HiFi Hybridendstufe 2x50 Watt

als Hybridendstufe bezeichnet man NF-Endstufen, die teilweise mit Röhren und teilweise mit Halbleitern aufgebaut sind. Beides ist möglich, Röhrenvor- und Transistorendstufe als auch Transistorvor- und Röhrenendstufe, wobei hier die erste Variante Verwendung finden soll um HiFi Röhrenklang ohne teure Ausgangsübertrager zu erreichen. Das Prinzip ist hierbei, einer kleinen Röhrenendstufe einen kräftigen transistorisierten Impedanzwandler nachzuschalten. In dieser Schaltung werkelt eine "Mini" Eintakt Klasse A Trioden Endstufe mit einem System der ECC82, welches bei 80volt Betriebsspannung an 16 Kiloohm Arbeitswiderstand etwa 15 Milliwatt Sinusleistung abgeben kann. Dieser kleinen Röhrenendstufe wird ein Impedanzwandler mit einer fest eingestellten Stromverstärkung von 2000 nachgeschaltet und es kann nun ein 8 Ohm Lautsprecher angeschlossen werden. Damit wird die Ausgangsleistung der Röhrenendstufe ebenfalls 2000 fach verstärkt und das sind dann etwa 30 Watt Sinusleistung am Ausgang. Ändert sich die Lautsprecherimpedanz beispielsweise auf 4 Ohm, "sieht" die Röhrenendstufe nur noch einen Arbeitswiderstand von 8 Kiloohm, bei einem 16 Ohm Lautsprecher sind es dann 32 Kiloohm Arbeitswiderstand. Dieses Verhalten wird - anders als bei üblichen Hybridendstufen - durch eine starke Stromgegenkopplung in der Impedanzwandlerstufe erreicht. Für den Dämpfungsfaktor der Hybridendstufe ist hier allein die Röhrenendstufe verantwortlich. Weiterhin ergibt sich aus diesem Prinzip eine gewisse Kurzschlussfestigkeit am Lautsprecherausgang, da der Ausgangsstrom nicht höher werden kann als der maximale Anodenstrom mal dem Stromverstärkungsfaktor der Impedanzwandlerstufe, hier sind das 4mA mal 2000 also 8 Ampere, was normale Leistungstransistoren (Ic=15Ampere) nicht tötet. Dieser Hybridverstärker kann - anders als normale Röhrenverstärker - ohne angeschlossenen Lautsprecher betrieben werden - kein Problem. Die Impedanzwandlerstufe ist spiegelsymetrisch aufgebaut und arbeitet in Gegentakt Klasse AB Betrieb, so das ein Endstufenzweig im Betrieb zeitweise gesperrt werden müsste, was trotz Gegenkopplung Verzerrungen zur Folge hätte - nicht so bei diesem Hybridverstärker. Hier ist es durch die Strom- anstatt der üblichen Spannungsansteuerung möglich, unabhängig von der Aussteuerung in jedem Endstufenzweig einen konstanten, minimalen Gleichstrom einzuspeisen, so das die Endtransistoren nicht mehr gesperrt werden und in 100% der Signalperiode leitend sind. Das sperren und öffnen in der Signalperiode übernehmen an Stelle der "langsamen" Endstransistoren hier superschnelle Schottky Dioden. Bei der Konstruktion des Impedanzwandlers wurde weiterhin darauf Wert gelegt, das die Transistoren auch im Übersteuerungsfall nicht in die Sättigung (Ube>Uce) getrieben werden können, was dann auch unnötige Verzerrungen zur Folge hätte. Der Impedanzwandler wird wie eine normale Transistorendstufe dimensioniert, jedoch sollte nach Möglichkeit darauf geachtet werden, das die maximale Leistung der Röhrenendstufe mal dem Stromverstärkungsfaktor der Impedanzwandlerstufe unter der maximalen Leistung der Impedanzwandlerstufe liegt, der Lastwiderstand für die Röhrenendstufe sollte also nicht zu groß gewählt werden. NTC1 ist in thermischen Kontakt mit DS1 und DS2 zu bringen (verkleben)

Hier das Schaltbild der Hybridendstufe :

In Rö1 wird das Eingangssignal etwa 14 fach verstärkt und mittels C5 an das Gitter von Rö2 kapazitiv gekoppelt. Der Siebkondensator C8 der Rö1 ist dabei mit der negativen Anodenspannung verbunden, um brummen zu minimieren. Rö2 ist die "Endröhre" und verstärkt das Signal nochmals um den Faktor 14. Rö 3 arbeitet für Wechselspannnung als Konstantstromquelle, für Gleichspannung jedoch als Katodenfolger. Die integrierte Schaltung OPV1 ist ein BiFET Operationsverstärker, der als Integrator geschaltet ist. Zusammen mit Rö3 bildet der OPV1 eine Regelschleife mit einer Zeitkonstante von etwa 0,5 Sekunden - eine Auto Offset Schaltung. Die obere Grenzfrequenz des Integrators liegt bei etwa 1 Herz, so das hörbare Tonsignale nicht beeinträchtigt werden. Praktisch wird damit ein Drift der Gleichspannung am Ausgang (Offset) auf unter 50 Millivolt geregelt, gemessen habe ich im Versuchsaufbau nie mehr als 10mV. Die Schottky Dioden DS1 und DS2 stellen das "Herz" der Schaltung dar, sie arbeiten an Stelle der Transistoren im AB Betrieb. Da die Transistoren im Betrieb nie gesperrt werden, muss man sagen das alle Transistoren in der Schaltung in Klasse A arbeiten - sie werden nur nicht sinusförmig angesteuert, wie es in Klasse A sonst üblich ist. Die Widerstände R17 und R34 sowie R18 und R35 bestimmen die Stromverstärkung des Impedanzwandlers, wobei R17 geteilt durch R34 die Stromverstärkung für den oberen Endstufenzweig bestimmt, R18/R35 für den unteren. Beide Zweige müssen möglichst gleich sein, die vier Widerstände sollten eine geringe Toleranz haben und ggf. vorher auf ein möglichst gleiches Verhältnis ausgemessen werden. Die Transistoren T1 bis T4 sind zwei komplementäre Differenzverstärker, welche jeweils die Endtransistor Kombinationen T5 bis T8 ansteuern. Die Schleifenverstärkung der Differenzverstärker und Transistorkombinationen muss in jedem Zweig über der mit R17,18,34,35 eingestellten Stromverstärkung liegen. Hier sind das mindestens (T1)150 mal (T6)60 mal (T7)15 gleich 135000. Der Gleichstrom, der mit P3 eingestellt wird und der über R15 bis R20 jeweils in die Basis von T1 und T2 eingespeist wird sorgt dafür, das über R17 bzw. R18 und damit über R34 bzw. R35 immer mindestens ca. 7,5mV Gleichspannung abfallen, was einem Minimalstrom von etwa 34mA durch die Endtransistoren sicher stellt. Der Minimalstrom muss einen bestimmten Wert haben, damit die Endtransistoren auch wirklich leitend sind. An R32 fallen bei 8mA etwa 0,66 Volt ab die T7 so weit leitend werden lassen, das durch T7 die restlichen 26mA fließen. Mit dem Einstellregler P2 zwischen DS1 und DS2 wird der Ruhestrom auf etwa 100mA eingestellt, nachdem der Minimalstrom mit P3 auf 34mA bei P2 in Stellung „Null Ohm“ eingestellt wurde. NTC1 kompensiert den Temperaturdrift von DS1 und DS2. Der mit P3 eingestellte Minimalstrom wird durch die Differenzverstärker T1 bis T4 ausreichend temperaturkompensiert.

Hier das Schaltbild des zugehörigen Netzteils für Stereo:

Als Netztrafo kommt ein normaler Netztrafo für Transistorendstufen zum Einsatz. Der Netztrafo kann sich bei Bedarf auch außerhalb des Verstärkergehäuses befinden, was die Gefahr einer Brummeinstreuung stark verringert. Die Sekundärspannung sollte nicht unter 2x22Volt~ und nicht über 2x28V~ liegen, bei höheren Spannungen, die durchaus möglich sind, muß man einen Ersatz für den 7812 und den 7912 finden, diese vertragen nur + oder - 40V Uin. Durch die drei Gleichrichterbrücken und die Vier Booster Kondensatoren C2, C3, C8 und C9, mit denen eine Spannungsverdopplung erreicht wird, erhalten wir die vier Rohspannungen von etwa +/-30V und +/-95Volt. Die symetrischen Anodenspannungen von +/-95 Volt werden durch jeweils drei Gyratoren gesiebt. An Stelle der Gyratoren kann auch jeweils eine C-L-C-R-C Siebung angewendet werden, je nach Geschmack. Aus den +/-30 Volt werden mittels Spannungsregler IC "7812" und 7912" die +/- 12 Volt Gleichspannung erzeugt, die zum Betrieb des OPV's TL081 nötig sind. Die Softstartschaltung (R2, C1 Rel1) ist nötig, um die hohen Einschalt- Ladeströme der großen Elko's (C4 bis C7) abzufedern. Die Transistoren T4, T5 und T9 bilden mit den Leuchtdioden jeweils eine Konstantstromquelle, was die Röhren extrem schonend (an-) heizt. Auf eine Standby Schaltung kann verzichtet werden, da nur etwa 36 Watt im Ruhezustand für die Stereoversion verbraucht werden.

Die neuere Version von 02/2010 hier...

Hier noch ein Foto vom Versuchsaufbau:

Viel Spass beim Nachbauen !

(C) Mario Benndorf, Essen am 24.07.2006

Copyright © by Moehrenbude Alle Rechte vorbehalten.

Publiziert am: 2006-07-25 (5508 mal gelesen)