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Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern...

Date post: 18-Sep-2018
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23
1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung von Leistungsverstärkern mit Röhren von Martin Lemke
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Page 1: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

1

T

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n

Kleine G

edächtnisstütze

zu den wichtigsten Zusammenh

ängen

bei der Dimensionierung

von Leistungsverstärkern m

it Röh

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von Martin Lemke

Page 2: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

2

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3

Inh

alt

Kapitel Seite

1.

Lesehilfe

4

2.

Leistungsverstärker in Klasse A1

5

2.1. Eintakt 6

2.2.

Gegentakt

8

2.3.

PPP (Circlotron) 10

2.4.

SRPP 12

3.

Leistungsverstärker in Klasse AB1 14

3.1. Gegentakt

15

3.2.

PPP 17

4.

Leistungsverstärker in Klasse B1

19

4.1. Gegentakt

20

5.

Literatur

22

6.

Kleingedrucktes 23

Page 4: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

4

1. Lesehilfe

Die M

appe ist nach den Betriebsklassen A, AB und B in drei Kapitel unterteilt und stellt deren wichtigsten

Schaltungsvarianten als

Tabelle vor. Wenn

für

Trioden und

Pentoden verschiedene rechnerische

Zusam

menhänge gelten, dann ist darauf Rücksicht genom

men.

Am Anfang jeden Kapitels finden sich idealisierte Kennliniendiagram

me mit eingetragener Lastgerade. Die dort

eingezeichneten Punkte für Anodenstrom

, Anodenspannung und

Gittervorspannung sind Grundlage für die

Formeln in den Tabellen. Num

merierte Werte von I

a, U

a oder U

g, wie z.B. Ug3 oder Ua2 sind immer im Diagram

m

zu finden.

Andere Werte finden sich in der Tabelle selbst. Die Tabellen sind so gestaltet worden, dass ein Wert, der in

einer Zeile gebraucht wird, im

mer schon in einer darüber liegenden Zeile berechnet wurde. S

o kann man bei der

Berechnung einer Schaltung die Tabellen von oben nach unten durchgehen.

Die Formelzeichen weichen eventuell hier und da vom Standart ab. Ich habe versucht sie so zu wählen das

Verwechslungen, wie z.B. zwischen r

p und Rp und ähnliches nicht vorkom

men können und ein wenigstens halbwegs

einheitliches System zu erkennen ist.

Page 5: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

5

2. Leistungsverstärker in Klasse A

1

Klasse A Verstärker zeichnen sich dadurch aus, dass ihre m

ittlere Strom

aufnahme konstant ist. D.h. die

Strom

aufnahme des Verstärkers bleibt stets gleich, egal wie groß die Steuerspannung ist. Die Kennlinien eines

Klasse A Verstärkers sehen Beispielhaft wie folgt aus:

Der Punkt mit den W

erten {I

a3, U

a3, U

g3} ist der Arbeitspunkt in Ruhe. Klasse A1 B

etreib liegt genau dann vor,

wenn folgende Kriterien gelten.

1.

Ug1 ist nicht negativ, aber sehr nahe bei 0V.

2.

I a3 ist in etwas der Mittelwert aus I a

1 und I

a5

3.

Ug3 ist in etwas der Mittelwert aus Ug1 und U

g5

4.

I a5 ist im Verhältnis zu I

a1 sehr klein, im

theoretischen Idealfall sogar 0A.

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6

2.1. Eintakt

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S

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I sg s

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nb

latt

Diese Art der Leistungsendstufe ist die einfachste

Art eine Leistungsendstufe mit Röhren zu schalten.

Vor- und Nachteile der Schaltung sind:

+ einfacher Aufbau

+ geringe Anforderungen an die

Strom

lieferfähigkeit des Netzteils

+ sehr angenehmes Klirrspektrum

+ keine Phasenum

kehr nötig

+ relativ geringe Versorgungsspannung

- schlechter W

irkungsgrad

- ohne Gegenkopplung sehr geringer

Däm

pfungsfaktor

- gute Siebung des Netzteils nötig

- für gute Tieftonwidergabe werden große

Übertrager benötigt

- hoher Klirrfaktor

Tips: M

an sollte bei dieser Schaltung vor allem bei

Verwendung von

Pentoden wenigstens eine kleine

Gegenkopplung einsetzen, am

besten eine lokale. Ein

Kniff für eine sehr phasenrichtige Variante wäre die

Lautsprecherwicklung des Übertragers in Reihe zum

Ck zu legen.

Eine weitere M

aßnahm

e Verzerrungen zu senken, ist

die Kom

pensation der Verzerrungen der Endstufe

durch die der Vorstufe. Ein Rechenbeispiel findet

sich in der Röhrenfibel unter Theorie im Tractatus-

Calculo Amplificatus.

Page 7: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

7

Sch

irmgi

tter

wid

ers

tand

R

sg =

Ub

− U

sg −

Uk

I sg

Sch

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verlu

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Csg

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×fu×

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and

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= U

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I a5 −

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...3×

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Ua I a

Ano

denw

ech

sels

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ung

Uw =

Ua

5 − U

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Ano

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5 − I

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gsle

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(Ua

3 − U

a1)

× (I

a3 −

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m

axim

al

Pa

us =

Pa 2

zwei

te H

arm

onis

che

k 2 =

2

× I a

− I

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2 ×

(Ia

5 −

I a1)

dritt

e H

arm

onis

che

k 3 =

2

× I a

4 − I

a2 −

Ia

5 + I a

1

3 ×

(Ia

5 − I

a1)

Klir

rfak

tor

gesa

mt

K =

k 2

2 + k

32 Je

grö

ßer

R a d

esto

grö

ße

r V

. Je

grö

ßer

R a d

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kl

eine

r P a

us.

Bei

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ptim

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P au

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Zus

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K.

Bei

m o

ptim

alen

R a

erre

icht

K e

in

Min

imum

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8

2.2. Gegentakt

T

riode

P

ento

de

Gitt

ervo

rspa

nnun

g

Ug

= U

g5 −

Ug1

2

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E

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t je

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re

Cei

n =

Cgk

+ V

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C

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chen

Gitt

er

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An

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he

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Cgk

: Ka

pa

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t zw

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en G

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ode,

sie

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Da

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latt

Cei

n =

Cgk

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gg2

C

gg2

: Ka

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isch

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chirm

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ieh

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and

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R

ein

=

11 R

g + 2

× π

× f

× C

ein

Kat

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nspa

nnun

g U

k =

−U

g K

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dens

trom

I k

= 2

×Ia

I k =

2×(

I a +

I g2)

K

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denw

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Rk

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U

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2 ×

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Kat

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nkon

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C

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5,7

× S

π ×

f u

S: S

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eit,

Sie

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Da

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latt

f u: g

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Ua

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a3

Ano

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trom

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node

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lust

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P

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a × I

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Pa

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Max

imal

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ieh

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ate

nb

latt

Bet

riebs

span

nun

g m

it R

k U

b =

Uk +

Ua

+ R

dra

ht×I

a

2

Rdr

aht:

Dra

htw

ider

stan

d d

es Ü

ber

tra

gers

von

An

ode

zu A

nod

e

ohne

Rk

Ub

= U

a +

Rd

rah

t×Ia

2

Sch

irmgi

tter

span

nun

g

Usg

sie

he D

ate

nb

latt

Diese Schaltungsvariante

ist

zusammen mit der

SRPP-Schaltung

die

verzerrungsärm

ste

Endstufenschaltung mit Röhren ohne Gegenkopplung.

Nur PPP

in Klasse

A übertrifft sie, wegen der

starken Gegenkopplung aller PPP-Schaltungen. Die

Vor- und Nachteile von Gegentakt A sind:

+ sehr geringer Klirrfaktor

+ geringe Anforderungen an die

Strom

lieferfähigkeit des Netzteiles

+ geringer Aufwand bei der Siebung im Netzteil

+ keine selektierten Röhren nötig

+ relativ geringe Versorgungsspannung

- schlechter W

irkungsgrad

- Ohne Gegenkopplung sehr geringer

Däm

pfungsfaktor

- hochwertig verschachtelte Übertrager nötig

Tips: Die Sym

metrie der beiden Endstufenzw

eige

verbessert sich enorm, wenn der Ck weggelassen

wird.

Es em

pfiehlt sich R

aaL für Trioden etwas am unteren

Rand des Optimum

s zu wählen. Denn der neben der

Mehrleistung entstehende höhere Klirr besteht fast

nur in m

ehr k 2. Diese Klirranteile heben sich aber

völlig auf.

Der Klang von Verstärkern mit dieser Endstufenart

hängt fast nur von der Vorstufe ab, auf die darum

besonderes Augenmerk zu richten ist.

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9

Sch

irmgi

tter

stro

m je

Röh

re

I sg s

ieh

e D

ate

nb

latt

Sch

irmgi

tter

wid

ers

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R

sg =

Ub

− U

sg −

Uk

2×I s

g

Sch

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verlu

stle

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ng je

Sch

irmgi

tter

P

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Usg

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Sch

irmgi

tter

kond

ensa

tor

Csg

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5 π

×fu×

Rsg

1

f u: g

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ün

scht

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G

ren

zfre

qu

enz

Inn

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ider

sta

nd j

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öhre

R

i = ∆U

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a3 −

Ua6

I a3 −

Ia

1

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Arb

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von

Ano

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R

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L = 2

× U

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Ua1

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R

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3...

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2×U

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A

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nwe

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rspa

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2 =

U

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V =

Uw

Ust

Aus

gan

gsle

istu

ng

Pa

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(U

a3 −

Ua1

) ×

(Ia

3 − I

a1)

Max

imum

P

aus ≤

Pa

zwei

te H

arm

onis

che

k 2 =

0

dr

itte

Har

mon

isch

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4 − I

a2 −

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5 + I a

1

3×(I

a5 −

Ia

1)

Klir

rfak

tor

gesa

mt

K =

k3

Je g

röß

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des

to g

röß

er

V.

Je g

röß

er R a

des

to

klei

ner

P au

s. B

eim

opt

imal

en R a

er

reic

ht P a

us e

in

Max

imum

Zus

amm

enh

änge

Je g

röß

er R a

des

to

klei

ner

K.

Bei

m o

ptim

alen

R a

erre

icht

K e

in

Min

imum

Page 10: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

10

2.3. PPP (Circlotron)

T

riode

P

ento

de

Gitt

ervo

rspa

nnun

g

Ug

= U

g5 −

Ug1

2

Gitt

erst

rom

I g

= 0

A

Gitt

erab

leitw

ider

stan

d R

g M

axi

ma

lwert

sie

he D

ate

nb

lat

E

inga

ngs

kapa

zitä

t je

Röh

re

Cei

n =

Cgk

+ V

×Cga

Cga

: Ka

pa

zitä

t zw

isch

en G

itter

u

nd A

nod

e, s

ieh

e D

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nbla

tt C

gk: K

ap

azi

tät z

wis

chen

Gitt

er

und

Ka

thod

e, s

ieh

e D

ate

nbla

tt

Cei

n =

Cgk

+ C

gg2

Cgg

2: K

ap

azi

tät

zwis

chen

Gitt

er

und

Sch

irmgi

tter,

sie

he

Da

ten

bla

tt

Cgk

: Ka

pa

zitä

t zw

isch

en G

itter

u

nd K

ath

ode,

sie

he

Da

tenb

latt

Ein

gan

gsw

ider

stan

d je

Röh

re

Rei

n =

Ra

aL +

1

1 Rg +

2 ×

π ×

f ×

Cei

n

Kat

hode

nspa

nnun

g U

k =

−U

g K

atho

dens

trom

I k

= 2

×Ia

I k =

2×(

I a +

Ig2

) K

atho

denw

ide

rsta

nd

Rk

=

Uk I k

Kat

hode

nkon

dens

ator

C

k =

5,7

× S

π ×

f u

S: S

teilh

eit,

Sie

he

Da

tenb

latt

f u: g

ew

ün

scht

e un

tere

Gre

nzf

req

uen

z

Ano

dens

pann

ung

Ua

= U

a3

Ano

denr

uhes

trom

I a

= I a

3 A

node

nver

lust

leis

tung

je R

öhre

P

a =

U

a ×

I a

op

timal

P

a =

Pa

ma

x

Max

imal

e A

node

nver

lust

leis

tung

P

am

ax s

ieh

e D

ate

nb

latt

Sie

bkon

dens

ator

C

s ≥

52

× π

× f u

× R

i

f u

: ge

nsc

hte

unte

re

Gre

nzf

req

uen

z

Cs ≥

5

2 ×

π ×

f u ×

Ra

aL

f u

: ge

nsc

hte

unte

re

Gre

nzf

req

uen

z

Die PPP-Schaltung hat von allen hier beschriebenen

Endstufen die kleinsten Verzerrungen. Dies erreicht

sie durch die extrem

starke interne Gegenkopplung.

Für und gegen sie spricht:

+ sehr hoher Däm

pfungsfaktor

+ sehr geringer Aufwand an die Siebung im

Netzteil

+ extrem

kleine Verzerrungen

+ relativ niedrige Versorgungsspannung

+ Sehr einfach gewickelte Drossel, statt eines

Übertragers (Selbstwickel leicht möglich)

+ sehr geringe Anforderungen an die

Strom

lieferfähigkeit des Netzteiles

+ Sehr gute Sym

metrie auch bei nicht selektierten

Röhren

- zw

ei separate Netzteile nötig

- großer Steuerspannungsbedarf

- schlechter W

irkungsgrad

Tips: Es em

pfiehlt sich nicht die Schirmgitter wie

Üblich

zu versorgen. Besser

man versorgt das

Schirmgitter des

einen

Zweiges

direkt

von

der

Anode des anderen Zweiges. Das führt zu einer

Mitkopplung, die die nötige Steuerspannung stark

senkt.

Cs ist Signalführend, da er das Uw von der Anode auf

die

Drossel koppelt. Deswegen sollte

er eine

entsprechende

Spannungsfestigkeit

und

gute

klangliche Eigenschaften haben.

Page 11: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

11

Bet

riebs

span

nun

g

Ub

1 =

Ub2

= U

k +

Ua

+ R

dra

ht×I

a

2

Rdr

aht:

Dra

htw

ider

stan

d d

es Ü

ber

tra

gers

üb

er d

ie g

anze

Wi

cklu

ng,

U

b1 u

nd U

2 m

üss

en a

us

zwei

ga

lva

nis

ch g

etre

nnt

en Q

uel

len

en

tnom

men

wer

den

! S

chirm

gitt

ersp

annu

ng

Usg

sie

he D

ate

nb

latt

S

chirm

gitt

erst

rom

je R

öhre

I s

g sie

he D

ate

nb

latt

Sch

irmgi

tter

verlu

stle

istu

ng je

Sch

irmgi

tter

Psg

= U

sg ×

Isg

In

nen

wid

erst

and

je

Röh

re

Ri =

∆Ua

∆I a

= U

a3 −

Ua6

I a3 −

Ia

1

Ri =

Arb

eits

wid

erst

and

über

die

gan

ze W

ickl

ung

Ra

aL =

U

a5 −

Ua1

2×(I

a5 −

Ia

1)

op

timal

R

aa

L ≈ R

i R

aa

L ≈

Ua

2×I a

Ano

denw

ech

sels

pann

ung

Uw =

Ua

5 − U

a1

Ano

denw

ech

sels

trom

I w

= 2

×(I a

5 − I

a1)

S

teue

rspa

nnun

g U

st1 =

−U

st2

= U

w

Spa

nnun

gsve

rstä

rkun

g V

= 1

A

usga

ngs

leis

tung

P

aus =

(U

a3−

Ua1

) ×

(Ia

3−I a

1)

M

axim

um

Pa

us ≤

Pa

Je g

röß

er R a

des

to g

röß

er

V.

Zus

amm

enh

änge

Je

grö

ßer

R a d

esto

kl

eine

r P a

us.

Bei

m o

ptim

alen

R a

erre

icht

P au

s ein

M

axim

um

Page 12: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

12

2.4. SRPP

T

riode

P

ento

de

Gitt

ervo

rspa

nnun

g

Ug

= U

g5 −

Ug1

2

Gitt

erst

rom

I g

= 0

A

Gitt

erab

leitw

ider

stan

d R

g M

axi

ma

lwert

sie

he D

ate

nb

lat

E

inga

ngs

kapa

zitä

t C

ein

= C

gk +

V×C

ga

Cga

: Ka

pa

zitä

t zw

isch

en G

itter

u

nd A

nod

e, s

ieh

e D

ate

nbla

tt C

gk: K

ap

azi

tät z

wis

chen

Gitt

er

und

Ka

thod

e, s

ieh

e D

ate

nbla

tt

Cei

n =

Cgk

+ C

gg2

C

gg2

: Ka

pa

zitä

t zw

isch

en G

itter

u

nd S

chirm

gitte

r, s

ieh

e D

ate

nb

latt

C

gk: K

ap

azi

tät z

wis

chen

Gitt

er

und

Ka

thod

e, s

ieh

e D

ate

nbla

tt E

inga

ngs

wid

erst

and

Rei

n =

1

1 Rg +

2 ×

π ×

f ×

Cei

n

Kat

hode

nspa

nnun

g U

k =

−U

g K

atho

dens

trom

I k

= I a

I k

= I a

+ I g

2 K

atho

denw

ide

rsta

nd

Rk

= U

k I a

Kat

hode

nkon

dens

ator

C

k =

5,7

× S

2 ×

π ×

f u

S: S

teilh

eit,

Sie

he

Da

tenb

latt

f u: g

ew

ün

scht

e un

tere

Gre

nzf

req

uen

z

Ano

dens

pann

ung

Ua

= U

a3

Ano

denr

uhes

trom

I a

= I a

3 A

node

nver

lust

leis

tung

P

a =

U

a ×

I a

op

timal

P

a =

Pa

ma

x

Max

imal

e A

node

nver

lust

leis

tung

P

am

ax s

ieh

e D

ate

nb

latt

Bet

riebs

span

nun

g

Ub

= 2

*Uk

+ 2

×Ua

R

drah

t: D

raht

wid

erst

and

des

Üb

ertr

age

rs

Sch

irmgi

tter

span

nun

g U

sg s

ieh

e D

ate

nb

latt

S

chirm

gitt

erst

rom

I s

g sie

he D

ate

nb

latt

Sch

irmgi

tter

wid

ers

tand

Rsg

1 = U

a−U

sg2×

I sg

Die SRPP-Schaltung ist

eine in Endstufen zu

Unrecht selten genutzte Schaltung. Es spricht viel

für sie:

+ einfacher Aufbau

+ geringe Anforderungen an die

Strom

lieferfähigkeit des Netzteils

+ sehr geringe Verzerrungen

+ keine Phasenum

kehr nötig

+ relativ guter Däm

pfungsfaktor

+ sehr einfacher kleiner Ausgangstrafo möglich

+ trotz Gegentakt nur eine Steuerspannung

- gute Siebung des Netzteils nötig

- schlechter W

irkungsgrad

- hoher Klirrfaktor

Tips: Es em

pfiehlt sich Röhren großer Steilheit aber

keine Pentoden zu benutzen.

Eine kleine Gegenkopplung verringert die schädlichen

Einflüsse der Röhrenalterung auf die die Schaltung

sehr empfindlich reagiert.

Ob

die

Schaltung eher im Gegen- oder Eintakt

arbeitet

hängt

von

der

Last

ab.

Hohe

Lastwiderstände bew

irken einen eher Eintakt- und

niedrige einen eher Gegentaktbetrieb. Dadurch ist

der

Klirrfaktor

stark

last-

und

somit auch

frequenzabhängig.

Denn

Lautsprecher

haben

frequenzabhängige

Impedanzen. Deswegen wurde

auf eine Berechnung des Klirrs verzichtet.

Page 13: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

13

R

sg2 =

2×U

sg+

Uk+

Ua

I sg

Sch

irmgi

tter

verlu

stle

istu

ng

Psg

= U

sg ×

Isg

Csg

1 =

5 π

×fu×

Rsg

1

f u: g

ew

ün

scht

e un

tere

G

ren

zfre

qu

enz

Sch

irmgi

tter

kond

ensa

tor

Csg

2 =

5 π

×fu×

Rsg

2

f u: g

ew

ün

scht

e un

tere

G

ren

zfre

qu

enz

Inn

enw

ider

sta

nd

Ri =

∆Ua

∆I a

= U

a3 −

Ua6

I a3 −

Ia

1

Ri =

Arb

eits

wid

erst

and

Ra

= U

a5 −

Ua1

I a5 −

Ia

1

op

timal

R

a ≈ R

i R

a ≈

Ua

2×I a

Ano

denw

ech

sels

pann

ung

Uw =

Ua

5 − U

a1

Ano

denw

ech

sels

trom

I w

= 2

×(I a

5 − I

a1)

S

teue

rspa

nnun

g U

st =

U

g5 −

Ug1

S

pann

ungs

vers

tärk

ung

V =

Uw

Ust

Aus

gan

gsle

istu

ng

Pa

us =

(U

a3−

Ua1

) ×

(Ia

3−I a

1)

m

axim

al

Pa

us =

Pa

Kon

stan

z de

r m

ittle

ren

Str

omau

fnah

me

I am

ed =

I a

5 + I a

1

2 =

I a3 =

I a

Je g

röß

er R a

des

to g

röß

er

V.

Zus

amm

enh

änge

Je

grö

ßer

R a d

esto

kl

eine

r P a

us.

Bei

m o

ptim

alen

R a

erre

icht

P au

s ein

M

axim

um

Page 14: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

14

3. Leistungsverstärker in Klasse A

B1

Klasse AB Verstärker zeichnen sich dadurch aus, dass ihre mittlere Strom

aufnahme nicht konstant ist. D.h. es

gibt eine Ruhestrom

aufnahme, die mittlere Strom

aufnahme ist aber größer und von der Aussteuerung abhängig.

Kennliniendiagram

me für AB sehen so aus:

Der Punkt mit den W

erten {I

a1 U

a3, U

g3} ist der Arbeitspunkt in Ruhe. Klasse AB1 B

etrieb liegt genau dann vor,

wenn folgende Kriterien gelten:

1.

Ug1 ist nicht negativ, aber sehr nahe bei 0V.

2.

I a3 ist kleiner als die Hälfte von I a

1 3.

Ug3 ist in etwas der Mittelwert aus Ug1 und U

g4

4.

I a1 ist größer als 0A.

Page 15: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

15

3.1. Gegentakt

T

riode

P

ento

de

Gitt

ervo

rspa

nnun

g in

Ruh

e U

g =

Ug3

optim

al

Ug

= U

g3 =

π×

Ug4

2

(π×U

g 4)

− (U

g 4 −

Ug1

)

Gitt

erst

rom

I g

= 0

A

Gitt

erab

leitw

ider

stan

d R

g M

axi

ma

lwert

sie

he D

ate

nb

lat

E

inga

ngs

kapa

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t je

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re

Cei

n =

Cgk

+ V

×Cga

C

ga: K

ap

azi

tät

zwis

chen

Gitt

er

und

An

ode,

sie

he

Da

tenb

latt

Cgk

: Ka

pa

zitä

t zw

isch

en G

itter

u

nd K

ath

ode,

sie

he

Da

tenb

latt

Cei

n =

Cgk

+ C

gg2

C

gg2

: Ka

pa

zitä

t zw

isch

en G

itter

u

nd S

chirm

gitte

r, s

ieh

e D

ate

nb

latt

C

gk: K

ap

azi

tät z

wis

chen

Gitt

er

und

Ka

thod

e, s

ieh

e D

ate

nbla

tt E

inga

ngs

wid

erst

and

je R

öhre

R

ein

=

11 R

g + 2

× π

× f

× C

ein

Kat

hode

nspa

nnun

g in

Ru

he

Uk

= −

Ug

Kat

hode

nstr

om

I k =

2×I

a I k

= 2

×(I a

+ I s

g)

Kat

hode

nwid

ers

tand

R

k =

Uk

2 ×

I k

Kat

hode

nkon

dens

ator

C

k =

5,7

× S

π ×

f u

S: S

teilh

eit,

Sie

he

Da

tenb

latt

f u: g

ew

ün

scht

e un

tere

Gre

nzf

req

uen

z

Max

imal

er A

node

nstr

om je

Röh

re

I am

ax =

I 3

Min

imal

er A

node

nstr

om je

Röh

re

I min =

0A

A

node

nruh

estr

om

I a =

I a1

Mitt

lere

r A

node

nstr

om b

ei V

olla

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euer

ung

je R

öhre

I a

med =

I a2 =

2×I a

ma

x

π

Ano

denv

erlu

stle

istu

ng je

Röh

re in

Ruh

e P

a =

Ua ×

Ia

Max

imal

e A

node

nver

lust

leis

tung

P

am

ax s

ieh

e D

ate

nb

latt

Mitt

lere

Ano

denv

erlu

stle

istu

ng je

Röh

re

Pa

med =

U

a × I

am

ed

op

timal

P

am

ed =

Pam

ax

Ano

dens

pann

ung

Ua

= U

3

Diese

Schaltungsvariante

ist

als

Kom

prom

iss

zwischen W

irkungsgrad und Verzerrungen gedacht.

Wer sie wählt sollte folgendes bedenken:

+ sehr geringer Klirrfaktor bei kleinen Pegeln

+ relativ guter Wirkungsgrad

+ geringer Aufwand an die Siebung im Netzteil

+ relativ geringe Strom

aufnahme in Ruhe

- relativ hohe Versorgungsspannung

- hohe Anforderungen an die Strom

lieferfähigkeit

des Netzteiles

- Ohne Gegenkopplung sehr geringer

Däm

pfungsfaktor

- hochwertig verschachtelte Übertrager nötig

- selektierte Röhren nötig

Tips: Es em

pfiehlt sich, RaaL für Trioden eher klein

als groß zu wählen.

Es

kann vom optimalem

Ug

aus

der

Tabelle

abgewichen werden. Je dichter der gew

ählte Wert

am M

ittelwert aus Ug1 und U

g4 liegt, desto geringer

Fallen die Verzerrungen und der Wirkungsgrad aus.

Auf eine genaue Berechnung der Verzerrungen muss

verzichtet

werden.

Eine

ausreichend

genaue

Vorhersage

eines

etwaigen

Messergebnisses ist

nicht möglich. Denn der Klirrfaktor hängt stark von

der Wahl des A

rbeitspunktes und der S

ymmetrie

der Ansteuerung ab. Ust1 und

Ust2 sind deswegen

über den gesam

ten Frequenzbereich gleich groß zu

halten.

Page 16: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

16

Bet

riebs

span

nun

g m

it R

k U

b =

Uk +

Ua

+ R

dra

ht×I

a

2

Rdr

aht:

Dra

htw

ider

stan

d d

es Ü

ber

tra

gers

von

An

ode

zu A

nod

e

ohne

Rk

Ub

= U

a +

Rd

rah

t

2×I a

Sch

irmgi

tter

span

nun

g U

sg s

ieh

e D

ate

nb

latt

S

chirm

gitt

erst

rom

je R

öhre

I s

g sie

he D

ate

nb

latt

Sch

irmgi

tter

wid

ers

tand

R

sg =

Ub

− U

sg −

Uk

2×I s

g

Sch

irmgi

tter

verlu

stle

istu

ng je

Sch

irmgi

tter

P

sg =

Usg

× I

sg

Sch

irmgi

tter

kond

ensa

tor

Csg

=

5 π

×fu×

Rsg

1

f u: g

ew

ün

scht

e un

tere

G

ren

zfre

qu

enz

Inn

enw

ider

sta

nd j

e R

öhre

R

i = ∆U

a

∆I a

= U

a2 −

Ua4

I a2 −

Ia

5

Ri =

Arb

eits

wid

erst

and

von

Ano

de z

u A

node

R

aa

L = U

a4

− U

a1

I a3

op

timal

R

aa ≈

3...

6×R

i R

aa ≈

2×U

a2

I am

ed

Fau

stre

gel f

ür d

ie L

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der

Las

tge

rade

n x

< 2

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x u

nd y

we

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m m

it d

em L

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l gem

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n

Ste

uers

pann

ung

je R

öhre

U

st1 =

−U

st2 =

Ug3

S

pann

ungs

vers

tärk

ung

V =

(U

g 4 −

Ua

1)

(Ug4

− U

g1)

Ste

uers

pann

ung

für

den

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rgan

g in

den

B-

Bet

rieb

Ust

B =

(Ua

3 − U

a1)

Aus

gan

gsle

istu

ng b

ei V

olla

usst

euer

ung

Pa

us ≈

(Ua

3−U

a1)

× (I

a3−

I a1)

2 +

(U

a4−

Ua

3) ×

Ia

1

T

heor

etis

ches

M

axim

um

Pa

med <

Pau

s < 1

,6×P

am

ed

Je g

röß

er R a

des

to g

röß

er

V.

Zus

amm

enh

änge

Je

grö

ßer

R a d

esto

kl

eine

r P a

us.

Bei

m o

ptim

alen

R a

erre

icht

P au

s ein

M

axim

um

Page 17: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

17

3.2. PPP (Circlotron)

T

riode

P

ento

de

Gitt

ervo

rspa

nnun

g in

Ruh

e U

g =

Ug3

optim

al

Ug

= U

g3 =

π×

Ug4

2

(π×U

g 4)

− (U

g 4 −

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erst

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nbla

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R

ein

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aa

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Kat

hode

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2×I

a I k

= 2

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+ I s

g)

Kat

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R

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Kat

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5,7

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π ×

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S: S

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Sie

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Röh

re

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Min

imal

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Röh

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node

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Röh

re

Pa

med =

U

a × I

am

ed

op

timal

P

am

ed =

Pam

ax

Die PPP-Schaltung kann auch in Klasse AB gefahren

werden um

den W

irkungsgrad zu erhöhen. Die Pros

und Kontras sind:

+ sehr hoher Däm

pfungsfaktor

+ sehr geringer Aufwand an die Siebung im

Netzteil

+ kleine Verzerrungen

+ Sehr einfach gewickelte Drossel, statt eines

Übertragers (Selbstwickel leicht möglich)

+ guter Wirkungsgrad

- hohe Anforderungen an die Strom

lieferfähigkeit

des Netzteiles

- zw

ei separate Netzteile nötig

- sehr großer Steuerspannungsbedarf

- hohe Versorgungsspannung

Tips: Es em

pfiehlt sich nicht die Schirmgitter wie

Üblich

zu versorgen. Besser

man versorgt das

Schirmgitter des

einen

Zweiges

direkt

von

der

Anode des anderen Zweiges. Das führt zu einer

Mitkopplung, die die nötige Steuerspannung stark

senkt.

Cs ist Signalführend, da er das Uw von der Anode auf

die

Drossel koppelt. Deswegen sollte

er eine

entsprechende

Spannungsfestigkeit

und

gute

klangliche Eigenschaften haben.

Page 18: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

18

Ano

dens

pann

ung

Ua

= U

3 S

iebk

onde

nsat

or

Cs ≥

5

2 ×

π ×

f u ×

Ri

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ew

ün

scht

e un

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G

ren

zfre

qu

enz

Cs ≥

5

2 ×

π ×

f u ×

Ra

aL

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scht

e un

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G

ren

zfre

qu

enz

Bet

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span

nun

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1 =

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k +

Ua

+ R

dra

ht×I

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2

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zu A

nod

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men

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sie

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nb

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S

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rom

je R

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I s

g sie

he D

ate

nb

latt

Sch

irmgi

tter

verlu

stle

istu

ng je

Sch

irmgi

tter

Psg

= U

sg ×

Isg

In

nen

wid

erst

and

je

Röh

re

Ri =

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= U

a2 −

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I a2 −

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Ri =

Arb

eits

wid

erst

and

von

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node

R

aa

L = U

a4 −

Ua1

Ia

3

op

timal

R

aa ≈

Ri

Ra

a ≈

Ua

2

2×I a

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stre

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x u

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l gem

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n

Ste

uers

pann

ung

je R

öhre

U

st1 =

−U

st2 =

(Ua

3 − U

a1)

Spa

nnun

gsve

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= 1

A

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ngs

leis

tung

bei

Vo

llaus

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erun

g P

aus ≈

(Ua

3−U

a1)

× (I

a3−

I a1)

2 +

(U

a4−

Ua

3) ×

Ia

1

T

heor

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ches

M

axim

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Pa

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Pau

s < 1

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am

ed

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er

V.

Zus

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änge

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grö

ßer

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esto

kl

eine

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us.

Bei

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ptim

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R a

erre

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P au

s ein

M

axim

um

Page 19: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

19

4. Leistungsverstärker in Klasse B

1

Klasse B Verstärker zeichnen sich dadurch aus, dass kein Ruhestrom

fließt, sondern nur bei Aussteuerung ein zu

dieser proportionaler Strom

aufgenommen wird. Die Kennlinien sind etwas einfacher als bei Klasse AB.

Der Punkt mit den W

erten {I

a1 U

a3, U

g3} ist der Arbeitspunkt in Ruhe. Klasse AB1 B

etreib liegt genau dann vor,

wenn folgende Kriterien gelten:

1.

Ug1 ist nicht negativ, aber sehr nahe bei 0V.

2.

I a1 ist 0A [In der Praxis ist I a

3 nur sehr klein]

Page 20: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

20

4.1. Gegentakt

T

riode

P

ento

de

Gitt

ervo

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nnun

g in

Ruh

e U

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Ug3

G

itter

stro

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I g =

0A

G

itter

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latt

Cgk

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pa

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u

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Da

tenb

latt

Cei

n =

Cgk

+ C

gg2

C

gg2

: Ka

pa

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u

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C

gk: K

ap

azi

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Ka

thod

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ieh

e D

ate

nbla

tt E

inga

ngs

wid

erst

and

je R

öhre

R

ein

=

11 R

g + 2

× π

× f

× C

ein

Kat

hode

nspa

nnun

g in

Ru

he

Uk

= 0

V

Kat

hode

nstr

om

I k =

I a

1 = 0

A

I k =

I a

1+I s

g = I s

g M

axim

aler

Ano

dens

trom

je R

öhre

I a

ma

x = I 3

M

inim

aler

Ano

dens

trom

je R

öhre

I m

in =

0A

A

node

nruh

estr

om

I a =

I a1 =

0A

real

istis

ch

I a1 i

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lein

, d

ass

die

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gera

de n

ich

t sp

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t M

ittle

rer

Ano

dens

trom

bei

Vol

laus

steu

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g je

Röh

re

I am

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I a2 =

2×I a

ma

x

π

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erlu

stle

istu

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Röh

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Ruh

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U

a × I

a =

0W

M

axim

ale

Ano

denv

erlu

stle

istu

ng

Pa

ma

x sie

he D

ate

nb

latt

Mitt

lere

Ano

denv

erlu

stle

istu

ng je

Röh

re

Pa

med =

U

a × I

am

ed

op

timal

P

am

ed =

Pam

ax

Ano

dens

pann

ung

Ua

= U

3 B

etrie

bsss

pan

nun

g U

b =

Ua

+ R

dra

ht×I

am

ed

2

Sch

irmgi

tter

span

nun

g U

sg s

ieh

e D

ate

nb

latt

S

chirm

gitt

erst

rom

je R

öhre

I sg s

ieh

e D

ate

nb

latt

Diese Schaltungsvariante

ist

auf

bestm

öglichen

Wirkungsgrad

ausgerichtet. Für und

gegen

sie

spricht:

+ sehr guter W

irkungsgrad

+ geringer Aufwand bei der Siebung im Netzteil

+ sehr geringe Strom

aufnahme in Ruhe

- kein autom

atisches Bias möglich

- sehr hohe Versorgungsspannung

- sehr hohe Anforderungen an die

Strom

lieferfähigkeit des Netzteiles

- Ohne Gegenkopplung sehr geringer

Däm

pfungsfaktor

- hohe Verzerrungen bei kleinen Pegeln

- hochwertig verschachtelte Übertrager nötig

- selektierte Röhren nötig

Tips: Der Klirrfaktor

hängt sehr stark

von

der

Sym

metrie

der Ansteuerung ab. Deswegen sollte

sehr viel Sorgfalt darauf verwandt werden, U

st1 und

Ust2 über den gesamten Frequenzbereich identisch

zu halten.

Tatsächlich ist I a in der Praxis immer etwas größer

als 0A. Man hat also eigentlich immer sehr kalten

AB-Betrieb.

Auf eine genaue Berechnung der Verzerrungen muss

verzichtet

werden.

Eine

ausreichend

genaue

Vorhersage eines etwaigen Messergebnisses sind mit

einer

rechnerische Schätzung auf

Basis des

Datenblattes kaum

möglich.

Page 21: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

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Sch

irmgi

tter

wid

ers

tand

R

sg =

Ub

− U

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Isg

Sch

irmgi

tter

verlu

stle

istu

ng je

Sch

irmgi

tter

P

sg =

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× I

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tter

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5 π

×fu×

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1

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hte

unte

re

Gre

nzf

req

uen

z In

nen

wid

erst

and

je

Röh

re

Ri =

∆Ua

∆I a

= U

a2 −

Ua4

I a2 −

Ia

4

Ri =

Arb

eits

wid

erst

and

von

Ano

de z

u A

node

R

aa

L ≈ 6

...12

×Ri

Ra

aL ≈

4×U

a2

I am

ed

Fau

stre

gel f

ür d

ie L

age

der

Las

tge

rade

n x

< 2

×y

x u

nd y

we

rden

im D

iagr

am

m m

it d

em L

inea

l gem

esse

n

Ste

uers

pann

ung

je R

öhre

U

st1 =

−U

st2 =

Ug3

S

pann

ungs

vers

tärk

ung

V =

(U

a3−

Ua1

)

(Ug3

−Ug1

)

Aus

gan

gsle

istu

ng b

ei V

olla

usst

euer

ung

Pa

us =

(Ua

3−U

a1)

× (I

a3−

I a1)

2

m

axim

al

Pa

us =

1,6

×Pa

med

Je g

röß

er R a

des

to g

röß

er

V.

Zus

amm

enh

änge

Je

grö

ßer

R a d

esto

kl

eine

r P a

us.

Bei

m o

ptim

alen

R a

erre

icht

P au

s ein

M

axim

um

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22

5. Literatur

O. D

iciol: Niederfrequenzverstärker-Praktikum, M

ünchen: Franzis-Verlag,1954

H. S

chweitzer: R

öhrenm

esstechnik, M

ünchen: Franzis-Verlag, 1950

N.H. Crowhurst & G.F. Cooper: High Fidelity Circuit Design, Gernsback Library Inc., 1956

F. Langford-Smith [Hrsg.]: Radiotron Designer's Handbook, Nerw York: RCA, 1954

Page 23: Tafelwerk zu Leistungsverstärkern - Roehrenfibel's … · 1 Tafelwerk zu Leistungsverstärkern Kleine Gedächtnisstütze zu den wichtigsten Zusammenhängen bei der Dimensionierung

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Kleingedrucktes

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Jegliche N

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§6.

Alle Rechte liegen bei m

ir und das ist

Martin Lemke

Lindenstraße 16

18209 Bad Doberan

[email protected]


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