LeBong | El95 'Mainau'-Verstärker

© Johannes LeBong, Karlsruhe, den 01.04.2004 - Überarbeitet im April 2007
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Das Verstärkerrezept MAINAU ::

Mein Grundgedanke bei dieser Aktion war, einmal die essentiellen Verstärker-Elemente, die für einen sprichwörtlich angenehmen Röhrenradioklang verantwortlich sind, aus einem alten 'Dampfradio' heraus zu operieren und daraus einen Mini-Röhrenverstärker im alten Stil zu machen. Dieser Stereo-Verstärker sollte speziell für meine SABA Greencone-Lautsprecher passen. Da ich klanglich bei Röhrenverstärkern die Eintakt-Topologie bevorzuge, hatte ich mir ein Gerät mit so einer Endstufe ausgesucht. Die größeren Musiktruhen von SABA haben meistens Gegentaktendstufen mit höherer Leistung.

Einige Zutaten pflückte ich also vom Chassis einer schrottreifen SABA Musiktruhe, das ich zu diesem Zweck über eBay ersteigert hatte.

Ich konnte natürlich für mein Redesign nicht einfach alles übernehmen wie es früher gemacht wurde. Bass- und Sopranregler sind zum Beispiel bei diesen alten Tonmöbeln genauso obligatorisch wie eine gehörrichtige Lautstärkeregelung. Das macht die Sache aus der Sicht eines Klang-Puristen unnötig kompliziert. Ein Bauteil, das man heute sowieso nicht mehr findet, sind die damals verwendeten Lautstärkesteller - hochohmige Stereopotentiometer, die gleich mehreren Anzapfungen aufweisen. Zudem besaßen die Radios eine 'über alles' Gegenkopplung, die auch das Gehäuse-Lautsprecher-System bei der Frequenzgangkorrektur mit berücksichtigt. Diese gesamtheitliche Abstimmung von Verstärker, Lautsprecher und Holzgehäuse trägt ihren Teil zum Wohlklang mancher alten Röhrenradios bei. Daran knüpfen vermutlich die Legenden.

Ein Verstärker für Hifi, an den man verschiedene Lautsprecher anschließen möchte, muss  dagegen möglichst linear sein. Klangregler und gehörrichtige Lautstärkereglung sind entbehrlich, wenn man mit normaler und höherer Lautstärke hört, und wenn die Tonqualität des Programm-Materials entsprechend ausgewogen ist.   

Im folgenden Bild zeige ich einen Ausschnitt aus dem vergilbten Originalschaltplan der meinem alten Radio beilag, mit einem der beiden Verstärkerzüge.

Ich schaute als erstes, was ich aus der alten Mainau-Truhe alles an Teilen verwenden konnte. Als ich den Drahtverhau im Inneren des alten Chassis vor mir sah, war ich etwas enttäuscht und mir wurde wieder einmal bewusst, dass ich eine idealisierte Vorstellung von diesen alten Geräten im Kopf habe. Mit moderner, blitzsauber aufgebauter Industrieelektronik, wie ich sie aus meiner beruflichen Perspektive kenne, hat so ein Aufbau wenig gemein.

Erfreulicherweise waren die Ausgangsübertrager noch in Ordnung. Es sind kleine, unscheinbare Trafos, die jedoch exakt auf die alten SABA Greencone-Lautsprecher mit ihrer ungewöhnlichen Impedanz von 5 Ohm angepasst sind. Es sind kritische Bauteile die einen Verstärker bekanntermaßen klanglich stark prägen. Diese einfachen Trafos sind noch nicht einmal verschachtelt gewickelt, machen sich aber gehörmäßig recht gut.

Den originalen SABA-Netztransformator hätte ich ebenso gerne verwendet. Er erwies sich aber leider als defekt, zog unbelastet zu viel Strom, ich brauchte also einen neuen. Außer den Röhren und den Ausgangsübertragern blieb letztlich leider nichts brauchbares über. Wie sich später herausstellte, waren sie noch so gut wie neu.

Die Verstärkerschaltung ::

Meine Schaltung entwickelte sich ganz simpel, indem ich einige Schaltpläne mit der EL95 vor mir ausbreitete und fröhlich drauf los lötete.

Die untenstehenden Reinzeichnungen fertigte ich erst später für die Internetseite an. Es ist eine direkte Ableitung der Schaltung meines Originalplans von der Rundfunktruhe Mainau. Klangregelstufen habe ich wie gesagt weggelassen. Eine wirksame Entkoppelung bzw. Siebung für die Eingangsröhre habe ich hinzugefügt. Eine Endpentode ist ja viel unempfindlicher gegenüber AC-Ripple in der Anodenspannung als eine Triodenvorstufe, so dass diese Maßnahme Sinn macht.

Eine ECC83 Eingangsstufe, ohne Kathodenwiderstand, war mir bis dato noch nicht untergekommen. Was ist das besondere daran? Man arbeitet in der Mainau-Treiberstufe mit der so genannten 'Gitter-Anlaufstrom- Methode', um die nötige Vorspannung zu erzeugen. Man nimmt dazu als Gitterwiderstand etwa 10  bis 20 Mega-Ohm. Das funktioniert übrigens nicht mit jeder Vorröhre. Man sollte diesen Trick auch nur in der ersten Stufe anwenden, weil man damit nur eine mäßige Gittervorspannung erzeugen kann. Der nutzbare Aussteuerungsbereich bleibt verhältnismäßig bescheiden, bevor die Verzerrungen durch die Gitterstrombelastung der Quelle zu groß werden. Zudem müssen die Koppelkondensatoren besonders hohe Isolationswiderstände aufweisen. Wie auf der folgenden Skizze zu sehen, wäre der Amp also in seiner einfachsten Form darstellbar. Ich habe es probiert und war von dem Klangergebnis positiv überrascht. Der Amp brummt und rauscht auch in dieser Variante nicht an hochempfindlichen Boxen.

In so einem kleinen Pentodenverstärker nutzt man die Verstärkungsreserve aber doch besser für die Gegen- kopplung. Alle SABA Radios haben teils relativ komplexe Gegenkopplungszweige, die zudem noch als aktive Equalizer fungieren. Da ich einen einigermaßen glatten Frequenzgang zwischen 40 und 16 KHz - entsprechend der alten Hifi-Norm DIN 45500 - annähernd erreichen wollte, kam ich diesmal nicht umhin, mich mit dem Gedanken an die Gegenkopplung anzufreunden. Wie ich es am Ende gemacht habe, sieht man in meiner zweiten Schaltplanskizze vom 30.03.2004.

Die Ausgangsübertrager aus dem SABA Mainau 125 Steuergerät hatten speziell für die Gegenkopplung noch eine separate Wicklung. Mir war nicht ganz klar, was es für Vorteile bringt, diese Wicklung zu benutzen, außer der galvanischen Trennung vom Ausgangskreis. Deshalb wählte ich lieber die klassische Variante, die GK an der Sekundärwicklung des Ausgangsübertragers abzugreifen. Ein Schutzwiderstand an G2 zur Begrenzung des Gitterstromes ist bei dieser Schaltung übrigens nicht unbedingt notwendig, wie man aus den betreffenden Applikationsvorschlägen der Röhrenhersteller ersehen kann.

Praktisch ist es kaum möglich, die Gegenkopplung punktgenau nach Gehör zu justieren, das war mir von vorneherein klar. Die Gegenkopplung wurde also im Labor empirisch eingestellt. Eine Messung der Daten des alten Ausgangsübertragers und des Phasenfrequenzganges der gesamten Schaltung wurde nicht vorgenommen.

Schon bei den ersten Messungen am frischgebackenen Amp zeigte sich, dass alle Werte sozusagen 'im grünen Bereich' lagen. Ein Rechtecksignal mit 1kHz am Eingang angelegt, wies auf dem Oszilloskop zunächst eine deutliche Dachschräge auf, wenn es am Ausgang an der dort angehängten Dummy-Load abgegriffen wurde.

Dieses Rechtecksignal bietet übrigens den besten Anhaltspunkt bei der folgenden Prozedur zur Ermittlung von R und C in der Gegenkopplungsschleife. Zuerst wird mit einer Widerstandsdekade R solange verringert, bis das Rechtecksignal oben wieder einigermaßen gerade wird. Dabei kann man beobachten, dass an der vorderen Rechteckflanke hochfrequente Schwingungen, das typische 'Ringing', sichtbar werden, die immer stärker zunehmen. Diese werden im zweiten Schritt minimiert, indem man mit einer zugeschalteten, durchstimmbaren Kapazität der Wert von C solange erhöht, bis auch hier wieder ein Minimum der Schwingungen erreicht ist. Damit kommt man auf diejenigen Werte, die ich oben stehend bereits in meinem zweiten Schaltplan eingetragen habe.

Durch diese Maßnahme wird der Frequenzgang begradigt und die Eigenresonanzen des Ausgangsübertragers hinreichend bedämpft. Die Gegenkopplung senkt übrigens nicht nur den Klirrfaktor, sondern erhöht auch den Dämpfungsfaktor in gleichem Maße. Da elektrodynamische Schallwandler keine lineare Impedanzkurve aufweisen, verändert sich somit auch der Frequenzgang des angeschlossenen Lautsprechers mit dem Dämpfungsfaktor der Endstufe.

Beim anschließenden Frequency-Sweep des Verstärkers mit einem Sinusgenerator wurde ein glatter Frequenzgang ab etwa 60 Hz aufwärts ermittelt, als Ausgangsleistung wurden etwa 1.3 Watt pro Kanal gemessen, bevor das Signal leicht unsymmetrisch wird und der Verstärker clippt. Die Verstärkung der Vorstufe war messtechnisch gesehen ebenso in Ordnung, wie auch die Stabilität und die Siebung der Versorgungsspannung.
 

Hardware under construction ::

Das Gehäuse ist aus Druckguss. Die aufgesetzte Haube ist ein ebensolches Druckgussteil. Sie bildet die Trafoabdeckung und wurde erforderlich, weil der Netztrafo etwas höher als das Chassis baut.

Vom Netzteil habe ich nicht extra einen Plan angefertigt. Es ist einfach zu simpel. Im HV-Teil besteht es aus folgender Reihenschaltung: Netztrafo 235V Sekundär / Brückengleichrichter / 100µF / 1k 25W / 100µF / 270R / 100µF -> Anode EL95 / 47k 5W / 100µF -> Anode ECC83.

Alle Elkos sind für 450 Volt ausgelegt, da weit über 300 Volt kurz nach dem Einschalten anstehen, solange die Röhren noch nicht aufgeheizt sind. Erst danach stabilisieren sich die im Schaltplan angegebenen Spannungswerte. Die Röhren werden mit Wechselstrom geheizt.

Auf diesem Bild sieht man noch zwei schöne Sammlerstücke: Alte EL95 Pentoden, ungebrauchte Lagerware in der Originalverpackung aus der früheren DDR mit den charakteristischen schrägen Druckfarben und der Aufschrift R-F-T, fast zu schade zum Verheizen.

Einem Datenblatt dieser Röhre konnte ich übrigens entnehmen, dass sie (von Philips?) einstmals als Autoradioröhre entwickelt worden war. Auf dem folgenden Bild ist der Verstärker fertig und darf sich bereits an verschiedenen Anlagen bei mir klanglich beweisen.

Auch wenn er stundenlang Musik macht, wird er nur handwarm. Brummen oder Rauschen sind kein Thema. Es kommt wirklich nur schöne Musik heraus.

Die Leistung von 2 x 1.3 Watt ist an Lautsprechern mit hohem Wirkungsgrad völlig ausreichend, um mein Wohnzimmer mit hohen Lautstärken zu beschallen. Zum Beispiel mit zwei ALTEC-A7 'Voice of the theatre' aus den Vierzigerjahren wie auf dem Foto oben.

Die weißen Boxen auf dem Foto sind meine altbewährten SONOFER Zweiwegelautsprecher. Sie stehen hier auf meinen CANTON ERGO 1200 Standboxen. Auch daran angeschlossen, reicht es für Zimmerlautstärke.