Universal OTL Verstärker 10/20/30/60W@24/12/8/4Ohm

Hier eine Simulation eines simplen und universalen OTL Verstärkers. Mit zwei Endröhren PL519(6KG6) werden 10Watt Sinus-Dauertonleistung an 24 Ohm erreicht. Diese leistungsfähigen Endröhren sind heute immer noch gut und besonders preiswert zu bekommen, so wie auch die notwendigen Magnoval Fassungen und Anodenkäppchen. Die PL519 gibt's aktuell für unter 20Euro/Stk. die Magnovalsockel für 2,30 Euro/Stk.

Wen die Anodenkäppchen der PL519 stören, der kann auch die neue EL509S von JJ benutzen, die einen 8-poligen Octalsockel (wie EL34) hat und bei der auch die Anode mit am Sockel angeschlossen wird. Statt der 40V/0,3A Heizung bei der PL519 benötigt die EL509S 6,3V/2A - siehe hier:

Pärchen EL509S bei TheTubeStore

Der Schaltplan der Endstufe:

Universal OTL Endstufe

Zip File mit Simulation und den nötigen Röhrenmodellen von Duncanamps zum Download (6 KB)

Mit zwei Erweiterungsmodulen wie in der Simulation gezeigt, also sechs Endröhren kann man normale 8 Ohm Lautsprecher anschließen und es werden dann 30Watt Sinus Ausgangsleistung erreicht. Die Endröhren arbeiten mit nur 72,5Volt Anodenspannung in normaler Pentodenschaltung und können ohne Schrimgitter Ansteuerung 1A Ausgangs-Spitzenstrom liefern, ohne überlastet zu werden. 

Möchte man mehr oder weniger Erweiterungsmodule benutzen, kann man in der Simulation durch kopieren oder löschen von Modul "-kästchen" die Anzahl der parallel geschalteten Endröhren bestimmen. Bei mehr als 3 parallelen Endröhren, z. Bsp. für 60W an 4Ohm - 6 parallele, also insgesamt 12! Endröhren/Kanal muss die ECC82 entweder durch zwei parallel geschaltete Systeme (eine Ganze) ECC82 oder eine 12BH7 ersetzt werden. Die Widerstände R7, R8, R14 und R23 müssen halbiert werden, für die 12BH7 muss R14 ggf. etwas angepasst werden. Der Gitterstopper R10 muss für jedes Gitter einzeln ausgeführt werden. R11 kann wohl in allen Fällen 1 Megaohm betragen.

Anders als bei den meisten OTL Verstärkern arbeitet die Endstufe hier nicht im Splitload (wie beim PPP) oder als Katodenfolger, sondern in Katodenschaltung - damit nahezu ohne interne Stufengegenkopplung (Katodengegenkopplung) und am Ausgang verhältnismäßig hochohmig. Dadurch ähnelt die Charakterstik dieses Verstärkers sehr der eines normalen PP-Gegentaktverstärkers mit Ausgangsübertrager und mit Mittelanzapfung. Die Spannungsverstärkung der Endröhre ist bei diesem OTL Arbeitspunkt trotzdem kleiner als 1.

Die Intensität der Gegenkopplung wird durch die Größe von R3 bestimmt. Lässt man R3 ganz weg, wirkt nur eine minimale lokale Stromgegenkopplung jeweils durch die Katodenwiderstände an den Röhren. Ohne R3 wird die Maximalleistung bei nur 2% Klirrfaktor erreicht und der Klirrfaktor steigt langsam mit der Aussteuerung an. Leider wird ein Klirrfaktormaximum im Bereich des Übergangs vom Klasse A zum Klasse B Bereich, bei etwa 1W Ausgangsleistung verzeichnet, aber dieses Maximum in diesem Bereich ist Allen Klasse AB Endstufen zu eigen. Mit R3=9.53k können 1% Klirrfaktor bei 1.05V Eingangsspannung, mit R3=953Ohm bei Ue=4.5V werden 0.25% Klirrfaktor bei 30Watt Sinus erreicht. Der Ausgangswiderstand verringert sich und der Dämpfungsfaktor vergrößert sich abhängig von der gewählten Gegenkopplung, bei R3=953 Ohm ist D=8, bei R3=9.53K ist D=2 und ohne Gegenkopplung, ohne R3 beträgt D=1. Die Klirrfaktorwerte sind natürlich nur Simulationswerte und mit einem theoretisch idealen Endröhrenpärchen berechnet.

Zur Ansteuerung begnügt sich dieser Verstärker mit jeweils einer halben ECC83(12ax7) und einer halben ECC82(12au7).

 

Das Netzeil muss in einer 2x 10 Watt Stereo Version folgende Spannungen liefern können:

40V~/1,2A (48W)

6,3V~/0,6A (3,8W)

145V-/0,7A (100W)

2x 145V-/0,035A (10W)

2x einstellbare, negative Gittervorspannung -25...-35V/1mA

Summe: 160Watt bei Maximalaussteurung; ca. 110Watt bei Ruhe

und in der Version als 2x 30Watt@8Ohm mit 12 Endröhren:

40V~/3,6A (144W)

6,3V~/0,6A (3,8W)

145V-/2,1A (304W)

2x 145V-/0,11A (32W)

2x einstellbare, negative Gittervorspannung -25...-35V/1mA

Summe: 485Watt bei Maximalaussteurung; ca. 325Watt bei Ruhe

Die 145V Gleichspannungen lassen sich vorteilhaft mit Netztrenntrafos 230V~prim./115V~sek. und jeweils einer Graetz Brücke sowie einem Ladekondensator ca. 1000µF/200V (UA) bzw. 100µ/200V(Uschweb) (10W Version) erzeugen.

Für die 30W Version sind es entsprechend mehr - 3000µF bzw. 300µF

In der Simulation sind mehrere Spice Direktiven eingesetzt, welche die dynamischen Kennwerte automatisch berechnen:

-Klirrfaktor

-Sinus Ausgangsleistung (Pout_sine)

-den Frequenzgang (.ac...)

-gemittelter Strombedarf.

Mit den .step param Spice Direktiven können verschiedene Werte des Lastwiderstand und der Eingangsspannung in einem Durchgang simuliert und anschließend zusammenhängend verglichen werden. Die blauen Direktiven sind als Kommentar ausgeblendet und können jederzeit aktiviert werden (re. Maustaste, ändern von Comment zu Direktive).

Möchte man feste Parameter und diese nicht steppen, kann statt .step param eine einfache .param Angabe verwendet werden. Dann muss die .step param Direktive zu einem Comment geändert werden.

Alle berechneten Messwerte findet man nach beendetem Simulationslauf im Spice Error Log. Es wird mit der .wave Direktive eine Audio Datei mit dem Ausgangssignal erzeugt, die man sich mit einem Mediaplayer anhören und die entstehenden Verzerrungen schon mal "probehören" kann.

Wer möchte, kann aus der reinen Spannungsgegenkopplung via R3/R18 eine Leistungsgegenkopplung machen. Dazu wird einfach masseseitig am Lautsprecher ein 0.1 Ohm Widerstand (R35) eingefügt und die abfallende Spannung mit in den Gegenkopplungszweig eingekoppelt:

leistungsgegenkopplung

In einer praktisch ausgeführten Schaltung muss unbedingt vor jedes Schirmgitter ein 100 Ohm Widerstand eingefügt werden. Gitter 3 ist mit Katode verbunden oder wird über Gitterstopper 1kOhm auf ein Potential von max. +20V gegenüber Katode gelegt, um etwas mehr Ausgangsstrom zu erreichen. Es muss in der praktischen Ausführung die BIAS- und Offset Spannung angeglichen werden. Der Wert von R19 muss an einen Offset: UA=2x Umitte abgeglichen werden. Der Ruhestrom pro Endröhre soll dabei in jedem Fall 90mA nicht wesentlich überschreiten. Dieser kann einfach über R7 gemessen werden. Beim abgreifen dieser Spannung ist ggf. ein 10kOhm Widerstand zwischen Katode und die Messspitze zu schalten, um HF Schwingungen und -Einkopplungen sicher zu vermeiden. Hier ein Schaltbild, welches diese Schutzmaßnahmen zeigt:

schutzschaltung pl519

Viel Spass beim simulieren und vielleicht auch beim aufbauen der praktischen Schaltung wünscht Euch

Mario Benndorf