Zur Dimensionierung der Endstufe:
Wir haben Gegeben:
B-Betrieb (also wenig Ruhestrom wird angestrebt)
Endröhre GU-50, Pout=möglichst viel.
Grundlage ist
dieses Datenblatt.
Wir wählen aus dem Bauch raus:
Uba=800V, Ug2=250V (Um Gitterstromaussteuerung zu vermeiden, wird Ug2 hoch angesetzt). Uba=1000V wäre evtl noch eine Option. Auf jeden Fall fangen wir mal mit "viel Alles" an.
Jetzt müssen wir als Erstes den Arbeitspunkt wählen. Man kann sich jetzt das Eingangskennlinienfeld (das Untere) angucken, und versuchen für minimale Verzerrungen den Arbeitspunkt etwa in die Mitte des gebogenen Teils zu legen. Das wäre bei Ug2=250V etwa -Ug1=37V, Ia=ca. 50mA. Dummerweise wäre damit die Anodenverlustleistung schon voll ausgereizt (50mA*800V=40W). Also muss der Arbeitspunkt tiefer.
Im Interesse maximaler Ausgangsleistung wäre eine Ruheverlustleistung von unter 10W anzustreben, dann kann man 30W zum Verheizen unter Last benutzen.
Wählen wir also -Ug1=50V, Ia=10mA Pheiz=8W. Die zusätzliche Verzerrung muss von der Gegenkopplung "gefressen" werden.
aus -Ug1=50V folgt auch schon Ug1~=35Veff (Aussteuerung bis zum Gitterstromeinsatz, Aussteuerung in den Gitterstrom wäre denkbar, lassen wir aber erstmal außen vor wegen Mehraufwand). Wichtig ist, dass alle Stufen, nach denen Koppelkondensatoren kommen, auch die negative (ungenutzte) Halbwelle sauber verstärken, sonst fängt der Arbeitspunkt das Wandern an. Was von "Klasse A-Z" zu halten ist, lässt du dir am besten von Bastelbruder erklären.
Als nächstes geht es um den Lastwiderstand. Gerne wird Raa angegeben, also die Eingangsimpedanz des Übertragers zwischen beiden Anoden, der ist aber für den B-Betrieb nciht wirklich von Interesse. Hier ist fast immer nur eine Wicklung bestromt. Uns interessiert also quasi Ra+ (die Impedanz zwischen einer Anode und Saft). Das ist immer ein Viertel von Raa (Halbe Spannung, doppelter Strom. Gleich merken: Beim Trafo gehen die Impedanzen immer quadratisch mit den Windungszahlen).
Also, wir gucken uns jetzt das Ausgangskennlinienfeld an (oben).
Den Arbeitspunkt können wir bei Ua=800V, Ia=10mA, -Ug1=50V eintragen.
Jetzt haben wir eine "Vollgaslinie" bei -Ug1=0V. Wir können jetzt einen beliebigen Punkt auf der Linie als "Vollgaspunkt" wählen. Der (ohmsche) Lastwiderstand lässt dann Aussteuerung zwischen den beiden Punkten auf einer Geraden zu. Je niedriger man die Anodenspannung dabei wählt, desto niedriger wird die Anodenverlustileistung bei Vollaussteuerung. Dafür steigt die Schirmgitterverlustleistung an. Da die GU50 ohnehin recht viel Schirmgitterstrom zieht (gerade bei Ug2=250), wird die Anodenrestspannung eher hoch angesetzt. Also Uavollanschlag=150V, Iavollanschlag=250mA (ein bisschen Reserve für Röhrenalterung lassen). Wenn ein Gitarrist vor dem Verstärker zu erwarten wäre, müsste man hier noch vorsichtiger rangehen, da dann Rechteckaussteuerung mit Vollgas die Regel wäre. Wir gehen von Musik aus, da kann man etwas Überlast bei Vollgas in Kauf nehmen.
Jetzt haben wir zwei Punkte, aus denen wir einen (differentiellen)Widerstand berechnen können:
Ruhe: Ua=800V, Ia=10mA
Vollstoff: Ua=150V, Ia=250mA
Differenz: dUa=650V, dIa=240mA
R=U/I -> Ra+=2.7kΩ -> Raa=10.8kΩ
Die Ausgangsspitzenleistung ergibt sich durch Multiplikation:
P=U*I= 650V*240mA=156W.
Die zu erwartende Sinusausgangsleistung des Gesamtverhaus ist die Hälfte der Spitzenleistung, also ca. 75W.
Die Anodenverlustleistung ist ebenfalls recht einfach zu bestimmen, wenn man den Umweg über die Leistungsaufnahme geht.
Der Anodenstrom wird von der Spannugnsquelle aufgebracht, die immer 800V hat. Der Anodenstrom ist näherungsweise eine gleichgerichteter Sinus von 250mA Amplitude (in Wahrheit ist es etwas mehr als eine Halbwelle, da die 10mA Ruhestrom noch zu berücksichtigen wären. Das kann bei 10mA aber vernachlässigt werden.
Der Arithmetische Mittelwert (nicht der Effektivwert!) eines gleichgerichteten Sinus ist nach
Wikipedia das 0,64fache des Spitzenwerts, die Stromaufnahme wird also 250mA*0,64=160mA.
Damit nimmt der Verstärker aus der Anodenspannungsquelle 800*0.16=128W auf.
Von den 128W verlassen 75W den Verstärker wieder, es bleiben 43W zum Verheizen (verteilt auf beide Röhren). Das passt also locker. Bei ca. 3/4-Aussteuerung sind die Verhältnisse etwas ungünstiger, wenn man will, kann man die ganze Chose jetzt noch für reduzierte Aussteuerung durchrechnen. Dann nimmt man entsprechend des Lastwiderstandes weniger Spannung und entsprechend weniger Strom und kaut das ganze erneut durch.
In der Praxis reicht eine Vollastberechnung in der Regel aus, da Röhren kurzzeitige Überlast vertragen.
Die Schirmgitterverlustleistung ist sehr schwer zu berechnen. Hier kann am Einfachsten ein Versuchsaufbau und eine Messung Antwort geben.
Aus dem ganzen folgt: Wenn du die 100W/Röhrenpaar erreichen willst, muss die Anodenspannung weiter hoch. Die Berechnung für 1000V wird jetzt outgesourced und bleibt dem Leser als Übungsaufgabe überlassen.
Morgen gehts an den Ausgangstrafo
