Sparsamer 10 Watt Gegentakter mit PCL86
Die PCL86 wurde in Massen in TV Audio Verstärkern verbaut und ist dewegen oft in Röhrensammlungen und Bastelkisten zu finden und andererseits heute noch sehr gut als sehr preiswerte Neuware verfügbar.
Die ECL86 (mit 6,3V Heizspannung) ist dagegen eine sehr seltene Röhre und eine UCL86 (mit 100mA Heizstrom) wurde wohl nie hergestellt.
Hier nun eine Beschreibung und Simultion eines sparsamen 10Watt Gegentakters der mit verhältnismäßig geringem Aufwand auch in der heutigen Zeit, wo der Energieverbrauch ein wichtiges Thema geworden ist - noch ein lohnendes Bastelprojekt darstellt. Das in der Simulation verwendete Röhrenmodel der Endröhre ist für die kleinere ECL82 (6BM8). Ein Röhrenmodel für die ECL86 oder PCL86 gibt es offensichtlich nicht. Für verschiedene Endröhren mit ähnlicher Anodenverlustleistung muss lediglich Rk (R13) passend gewählt werden. Eine tabellarische Übersicht für erprobte Arbeitspunkte mit ECL82 und ECL86 findet man hier: Tabellarische Übersicht Gegentakt Röhrenendstufen . Für PCL86 bei 250 Volt Betriebsspannung ist Rk=130Ohm und für 300 Volt Betriebsspannung ist Rk= 160 Ohm.
Die erreichbaren unverzerrten 10 "Röhrenwatt" sind schon recht laut und reichen in Kombination mit guten Lautsprecherboxen für uneingeschränkten Musikgenuss bereits voll aus.
Trotzdem ist dieser Verstärker klanglich durchaus mit den beliebten und exzellent klingenden EL84 Gegentaktern vergleichbar, die jedoch wesentlich mehr und teurere Bauteile bedingen und wesentlich mehr Energie verbrauchen.
Die hier gezeigte einfache Phasenumkehrstufe sorgt gerade mit Ihrer leichten Unsymmetrie für etwas geradzahlige Oberwellen, "K2, K4.." , die dem Sound einen leichten seidigen "Singleended Röhrenverstärker Klang Charakter" verleihen, welcher eben bei stark gegengekoppelten modernen Gegentaktern vollständig fehlt.
Apropos Gegenkopplung - auf eine solche wird hier bewusst verzichtet, sieht man einmal von der Ultralinearschaltung selbst ab, welche jedoch zur Kompensation der negativen Eigenschaften des Ausgangsübertragers (lineare und nichtlineare Verzerrungen) wirkt, damit den Frequenzgang nach unten und oben wesentlich vergrößert und vor Allem auch den Ausgangswiderstand des Verstärkers normalisiert.
Sparsam ist dieser Verstärker nun in zweierlei Hinsicht: Beim Stromverbrauch und bei den Kosten für die benötigten Bauteile.
Man benötigt hier nur zwei preiswerte PCL86 Röhren pro Kanal die es als Neuware in einschlägigen Online Shops schon unter 7 Euro pro Stück gibt.
Die PCL86 beinhaltet eine "echte" halbe ECC83 und eine Beampower Tetrode für die es wohl keinen direkten Vergleichstyp als einzelne Röhre gab.
Daher ist die Simulation hier nur mit 6BM8 (Pentrodenteil der E/P/UCL82) oder der 6V6 möglich, es gibt bisher wohl kein Röhrenmodell des Pentodenteil der PCL86.
Der Energieverbrauch für die 10Watt PCL86 Stereo Endstufe beläuft sich auf:
Heizleistung: 15 Volt x 1,2 Ampere = 18 Watt
Anodenspannung: 250Volt x (Ia=31mA + Ig2=5mA = 36mA pro Röhre) =144mA also 36 Watt. Dazu kommen noch ca. 1 Watt für die Trioden/Phasenumkehr.
Im der Summe bleiben wir mit rechnerisch 54 Watt hier also weit unter 60Watt - für einen Stereo Röhrenverstärker.
Findet man einen Heiztrafo mit 13,3Volt, spart man nochmal 2 Watt und verbraucht dann rechnerisch nur noch 52Watt.
Zum Vergleich eine vergleichbare 11 Watt EL84 Stereo Endstufe (mit gleichem Ausgangstrafo, siehe unten):
Bereits 19Watt (4xEL84) + 3,78Watt (2xECC83) = 23 Watt Heizleistung.
Auch bei der Anodenspannung sind wir bei 41mA (Ia+Ig2) x 4 = 41 Watt (bei 250Volt Ub) plus 1W für die ECC83 also 42Watt.
In der Summe etwa 13 Watt mehr, rechnerisch - 65 Watt.
Dabei wurden jeweils die Arbeitspunkte in der Tabelle hier als Grundlage für diese überschlägige Berechnung der aufgenommen Leistungen herangezogen.
Die Wirkungsgrade der Transformatoren und sonstige Verluste z.B. in den Gleichrichter Dioden wurden dabei vernachlässigt.
Einen passenden (Raa=9kOhm), preiswerten (ca. 52€/Stück) und trotzdem hochwertigen, 8-fach verschachtelten Ausgangstrafo für HiFi Anwendung gibt's zum Beispiel beim Jan, den ATRA0427 ( https://www.die-wuestens.de/dindex.htm )
Dann braucht man nur noch einen Netztrafo. Hat man keinen geeigneten zur Verfügung und möchte hier etwas Geld sparen, eignet sich zum Beispiel ein preiswerter 230Volt/230Volt Trenntrafo (mit mindestens 65Watt für 2-Kanal bzw. Stereo) und ein separater Heiztrafo.
Die PCL86 benötigt 13,3Volt Heizspannung bei 300mA.
Mit einem 230V/12V Trafo zum heizen der PCL86 unterschreitet man die zulässige 10%-ige Toleranz bereits signifikant mit -12,5%. Das schadet der Lebensdauer der Röhren stark. Dabei nutzt sich die Emmissionsfähigkeit der Katode schnell ab.
Korrekt ist also zum Beispiel die Verwendung eines 230V/15V, min. 25 Watt Trafos (für Stereo, also 4 Röhren), wo man pro Röhre einen 5,6 Ohm / min. 1Watt Widerstand in Reihe schaltet, der dann auch gleich etwas den Einschaltstrom reduziert.
Zu beachten ist, das die Seite der Heizung welche den Triodenteil heizt auf Masse liegen muss. Das ist der Pin 4.
Will man noch mehr Energie sparen, so bietet sich zum Beispiel eine 2 stufige automatische Standby/Powersave Schaltung an, welche nach einer bestimmten Zeit ohne Eingangssignal die Anodenspannung- und in einem zweiten Schritt auch die Heizspannung abschaltet.
Liegt wieder eine Eingangssignal an, schaltet sich er Verstärker wieder ein. Man kennt das Prinzip ja von Subwoofer Verstärkern.
Dies lässt sich jedoch nur mit einigem zusätzlichen Aufwand und mit Halbleitern verwirklichen:
Neben der Versorgung des 4-fach OPV TL084 - sind die -12 Volt hier im Netzteil dafür vorgesehen, um statt der automatischen Gittervorspannung der Endstufe mit dem gemeinsamen 130 Ohm "R13" nun eine halbautomatische Gittervorspannung einzusetzen um den Ruhestrom der Endröhren wesentlich zu verringern ohne gleich eine typische, pure Klasse B Endstufe mit fester, einstellbarer Gittervorspannung zu haben. Es soll gerade soviel Ruhestrom fließen das der Verstärker noch nicht zu harsch klingt.
Dabei wird ein Teil der negativen Gittervorspannung der Endstufe mit einer festen Gittervorspannung erzeugt. Notwendiger Weise ändert sich dafür die Schaltung der Endstufe geringfügig - so das die Masse Potentiale der gesamten Phasenumkehrstufe sowie die Gitterableitwiderstände der Endröhren nun auf diesen -12 Volt liegen.
Der gemeinsame 130 Ohm R13 wird nun durch jeweils einen 130 Ohm pro Endröhre ersetzt und jeweils mit einem Elko überbrückt. Insgesamt verschiebt dies den Arbeitspunkt der Endstufe von Klasse AB weit nach Klasse B und der Ruhestrom der Endstufe - und damit die Ruhe Stromaufnahme verrigert sich damit drastisch. Allerdings muss klar gesagt werden das sich die klanglichen Eigenschaften nun auch zum Nachteil ändern werden. Der Verstärker wird insgesamt rauher und härter klingen, da er bei steigender Aussteuerung wesentlich eher von Klasse A nach Klasse B Betrieb geht. Man sagt ja landläufig, das "wichtige erste Watt" sollte noch in Klasse A geliefert werden. Das ist hier nur in der Schaltung ohne den festen Gittervorspannungsanteil möglich. Der Wert von -12 Volt ist hier ein Maximalwert, der die Endstufe bereits sehr weit im Klasse B Arbeitspunkt betreibt. Es ist druchaus sinnvoll hier einen zweiten Spannungsregler IC, zum Beispiel µ7909 oder -08 zu probieren um nicht so weit in Klasse B zu fahren, oder den Wert der negativen Spannung einstellbar zu machen also den Festspannungs Regel IC durch einen Einstellbaren zu ersetzen.
Klar... das Ganze ist hier gedacht um diesen Energiesparmodus per halbautomatischer Gittervorspannung abschaltbar zu machen, also wahlweise zwischen pure Klasse AB und Klasse B umzuschalten um damit kräftig Energie zu sparen.
Theoretisch ist eine solche Umschaltung dann auch in der Lage auf pure Klasse A umzuschalten, allerdings stimmt dann der Arbeitspukt der Endstufe mit 9 kOhm Raa überhaupt nicht mehr und die maximale Ausgangsleistung verringert sich stark.