Röhrenverstärker V1

Ein Foto des Versuchsaufbaus mit dem Röhrenverstärker in seiner Holzkiste.

Röhrenverstärker sind zwar in vieler Hinsicht den moderneren, halbleiterbasierten Verstärkern unterlegen, aber ein Ein Transistor hat keine durch ein Vakuum fliegende Elektronen und auch keine hübsche glimmende Glasröhre zu bieten. Und da ich eh noch ein paar Röhren rumliegen hatte dachte ich mir ich könnte ja einfach mal versuchen daraus einen Verstärker zu bauen.

Dazu wurden folgende Anforderungen definiert:

  • Es soll ein Monoverstärker werden. (Für Stereo reichen die Röhren nicht)
  • Der Verstärker soll mit dem Lautsprecher in einem Gehäuse integriert werden.
  • Es sollen nur Bauteile verwendet werden die ohnehin schon in der Bastelkiste vorhanden sind.
  • Der Verstärker soll funktionieren, aber es werden keine hohen Ansprüche an die Qualität gestellt.

Auf der Suche nach Informationen zum Aufbau von Röhrenverstärkern stellte sich Jogis-Röhrenbude als eine sehr nützliche Quelle. Insbesondere diese Seite, auf welcher erklärt wird wie ein einfacher Röhrenverstärker aufgebaut und dimensioniert wird stellte sich als sehr hilfreich heraus.

Eine EL84 war vorhanden, eine ECC83 nicht. Dafür aber ein ganzer haufen ECC85. Diese kann man fast genauso gut verwenden. Den hierfür idealen Arbeitspunkt entnimmt man einfach dem Datenblatt. Wenn man in der Lage ist die Röhrendatenblätter richtig zu lesen lässt sich fast jede Röhre irgendwie als Verstärkerröhre misbrauchen. Als Endstufenröhre allerdings nicht. Dazu ist eine Röhre nötig die einen entsprechend großen Strom verkraftet um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Damit ergab sich dieser erste Plan. Unten darauf stehen einige Dimensionierungsfragen die zu dem Zeitpunkt noch offen waren.

Die etwas seltsam anmutende Spannungsversorgung kommt zu Stande, dar kein passender Trafo vorhanden ist. Die hohe Spannung welche für die Röhren nötig ist darf aber trotzdem nicht direkt aus dem Netz genommen werden (Stichwort: Galvanische Trennung). Rein vom Aufbau und der Physik her kann aber ein normaler Kleinspannungstrafo "rückwärts" betrieben werden. Das heisst das in die Ausgangsseite eine kleine Wechselspannung angelegt wird, und so auf der Eingangsseite eine große Wechselspannung erzeugt wird. Ausserdem war kein passender Trafo für die Heizspannung vorhanden, daher ergab sich die etwas komische Konstruktion mit der EBF89 die hier eigentlich nur als Widerstand verwendet wird.

Nach einer Konsultation im Hifi-Forum wurde der Schaltplan verbessert. Die neue Version sieht jetzt so aus. Allerdings wird R6 weggelassen, und dafür R5 auf 300 Ohm vergrößert. C2 wird zunächst eingebaut, R11 nicht. Mit der Gegenkopplung soll im fertigen Aufbau experimentiert werden, um eine optimale Einstellung zu finden. Die teilweise etwas komischen Widerstandswerte ergeben sich weil Widerstände verwendet wurden die von anderen Projekten übrig geblieben sind, und teilweise auch mit Reihen- und Parallelschaltungen erzeugt werden.

Screenshot aus LTSpice. Man sieht die Schaltung und das Ergebnis einer Transientenanalyse.Screenshot aus LTSpice. Man sieht die Schaltung und das Ergebnis einer Transientenanalyse.Bei dem Netzteil hatte ich in einer Überschlagsrechnung festgestellt dass sich mit dem gegebenen Filterkondensator ein Ripple von ungefähr einem Prozent einstellen würde. Dies hielt ich zunächst für gut genug, bis mich ein Forennutzer darauf hin wies, dass dies immerhin einer Spannung von 100mV am Lautpsrecher entspräche - also noch viel zu viel ist. Suchen in der Bastelkiste förderte ein paar weitere Hochspannungsfeste Elkos großer Kapazität zu Tage (Tipp: Sowas findet man in alten Schaltnetzteilen, insbesondere in ATX-Netzteilen). Um zu kontrollieren ob ich damit hinkommen würde hab ich das ganze in LTSpice simuliert. Dabei stellte sich heraus dass das eine Prozent richtig war, und dass mit der neuen CRC-Filterschaltung der Ripple ausreichend klein wird. Allerdings sollte anders als in der Schaltung in der Simulation der größere Kondensator hinten verwendet werden. (So dass der Weg kurz ist wenn die Schaltung bei einem Starken Bass kurzzeitig mehr Strom zieht.)

Man sieht die halbfertige Holzkiste, der Leim ist noch frisch.Man sieht die Deckelplatte mit den Löchern für die Röhrenfassungen und der Fräsung um die Lötösen.Dann wurde mit dem Aufbau begonnen. Zunächst wurde mit dem Bau des Gehäuses begonnen. Dieses wurde aus 18mm starken Leimholzplatten aus dem Baumarkt aufgebaut. Praktischerweise kann man sich die Platten im Baumarkt direkt zusägen lassen (sogar kostenlos). Mit so einer großen Kreissäge geht das auch deutlich besser als es zu Hause mit einer Stichsäge zu machen wäre. Mit Schrauben und Leim habe ich aus den Platten einen Kasten gebaut. Ein weiteres Brett trennt den Lautsprecherteil vom Verstärkerteil. Beim Lautsprecherteil war ich sehr großzügig mit dem Leim, schließlich soll die Box luftdicht werden. Der Verstärkerteil wird erstmal nur verschraubt, hier soll ja nachträgliches experimentieren möglich sein.

Man sieht die Deckelplatte, jetzt vollständig mit Bauteilen bestückt.Blick auf Mittel- und Deckelplatte. Man sieht die Trafos, Bauteile und Kabel.Als nächstes wurden in die Deckelplatte, welche als Chassis dienen wird die Löcher für die Röhrenfassungen gebohrt, und um die Löcher herum das Material heruntergefräst um an die Lötösen der Fassungen heranzukommen. Im nachhinein war eine 18mm starke Platte hierfür die falsche Wahl. Anschließend kamen noch die Löcher für die Schalter und das Lautstärkepoti dazu. Dann hab ich mit Heißkleber eine Masse eingebaut (wie ich hinterher erfahren habe ist eine Ringmasse schlecht, also nicht nachmachen) und die Bauteile eingebaut. Die ganzen Trafos sowie die Netzteilschaltung (abgesehen von den günen Glättungskondensatoren die man auf der Deckelplatte sieht) kommen auf die zweite Holzplatte in der Box. Das ganze wurde dann mit langen Kabeln (ebenfalls nicht so gut, wie ich später rausgefunden habe) verbunden.

Jetzt steht auch der Lüfter und der Ausgangsübertrager im Gehäuse.Man sieht die Deckelplatte von oben. Die Röhren sind durch ein übergestülptes Nutellaglas gestützt.Anschließend wurde noch mit Krokokabeln der Lautsprecher und der Ausgangsübertrager (bzw. der Trafo der als solcher benutzt werden soll) angeschlossen und das ganze für einen ersten Testlauf ans Netz gehängt. Dabe zeigte sich, dass das Netzteil im Leerlauf (ohne die Endröhre) 280V DC erzeugt. Das passt noch ganz gut. Mit der Röhre bricht die Spannung dann aber auf 180V ein. Ausserdem werden die Trafos (Trotz des zusätlich angebrachten Lüfters) enorm heiß. Auch die Heizspannung fällt viel zu gering aus, so dass sogar auf den 7812 verzichtet werden kann muss, da da zu viel Spannung abfällt.

Links sieht man das ganze von oben. Das Nutellaglas war als mechanischer Schutz der Röhren gedacht. Die zwei Schalter sind für die Heiz- und Anodenspannung.

Fazit

Verstärkt hat das ganze, sogar erstaunlich laut. Aber durch die überhitzenden Trafos, vor allem in Kombination mit dem vielen Holz, ist nicht unwahrscheinlich dass das ganze bei etwas längerer Benutzung in einem Lagerfeuer endet. Der Klang war nicht gut, aber da ist sicher noch viel Raum nach oben. Insbesondere wenn man da ein bisschen gegenkoppelt, und ein Netzteil verwendet welches mit der Last klarkommt. Das Projekt hat aber gezeigt dass es gar nicht so schwer ist einen Röhrenverstärker zu bauen. Und dass man mit den "nur" 12W Anodenleistung einiges an Krach machen kann. Außerdem habe ich einiges über die Dos und Don'ts des Verstärkerbaus gelernt. Hierfür vielen Dank an die Leute aus dem Hifi-Forum.

Im nachhinein ist das Ganze also eher ein Proof of Concept. Eine weitere Version wird auf jeden Fall folgen.

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