Super Single-Ended



Beim Stöbern nach einem interessanten Bauprojekt bin ich auf den Plan für den "Angela® Super Single-Ended" Amp gestoßen. Dabei handelt es sich eigentlich um einen "aufgebohrten" Princeton® 5F2-A mit einer zusätzlichen 6V6 Endröhre. Vom Original abweichend sind auch zwei Schalter,  mit denen man das Klangverhalten umschalten kann.

Für gerade diesen Verstärker habe ich mich entschieden, ...

Andere "Single Ended Class A" Verstärker entsprechender Leistung sind z.B. der "Univalve® von THD® oder der "TT66", den es bei Tubetown® als Bausatz gibt.

"Single Ended" bedeutet, dass in der Endstufe im Prinzip eine Endröhre (...oder mehrere in Parallelschaltung) für die Verstärkung sowohl der positiven - als auch der negativen Halbwelle des Audiosignals zuständig ist. Das Gegenteil wäre eine "Push-Pull"- oder "Gegentakt"-Endstufe, bei der mindestens zwei Röhren für die abwechselnde Verstärkung der beiden Halbwellen benötigt werden.

Von "Class A" spricht man, wenn der Arbeitspunkt der Röhre in der Mitte des nutzbaren Bereichs der Arbeitskennlinie liegt (...gut erklärt z.B. auf "Jogis Röhrenbude").

Bei einer "Single-Ended Class A" Endstufe werden durch die unsymmetrische Art der Übersteuerung die gradzahligen Harmonischen betont. Die "unmusikalisch" empfundenen ungraden Harmonischen sind nicht so ausgeprägt vorhanden. Das wird oft als "wärmerer" im Klang empfunden. Hässliche Übernahmeverzerrungen hingegen treten gar nicht auf. Soweit die Theorie - ich bin schon mal gespannt...

Beim "Angela Super Single-Ended" ist der ursprünglich im Fender "Princeton" vorhandenen einen 6V6 Röhre eine zweite parallel geschaltet, um die Ausgangsleistung auf ca. 10W zu verdoppeln. Prinzipiell könnte man noch mehr Röhren parallel schalten. Der Strombedarf und damit die Dimensionen des Netztravos und das ganzen Netzteiles nehmen dann allerdings linear zu, und das Ganze wird doch schnell unverhältnismäßig teuer und schwer.


Für den Netztrafo habe ich kalkuliert:
Ia max
2x 47mA
Isg max
2x 7mA
Ia Vorst.
2x 1.5mA

Maximal ist mit etwas über 100mA Gleichstrombelastung zu rechnen. Der zu erwartende Wechselstrom bei nachfolgender Gleichrichtung und Siebung über Kondensator liegt allerdings um etwa 40-50% höher. Der Hammond® 372FX, den ich benutzt habe, liefert 150mA und verfügt auch über eine 5V/3A Wicklung, die für die 5U4 Gleichrichterröhre passt.

Der obligatorische Hinweis: Röhrenverstärker arbeiten mit gefährlich hohen Spannungen. Auch im ausgeschalteten Zustand können im Gerät noch Spannungen vorhanden sein, die eine Gefahr für Leib und Leben darstellen. An so ein Projekt sollte sich nur heranwagen, wer über die nötige Sachkenntnis verfügt.

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Für meine Version des "Super Single-Ended" habe ich einige kleinere Veränderungen geplant:

Als Drossel ist im Schaltplan eine Spule mit 125mA Belastbarkeit vorgesehen. Diese macht hinter dem Abgriff für die Anodenspannung aber keinen Sinn. Hier wird die Drossel lediglich vom Schirmgitterstrom sowie dem Anodenstrom der beiden Vorstufen-Systeme durchflossen. Der Strom sollte an dieser Stelle deutlich unter 20mA liegen. Mehr Sinn macht es, die Drossel direkt hinter dem Gleichrichter anzuordnen. Anders als in einer Gegentakt-Endstufe löscht sich evtl. vorhandenes Rest-Brummen im Eintakt-Übertrager nicht aus. Durch die Parallelschaltung einer weiteren 6V6 wird der Anodenstrombedarf des  Verstärkers  aber nahezu verdoppelt, sodass  die Siebung entsprechend aufwändiger erfolgen muß.

In der Siebkette des Netzteils folgt beim original Priceton® ein 10K Widerstand hinter dem das Schirmgitter der Endröhre angeschlossen wird. Da im Angela Amp zwei Endröhren vorgesehen sind, verdoppelt sich auch der Schirmgitterstrom. Insofern habe ich der Widerstand von 10K auf 4.7K etwa halbiert. Danach folgt ein 22K Widerstand, über den die Betriebsspannung der Vorstufe eingestellt wird.

Im Schaltplan für den SuperSE sind zwei Schalter vorgesehen: "Vox / Twang" und "Bright / Deep". Der erste schaltet den Bypass-Elko in der Kathode der Endröhren. Der zweite schaltet zwischen zwei Bypass Kondensatoren in der Kathode der ersten Vorstufenröhre um. So, wie es im Plan gezeichnet ist, würden die "offenen" Kondensatoren jeweils zu- oder abgeschaltet. Besser ist es, diese Caps über z.B 1M vorzuladen. Dadurch verringert sich der Umschalt-Knacks, denn der Kondensator wird vor der Aktivierung durch den Schalter schon auf den Wert der Spannung am parallel liegenden Widerstand aufgeladen.

Da ich sowohl Gitarren mit Single-Coil Tonabnehmer als auch mit Humbucker spiele, habe ich vom Plan abweichend die üblichen High/Low Eingänge vorgesehen.

Statt der angegebenen zwei 5Y3 Gleichrichter will ich eine 5U4 Röhre einbauen. Die habe ich vom "Pro®" in Reserve und ich möchte nicht so viele unterschiedliche Röhrentypen als Ersatzteile vorhalten.

Ein Standby-Schalter ist nicht eingeplant und ist bei einem Verstärker mit Gleichrichterröhre eigentlich auch nicht unbedingt erforderlich. Man hat mit dieser Röhre ja quasi einen Softstart der Anodenspannung eingebaut. Bei Halbleiderdioden im Netzteil hingegen ist ein Standby-Schalter Pflicht, denn durch Anlegen der vollen Anodenspannung an eine kalte Röhre kann die Kathode beschädigt werden.

Als Ausgangsübertrager habe ich - wie im "Angela"-Plan - den Hammond® 125ESE universal Übertrager vorgesehen.  Damit kann man bei einem Ra von 2.5 / 5 / 10 kOhm Lautsprecher mit 4 / 8 / 16 / 32 Ohm betreiben. Im Schaltplan ist die 2.5kOhm Wicklung benutzt. Ich denke, mit 5kOhm kommt man aber besser hin. Grundsätzlich geht es ja darum, die hochohmige Röhrenseite an den niederohmigen Lautsprecher anzupassen. Da eine Leistung übertragen werden soll, sollte der Lastwiderstand etwa gleich dem Innenwiderstand des Generators sein. Den Innenwiderstand der  Endstufe  kann man grob mit  "Ra =  Ua / Ia" berechnen. Für zwei Röhren gehe ich von ca 80mA Anodenstrom aus bei einer Anodenspannung von ca. 390V:

* ...es wurden dann 350(V) / 70(mA) = 4857(Ohm)

In Sachen Anpassung fährt man also mit einem Ra von 5kOhm wohl besser als mit den vorgeschlagenen 2.5kOhm. Vielleicht sollte man die Sache aber auch nicht so eng sehen und beide Varianten mal ausprobieren.

In Wirklichkeit ist die Last, die der Lautsprecher an der Endstufe darstellt, ja frequenzabhängig. Ausserdem hat der Klirrfaktor bei Ra = Ri ein Minimum. In sofern ermittelt man den optimalen Lastwiderstand idealer Weise für eine Frequenz, bei der das Ohr sensibel für Verzerrungen ist und bei der Pegel im Nutzsignal hoch ist (z.B. 800Hz). Siehe hierzu auch: http://roehrenfibel.files.wordpress.com/2008/07/tafelwerk1.pdf

Das Layout des Turret Boards ist an die o.g. Änderungen sowie an meinen mechanischen Aufbau angepasst.


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...Mitte Januar `09:

Die Teile für den Verstärker liegen vor mir auf dem Schreibtisch. Hier eine Liste (...ohne Gewähr) mit den bestellten Bauteilen.


Alle Teile
Die Teile sind da...

Mein Layout für das Turret-Board und mein Verdrahtungsplan sind fertig. (Achtung Fehler: Der Kathodenwiderstand der Endröhren muss den Wert 270 Ohm haben - nicht 470 Ohm!)


Board Layout
Layout - ca. 60 x 242mm (...für Volldarstellung Grafik anklicken)

Außerdem gibt es eine fertigen Entwurf für die Frontplatte. Die Datei lässt sich mit dem Frontplatten Designer® der Fa. Schaeffer Apparatebau öffnen.

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...Anfang Februar:


Das Board ist gebohrt und die Turrets sind vernietet. Das Board ist spiegelbildlich zum Entwurf aufgebaut, weil es später im Chassis "hängt".


Turretboard
Turret-Board für den SuperSE

Der Wickelkörper des Ausgangstrafos hatte etwa 1mm Spiel auf dem Eisenkern - bestimmt nicht gut, wenn die Wicklung später direkt hinter dem vibrierenden Lautsprecher hängt. Deshalb habe ich die Spule mit einem Keil aus Pertinax® vorsichtig fest gesetzt.


Ausgangsübertrager
Ausgangsübertrager - man sieht den Pertinaxstreifen zwischen Wicklung und Eisenkern

Ganz interessant ist, wie ich finde, auch der Größenvergleich zwischen dem Single Ended Übertrager hier und dem Push-Pull Übertrager (...im Bild links) gleicher Leistung im Deluxe®. Beide Übertrager sind für 15Watt ausgelegt. Aber beim SE Übertrager wird die Spule permanent von einem Gleichstrom durchflossen, der den Kern magnetisiert, sodass das Eisen schneller in die Sättigung gerät. Dies würde gerade bei tiefen Frequenzen zu Verzerrungen führen. Um dem entgegen zu wirken, wird in den Eisenkern ein Luftspalt eingefügt. Die geringere Induktivität der Spule wird durch einen größeren Kern und mehr Wicklungen kompensiert.

Jetzt muss ich mir erstmal einen Plan machen, wie die Teile am besten in das Chassis passen. Da das Blech recht dünn ist, bin ich mir nicht sicher, ob die Senkkopfschrauben, mit denen ich das Board befestigen möchte, außen plan mit der Oberfläche abschließen. Sonst muss ich mir noch 'was überlegen...


Bohrplan
Wo passt welches Teil hin?

Ein paar Punkte, die man in Sachen Mechanik beachten sollte:

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...ein paar Tage später


Die Frontplatte ist da. Sieht wirklich gut aus - wie ich finde...


Frontplatte
Frontplatte

Das Layout dazu findet ihr hier (...zur bearbeitung im "Frontplatten Designer®"). Nach der Fertigstellung hat sichallerdings gezeigt, dass 0.5Ampere/Träge für die Netzsicherung nicht ausreichen. Die Stromaufnahme im Betrieb liegt zwar weit darunter. Wegen des Einschaltstromes ist jedoch eine 1 Ampere Sicherung angebracht...


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...Mitte Februar:


Endlich fertig mit Feilen und Bohren. Mit den passenden Stanzwerkzeugen ginge es ja bequemer. Aber Konfuzius sagt: "Der Weg ist das Ziel" - und da hat er ja irgendwie auch Recht...  :-)


Chassis gebohrt
Durchbrüche und Bohrungen sind geschafft

Um das Chassis später in einem Gehäuse befestigen zu können, habe ich an den Seiten Aluprofile angeschraubt. Die Schraubverbindung erfolgt mit den im Bild gezeigten Käfigmuttern - die gibt's z.B. beim Case-Bauer. Entgegen den ersten Zweifeln ist das Blech doch stark genug, um Senkkopfschrauben benutzen zu können.

Für die "On"-Lampe habe ich eine Lampenfassung genommen, die ich mal auf dem Flohmarkt gekauft habe. Diese Lampen stammen -so wurde mir damals gesagt- aus Schalttafeln der Bahn.


"On" Lampe
Pilot Light

In die Lampe habe ich eine 12V~ / 0,8W LED eingebaut. Die Lampe ist auch an 6.3V~ einigermaßen hell und kann direkt und ohne Vorwiderstand an die Heizspannung angeschlossen werden.

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Ende Februar...


Alle Teile sind auf dem Chassis montiert. Dünner dürfte das Blech aber auch wirklich nicht sein... - Die Trafos haben eine Menge Anschlüsse, die nicht benötigt werden. Die überzähligen Leitungen habe ich möglichst lang gelassen und an der einen Seite des Chassis auf Lötstützpunkte aufgelegt. Wäre ja nicht das erste Mal, dass man einen Amp irgendwann wieder zerlegt und 'was Neues daraus baut...


Innenansicht
Innenansicht

Man sieht im Bild, das das Netzteil und die Eingangsstufe so weit wie möglich auseinander angeordnet sind. Alle Leitungen mit Massekontakt werden auf dem Lötstützpunkt oben / rechts eingesammelt. Der Schutzleiter ist mit selbstsichernder Mutter und Zahnring direkt mit dem Chassis verbunden (...Beschichtung vom Chassis abkratzen). Die Gleichrichterröhre ist primär nochmal extra abgesichert, damit bei einem Schluss der Röhre nicht gleich der Trafo abraucht.  Die Sicherungen sieht man oben/rechts in der Ecke. Der 230V~ Anschluss hat ein integriertes Netzfilter.


das bestückte Board
Das Board ist bestückt

Das Turret-Board ist inzwischen auch bestückt...


innen fertig
Innen fertig

...und eingebaut. Tendenziell ungünstig ist, dass in diesem Fall Röhren und Bedienelemente auf einer Seite angeordnet sind. Der Verstärker soll später auf der Rückseite unten in das Gehäuse eingebaut werden. Dadurch müssen Audioleitungen z.T. die Heizleitungen kreuzen. Deshalb sind die Heizleitungen verdrillt am Boden angeordnet. Die Zuleitungen zu der 12AX7 sind hingegen von oben zugeführt. Die Eingänge und die Zuleitungen zur Klangregelung verlaufen rechts von der Röhrenfassung.


Fertig
Fertig

Amp in the dark
...und warum das ganze? Darum! Foto: W.Misfeldt

Hier schon mal ein paar Messwerte (Leerlauf; Nummern lt. Verdrahtungsplan):


Trafo Nennspannung
Vor Drossel (1)
Nach Drossel (2)
Ug2 6V6 (3)
U Vorst. (4)
Ua 6V6 (5)
Ug1 6V6 (6)
Ua 12AX7 (7)
300V~
353V
347V
311V
276V
340V
-20,8V
180V

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Juli:


Beim ersten Ausprobieren war ich -ehrlich gesagt- nicht so richtig zufrieden mir dem Ergebnis. Für einen Übungsverstärker "für's Wohnzimmer" ist der SuperSE schon relativ laut. Beim Proben mit einer Band muss man hingegen soweit aufdrehen, dass der Sound sehr rauh und geradezu "brutal" wird. Zum Probieren habe ich den Amp erstmal in eine provisorische Spanplattenkiste eingebaut. Als Lautsprecher verwende ich einen Celestion G10S (16Ohm). Meine Deluxe Kopie stand ja aus ähnlichen Gründen auch eine Weile auf dem Schrank. Inzwischen möchte ich den kleinen nicht mehr missen. Vermutlich wird es mir hier irgendwann ähnlich gehen - mal sehen...

Hier ein kurzer Soundeindruck, aufgenommen bei meinem Kumpel Benno Zabel und mit unserer "Breitenstein Blues Band" (...am Bass Joey Kröger). Die Gitarre ist eine Fender Mexico-Classic Tele: Soundbeispiel


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