Now something completely different: "The 6080 Amp"


Experimental!

Letztes Jahr habe ich eine Kiste mit Röhren geschenkt bekommen, darunter auch einige Leistungstrioden vom Typ 6080. Diese sind eigentlich als Regelröhre für Netzteile gedacht, aber im Internet finden sich auch viele Schaltungen für Audioverstärker, in denen diese Röhre eingesetzt wird. Vergleichstypen sind ECC230, 6AS7 oder die russische 6N13S. In einer Röhre befinden sich zwei Triodensysteme. Im Gegentakt A Betrieb kommt man damit auf eine Ausgansleistung von etwa 8-10 Watt.

Da ich nun wie gesagt ein paar dieser Röhren hatte lag es nah, diese einmal in einem Gitarrenverstärker auszuprobieren.


Amp von vorne
Verstärker von vorne
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Schaltung:

Die verwendeten Röhren sollten natürlich zuerst von ihren Eigenschaften her passen - gleichzeitig sollte das Ergebnis aber auch stimmig aussehen. Insofern habe ich versucht, ausschließlich Oktalröhren zu verwenden. Als Endröhre macht optisch für meinen Geschmack die russische 6N13S die beste Figur. Das ist auch die Röhre, die auf dem Bild oben zu sehen ist.


Vorschau
              Schaltplan
Schaltplan (beachten *1) (...als PDF)

*1) Der Drossel sollte eine Diode in Sperrichtung parallel geschaltet werden!

Im Vergleich zu den hier gezeigten Bildern aus dem Inneren des Verstärkers können sich im Verlauf der Inbetriebnahme nachträglich noch Änderungen ergeben haben!

Im Eingang ist zum Abblocken gefährlicher Spannungen im Fehlerfall der Eingangsröhre ein 22nF Kondensator eingefügt.


Blick auf Eingang
Potis und Eingangsbuchse

Die dann folgende 6SJ7 ist eine für NF geeignete Pentode, die hier in Triodenschaltung eingesetzt wird. Dieser Typ wurde häufig z.B. bei alten Gibson® Gitarrenverstärkern verwendet. Dort kommt man durch die hohe Verstärkung der Pentode oft mit vergleichsweise wenigen Stufen aus. Leider neigt dieser Typ etwas zur Mikrofonie - ein Mangel, der Metallröhren oft nachgesagt wird. Das russische Equivalent ist die 6SH8. Nach meinen ersten Erfahrungen habe ich mir eine Sylvania 6SJ7WGT besorgt. Diese funktioniert als Eingangsröhre deutlich besser!


Röhrenschachteln mit 6SJ7
...einige 6SJ7

Der folgende Lautstärkeregler ist zur Anhebung der hohen Frequenzen mit einem Kondensator von 100pF überbrückt. Das Bauteil habe ich nachträglich eingefügt, weil der Verstärker für meinen Geschmack etwas höhenarm war. Hier könnte man auch ein Push-Pull Poti einbauen und die Höhenanhebung abschaltbar machen.

An der Position der 6SL7 hatte ich ursprünglich eine 6SN7 vorgesehen. Damit war die Gesamtverstärkung allerdings zu gering und erst bei voll aufgedrehtem Volumenregler begann der Amp leicht zu verzerren. Nun klingt der Verstärker wesentlich dynamischer.


Sockelverdrahtung nah
Detail "Röhrenfassung"

Die Vorlage für den Tonregler habe ich auf den Seiten von "Adam's Amps" gefunden. Bei Garnet® Amps hat man diese Klangregelung benutzt und Gibson® hat ebenfalls diese Schaltung verwendet. Die Höhendämpfung funktioniert hier genau so, wie z.B. beim Tweed Deluxe. Allerdings hat man in der anderen Drehrichtung eine aktive Höhenanhebung (...die Höhen werden aus der Gegenkopplung der Stufe heraus genommen).


Sockelschaltung 6SJ7
Sockelschaltung 6SN7 und 6SL7
...und 6SL7
Sockelschaltung 6AS7

Die Phasenumkehr wird von insgesamt drei Triodensystemen vorgenommen. Zuerst kommt der eigentliche Phasendreher in Kathodynschaltung. Die beiden phasengedrehten Signale werden dann noch einmal von der nachfolgenden 6SN7 verstärkt. Die Endtrioden benötigen für Vollaussteuerung eine Eingangsspannung von etwa 250V Gitter-zu-Gitter!

Im Zusammenhang mit der Kathodynschaltung bin ich auf zwei Phänomene gestoßen (Quelle: "Valve Wizard"):

Beim Betrachten eines eingespeisten Sinus mit dem Oszilloskop konnte man bei einsetzender Übersteuerung der nachfolgenden Stufe sehen, dass auf der Anodenseite des Phasendrehers oben auf der Sinuskurve eine Spitze anwuchs. Akustisch erschien das Eingangssignal wie oktaviert. Nach längerer Suche im Netz habe ich die Erklärung dafür gefunden. Durch die Übersteuerung der nachfolgenden Stufe setzt dort Gitterstrom ein. Auf der Kathodenseite der Kathodynstufe läd der dadurch entstehende Spannungsabfall über dem Gitterableitwiderstand den Koppelkondensator auf. Dadurch kommt es am Kathodenwiderstand des Phasendrehers zu einer Arbeitspunktverschiebung und die Verstärkung der Stufe nimmt sprunghaft zu.

Bei Class A/B Verstärkern ist dieses Phänomen im Ausgang nicht zu sehen, weil die zugehörige Endröhre gerade nicht aktiv ist (Cut-Off). Hier, beim Class A Verstärker schlägt dieses Verhalten jedoch bis zum Lautsprecher durch. Abhilfe schaffen die zwei nachträglich eingefügten 100K Gridstopper im Eingang der 6SN7.

Bei Übersteuerung der Kathodynstufe selbst treten unschöne Verzerrungen auf, die ebenfalls durch Einfügen eines -in diesem Fall- 470K Widerstandes als Gridstopper reduziert werden. An dieser Stelle ist übrigens nicht mit einer nennenswerten Beschneidung der Höhen zu rechnen, wie es durch das Zusammenwirken mit der "Miller Kapazität" sonst der Fall wäre. Die Verstärkung der Stufe ist ja < 1 und dadurch beträgt diese störende Kapazität bei der Kathodynstufe auch nur wenige pF.


Ansicht der Roehren
Die Röhren aus der Nähe...

In einem früheren Stadium hatte ich für den gemeinsamen Kathodenwiderstand der beiden Systeme der 6SN7 820Ohm vorgesehen, entsprechend einer Gittervorspannung von -8V. Damit klang der Verstärker sehr clean und die Verzerrungen setzten bei höherer Aussteuerung mehr oder weniger abrupt ein. Durch die Vergrößerung des Widerstandes auf 1KOhm ist der Einsatz der Verzerrungen deutlich dynamischer geworden. Ich vermute, dass durch die erhöhte Aussteuerbarkeit nun auch die Endröhren leicht übersteuert werden.

Als Endröhre kommt eine 6AS7 (bzw. hier 6N13S) Doppeltriode zum Einsatz. Die benötigte Gittervorspannung von ca -130V wird über Kathodenwiderstände automatisch erzeugt. Pro Triode  beträgt die Belastung des Kathodenwiderstandes ca. 7W. Auch aus mechanischen Gründen habe ich vier Hochlastwiderstände zu je 5KOhm/20W benutzt. Die werden im Betrieb dann auch recht warm. Bei der ersten Version des Verstärkers ergab sich bei einer Betriebsspannung von 376V und einem Kathodenwiderstand von 2K5 Ohm je Triode eine Anodenverlustleistung von knapp unter den für die 6AS7 erlaubten 13W:

(Ub - Urk) x (Urk / Rk) = Ua x Ia = Pav *

(376V - 127V) x (127V / 2500Ohm) = 12,65W

*) Gitterstrom mal vernachlässigt...; Ub = Betriebsspannung, Urk = Spannung am Kathodenwiderstand, Rk = Kathodenwiderstand, Ua = Anodenspannung, Ia = Anodenstrom, Pav = Anodenverlustleistung

Dieser Wert ist hart an der Belastungsgrenze der Röhren und brachte die Anodenbleche schon leicht zum Glühen. Nach Reduzierung der Trafospannung um ca 10V~ ergab sich folgendes Bild:

(362V - 129V) x (129V / 2500Ohm) = 12,02W

Diese Verringerung der Anodenverlustleistung sieht nach wenig aus, entspricht aber etwa 5% und reicht aus, die Röhre sichtbar zu entlasten - allerding bei Verlust von ca. einem Watt Ausgangsleistung.


Kathodenwiderstände
Kathodenwiderstände

Beim Netzteil sind alle benutzten Wicklungen intern noch einmal abgesichert. Die Heizspannung ist auf ca. 60V "hochgelegt", denn für die 6SL7 sind max. 100V Spannungsdifferenz zwischen Kathode und Heizung erlaubt. Das Hochlegen soll auch Brummeinstreuungen durch die Heizspannung minimieren. An Stelle der im Schaltplan vorgesehenen 1N4007 Dioden habe ich einen fertigen Brückengleichrichter benutzt (...zu sehen unten/halb-links). Die Widerstände zur Einstellung der Betriebsspannungen der Vorstufenröhren sind direkt an den Elkos angelötet. Der obere Becherelko im Bild beinhaltet die Bypasskondensatoren der Kathodenwiderstände der Endtrioden.

Als Drossel ist eine Hammond 193J eingebaut, die mit 200mA belastbar ist. Eine 193G mit 150mA hätte es auch getan. Der Netztrafo ist ein N2 von Welter. Der liefert max. 200mA für die Betriebsspannung und 4A für die Heizung der Röhren. Als Fausformel wird angenommen, dass die Wechselstrombelastung der Netztrafos etwa 40-50% über der erwarteten Gleichstrombelastung liegen soll. Diese beträgt in diesem Fall etwa 120mA - damit sollte der Trafo ausreichend dimensioniert sein. Der Heizstrom aller Röhren zusammen beträgt 3,7A und liegt damit ebenfalls unter der Belastungsgrenze des N2.


Blick auf das netzteil
Netzteil

Der Wirkungsgrad der Verstärkers ist-vorsichtig gesagt- eher bescheiden...

Heizung:            6,3V x 3,7A = 23,3W
Schaltung:        262V x 120mA = 31,4W

Rechnet man Trafoverluste noch dazu, werden nach dieser Überschlagsrechnung etwa 60W Leistung "verbraten" um lediglich 8W an den Lautsprecher abzugeben. Nach Svetlana Datenblatt für die 6AS7 sollen bei höherer Anodenspannung auch 10W Ausgangsleistung erreichbar sein. Meine 6N13S bekamen da bei dem gegebenen Kathodenwiderstand schon rote Backen...


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Layout:

Vorschau
                Layout
Layout (...als PDF)


Dem Layout liegen unter Anderem folgende Überlegungen zu Grunde:

  • Die Trafos sind in ihren Achsen gegeneinander verdreht angeordnet, um elektromagnetische Kopplung zu vermeiden
  • Die Elkos sind so platziert, dass sie nicht zu warm werden
  • Die Befestigung des Netztrafos ist mechanisch verstärkt, um das Gewicht abzufangen
  • Die Heizleitungen liegen möglichst weit entfernt von den Gitterleitungen, um Brummeinstreuungen zu vermeiden
  • Die Röhrensockel sind so gedreht, dass die Heizleitungen von der Audioschaltung abgewandt sind
  • Netzteil und Audioteil sind räumlich von einander getrenntEs gibt einen Massebus, der lediglich an der Kathode der ersten Stufe mit dem Chassis verbunden ist
  • Nicht benötigte Leitungen der Trafos sind an Lötstützpunkten befestigt
  • Die Wege von der Lötleiste zu den Röhrenanschlüssen sind möglichst kurz gehalten
  • Die Lötleiste ist weitgehend kreuzungsfrei ausgelegt
  • Bei den Wickelkondensatoren ist der Anschluss mit der Aussenseite der Folie nach Masse verdrahtet (...in den Fotos mit einem Filzstiftpunkt gekennzeichnet)

Überblick
Das Innere im Überblick

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Lautsprecher:

Wegen der geringen Ausgangsleistung des Verstärkers sollte man bei der Auswahl des Lautsprechers besonderes Augenmerk auf den Wirkungsgrad legen. Ich habe drei unterschiedliche Chassis ausprobiert:

1.) TT "Top 10" (Tubetown "Hausmarke")
2.) Jensen Ch 10/70
3.) Eminence Guitar Legend 105-10"/75

Der Tubetown® Top 10 ist bestimmt kein schlechter Lautsprecher. Außerdem ist er unschlagbar günstig im Preis. Für dieses Projekt hat er mir allerdings nicht gefallen. Der Ton tendierte Richtung "dumpf" und es gab unschöne Verzerrungen in den Bässen. Ausserdem fällt er -verglichen mit den anderen beiten Typen- hinsichtlich des Wirkungsgrades etwas ab.

Mit dem Jensen® hatte ich bei meinem "EL42" Amp gute Erfahrungen gemacht. An diesem Verstärker klingt er allerdings matt und farblos - es fehlt sowohl an Glanz als auch an Fundament.

Der Eminence® Lautsprecher scheint eine gute Wahl zu sein. Der Klang ist rund und ausgewogen und dabei auch noch vergleichsweise laut. Das ist das Chassis, das bei den Aufnahmen weiter unten zu hören ist.

Möglicher Weise liegt es an der Triodenendstufe, dass Jensen und TT ihre Qualitäten hier nicht zeigen können. Trioden neigen ja aufgrund ihres niedrigeren Innenwiderstandes dazu, Resonanzen des Lautsprechers zu bedämpfen. Sowas wie der "Charakter" eines Chassis wird dadurch tendenziell unterdrückt.

Eventuell hilft zu Erklärung aber auch ein Blick auf den Frequenzgang:


Frequenzgang Eminence
Frequenzgang Jensen
Eminence® Guitar Legend 105-10"/75
(Quelle: Datenblatt des Herstellers)
Jensen® Ch 10/70
(Quelle: Datenblatt des Herstellers)

Der Eminence® ist zwischen etwa 100Hz und 600Hz recht ausgeglichen und zeigt dann eine starke Betonung bei 2700Hz. Der Jensen® hingegen hat zwischen 150Hz und ca. 800Hz eine ausgeprägte Senke, darüber aber auch keinen so ausgeprägten Anstieg wie sein Konkurent. Ich denke, dass gerade ein Lautsprecher mit einer guten Höhenbetonung besser zum eher "warmen" Klirrspektrum der Trioden passt.


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Sound:

Hier ein paar Klangeindrücke vom "6080" - eingespielt mit einer Fender® Mex. Telecaster®. Der Lautsprecher ist in ein provisorisches Gehäuse eingebaut. Die Aufnahmen sind mit einen Tascam® DR-05 in etwa einem Meter Abstand gemacht. Mit Audacity ist etwas Raum zugefügt - und was da raschelt, ist mein Cachon...


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...weitere Bilder:


Lötleiste aus der
                        Nähe
...aus der Nähe


Röhrenfassungen
Röhrenfassungen und Kathodenwiderstände


Blick ins Innere
Letzter Blick ins Innere

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Gehäuse...

...gibt's später! Hier aber schon mal zum Herunterladen das Layout der Frontplatte im Frontplatten Designer-Format (...passend für Tubetown Chassis Typ 005) und dazu ein tolles...

Tube Chart
...Tube Chart zum Ausdrucken und Einkleben!

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