Direkte Heizung 300B

Direct heated triode 300B
This blog explains how to eliminate the double mains frequency hum caused by the low thermal inertia of the cathode of an direct heated tube.

Vorhergehender Blog
PC86 RL12T15 Darius Loftin White
ECC83 300B Darius Loftin White Einführung
Direkte Heizung 300B
ECC83 als Treiber für die 300B, Bestimmung einer Kennzahl
ECC83 300B Darius Loftin White Fortsetzung
PC86 RL12T15 Darius Loftin White Fortsetzung

Die 300B ist im Gegensatz zur RL12T15 eine direkt geheizte Triode. Der übliche Entbrummer beseitigt bei Wechselstromheizung die Netzfrequenz (50Hz).
Der Heizfaden ist leider doch noch so dünn, dass er den Momentanwerten der Heizleistung thermisch merklich folgen kann. Das bedeutet, er kühlt während der Nulldurchgänge der Heizwechselspannung ab und erwärmt sich während der Halbwellen. Diese Temperaturschwankung ändert die Emissionsfähigkeit der Katode und somit den Katodenstrom. Das macht sich dann als Brumm mit der doppelten Netzfrequenz (100Hz) bemerkbar. Diesen Heizungsbrumm kann der übliche Entbrummer nicht beseitigen. Die einen leben damit, die anderen heizen mit Gleichspannung um keinen Heizungsbrumm zu bekommen. Beides kommt für mich nicht in Frage. Wie man diesen Brumm weg bekommt, will ich zunächst an einem konventionellen SE Verstärker stellvertretend erklären. Dazu habe ich unten eine bewährte 6SN7 300B Schaltung gezeichnet.

In der Regel brummen Verstärker durch die Restwelligkeit auf der Anodenspannung. Diesen Brumm kann man perfekt kompensieren. Beispielsweise bei meiner RL12T15 Loftin White mit dem 10KΩ Poti in Reihe zu Chb, oder in der alten Schaltung mit der Kombination 390KΩ 1µF über das Gitter der RL12T15.
Nun liegt der Gedanke nahe, die Siebung im konventionellen 300B Verstärker gerade so auszulegen, dass der durch die Restwelligkeit verursachte Brumm den Heizfadenbrumm kompensiert. Oder anders gesagt man den Brumm vom Netzteil mit dem Heizfadenbrumm ausgleicht. Das wird tatsächlich oft unbewusst so gemacht und man sieht es der Schaltung nicht ohne weiteres an. Die Treiberstufe, in der Schaltung oben, besitzt kein eigenes Sieb. So kann Brumm von der Versorgungsspannung, über den Spannungsteiler bestehend aus 47KΩ und dem Innenwiderstand der 6SN7 geteilt, an das Gitter der 300B gelangen. Der Übertrager ist zudem über den Innenwiderstand der Endröhre und den Katodenblock geerdet. So wird der Verstärker hinreichend empfänglich für den Brumm auf der Versorgungsspannung. Die Siebglieder im Netzteil sind so ausgelegt, dass dieser Brumm den Heizungsbrumm kompensiert. Mit dem 100Ω Poti (Entbrummer) dreht man den 50Hz Heizspannungsbrumm weg und mit dem 5KΩ Poti den 100Hz Heizungsbrumm. Damit so etwas funktioniert, muss man einen Zweiweggleichrichter verwenden der die Netzfrequenz verdoppelt. Auch die Phasenlage muss im Sinne der Kompensation stimmen. In der praktischen Ausführung genügt, statt des Potis für den Heizungsbrumm, ein entsprechend ausgeprüfter Festwiderstand (in diesem Fall 2K7Ω) parallel zur Siebdrossel.
In der Originalen Loftin White Schaltung ist eine Kompensation des Heizfadenbrumms nicht vorgesehen.

Nun zur ECC83 300B Schaltung.

Die Loftin White Schaltung ist prinzipiell unempfindlich gegen Betriebsspannungsbrumm. Das liegt an dem, Loftin White Schaltungen kennzeichnenden, in sich geschlossenen Ausgangskreis. Dieser besteht aus Röhre (300B) Last (Übertrager mit Lautsprecher) und C2 (60µF). Dieser Ausgangskreis hat keinen Einfluss auf den Eingangskreis da bei Loftin White Schaltungen das Eingangssignal auf dem Katodenpotential der Endröhre schwimmt. Dies erreiche ich in meinen Loftin White Applikationen durch das Kompensationsglied (C"hb", 33KΩ+100KΩ). Bei der RL12T15 als indirekt geheizten Triode, fallen die idealen Werte des Kompensationsgliedes zur Brummkompensation und zum Ausgleich der Spannungsverluste an C2, zusammen. Also wenn man den Brumm kompensiert wird der Frequenzgang, vor allem zu tiefen Frequenzen hin, perfekt linearisiert. Da die 300B aber selbst einen Heizungsbrumm generiert, würde dann ein Abgleich des Kompensationsgliedes auf minimalen Brumm nicht mit den Punkt perfekten Ausgleiches der Signalverluste an C2 übereinstimmen. Aus diesem Grund habe ich die Kompensation des Heizfadenbrumms unabhängig vom Kompensationsglied ausgeführt.

Die Brummkompensationsspannung wird an dem 4,5µF Kondensator abgegriffen. Durch den ausgeprüften Parallelwiderstand von 150Ω wird die Phasenlage für die Brummkompensation genau festgelegt. Über das 5KΩ Poti kann nun die Kompensationsamplitude ohne Veränderung der Phasenlage eingestellt werden. Die Brummkompensationsspannung wird über den 330KΩ Widerstand der Katode der ECC83 zugeführt.
Die Bilder sollen die Wirkung der Kompensation veranschaulichen. Das folgende Bild zeigt das Ausgangssignal des Verstärkers bei Gleichspannungsheizung. Der Schleifer des 5KΩ Kompensationspotis ist an Masse gedreht, der 33KΩ Widerstand in Reihe mit Chb wurde durch ein 100KΩ Poti ersetzt. Nun kann man den Brumm von der Betriebsspannung, wie beim RL12T15 Verstärker, zumindest theoretisch, auf Minimum regeln.


Wie man im Bild sieht, verbleibt aber ein kleiner 100Hz Brumm. Bei der Suche nach der Ursache, bin ich mit dem Stuhl ein wenig zurückgerollt und konnte dabei grosse Amplituden auf dem Oszilloskopschirm sehen. Die in der direkt geheizten Triode aufgespannten Heizfäden schwingen leider bei jeder, noch so kleinen, Erschütterung mit. Selbstverständlich auch von dem mechanischen Brumm (100Hz)des am Chassis befestigten Netztransformators. Um zu zeigen wie sich der Heizungsbrumm auswirkt habe ich unter gleichen Bedingungen die Wechselstromheizung angeklemmt.

Wenn man den 50Hz Brumm mit dem Entbrummer beseitigt hat, bleibt dieser 100Hz Brumm übrig. Er entsteht durch die zu geringe Wärmeträgheit der direkt geheizten Katode. Dieser Brumm ist der Restbrumm der bei Wechselstromheizung aus dem Netztrafo verbleibt, wenn man nicht eine Kompensation dafür vorsieht. Mit dem üblichen Entbrummer lässt sich der 50Hz Brumm der Heizspannung sehr gut unterdrücken. Allerdings nicht alle sonstigen Verzerrungen des Netzsinus. Deshalb sind die Verbleibenden 100Hz Heizungsbrumm nicht völlig sinusförmig. Nach der Kompensation des Heizungsbrumms bleiben diese Störungen übrig.

Wie gross der verbleibende Anteil ist, hängt sehr wesentlich Aufbau von der verwendeten 300B ab. Zur Demonstration habe ich hier die, in dieser Diziplin schlechteste, 300B verwendet. Mit dem Gehör kann man sehr deutlich den Unterschied zwischen 50Hz und 100Hz Brumm hören. Mit dem Ohr unmittelbar an der Lautsprechermembrane und Kurzschlusstecker auf dem Verstärkereingang, dreht man beide Brummfrequenzen auf Minimum.
7.Nov.07
Im nächsten Blog wird die Bootstrap Treiberstufe mit der ECC83, für die 300B, erklärt.





This work is licensed under a
Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 2.0 Germany License.