HiFi mit “P-Röhren” (Prelude)

Null problemo!

Das Problem der »richtigen« Beheizung kennt man ja aus der E-Röhren Fraktion. Was da aber meist unnötiger Bohei ist, ist hier jedoch fast schon elementar, da P-Röhren nicht mehr produziert werden. Wenn weg, dann weg. Endgültig. Da kommt nichts mehr nach. Im Zweifelsfall lieber ein Volt weniger Heizspannung als ein halbes Volt zuviel (was eine richtige P-Röhre ist, nimmt sie das nicht sonderlich krumm).

Und wenn es irgendwie möglich ist, ist das Abmildern des PTC-Effekts eine gute Wahl (Sanftanlauf). Übertreiben muss man aber nicht. Die Betriebsbedingungen damals waren auch nicht ideal. Viele Röhren mit Original 1950’er-Staub und Dreck emittieren noch heute jede Menge Elektronen.

Mir fällt kein anderer Begriff als »PTC-Effekt« ein. Er beschreibt das Durchbrennen des Heizfadens (Glühdraht) im kalten und damit sehr niederohmigen Zustand (sehr hoher Stromfluss). Kennt man ja von Glühbirnen und besonders bei wattstarken Halogenlämpchen. Erst mit zunehmender Erwärmung erhöht sich der Widerstand des Heizfadens.

Wählt man die Trafospannung jedoch etwas höher als die Heizspannungs-Summe aller Röhren und vernichtet diese »Überspannung« mit NTC und Serien-Drahtwiderstand, dann sieht die Sache schon besser aus. Im Einschaltmoment zieht so ein Heizkreis, je nach Anzahl der P-Röhren, locker das fünffache an Strom (bezogen auf 300mA). Auch wenn der Stromstoss nur sehr, sehr kurzzeitig erfolgt – NTC und Widerstand müssen dem gewachsen sein. Ich empfehle hier deshalb den Drahtwiderstand, weil dieser im schlimmstenfall zuerst durchbrennt (durchbrennen sollte). Auch im Betrieb wird dieser Widerstand spürbar warm. Der NTC sowieso. Das muss so.

NTC und Widerstand (bzw. Widerstände) begrenzen den Einschaltstrom und beugen dem Warpkernbruch etwas vor. Brennt der Serien-Widerstand durch, ist bereits etwas faul. Wenn mit Gleichspannung geheizt werden soll – zB. bei Phono-Vorstufen oder Eintakter – muss man die erhöhte Spannung nach dem Gleichrichter und Ladeelko berücksichtigen. Der Gleichrichter darf (muss) hierbei ruhig »etwas« stärker sein. Die Gleichstromheizung ist im übrigen eine reine Abwägungsgeschichte. Der Preisvorteil den die P-Röhren haben, kann allein durch das (übertriebene) Gleichstrom-Netzteil zur Milchmädchenrechnung werden.

Um den PTC-Effekt abzumildern kann man auch den Heizstrom für etwa drei Sekunden durch einen 470Ω-Widerstand leiten. Nach drei Sekunden schaltet ein Relais einen kleineren Widerstand parallel (mittels Timmer-IC NE555)… Kann man alles machen.

Sauberer Gyrator-Strom für alle P-Röhren

Wenn man wirklich einen »sauberen« Strom (zB. für einen Eintaktverstärker) haben will, dazu noch einen »Sanftanlauf«, kommt man um Halbleiter-Getrickse nicht drumherum. Die folgende Schaltung ist so ein Getrickse.

kapazitaetsmultiplizierer

Prinzipiell ist das ein Gyrator – eine Schaltung, die eigentlich dazu dient, eine Induktivität (Drossel) vorzugaukeln (Liebhaber von direkt geheizten Trioden sollten neugierig werden…). Auf einer kleinen Lochrasterplatine passen dann beispielsweise »mal eben« 70 Henry und mehr. Das funktioniert. So einen Gyrator habe ich vor Jahren mal ins Gespräch gebracht. Mittlerweile gibt es »Gyratoren aus der Dose«, sprich Fertigmodule.

Man kann die eigentlich Gyratorschaltung aber auch etwas modifizieren. Dann gaukelt so eine Schaltung ganz viel Kapazität vor – der Kapazitäts-Multiplizierer. So sind selbst 100.000µF und mehr kein Problem. Nochmals: Der Kapazitäts-Multiplizierer wirkt wie eine riesige Kapazität. Ohne deren Nachteile – allerdings auch ohne den Vorteil als Energiespeicher. Deswegen wäre so eine Gyrator-Schaltung im Netzteilzweig für Versorgungsspannung weniger geeignet. Vielleicht noch für »kleine« Verstärker bis etwa 10 Watt. Faustformel für die Kapazitäts-Gaukelei: Kapazität (C) multipliziert mit Stromverstärkungsfaktor des Transistors.

So wie hier beschaltet, wird die Kapazität (C) über den Widerstand (R) aufgeladen. Das dauert. Je grösser der Widerstand oder je grösser die Kapazität, desto länger. Erst wenn der Kondensator zu 60% aufgeladen ist, wird der Transistor leitend. Die Formel hierfür ist die »Tau-Formel«: Kapazität multipliziert mit Ohm. Die maximale Spannung am Gate (bzw. Basis) darf nicht überschritten werden (Blick ins betreffende Datenblatt).

Der Nachteil dieser Schaltung ist neben dem fehlenden Energiespeicherverhalten (die wir hier so auch nicht benötigen) der fehlende Schutz – sie ist nicht Dauerkurzschlussfest. Die abschliessende Siebkapazität darf deshalb auch nicht zu hoch sein (ein »leerer« Elko wirkt wie ein Kurzschluss). Auch die zuvor genannten Serienwiderstände sind hier Pflicht. Neben dem Eigenverbrauch dieser Schaltung ist der gewollte Spannungsabfall an den Widerständen zu berücksichtigen. Der Spannungsabgriff am Netztrafo sollte daher etwa 10 bis 20 Volt höher sein. So hat man nach dem Kapazitäts-Multiplizierer eine höhere Spannung als die Spannungs-Summe aller Heizfäden. Die Widerstände »erledigen« dann den Rest. Der Transistor ist hier unkritisch. Man nimmt, was da ist und der sowohl zur Spannung als auch zum Stromstoss im Einschaltmoment (!) passt. Ein IRF840 o.ä. schafft das. Kühlkörper (evtl. isoliert) ist allerdings auch hier Pflicht.

Übrigens: Alle Kondensatoren weisen die Spannungsfestigkeit in Höhe der Eingangsspannung auf. Das betrifft auch den eigentlichen Gyrator. Auch wenn man eine wesentlich niedrigere Spannung misst – wir haben es hier mit Halbleiter zu tun und Halbleiter kennen keinen »schleichenden« Defekt. Entweder sie leiten halb – oder gar nicht. Den Kollataralschaden eines geplatzten Elkos braucht man nicht und die häufig, zur Sicherheit, eingesetzte 12V-Zenerdiode gaukelt Schutz vor, die nicht da ist.

Wie auch bei den E-Röhren, ist es bei den P-Röhren »lediglich« wichtig, die richtige Hitze des Heizfadens zu erreichen, damit die »richtige« Raumladungswolke entstehen kann. Bei einer Röhre ist aber von jeher der Heizfaden ein sehr toleranter »Schwachpunkt«. Besonders bei NOS-Röhren. Es kann durchaus vorkommen, dass sich zB. bei einer EL34 oder ECC83 (82, 81) die »richtige« Raumladungswolke schon bereits bei 5,5 Volt einstellt und man mit 6,3 Volt unwissentlich die Röhre überheizt, was im Umkehrschluss zu einer erhöhten Röhrenaustausch-Sequenz führt. Kann man vorher nicht wissen – aber falls mal eine Röhre »irgendwie« herumzickt, kann (nicht muss) das daran liegen. Ein seltener Fall, zugegeben, aber es kann vorkommen. P-Röhren sind diesbezüglich »genügsamer« – zumindest in den alten Fernsehern.

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frihu

…hört gerne Musik. Über Röhrenverstärker. Musikrichtung egal. Ausser Jazz, Hip-Hop, House, Metal, Trash, Schlager, Volksmusik, Gangsta-Rap (noch schlimmer, wenn in Deutsch gebrüllt). Da krieg' ich ein Hörnchen. Autor der Bücher: Hören mit Röhren, Röhrenschaltungen und High-End Röhrenschaltungen. Artikel in hifi-tunes (Röhrenbuch 2): Bauteileauswahl für Röhrenverstärker und EL509 Single-Ended Röhrenverstärker im Selbstbau

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