Verstärkerbau

Wie kommt man auf die Idee, Röhrenverstärker selber zu bauen?

Diese Frage wird mir immer wieder gestellt. Die Antwort darauf ist eigentlich ganz einfach:

„Ich bin einfach nicht bereit, die völlig überzogenen Preise für einen industriell gefertigten Röhrenverstärker zu bezahlen.

Andererseits fand ich einen Röhrenverstärker schon in meiner Jugendzeit rein optisch eine wunderbar anzusehende Sache. Dieses warme orange-blaue Scheinen der Röhren, das hat einfach was.


Und da ich irgendwann einmal die Gelegenheit hatte, einen Röhrenverstärker von innen zu sehen, empfand ich die Preise dafür noch dreister. So reifte langsam aber sicher der Plan, einen Röhrenverstärker selber zu bauen. Elektrotechnische Grundkenntnisse sind spätestens seit meinem Studium der Bergtechnik vorhanden gewesen. Der Umgang mit einem Lötkolben wurde mir damals auf dem Gymnasium beigebracht. Von daher traute ich mir diese handwerklichen Fähigkeiten durchaus zu.
Es dauerte jedoch noch bis in das Jahr 2006 bis ich endlich eine entsprechende Bauanleitung in die Finger bekam. So reifte die Planung für meinen Röhrenverstärker und wurde immer ernsthafter. Die ersten Bauteile waren dann auch schnell bestellt. Hätte ich zuerst den Preis der Röhren eruiert, ich glaube, ich hätte niemals den Bau begonnen. Mein Verstärker war auf GE-Röhren ausgelegt. Da ich bei einem Tochterunternehmen von GE gearbeitet hatte, war ich der Meinung, günstig an diese Art Röhren zu kommen … ein großer Irrtum.


Also wurde zunächst das Projekt wieder auf Eis gelegt. Als mir dann eine Beschreibung eines Projektes von Herrn Rößler in die Finger kam, der einen berühmten amerikanischen Verstärker ein wenig umgearbeitet hatte, stand meine Entscheidung dann endgültig fest, dieses Projekt nachzubauen.
Es wurden also fleißig weiter Bauteile organisiert. Der Netztransformator wurde in Einzelanfertigung industriell gewickelt. Die Ausgangsübertrager konnten glücklicherweise fertig konfektioniert aus Kanada bezogen werden.


Als wichtigste Baugruppe wurde das Netzteil ausgemacht. Hier wurden dann auch keine Kompromisse eingegangen. Das Netzteil muss schließlich die Leistung, die man den Röhren abverlangen möchte, liefern können. So wurde für die Entlastung der ursprünglichen Netzteilplatine, die eigentlich aus drei eigenständigen Netzteilen und der Einschaltverzögerung besteht, eine weitere baugleiche Platine für die Heizspannung samt eines separaten Ringkerntransformators beigestellt. Somit war es möglich, nur die Heizspannung für die Endstufenröhren aus dem großen Transformator zu beziehen und die Heizspannung für die Vorstufen quasi aus einem separaten Netzteil zu beziehen. Zu diesem Schritt habe ich mich entschlossen, da Herr Rößler für seinen Platinenaufbau Basismaterial mit einer 70µm Cu-Beschichtung verwendet hat, ich aber zu dieser Zeit nur 35µm-Rohmaterial zur Verfügung hatte. Dadurch war die Gefahr eines vorzeitigen Abrauchens der Steuerelektronik durch eine durchgeschlagene Leiterbahn gebannt.

Die notwendigen Platinen wurden schnell und einfach mit dem Tonertransferverfahren in Heimarbeit hergestellt und mit Eisen-III-Chlorid geätzt. Einzelheiten hierzu finden sich dann auch in meiner Elektronik-Rubrik ...


So war dann ein fliegender Aufbau bei Zeiten möglich und es erfolgten alle notwenigen Einstellungen am Netzteil, so dass die benötigten Spannungen und Ströme mit akzeptabler Restwelligkeit bereitgestellt werden konnten.

Die Röhren waren natürlich auch bei diesem Verstärker der Knackpunkt. Aber da die Ausgangsübertrager großzügig dimensioniert waren, konnte man sowohl 6L6GC-Röhren; KT66-Röhren als auch KT88-Röhren einsetzen. Ein entsprechender Abgleich der Ruheströme ist selbstverständlich in aller gebotenen Genauigkeit vorzunehmen. Aus Kostengründen wurde der Verstärker zunächst mit den russischen 6L6GC aufgebaut.

Da alles soweit zu meiner Zufriedenheit funktionierte war es nun an der Zeit, ein entsprechendes Gehäuse für diesen Verstärker zu bauen. Dabei schied aus rein optischen Gründen ein metallenes Gehäuse aus. Ich habe zwar eine Zeit lang mit einem Gehäuse aus Edelstahl geliebäugelt, aber dei Herstellung eines solchen Gehäuses wäre nur mit einem erhöten Kapitalaufwand möglich gewesen. Und auch meiner Frau wollte ein rein metallenes Gehäuse nicht zusagen. Also wurde ein Gehäuse aus MDF (MittelDichte Faserplatte) gefertigt, welches dann dezent in elfenbeinweiß lackiert wurde. Um eine Trägerplatte aus 3mm starkem Aluminium kam ich aber nicht herum, da diese die beiden Verstärkerplatinen mechanisch tragen musste und auch die Kräfte beim Röhrenwechsel aufnehmen musste.


Nachdem diese Röhrenbestückung über ein halbes Jahr im Dauertest einwandfrei funktioniert hat und der bis dato vorhandene Sand-Verstärker aus dem Hause Harman Kardon entsorgt worden ist, habe ich auch über eine ansehlichere Röhrenbestückung nachgedacht. Letztendlich habe ich mich dann für eine KT88-Bestückung endschieden.

Der Aufbau des Verstärkers ist dabei so durchdacht worden, dass der eigentliche Verstärker mit der dazugehörigen Quellenwahl, die übrigens rein mechanisch funktioniert, und das Netzteil in zwei unterschiedlichen Gehäusen untergebracht worden sind. die Verbindung beider systeme erfolgt über ein 18adriges, geschirmtes Kabel mit industriellen Steckverbindern. Dies hat sich bei diesem Aufbau bewährt, da der extra für mich angefertigte Netztransformator durchaus ein leichtes Brummen von sich gibt. Durch die räumliche Trennung und die entsprechend gewählte Kabelführung wird kein Brumm in den Verstärker eingestreut, was den Abgleich und eine eventuelle Fehlersuche sehr vereinfacht.

Kommen wir nun zu einem Projekt, welches noch in den Anfängen steckt. Dem Bau eines

300B PSE Verstärkers

Und wieder hat mich das Virus voll erwischt, ich baue einen neuen Röhrenverstärker. Diesmal gibt es einen Triodenverstärker mit zwei parallel geschalteten 300B-Trioden.


Auf diesem Bild ist der grobe Aufbau des Hochspannungsnetzteiles zu sehen. Über 4 Dioden wird eine Wechselspannung von 375V gleichgerichtet. Danach folcgt eine C-L-C Siebung zur Erzeugung der Anodenspannung der Trioden. Dieser Siebung folgen dann weitere R-C-Glieder zur Erzeugung der Anodenspannungen für die beiden Vorstufenröhren.

Die Erzeugung der Heizspannungen im Niederspannungsnetzteil ist eigendlich auch denkbar simpel. Die Röhren der Vorstufe werden schlicht und ergreifend mit 6,3V Wechselspannung geheizt. Die beiden 300B-Röhren werden dahingegend mit einer einfachen stabilisierten Gleichspannung von 5V versorgt. Da sich manche 300B-Röhren wie Mimosen bezüglich der Heizspannung verhalten sollen, überlege ich allerdings, ob ich die Heizspannung nicht doch über einen Spannungsregler konstant halten sollte. Grundsätzlich fällt mir dazu ein LT108X ein, den ich auch schon in meinem KT88-Verstärker verbaut habe.Da ein LT1085 bereits 5V mit 3A Strom liefern kann, wäre das eine hinreichende Größe. Allerdings mache ich mir dabei wieder Gedanken bezüglich der Wärmeabfuhr. Andererseits ist die Spannung unter Last (also während des Heizens der Röhren) auch mit ein paar kleinen Hochlastwiderständen knapp unter 5V zu halten. Ein wenig probieren werde ich da wohl müssen. Und 4,9V sind allemal schonender für die Röhren als 5,1V. Ich werde mir erst einmal ein Netzteil zur Probe aufbauen müssen und dann mal sehen.

Auch die Bereitstellung der negativen Gittervorspannung gestaltet sich nicht weiter schwierig. Nach der Gleichrichtung mit einem einfachen Brückengleichrichter gibt es eine unauffällige C-R-C-Siebung. Im Anschluß daran wird über ein Potentiometer mit folgendem Elko die Vorspannung für jede Endstufenröhre einstellbar gestaltet. Die negative Gittervorspannung ist für die Wahl des Arbeitspunktes der Endstufenröhren wichtig. Damit diese jederzeit kontrollierbar und einstellbar ist werden zwei Drehspuleninstrumente mit einem Messbereich von 0 bis 100 mA eingesetzt. Beim Aufbau der Endstufen ist dann darauf zu achten, dass die Einstellung des Ruhestromes (und damit des Arbeitspunktes der Endstufenröhren) von außen und ungehindert erfolgen kann. Das erleichtert später die Kontrolle und das Nachregulieren der Arbeitspunkte ungemein.



Mit der freundlichen Genehmigung von Herrn Dipl.-Ing. J. Leven darf ich hier den Schaltplan veröffentlichen. Um ihn richtig zu betrachten, bitte mit der rechten Maustaste auf den Schaltplan klicken und dann "in neuem Tab öffnen" wählen. Dann kann man den Schaltplan auch in groß sehen.

Herr Leven verwendet hier in diesem Verstärker Transformatoren, Ausgangsübertrager und Drosseln vom schwedischen Hersteller Lundahl. Das ist mit Sicherheit eine sehr luxuriöse Auswahl, die derjenige, der über ausreichend pekuniäre Mittel verfügt gerne übernehmen darf. Mit Sicherheit hat die Auswahl der Transformatoren, Drosseln und Übertrager eine Auswirkung auf den Klang und die Wiedergabe des Verstärkers.

Ob meine Herangehensweise hier pekuniär günstiger ist, will ich gar nicht erst nachrechnen, aber ich habe mir die Netztransformatoren extra nach meinen Angaben (mit ein wenig mehr Leistungsreserven) als Ringkerntransformatoren wickeln lassen. Das hat mit Sicherheit den Nachteil, dass ich mir Gedanken um die Einschaltstrombegrenzung machen muss, damit mir die Haussicherungen nicht jedesmal beim Einschalten der Endstufen herausfliegt.

Das ist aber mit einer kleinen Platine und ein paar Bauelementen schnell aus der Welt geschafft. Als Anlaufstrombegrenzung wird schlicht und ergreifend ein NTC-Widerstand benutzt, der den Einschaltstrom auf ein erträgliches Maß begrenzt. Nach einer vordefinierten Zeit wird dann der NTC-Widerstand mit einem Relais überbrückt. NTC-Widerstände sind schlicht und einfach Halbleiterwiderstände mit einem negativen Temperaturkoeffizienten (darum auch NTC {Negative Temperature Coefficient}). Dies bedeutet, bei steigender Temperatur nimmt der ohmsche Widerstand ab, was wiederum bedeutet, der Strom, welcher dann fließt, nimmt entsprechend zu. Das ganze funktioniert natürlich auch umgekehrt, bei sinkender Temperatur steigt also der Widerstand und dementsprechend sinkt der fließende Strom. Die zugehörige Schaltung ist relativ einfach. Eine einfache leicht stabilisierte Spannungsversorgung versorgt einen entsprechend beschalteten NE555. Die Beschaltung ist so gewählt, dass hier eine Einschaltverzögerung zwischen 0 und ca. 6 Sekunden gewählt werden kann. Da sich die NTC-Widerstände bei Stromdurchfluß relativ stark erwärmen ist diese Zeit natürlich so kurz wie möglich zu wählen, da sonst die NTC-Widerstände zu warm werden und Schaden nehmen können oder gar im schlimmsten Fall einen Brand auslösen könnten. Für mich hat sich hier eine Verzögerung von ca. 1 Sekunde als sinnvoll erwiesen. Diese wird einmal am Trimmpotentiometer eingestellt und wird, wenn alles funktioniert, nicht wieder verändert. Mit dieser kleinen Schaltung sollte dann auch das Einschalten der doch recht Leistungsstarken Ringkerntransformatoren problemlos funktionieren. Da die beiden Endstufen bei mir als Stereoverstärker arbeiten sollen, ich aber dennoch die Möglichkeit haben möchte, sie auch als Monoendstufen betreiben zu können, wird jede Endstufe separat mit einem Ringkerntransformator von knapp 300VA Leistung gespeist.



Wie man sieht ist das wirklich kein Hexenwerk. Dafür hat man die Vorteile von weniger Trafobrummen und weniger Wärmeentwicklung durch das Netzteil. Bei meinem ersten Röhrenverstärker hatte ich einen konventionellen Netztransformator eingesetzt und hatte dort einige Probleme mit der Wärmeabfuhr in dem separaten Netzteilgehäuse, da sich der herkömmliche Trafo im Dauerbetrieb doch relativ stark erwärmt und ein unschönes Brummen sich im Laufe der Zeit dann doch störend bemerkbar machte. Diese Schaltung kann man ganz bequem auf einer einzigen Platine unterbringen, wobei ich zugeben muss, die Verwendung einer vollformatigen Platine im Europaformat (160 mm * 100 mm) wäre hierfür reinste Platzvergeudung, so wie in folgendem Beispiel gezeigt.



Bei diesen Monoblöcken möchte ich das Netzteil jeweils in dem Gehäuse der Monoblöcke integrieren und diese Wärmequelle weitgehend eliminieren. Dazu wird es allerdings dennoch notwendig sein, für eine geregelte Luftzufuhr zu sorgen. Aus Gründen der Grundgeräuschreduzierung möchte ich hier aber keinen permanent laufenden Lüfter einbauen. Wenn möglich, dann möchte ich gänzlich auf eine Zwangsbelüftung verzichten und es bei einer natürlichen Lüftung belassen, auch wenn das bedeutet, dass einige zusätzliche Lüftungsöffnungen auf der Oberseite angebracht werden müssen.

Im Gegensatz zu Herrn Dipl.-Ing. J. Leven verwende ich keine Transformatoren der Firma Lundahl. Wie oben ausgeführt ist der Netztrafo speziell für mich gewickelt worden. Als Netzdrossel verwende ich einen 193J-Reactor der kanadischen Firma Hammond Manufacturing. Dieser ist mit 10 H Impedanz bei 200mA Gleichstrom genau wie der der Firma Lundahl bemessen. Als Anodendrossel verwende ich ebenfalls ein Produkt aus dem Hause Hammond Manufacturing. Die Anodendrossel 154E sollte genau so passen wie die Netzdrossel.





Die hier zu sehende Platine für die Heizspannungen wird mit 3 unterschiedlichen 6,6V-Wicklungen des primären Transformators mit jeweils einer Stromstärke von 3A gespeist. Das sollte in jeder Betriebssituation für ausreichend Reserven sorgen, so dass man zu einem späteren Zeitpunkt auch einmal ein paar stromhungrigere Varianten der 300B-Trioden benutzen kann.

Die Steuerung des Verstärkers - sprich Lautstärkeregelung und Quellenwahl - übernimmt eine Schaltung von Birger Maaß, nämlich die Biino Mk3. Im Moment sieht das aber dann danach aus, dass die Idee von zwei Monostufen zu Gunsten eines Stereo-Verstärkers aufgegben werden muss. Oder ich lasse mich auf einen wesentlich größeren Verkabelungsaufwand ein, was ich aber eher ablehnen würde. Man sieht also auch hier, solche Projekte leben. Das was man anfangs geplant hat, das muss nicht dauerhaft Bestand haben. Da nun aber schon dei Platinen für Monostufen geliefert und bestückt sind, habe ich später immer noch dei Möglichkeit, den Verstärker wieder aufzutrennen und zwei Monostufen einzusetzen. Dazu ist dann auch die Möglichkeit eines separaten Vorverstärkers gegeben, ob nun in Röhrentechnik oder in Transistor- bzw. IC-Technik spielt dabei keine wirkliche Rolle, auch wenn ich momentan einen Röhrenvorverstärker vorziehen würde. Aber bevor ich da weitere Ideen entwickle, baue ich lieber erst einmal dei beiden Monoendstufen (denn von der Schaltungs- und Verdrahtungstechnik bleliben es ja Monostufen) in einem gemeinsamen Gehäuse als "Stereoverstärker" auf. Wie gesagt, auftrennen kann ich das immer noch, da ja alle Komponenten doppelt vorhanden sind. Für die interessierten Leser werde ich von der Biino Mk3 auch noch ein paar Bilder hier einstellen, aber ohne dabei näher auf den Aufbau einzugehen. Der Bausatz (Platinen) ist über Birger Maaß (www.audiopcb.de) käuflich zu erwerben. Alle Einzelteile sind bei den üblichen verdächtigen Elektronikgroßhändlern zu bekommen. Trotzdem möchte ich hier wenigstens ein paar Übersichtsbilder der Steuerung zeigen. Wie sich das gehört, ist die Stromversorgung über ein eigenes Netzteil vom Rest des Verstärkers galvanisch getrennt...wobei "Netzteil" ist hier ja schon fast übertrieben.





Die Steuerung beinhaltet eigentlich nur einen Arduino Nanao und ein wenig Beschaltung für das Display...also auch keine Raketentechnik.





Da sieht dann die Quellenwahl und Lautärkerregelung schon interessanter aus, auch wenn das nichts anderes als Relaistechnik und Widerstandskaskaden für die Lautstärkeregelung ist.