ForWatt 500 - Bau eines Röhrenverstärkers mit 6x KT120

Sehr interessant und so ausführlich! Vielen Dank allein für die Mühe alles aufzuschreiben! Du hast Dich aber ordentlich damit beschäftigt.
Eine Frage aus Neugier (bitte nicht schlagen, wenn ins Klo gegriffen): wenn eine Endröhre auf der „anderen“ Seite (für die andere „Halbwelle“) ausgefallen wäre, hätte auch der Anteil an k2 zugenommen oder würde was anderes geschehen?
Auf welcher "Seite" die Röhre ausfällt, ob jetzt in Bank A oder in Bank B, das ist unerheblich. In beiden Fällen nimmt k2 zu bzw. tritt im Spektrum dann merkbar in Erscheinung.
Ironischerweise ja genau das, was man Röhren im allgemeinen gerne als typische Eigenschaft zuschreibt und warum sie "nach Röhre" klingt.
In der Gegentakt Röhrenendstufe ist das dagegen eher NICHT gewünscht dass k2 merkbar in Erscheinung tritt.
Daher langt es meist aus für eine Überschlagsrechnung des THD nur anhand von k3 zu rechnen. k2 tritt so gut wie nicht auf, k4 schon gar nicht, und k5 gegenüber k3 allermeist vernachlässigbar. Ob jetzt 2,5% THD rauskommen oder 2,7% weil man k5 mit einbezieht, das ist kaum bedeutsam.
So weit ich mich erinnere, wenn eine Endröhre bei sechs Endröhren ausfällt, k2 hat dann in etwa gleiche Größenordnung an "Dämpfung" wie k3.
Bei vier Endröhren würde es wohl ein wenig anders aussehen falls eine davon ausfallen würde. Da wird k2 (stark anzunehmen) pegelmäßig über k3 liegen.
 
So,

es geht etwas weiter.

Ich habe die Buchsen hinten für die BIAS-Einstellung gewechselt, da die Billigteile weich wurden. Welche im Internet zu finden, die passen und bis mind. 85 Grad temperaturbeständig wind, hat etwas gedauert.

Dann habe ich die Railspannungen vertauscht. Die untere betrug ca. 375V, die obere 445V, damit bringen LTPI und Treiber nicht die erforderlichen Spannungen, bei ca. 33V RMS war Schluß und der LTPI hat begrenzt.

Mit 445V unten und 375V oben habe ich auch 820V bei 6x 50mA Ruhestrom und die beiden letzten Stufen bringen jetzt gut 50V RMS mit Endröhren.

Nervig war, dass die beiden Ausgangsspannungen des LTPI um ca. 3,5 V differierten (hier noch ohne Endröhren und damit keine Gegenkopplung, das ist mit ihnen aber auch nicht anders):

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Dadurch begrenzten trotz Gegenkopplung beide Seiten asymmetrisch und der Klirrfaktor stieg an. Jetzt habe ich mit einem 2,5 MOhm Trimmpoti über dem 82k im LTPI die beiden Seiten so angepasst, dass sie nur noch 0,1-0,3V auseinanderliegen. Damit ist das Ausgangssignal symmetrierter und der Klirrfaktor sinkt. Verschiedene ECC81, ECC82 und ECC83 im PI bringen übrigens unterschiedliche Symmetrie, da spielen die verschiedenen Verstärkerfaktoren der beiden Röhren-Seiten wohl doch mit rein, obwohl behauptet wird, dass ein guter LTPI nicht nur sehr phasenstabil, sondern auch pegelstabil ist.

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Hier ist die Eingangsabschwächung falsch eingestellt (-40dB statt -34dB ), deshalb stimmen die Klirrfaktoren nicht. Bei ca. 470W komme ich auf 5-6%, bei 508W sind es 10%. Mehr ist wohl nicht herauszubekommen, SN liegt zwischen 65 und 70dB. Mit einer Box hört man bei zugedrehten Gain-Reglern, alles andere auf voll (incl. Presence) leises Rauschen und minimales Brummen. Das Brummen nimmt bei aufgedrehtem Gain etwas zu, ist aber nicht der Rede wert.

Frequenzgang mit Mitten 100%, Bass, Treble und Presence ganz zu ergibt folgenden Frequenzgang:

IMG_8800.jpg


Das ist ja fast linear,10kHz ca. -3dB ist ok für Bass, würde ich sagen. Nur der Frequenzgang im Bereich bis 100Hz gefällt mir nicht, da fehlt ein Hochpass ca. -6dB bei 40Hz (umschaltbar 80Hz), damit die Tiefbässe nicht die Leistung fressen.

Mid und Presence auf 0, Bass und Treble auf voll ergibt diesen Frequenzgang:

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Das entspricht dem Fender Tonestack. Die Verbreiterung der Kurve nach oben scheint ein Messartefakt zu sein, da muss ich wohl die obere Messfrequenz auf 40kHz einstellen, die Abtastfrequenz erhöhen und das FFT-Fenster anpassen.

Dieses Quantasylum QA403 ist schon ein tolles Gerät! Leider muss man auch da genau wissen was man tut, sonst gibt es Fehlmessungen, die schwer nachzuvollziehen sind.
 
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Eine Frage (das wurde schon irgendwo mal gesagt, finde ich nicht):

Wenn man einen Hochpass zum Begrenzen der Tiefbässe einbaut, sollte das vorne im Preamp oder hinten vor der Endstufe passieren?

Edit: Sinnvoll wäre wohl vorne, denke ich, also die beiden Kondensatoren vor den 470k Potis anpassen. Bei 470k und 3,9nF wären es ca. 86Hz, verdoppelt auf 7,8nF 43Hz. Dann könnte ich ein Push/Pull-Poti nehmen und umschalten (normal 86Hz, gezogen 43Hz).
 
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Wenn man einen Hochpass zum Begrenzen der Tiefbässe einbaut, sollte das vorne im Preamp oder hinten vor der Endstufe passieren?
Von der prinzipiellen Wirkung her betrachtet ist es egal. Vor dem Preamp hätte den Vorteil eines verbesserten Headroom im Preamp.
Das kann von Vorteil sein, muß es aber nicht, je nachdem wie scharf der Preamp gefahren wird. Es kann das eine besser gefallen, oder auch das andere.
 
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Für eine Gegentaktendstufe ist das ganz generell eigentlich deutlcih zu viel Anteil k2
Da gibt es nur zwei Möglichkeiten, entweder befindet sich die Endstufe bei der Messung bereits deutlich in der Begrenzung UND die Endstufe clippt dabei arg asymmetrisch. Oder aber die Endstufe arbeitet generell asymmetrisch wenn z.B. eine der sechs Endröhren ausfällt, oder die Endröhren zueinander in Bank A und Bank B nicht gut zueinander passen.

Zur Kontrolle und Analyse, ich würde mir den Anteil k2 für niedrigere Aussteuerungen der Endstufe anschauen wollen.

Oder man lässt es wie es ist, gut klingen tut es sicherlich auch so. Womöglich sogar einen Hauch besser als wäre alles "perfekt".

Anmerkung noch, der Kollege ES345 (†) hat damals den THD überhaupt nur anhand k3 ermittelt, eben weil k2 (und daneben k4) bei einer akkurat laufenden (Röhren-)Gegentaktendstufe gegenüber k3 weitgehend vernachlässigbar sind.
 
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Das ist nicht nur die Endstufe, sondern wohl schon der Preamp (oder Stufen davon), der LTPI und der Treiber. Auffallend ist tatsächlich, dass eine Seite der Endstufe mit weniger Strom läuft im oberen Aussteuerungsbereich.

Ich muss nochmal die Micsig Messspitze reaktivieren, um in den Vorstufen messen zu können. Da liegen ja teilweise bis 450V an, viel zu viel für den QA403. Die Micsig kann bei 1:500 bis 1300V ab, liefert aber mehr SN. Für THD-Messungen sollte es reichen, da geht es ja um Verhältnisse. Die hat einen Eingangswiderstand von 10M diff und 5M single, die ist dafür prädestiniert.
 
Matt von Quantasylum hat es erklärt:
Zitat Matt:

Hi @cfortner, yes @MarkT is on to it. An exponential chirp spends as much time sweeping from 20 to 40 Hz (one octave) as it does 10k to 20k (also one octave). So, if we are sweeping at, say 1 octave per second, then the dwell time on each 1 Hz slice in the first octave is 1/20 = 0.05. And the dwell time on each 1 Hz slice in the last octave is 1/10k = 100u.
So, there is 0.05/100u = 500 times more energy in the first octave than the last octave. And so, you are seeing the uncertainty that comes from the much lower energy. You are at 192k, but you are only looking at the first 20 kHz. If you cut your sample rate to 48k, you’ll spend 4X more time at each frequency which should help with noise. And then increasing FFT will help too.
And unless you expect a big difference in EQ at mild versus hot levels of output, you might skip the attenuator and adjust the amp to give about 0 dBV of peak output. And then use 6 or 12 dBV full scale. And once you are satisfied with the shape of the curve at the lower level, crank it up and see how it changes, knowing that the added atten will increase the noise AND uncertainty.

Also wohl kein Schwingen, sondern falsche Messmethode. Werde das mal ausprobieren.
 
Mit anderen Einstellungen sieht es so aus:

Fender Tonestack im ForWatt 500, Mid 100, alle anderen Tone-Regler auf 0

IMG_8818.jpg


Mid 0, Treble und Bass 100, Presence 0

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Mid, Bass und Treble 100, Presence 0

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Alle Tone-Regler auf 100

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Auffällig ist die Zunahme des Klirrfaktors mit einem Kathoden-Bypass-Kondensator in der ersten Stufe.

Ohne Bypass-C:

IMG_8819.jpg


Mit Bypass-C, Spannung und Leistung angepasst:

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Das ist nur die V1-Röhre mit einem Eingangs-Signal von -10dB. Mit Bypass-C nimmt zwar die Verstärkung um 6dB zu, der Klirrfaktor aber auch sehr stark. Und der Klirrfaktor der ersten Stufe ist für den Hauptteil der Verzerrungen unterhalb Vollaussteuerung zuständig.

Um das zu verifizieren, werde ich die einzelnen Stufen mit dem Micsig DP10130 messen. Der hat eine Abschwächung von 1:500 (ca. -34dB ) und kann in dieser Einstellung max. 1300V zwischen den differentiellen Elektroden ab. Damit kann ich alle Stufen durchmessen und muss keine Angst haben, dass ich den QA403 wegen zu hoher Eingangsspannung zerschiesse.

Die Leistungsmessungen mache ich auf dem linken Kanal (gelb), direkt an den Abschwächer im Lastwiderstand angeschlossen.

Die Vorstufen-Messungen mache ich auf dem rechten Kanal (rot), damit ich nicht durcheinander komme.

So sieht die Messanordnung dann aus:

IMG_8829.jpg


Das Kabel am Output R- gibt nur die Masse des QA403 weiter, hier an das Metallgehäuse des Lastwiderstandes, der keinen Bezug zu Ein- und Ausgangssignalen hat.

Das ist der Noisefloor des QA403 mit kurzgeschlossenen Eingängen (das ist schon beeindruckend):

IMG_8824.jpg


Das ist der Noisefloor mit angeschlossenem Micsig DP10130 und offenen Klemmen:

IMG_8825.jpg


Das mit geschlossenen Klemmen:

IMG_8826.jpg
 
Und das ist die Differenz der Noiseflores zwischen der Messung am Lastwiderstand (gelb) und am Micsig (rot):

IMG_8827-1.jpg


So sieht die Messseite des Micsig aus:

IMG_8828.jpg


Allmählich wird es mit dem Messaufbau, die Ergebnisse sehen ziemlich vielversprechend aus.
 

Ohne THD Messung lässt sich der resultierende THD bereits mit guter Näherung anhand der Dämpfung k2 und k3 gegenüber k1 ablesen.

Mit Bypass-C wirkt k2 dominierend für den resultierenden THD mit etwas weniger als -30 dB Dämpfung gegenüber k1, dagegen der resultierende Beitrag von k3 zum Gesamt-THD mit knapp -40dB in dem Moment bereits vernachlässigbar.
Folglich bei knapp -30 dB Klirrdämpfung, resultierender THD etwas größer 3%

Ohne Bypass-C sind k2 und k3 maßgebend für den resultierenden THD. Klirrdämpfung bei beiden deutlich kleiner -40 dB gegenüber k1, resultierender THD <1%

Mit Bypass-C und resultierenden THD >3% sollte etwas "Röhrenfärbung" hörbar werden, und sich damit günstig auswirken hinsichtlich Klangtuning mittels Tuberolling.

Ohne Bypass-C und mit resultierendem THD <1% dann eher wenig (falls überhaupt?) Potenzial gegeben für Klangtuning mittels Tuberolling.
 
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Im Normal-Kanal ist der Bypass-C drin, im Brilliant-Kanal schaltbar.

Werde dann bei Gelegenheit testen, was wie klingt.

Vorher werde ich

1. die einzelnen Stufen vermessen (Gain und THD+N)

2. die Koppelkondensatoren so anpassen, dass ein Hochpass entsteht

3. den Ausgangstrafo und die Ausgänge des Treibers umpolen, um zu sehen, ob die Imbalancen dann besser werden

Das ist alles Feintuning, parallel dazu muss ich die Headshell fertig machen (Befestigungslöcher mittels Schablone ermitteln und bohren, seitliche Klappgriffe anbringen, Gitter anbringen). So in nacktem Zustand ist der Amp nicht gut zu handeln.
 
Nachtrag zu den obigen Messungen:

Der Noisefloor des Messkreises mit dem Micsig DP10130 mit ca. 110dB ist für die Röhrenamp-Messung mehr als genug, der Forwatt 500 hat ca. 70dB SNR und ist an der Box seeehr ruhig.
 
Heute habe ich die Endröhren gezogen und angefangen, mit dem Micsig Abschwächer zu messen.

Irgendwie bin ich noch unsicher mit den dB-Rechnungen, da muss ich mich noch einfuchsen.

Der DP10130 hat eine Abschwächung 1:50 (max. 130V pro Seite) und schaltbar 1:500 (max. 1000V pro Seite, zwischen den Inputs max. 1300V). Das reicht locker für Messungen bis an die Anoden des Forwatt, die ja mit 830V deutlich drunter liegen.

Tricky finde ich die Eingabe der Spannungsverhältnisse in der Software.

Es hat einige Zeit gebraucht bis ich darauf kam, dass ich im Feld dBV den Input auf -54dB einstellen muss (1:500 sind ca. -54dB ). Damit stimmten dann die parallel mit dem Multimeter kontrollierten AC-Werte.

Nächstes Mal werde ich Stufe für Stufe die FFTs aufnehmen. Schon jetzt ist auffällig, dass eine normale Röhren Stufe mit Kathoden-C z. B. 1,4% THD hat, ohne C 0,35%. Das macht den Sound wahrscheinlich interessanter, denn die harmonischen Röhrenverzerrungen machen ja den Röhrensound aus.

Den Brilliant-Eingang des ForWatt 500 habe ich umschaltbar gemacht, da kann man das gut zeigen.
 
Nächstes Mal werde ich Stufe für Stufe die FFTs aufnehmen.
Wobei man da etwas aufpassen muß mit den Ergebnissen die man erhält.
k3 ist geeignet kumulative Wirkung zu haben, von Stufe zu Stufe, k2 dagegen kann sich sogar verringern (zumindest theoretisch betrachtet).
Ich hab das selbst nie durchpraktiziert so wo wie du das meßtechnisch hier jetzt vorhast. Würde an der Stelle aber zumindest im Hinterkopf behalten wollen dass etwas "ungewöhnliche" Ergebnisse entstehen können.
 
Wieso verringert sich K2 wieder?
Jede einzelne Verstärkungsstufe (Kathoden Basis Schaltung) dreht die Phase um 180 Grad. Die Verstärkungskennlinie jeder dieser Stufen verläuft asymmetrisch, und daher kann sich k2 wieder verringern während k3 zunimmt.
Wie stark das wirkt, das hängt von der Aussteuerung in den einzelnen Stufen ab, und natürlich auch davon ob mit Kathoden-C oder ohne, Lage des Arbeitsruhepunktes (Biasing) usw..
Die Kathodenfolger sollten dagegen so gut wie überhaupt keinen Anteil zum THD beitragen. Zumindest nicht in einer Größenordnung bei der man noch von "hörbar" sprechen könnte.

Was mir noch einfällt, da du Frequenzgangmessungen durchführen kannst. Interessant wäre die Messung Endstufenausgang am rein ohmschen Widerstand vers. angeschlossener (Reflex-)Box. Frequenzgangmessung von 50Hz bis 5kHz würde vollkommen genügen.
Mit mehr als 1 Watt Ausgangsleistung wirst du solche Messung allerdings kaum durchführen können, sonst fallen dir ab 1kHz aufwärts bei der Messung womöglich die Ohren ab.
 
Gerade habe ich mit einem 100mV Eingangssignal die einzelnen Stufen durchgemessen.

Auffallend ist, dass der meiste Klirr in der ersten Stufe entsteht, in den nachfolgenden Stufen eher wenig. Und am Ausgeng des 12BH7-Treibers kommen 60V RMS an mit ca. 1,5% THD, allerdings ohne Endröhren. Das sollte eigentlich Fall zum Treiben der Kannen reichen (wenn es mit den KT120 so bleibt).

Input Fender Style ohne Kathoden-C, Generatorsignal 100mV 1kHz:

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Mit Kathoden-C, auf gleiche Ausgangsspannung 1V eingepegelt:

IMG_8983.jpg


am Ausgang der Aufholstufe nach dem Tonestack:

IMG_8985.jpg


Am Ausgang des PI:

IMG_8987.jpg


Am Ausgang des 12BH7-Treibers:

IMG_8989.jpg


Als Beweis die Kontrollmessung mit dem Fluke am Ausgang des Treibers:

IMG_8990.jpg


Das Gleiche werde ich noch mal mit den Kannen messen, damit ich einen direkten Vergleich habe und noch besser feststellen kann, ob die Verzerrungen schon vor der Endstufe entstehen.

Hier noch zum Vergleich die Hiwatt-Schaltung am Eingang (V1a) mit Kathoden-C, etwas mehr Klirr:

IMG_8991.jpg


Was mich irritiert an den Messungen sind die Peaks unterhalb und direkt oberhalb der 1kHz-Welle. Sind das Intermodulationsverzerrugen? Wäre ja heftig.

Edit: Gerade fällt mir ein, dass ich die Ausgänge des Treiber nur nach Masse und nicht zwischen den beiden Ausgängen gemessen habe... Das muss ich nachholen.
 

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