden), nämlich bis sich der Glaskolben auf seiner Innenseite negativ aufgeladen hat, verschwinden. Also dann doch Restgas. Natürlich ist Restgas drin - das Vakuum ist ja niemals perfekt (lassen wir mal das physikalische Vakuum, das ja alles andere als leer ist, mal außen vor)! Aber wie viel Restgas ist drin? Wie dem auch sein - die Abwesenheit des bläulichen Leuchtens erscheint mir besser als dessen Anwesenheit ...

3. Der Bausatz

Wer die Bilder genau betrachtet, kann selbst die Herkunft des Bausatzes erraten [4]. Die Endröhre ist eine KT88 [1] in Ultralinearschaltung, die von der Doppeltriode ECC803S [2] in SRPP-Konfiguration angesteuert wird. In dieser Konfiguration sollen 12 Watt Ausgangsleistung zu erzielen sein; in Pentodenschaltung sind 20 Watt möglich und in Triodenschaltung 8 Watt. Die letzten beiden Optionen habe ich noch nicht erprobt.

Da die Platinen bereits bestückt waren, gestaltete sich der Aufbau als unproblematisch. Die Fassungen für die KT88 sind meineserachtens ohne Beanstandung; die für die Treiberröhre ECC803S haben mir nicht so zugesagt. Die Kontaktfedern erschienen mir sehr straff; ich hatte dann erst mal jeden Kontakt mit einem Draht, der etwa so dick wie ein Pin des Sockels war, gängig gemacht. Danach ließen sich die Treiberröhren ganz gut einsetzen. Was besseres dürfte aber heute als Neuware kaum noch aufzutreiben sein (obwohl ich die Belton-Fassungen auch nicht verkehrt finde). Trotzdem - von der Haptik her kein Vergleich mit Fassungen aus der Blütezeit der Röhrentechnologie.

Die Röhrenfassungen sind von der Leiterbahnseite bestückt so daß man, wenn man es denn will, die Röhren gut sichtbar auf der Oberseite des Verstärkergehäuses anordnen kann. Günstiger Nebeneffekt: die anderen Bauteile auf der Platine sind nicht so sehr der Wärme der Röhren ausgesetzt.

4. Erste Erfahrungen

Für ein abschließendes Fazit ist es natürlich noch zu früh! Nach dem ersten einschalten - natürlich noch ohne Röhren - lagen die Spannungen im Bereich des erwarteten. Das heißt alle Spannungen waren höher als unter Nennlast zu erwarten wäre, was aber normal ist, da der Netztrafo ja völlig unbelastet war. Allerdings hätte ich vom Bauchgefühl her bei der geregelten Spannung für die zwei Doppeltrioden einen niedrigeren Wert erwartet - also näher am Wert der Zenerdioden. Aber immerhin war die Spannung geringer als aufgrund der Leerlaufspannung zu erwarten wäre - die Spannungsstabilisierung hat also wohl ein bischen gearbeitet.

Vor dem Einsetzen der Röhren wurde die Gittervorspanung auf den niedrigstmöglichen Wert eingestellt. Das war keine gute Idee. Eigentlich hätte ich erwartet, daß bei einem so negativ eingestellten Gitter garantiert kein Katodenstrom fließt. Tatsächlich hat der Verstärker, nachdem die Endröhren genügend warm geworden waren, angefangen auf einer Frequenz in der Größenordnung von 1 Hz heftig zu oszillieren. Der Katodenstrom ist dabei über die empfohlenen 80 mA gestiegen. Ich mußte also den Verstärker erst mal schnell abschalten. Ob es sich hierbei um das sogenannte 'Motorboating' handelt, weiß ich nicht; zu dem Zeitpunkt wußte ich eigentlich überhaupt nicht, was los war. Die Gitterspannung hat sich jedenfalls irgendwann der 0 V von unten angenähert, was natürlich einen hohen Anodenstrom ermöglichte. Was jedoch die Gitterspannung wirklich hochgetrieben hat, ist mir auch heute nicht klar. Ich hatte versucht, das Phänomen noch irgendwie zu ergründen; kam aber zu keiner brauchbaren Erkenntnis.

Wahrscheinlich hätte ich mit lieber an die Anleitung halten sollen, die nämlich besagt hat, die Gittervorspannung in die Nähe der im Betrieb zu erwartenden Spannung einzustellen. Das hatte ich dann auch getan und es war danach ein Leichtes, den Katodenstrom auf die geforderten 80 mA (was 800 mV an dem 10 Ohm-Widerstand entspricht) einzustellen. Auch während der sich anschließenden Einlaufphase sind keine Besonderheiten aufgetreten. Der Katodenstrom fing an leicht abzunehmen.

Als nächstes wurde - statt der Abschlußwiderstände - an jeden Kanal ein Lautsprecher angeschlossen und als Signalquelle ein USB-Sound-Device benutzt. Resultat: es brummt. Nun gut - Eintaktendstufen sind bekanntermaßen diesbeszüglich empfindlicher als Gegentaktschaltungen. Allerdings ist unklar, ob der Brumm von der Anodenspannung kommt, ob auf dem Signalweg irgendwo sich der Verstärker einen Brumm einfängt, ob die Trafos ungeschickt liegen, oder ob es ein Problem im Bereich der Gestaltung der Masseleitungen gibt.

Einer der gröberen Fehler war wohl, daß die ein oder andere signalführende Leitung (und auch Masseleitung) etwas nahe am Netztrafo vorbei ging. Das scheint wohl die eine Brummquelle gesesen zu sein. Nachdem jetzt diese Leitungen nicht mehr am Netztrafo vorbei gehen, hat sich die Situation deutlich verbessert. Die beden folgenden Bilder zeigen die geänderte Anordnung der Komponenten:

Geänderter Versuchsaufbau des KT88-Vestärkers Geänderter Versuchsaufbau - andere Ansicht

Der Netztrafo könnte eventuell sogar 'hochkant' gestelle werden, um die Vekopplung mit den Ausgangsübertragern noch weiter zu reduzieren. Ich habe aber gerade keine passenden Fußwinkel zur Hand ...

An anderer Stelle [3] habe ich mittlerweile auch gelesen, daß man die beiden Verstärkerkanäle (Platinen) nicht allzuweit voneinander entfernt anordnen soll. Da habe ich noch Spielraum zur Verbesserung - rückt man die beiden Verstärkerplatinen enger zusammen richtung Mitte zur Netzteilplatine, dann werden praktisch alle benötigten Kabel kürzer. Außerdem können die beiden abgeschirmten Leitungen, die das Eingangssignal an die Verstärkerplatinen heranführen, dicht beieinander bleiben. Damit spannen sie keine 'Fläche' auf, die eine Brummschleife darstellt.

Was jetzt noch als Restbrumm übrig ist, scheint nur noch von der Stromversorgung zu kommen. Da erstaunt es, daß in der Anleitung beschrieben wird, daß eigentlich nur ein sehr geringes Brummen oder Rauschen zu hören sein darf - bliebe zu klären, was 'sehr gering' denn genau bedeutet. Da ich gerade keine passende Siebdrossel greifbar habe, habe ich einfach mal einen Widerstand von rund 50 Ohm an die Stelle eingefügt, an die man eine Drossel anschließen kann. Es hilft! Der Spannungsverlust ist allerdings schon so hoch (knappe 10 V), daß ich bei einer Röhre den Ruhestrom von 80 mA nur noch gerade so erreichen kann. Er ist ein paar mA niedriger. Das ist aber wohl beherrschbar durch Tausch eines Widerstandes im Umfeld der Gitterspannungserzeugung.

Die Gegenkopplung habe ich bislang nur rudimentär 'angefaßt'. Bislang arbeite ich mit kleinstmöglicher Gegenkopplung (Serienwiderstand maximal eingestellt). Erhöhung der Gegenkopplung führt zu Schwingungen im Bereich von einigen 10 kHz bis in die Größenordnung 100 kHz bevor es dann plötzlich wieder im Hörbereich (Tieftonbereich) unangenehmn laut wird. Fühlt sich eingentlich nach Mitkopplung an - allerdings ist noch unklar, ob etwa für die hohe Frequenzen bereits eine Mitkopplung vorliegt, während für niedrige nach wie vor Gegenkopplung herrscht.

Das ist auch der letzte Stand. generell kann man zum Brumm noch erwähnen, daß er komplett verschwindet, wenn man den Verstärker abschaltet. Der Verstärker funktioniert nach dem abschalten ja noch ein paar Sekunden, weil sich die Ladelekos ja nicht schlagartig entladen und die Katode ja auch nicht von einer auf die andere Sekunde kalt wird. Das heißt, daß die meisten Dreckeffekte im Dunstkreis des Netztrafos zu vermuten sind.

Momentan gehe ich davon aus, daß das Thema Brumm in den Griff zu bekommen ist. Sowohl der Brumm aufgrund der unzureichenden Siebung der Anodenspannung für KT88 als auch der Brumm der durch Einstreuung in Signalleitungen bzw. Masseleitungen entsteht.

Nachtrag 1

Zwischenzeitlich liegt mir eine Drossel (spezifiziert mit 10 H bei 300 mA und einem Gleichstromwiderstand von 50 Ohm) vor, deren Wirksamkeit nach ihrem EInbau absolut überzeugt. Auf der Betriebsspannungsseite dürfte jetzt wohl alles gemacht sein, was möglich ist, wenn man mal von herkommlicher Spannungsstabilisierung absieht. Der Verstärker ist zwar immer noch nicht brummfrei; aber das führe ich jetzt mal ganz mutig auf den provisorischen Aufbau zurück.

Nachtrag 2

Hält man sich an die Bauanleitung, dann erhält man wirklich eine Mitkopplung. Das Ausgangssignal nimmt zu, wenn man die vermeintliche Gegenkopplung (also Mitkopplung) erhöht. Glücklicherweise kann man auf der Primärseite des Ausgangsübertragers alle Anschlüsse inklusive des Abgriffs für das Schirmgitter so tauschen, daß am Ende einfach alles paßt und auch wirklich Gegenkopplung entsteht. Verringert man jetzt den Gegenkopplungwiderstand (erhöht man also die Gegenkopplung), dann reduziert sich auch das Ausgangssignal.

5. Erster Höreindruck

Das ist die spannende Frage. Wie hört er sich denn nun an - der KT88 Eintaktverstärker in Ultra-Linearschaltung?

Fangen wir mal (gedanklich) von 'hinten' an. Die Motivation, sich mit Röhrenverstärkern zu befassen, war natürlich auch die Frage für mich zu beantworten, was denn so besonderes an Röhrenverstärkern und deren Klang dran ist - und zwar bezogen auf HiFi-Verstärker. Wir reden nicht von Gitarrenverstäkern - dort ist ja die Röhre eine klangbestimmende Komponente und damit in letzter Konsequenz Bestandteil des Musikinstrumentes. Da ist alles erlaubt, was für den benötigten Zweck im Ohr des Musikers einfach gut klingt.

Um es kurz zu machen: Technisch gibt es nach meinem Dafürhalten erst mal nichts auszusetzten. Das heißt, der Verstärker klingt zumindest mal nicht schlecht. Zumindest nicht schlechter, als das, was ich sonst so kenne - auch wenn das zugegebenermaßen nicht viel ist (siehe weiter unten). Riesen Unterschiede im Vergleich zu gängigen Transistorverstärkern höre ich darüber hinaus nicht heraus. Einen 'Wow-Effekt' habe ich (noch) nicht erlebt. Trotzdem werde ich weiter dran bleiben.

Ich habe mich allerdings in der Vergangenheit mit Fragestellungen dieser Art auch nie befaßt und mein Gehör ist daher in diesen Belangen sicher nicht ausreichend geschult. Auch einen systematischen Vergleich habe ich bislang noch nicht durchgeführt. Die Frage ist, ob das überhaupt möglich ist. Könnte es nicht sein, daß die Erwartung eines besseren Klangs (was das im übrigen auch immer heißen mag) des Röhrenverstärkers mich ihn so oder so immer besser bewerten läßt?

Wie dem auch sei. Das sind nur meine ersten Eindrücke. Weitere werden folgen. Wird fortgesetzt ...

Nachtrag 3

Nachdem aus der Mitkopplung nun eine Gegenkopplung geworden ist (siehe weiter oben), fühle ich mich mit der Aussage, daß es nichts auszusetzten gibt, erst mal wohler. Trotzdem fällt es mir noch schwer, überhaupt etwas herauszuhören, was diesen Röhrenverstärker von gängigen Transistorverstärkern unterscheidet. Aber eins ist auf jeden Fall schon mal gut: über die Wiedergabe der Tiefen kann man nicht meckern. Das ist aber eher ein Verdienst der Ausgangsübertrager, die darauf hin auch ausgelegt worden sind, als der Tatsache, daß es sich um einen Röhrenverstärker handelt.

7. Messungen

Mir steht leider kein geeignetes Meßequipment für Audio-Zwecke zur Verfügung. Damit stehe ich aber sicher nicht allein da. Meine Meßmöglichkeiten werden sich also auf die der Soundkarte (intern oder extern) beschränken. Immerhin konnte ich qualitativ schon mal sehr schön die Veränderungen bei der ersten Harmonischen bei unterschiedlichen Gegenkopplungen beobachten. Mit zunehmender Gegenkopplung ist der Pegel der ersten Oberwelle gesunken.

Da ich auch nier noch ganz am Anfang stehe, hier nur die Ankündigung, daß dieser Absatz bei Gelegenheit fortgesetzt wird,

6. Referenzen und Links

Deutsch