Schirmgittercascode

Den Lesern der Forenfalle dürfte die Blöhbaumcascode sog. BestPentode aus dem Blöhbaum Patent bekannt sein.
Es geht darum, dass Stromverteilungsrauschen bei Pentoden weg zu bekommen. Dafür hat sich Blöhbaum die galvanisch gekoppelte Schirmgittercascode als rauscharmen Pentodenverstärker patentieren lassen.

Leider bringt die als nun BestPentode bezeichnete Anordnung keinen Vorteil gegenüber der galvanisch gekoppelten Cascode Schaltung. Sie ist deshalb kaum auf die üblichen Pentodenschaltungen anwendbar bei denen die Anodenspannung in der Größenordnung der Schirmgitterspannung liegt oder darunter. Anleitung

Die Lösung für dieses Problem ist die wechselstromgekoppelte Cascode Schaltung. Dadurch, dass das Schirmgitter nicht mehr über den "Dreipol" mit Strom versorgt wird, darf dieser auf einem niedrigeren Potential liegen.

So ist es möglich die Kennlinie vom überspannten Bereich an zu nutzen. Damit ist nun die Unterdrückung des Verteilungsrauschens für alle Pentodenverstärkerstufen mit einem sog. "Dreipol" möglich. Stellvertretend habe ich die Schaltung eines Verstärkers mit der Pentode EF86 von einem Tonbandgerät als Simulationsgrundlage verwendet.

Auslegung der Schaltung:

Man bestimme an der Originalschaltung die Anodenspannung beim negativen Spitzenwert des Niederfrequenz-Signals. Das sind in dieser Applikation +12V bei Vollaussteuerung.
Mit dem Basisspannungsteiler stellt man den Transistor so ein, dass sich eine etwas niedrigere Spannung ergibt. Ich habe 10V gewählt. Damit ist sicher gestellt, dass der Transistor ("Dreipol") nicht in die Sättigung kommt. Der Stromausgang des Dreipols ist nicht mit dem Schirmgitter verbunden und das Schirmgitterpotential kann beliebig und unabhängig vom Potential des Dreipols sein. In diesem Fall +50V wie in der Originalschaltung.
 
Die wechselstromgekoppelte Schirmgittercascode unterscheidet deshalb grundlegend von der Patentschaltung und wird von deren Patentansprüchen nicht abgedeckt.

Man bestimme den Schirmgitterruhestrom.
Der Strom durch den Transistor soll mindestens dem Schirmgitterruhestrom entsprechen. R7 wird entsprechend gewählt.

Nun hat man zwei Möglichkeiten. Entweder belässt man den Arbeitswiderstand R1 und mindert den Ruhestrom so weit, dass die Anodenspannung ihren Sollwert, hier +35V bekommt oder man belässt den Ruhestrom und verringert den Arbeitswiderstand entsprechend. Ich habe mich für Letzters entschieden weil ich den Arbeitspunkt der Röhre unverändert beibehalten will. Da die Schirmgittersteilheit sich nun hinzuaddiert, entspricht die Verstärkung der, der Originalschaltung trotz des kleineren Arbeitswiderstandes R5.

Um die BestPentode irgendwie ans laufen zu bringen muss man mit dem Arbeitswiderstand R2 die Anodenspannung über die Schirmgitterspannung ziehen. Dabei muss man einen bitteren Kompromiss zwischen Verstärkungsminderung und Aussteuerungsminderung wählen. Die BestPentode ist in dieser klassischen Pentodenapplikation dem Original in Verstärkungsziffer und oder Aussteuerbarkeit unterlegen.  Um dieser Zwickmühle zu entgehen wählt der Patentinhaber laut dieser Quelle
baddiwad – lab jc
Quote: Frank gets around this in various ways, for example, the above mentioned MTA circuit (folding a “Best Pentode” stage into a P type device that is loaded “downwards”).
einen P-Stromspiegel.

In Arbeit, Fortsetzung folgt ...

Suchbegriffe: Rauscharmer Pentodenverstärker Cascode Kaskode Caskode low noise pentode amplifier screen grid cascode Triode Transistor kapazitiv gekoppelte Cascode AC coupled cascode partition noise

Vermeintlich defekte Endroehren weiter nutzen. Teil 3

Vorhergehender Blog

Für Röhren wie die ECL86 ist die Loftin-White-Kopplung, also die DC-Kopplung zwischen Triodenanode und Steuergitter der Endröhre, der Problemlöser schlechthin.

Durch den höheren Spannungsabfall am Katodenwiderstand, ist dieser hochohmiger auszulegen. Damit wirkt sich die absolute Gitter- und daraus folgend Katodenspannungsänderung infolge Gitterfehlstrom, weit weniger auf den Anodenstrom aus. Nun ist nicht mehr ein relativ hochohmiger Gitterableitwiderstand für das Steuergitterpotential verantwortlich, sondern die Parallelschaltung aus Triodeninnenwiderstand und Triodenarbeitswiderstand. Diese Schaltung hält selbst hartnäckige Endröhren im gewünschten Arbeitspunkt und bietet der Triode Betriebsbedingungen, hohe Kennzahl, von denen Anordnungen mit Koppelkondensator und Arbeitswiderstand nur träumen können.
 Auch in der Schaltung mit Anlaufstrom stabilisiert sich die Triode selbst. Bei altersbedingtem Verlust der Emission sinkt der Betrag der vom Anlaufstrom generierten Gittervorspannung, was die Anodenspannung der Triode konstant hält. Einziger Nachteil ist, dass die höhere Katodenspannung von der Anodenspannung abgezwackt wird.

Ich hatte zuerst mal einen der Stereokanäle auf LW-Kopplung umgebaut um zu hören wie sich das praktisch auswirkt. Und ich habe das nicht bemerkt, allerdings meine ich, dass der Gleichstrom gekoppelte Kanal besser klingt. Also kann ich die Modifikation auf Loftin-White-Kopplung, sofern möglich, nur wärmstens empfehlen.

Vermeintlich defekte Endroehren weiter nutzen. Teil 2

Startpost

 

Mir ist aufgefallen, dass der Steuergitterfehlstrom mit der Verlustleistung des Schirmgitters ansteigt. Man kann ihn also auf unbedenkliche Werte senken, indem man das Schirmgitter entlastet.
Ob und wie weit das möglich ist, lässt sich mit dem Oszilloskop an der Anode schnell prüfen. Dazu das Radio laut drehen. Geht die Anodensignalspannung dabei unter die Kniespannung im Ausgangskennlinienfeld, also in den Stromübernahmebereich, kann man etwas tun. Und zwar sich an das halten, was Barkhausen in seinem Lehrbuch der Elektronenröhren Band 2 Verstärker, lehrt:
"Man darf allgemein nur soweit aussteuern, bis man in das Stromübernahmegebiet hinein kommt, d.h. bis da hin, wo die (IaUa)-Kennlinien für verschiedenes Ug enger zusammenrücken, oder wo die (iaug)-Arbeitskennlinie oben abbiegt und schließlich horizontal verläuft."
 Für die EL41 und die ECL86 sind das etwa 50V. (In dem Gerät ist der Übertrager zu hochohmig ausgelegt und dadurch wird das Schirmgitter überlastet. Klick , Klick )
In solchen Fällen verringert man die Schirmgitterspannung und die Gittervorspannung am Steuergitter Klick so, dass Barkhausen's Forderung erfüllt ist.
Für das Mindern der Schirmgitterspannung benötigt man einen Vorwiderstand und einen Blockkondensator am g2. Häufig lässt sich dafür eine sowieso für die NF-Vorstufe vorhandene Siebkette verwenden. Für die dann erforderliche kleinere Gittervorspannung verringert man den Katodenwiderstand. Da die Ströme und die Anodenspannung dabei unverändert bleiben, sind auch bei dieser Modifikation keine Abstriche in Klang und Leistungsfähigkeit des Radiogerätes zu befürchten.
Den Wert für den Widerstand  vor dem Blockkondensator am Schirmgitter ermittelt man wie folgt: Tongenerator (ca.400Hz Sinus) an den NF-Eingang klemmen und mit dem Oszilloskop an der Anode messen. Eben bis zur Kniespannung an der Anodenseite aussteuern. Nun mit dem Oszilloskop messen wieviel Spannung Ukgs noch zwischen Katode und dem Spitzenwert der Gittersignalspannung bleibt.
Wichtiger Wert aus dem Datenbuch: Der Wert für µg2 der Endröhre. Nach Barkhausen verschiebt sich die Schirmgitterspannung um µg2 multipliziert mit der Steuergitterspannungsverschiebung bei unverändertem Strom.
Der zulässige Spannungsabfall am Widerstand berechnet sich dann zu µg2 mal Ukgs.
Beispiel: Graetz Comedia 05F mit ECL86
Für Ukgs habe ich einen Wert von (etwas über) 1V gemessen. µg2 beträgt laut Datenbuch 21.
URg2= Ukgs x µg2 = 1V x 21 = 21V.
Laut Schaltplan beträgt der Schirmgittergleichstrom Ig2 = 4,5mA. Der Siebwiderstand für das Schirmgitter hat dann:
RSg2 = URSg2 / Ig2 = 21V / 4,5mA = 4K7Ω Schirmgittersiebwiderstand
Mit dem Dreisatz berechnet man den neuen Wert für den Katodenwiderstand.
160Ω x 4,7V / 5,7V = 130Ω Katodenwiderstand
Nun hat man die beiden Widerstandswerte und setzt sie im Gerät sinnvoll ein. Beim Comedia 05F ist das sehr einfach. Man muss lediglich einen Draht umlöten, einen Elko und zwei Widerstände ändern.

(Da geht noch das halbe Milliampere der Triode über den Vorwiderstand. Das ist mir zu wenig um auf 3K9Ω zu gehen.) Für den Elko habe ich einen 10µF 450V verwendet.
Vorher:

Nachher:

Aktualisiert am 12.August 2018
 Teil 3

Vermeintlich defekte Endröhren weiter nutzen. Teil1

Vermeintlich defekte Endröhren weiter nutzen und Röhren vor Überlastung schützen.
Auch nach der Reparatur von Röhrenradios kommt es häufig vor, dass am Gitterableitwiderstand nach einigen Minuten Betrieb ein unzulässig hoher Spannungsabfall auftritt. Damit einher geht folglich ein Anstieg des Anodenstroms und eine Überlastung der Röhre sowie anderer Bauteile (Gleichrichter, Übertrager, Netztrafo) des Apparates.
Das schaukelt sich oft hoch und man sollte immer während des mehrstündigen Probelaufes nachmessen.
Normalerweise ersetzt man eine Endröhre mit diesem Fehler durch eine neue Röhre. Bei einer EL84 ist das kein Problem, bei EL41 und ECL86 muss man dafür schon tiefer ins Portmonee greifen. Ich finde es auch schöner, wenn die Originalbestückung erhalten bleiben kann. Es tut schon weh eine Endröhre, die eigentlich gute Emissionswerte hat, aussortieren zu müssen.
Solche Röhrendefekte treten beispielsweise bei der EL41 nach längerem Betrieb mit defektem Koppelkondensator so gut wie immer auf. Eine EL84 hingegen verträgt dieses Martyrium in der Regel. (Bis auf die Ausführung mit rundem Anodenblech). Bei der ECL86 tritt dieser Fehler auch ohne defekten Koppelkondensator im normalen Betrieb nach Propagandadaten auf. Aus der Reparaturerfahrung heraus, habe ich inzwischen diverse Methoden gefunden, die Röhren weiter zu betreiben. Röhren austauschen kommt bei mir nur noch selten vor.
Tatsächlich begünstigt die Schaltungsumgebung solche Fehlererscheinungen. Der an sich winzige Gitterfehlstrom generiert an einem hochohmigen Gitterableitwiderstand einen zu hohen Spannungsabfall.
Logische Folgerung aus dem Ohm'schen Gesetz heraus: Wenn man den Gitterableitwiderstand niederohmiger macht, tritt der Fehler nicht mehr auf, beziehungsweise kann seine zerstörerische Wirkung nicht mehr entfalten.
Voraussetzung für diese Modifikation: Kein hochohmiges Klangregelnetzwerk zwischen der Treibertriode und der Endröhre.
Der Gitterableitwiderstand wurde in den Röhrenradios so hochohmig wie maximal zulässig dimensioniert, um mit einem kleinen Koppelkondensator aus zu kommen.
Da wir den defekten Koppelkondensator (oft ein Papierkondensator, manchmal auch ein Keramikkondensator) wechseln müssen, können wir auch zu einem höheren Kapazitätswert greifen. Wichtig ist dabei die Zeitkonstante R mal C. Ihr Wert muss beibehalten werden!
Faustregel für den neuen Wert des Gitterableitwiderstandes: Nehme den gleichen Wert, den der Arbeitswiderstand der Triode hat. Das sind für die EABC80 oft 100K bis 220K. Der Ausgangsspannung tut das kaum weh, weil der differentielle Ausgangswiderstand der Triode ri viel niederohmiger als der Arbeitswiderstand R ist.
Für die defekte vorhandene Kombination 10nF (hat Leckstrom) 1Meg (wird gerne auch mal hochohmiger) kann man ohne Abstriche 100nF 100K als Ersatz einlöten. Und siehe da, die vermeintlich defekte Endröhre arbeitet nun einwandfrei. (Gebt acht darauf, auch einen evtl. vorhandenen Gittervorwiderstand entsprechend zu verringern.)

Diese Methode ist bei mir altbewährt, ohne Reklamationen.
Wenn da doch eine hochohmige Klangregelung vor dem Endröhrengitter liegt, muss man einen anderen Weg gehen. Dazu mehr im folgenden Blog. Teil 2
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