Uebertrager und Lautsprecher

[Felix Opatz]

Hallo Leute,

ich habe mir vor einiger Zeit das Buch "Röhren-Projekte von 6 bis 60V"
gekauft, und nun eine Radio-Schaltung nachgebaut. Dabei habe ich
festgestellt, daß es mir wohl an ziemlich grundlegenden Kenntnisse zum
Thema Lautsprecher und Kopfhörer mangelt.

Die interessante Stelle der Schaltung ist diese hier:
http://www.zotteljedi.de/linked/2006-02-24_endstufe.gif

Ich habe mal mit einem Oszilloskop nachgemessen, und vor dem Übertrager
eine Amplitude von 2 Volt Spitze-Spitze gemessen, während hinter dem
Übertrager 0,2 Volt Spitze-Spitze anliegen. Wenn ich das 10:1 richtig
deute, ist das ja sorum gedacht.

Meine Frage jetzt: warum ist es dann lauter? Mein derzeitiger
Wissensstand: im Kopfhörer wird was elektromagnetisches veranstaltet,
und die Stärke des von einem E-Magneten erzeugten Feldes ist AFAIK
abhängig davon, wie viel Strom fließt (H = I * n/l). Mache ich die
Spannung größer, der Widerstand der Windungen bleibt gleich, fließt mehr
Strom -> magnetische Wirkung ist stärker. Alternative ist Erhöhung der
Windungszahl, was aus naheliegenden Gründen nicht geht.
Aber wieso setze ich den Übertrager jetzt sorum ein, daß er die Spannung
zehntelt? Versuch macht kluch, stecke ich den Kopfhörer vor dem
Übertrager an, ist die Lautstärke tatsächlich kleiner. Also in kurz
ungefähr: was macht einen Lautsprecher laut?

Ich weiß nun, daß der Innenwiderstand (= Ausgangswiderstand?) einer
Röhre erheblich ist, und da irgendwas in der Größenordnung von 1-10 mA
je nach Anodenspannung zu erwarten ist. Ich mache meine Versuche mit
12-30 Volt Anodenspannung, und bei 30 ist schon erheblich mehr
Lautstärke zu verzeichnen, als bei 12, die Welt ist also in Ordnung. ;-)

Das bringt mich zur nächsten Frage, die gefühlsmäßig schon in die
richtige Richtung gehen sollte: warum verändert ein Transformator den
Widerstand (bzw. die Impedanz) von irgendetwas? Ich kenne Trafos bisher
von der Modelleisenbahn, und da war's immer ganz klar: Viel V wenig mA
rein, wenig V und viel mA raus. R = U/I ist klar, aber kann man sich das
auch anschaulich machen? Oder besser noch: mir anschaulich machen?

Weiterhin meinte jemand, daß die Lautstärke größer wird, wenn ich
anstatt des popeligen Audio-Übertragers einen Netztrafo nehmen würde,
wie es in dem Buch auch (jedoch aus Kostengründen) empfohlen wird. Sowas
vom Kaliber 18 V, 4,8 VA. Mir fehlt im Moment allerdings ehrlich gesagt
ziemlich die Vorstellungskraft, warum *das* etwas ändern sollte.

Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen, oder mich zumindest mit ein paar
passenden Begriffen bombardieren, an denen ich mich weiterhangeln kann.
Vermutlich bin ich schon irgendwie auf der richtigen Spur, nur müssten
die Brocken etwas in die richtige Ordnung gebracht werden. Nur ungern
würde ich meine Basteleien mit Halbwissen fortfahren, sonst habe ich
nach der nächsten Abbiegung nur noch Viertelwissen, dann Achtelwissen,
dann...

Gruß,
Felix

 

Hallo Felix,
[tssss.... da vergleicht doch tatsächlich jemand einen
Röhrenverstärker mit einer Modelleisenbahn... ;-)]

Der Ausgangstrafo macht eine Impedanzanpassung des sehr hochohmigen
Verstärkerausgangs an die sehr niederohmigen Lautsprecher. Wenn du den
Kopfhörer vor dem Trafo anklemmst (hast du das wirklich gemacht? Und
alles ist heil geblieben??) und gleichzeitig die Spannung misst, wirst
du festzustellen, dass die 2V auf irgend etwas ziemlich kleines (>
0,2V) einbricht. Daher ists so leise!

Merke:
1. Röhrenverstärker liefern viel Spannung aber wenig Strom - wenn man
mehr Strom rauszieht, als drinnen ist, bricht die Spannung zusammen und
es kommt im Endeffekt noch weniger raus.
2. Lautsprecher brauchen wenig Spannung, dafür aber viel Strom.
3. Daher man baut einen Trafo dazwischen, der die viele Spannung
runtertransformiert und statt dessen aber den Strom hochtransformiert.
-> jetzt sind alle Beteiligten glücklich

Andreas

 

[Felix Opatz]

andreasbeermann@lycos.de wrote:

Der Ausgangstrafo macht eine Impedanzanpassung des sehr hochohmigen
Verstärkerausgangs an die sehr niederohmigen Lautsprecher. Wenn du den
Kopfhörer vor dem Trafo anklemmst (hast du das wirklich gemacht? Und
alles ist heil geblieben??) und gleichzeitig die Spannung misst, wirst
du festzustellen, dass die 2V auf irgend etwas ziemlich kleines (
0,2V) einbricht. Daher ists so leise!

Leuchtet ein. Es ist übrigens alles heil geblieben, aber bevor hier das
Gerücht aufkommt, daß ich professionelle Audio-Hardware quälen würde: es
handelt sich um die Hälfte eines 2-Euro-Ohrstöpselpaars.

Merke:
1. Röhrenverstärker liefern viel Spannung aber wenig Strom - wenn man
mehr Strom rauszieht, als drinnen ist, bricht die Spannung zusammen und
es kommt im Endeffekt noch weniger raus.

Kann ich mit einem zwischengeschalteten Multimeter messen, wie viel mA
man da rausziehen kann? (Seit ich vor vielen Jahren mal eins gehimmelt
habe, "wie viel Strom ist wohl in dieser Alkali-Batterie drin", bin ich
etwas vorsichtiger geworden.)

Ich betreibe das ganze zur Zeit an einem Netzgerät, das den Strombedarf
mit 2 Stellen hinter dem Komma anzeigt, und weil offensichtlich beide
Hälften der ECC81 zusammen < 10 mA brauchen, sehe ich an der Anzeige nichts.

2. Lautsprecher brauchen wenig Spannung, dafür aber viel Strom.

OK, so eine Information habe ich gesucht, vielen Dank!

3. Daher man baut einen Trafo dazwischen, der die viele Spannung
runtertransformiert und statt dessen aber den Strom hochtransformiert.
-> jetzt sind alle Beteiligten glücklich

Allerdings sind sie das. Aber meine Röhre ist noch ein bißchen
unglücklich, glaube ich: die Heizung läuft aus einem 6 Volt Bleiakku
(war mal ein alter Handstaubsauger, ein knuffiges Ding), und wenn der
Heizdraht noch kalt ist, und ich den Akku anhänge, leuchtet es ein paar
Augenblicke wie eine kleine Glühbirne (also nicht stark, aber deutlich
sichtbar), während die Heizdrähte danach im Betrieb nur schwach rot
glimmen. Wenn ich die Heizung über das Netzgerät versorge, springt es
kurz in die (niedrig eingestellte) Strombegrenzung, und bei diesem
Anheizvorgang leuchtet nichts.

Geht das arg auf die Lebenszeit des Heizdrahts? Sollte ich da im
Akku-Betrieb eine Strombegrenzung vorsehen? Wie am dümmsten, kleine
Drossel in die Leitung? Der Heizstrom ist ca. 0,3 A, aber später kommt
vielleicht noch eine andere Röhre als Endstufe dazu, die 0,76 A sehen
will (EL84).

Gruß,
Felix

 

[Dieter Wiedmann]

Felix Opatz schrieb:

Allerdings sind sie das. Aber meine Röhre ist noch ein bißchen
unglücklich, glaube ich: die Heizung läuft aus einem 6 Volt Bleiakku
(war mal ein alter Handstaubsauger, ein knuffiges Ding), und wenn der
Heizdraht noch kalt ist, und ich den Akku anhänge, leuchtet es ein paar
Augenblicke wie eine kleine Glühbirne (also nicht stark, aber deutlich
sichtbar), während die Heizdrähte danach im Betrieb nur schwach rot
glimmen. Wenn ich die Heizung über das Netzgerät versorge, springt es
kurz in die (niedrig eingestellte) Strombegrenzung, und bei diesem
Anheizvorgang leuchtet nichts.

'Schwach rot' klingt nach zu kalt, miss mal die Heizspannung im Betrieb.
Das klingt so als ob eine Zelle deines Akkus kurz vor Exitus ist, für
kurze Zeit reichts noch 6V zu liefern, dann bricht die Spannung
zusammmen.

Geht das arg auf die Lebenszeit des Heizdrahts? Sollte ich da im
Akku-Betrieb eine Strombegrenzung vorsehen? Wie am dümmsten, kleine
Drossel in die Leitung? Der Heizstrom ist ca. 0,3 A, aber später kommt
vielleicht noch eine andere Röhre als Endstufe dazu, die 0,76 A sehen
will (EL84).

Strombegrenzung ist nicht nötig. Röhren, deren Bezeichnung mit 'E'
beginnt, betreibt man mit definierter Heizspannung (üblich sind 6,3V
oder 12,6V), basta.


Gruß Dieter

 

[Alfred Gemsa]

Felix Opatz schrieb:

Das bringt mich zur nächsten Frage, die gefühlsmäßig schon in die
richtige Richtung gehen sollte: warum verändert ein Transformator den
Widerstand (bzw. die Impedanz) von irgendetwas? Ich kenne Trafos bisher
von der Modelleisenbahn, und da war's immer ganz klar: Viel V wenig mA
rein, wenig V und viel mA raus. R = U/I ist klar, aber kann man sich das
auch anschaulich machen? Oder besser noch: mir anschaulich machen?

Beispiel:

Auf der Sekundärseite hast du einen 10Ohm-Lautspecher, der mit 10V/1A
betrieben wird (P=10W).

Mit einem 10:1 Übertrager hast du auf der Primärseite demzufolge 100V.
Da ein Trafo leistungsinvariant ist, fließt bei 10W ein Strom von 0,1A.

Deshalb R=100V/0,1A=1kOhm primärseitig.

Durch deinen Trafo wird R also sogar quadratisch transformiert. Was auch
klar ist: Spannung 10fach rauf, Strom 10fach runter.

Alfred

 

[Felix Opatz]

Dieter Wiedmann wrote:

Felix Opatz schrieb:


Allerdings sind sie das. Aber meine Röhre ist noch ein bißchen
unglücklich, glaube ich: die Heizung läuft aus einem 6 Volt Bleiakku
(war mal ein alter Handstaubsauger, ein knuffiges Ding), und wenn der
Heizdraht noch kalt ist, und ich den Akku anhänge, leuchtet es ein paar
Augenblicke wie eine kleine Glühbirne (also nicht stark, aber deutlich
sichtbar), während die Heizdrähte danach im Betrieb nur schwach rot
glimmen. Wenn ich die Heizung über das Netzgerät versorge, springt es
kurz in die (niedrig eingestellte) Strombegrenzung, und bei diesem
Anheizvorgang leuchtet nichts.


'Schwach rot' klingt nach zu kalt, miss mal die Heizspannung im Betrieb.
Das klingt so als ob eine Zelle deines Akkus kurz vor Exitus ist, für
kurze Zeit reichts noch 6V zu liefern, dann bricht die Spannung
zusammmen.

Leerlaufspannung: 6,37 V

| U_beginn | I_beginn | U_5min | I_5min
-------+----------+----------+--------+--------
ECC81 | 6,30 V | 0,35 A | 6,26 V | 0,34 A
EL84 | 6,20 V | 0,78 A |

Das macht dann noch 2,1 V pro Zelle, falls alle gleich voll sind (ich
wüsste nicht wieso nicht, ist übrigens eine "Shengwei 3FM4.5 Valve
Regulated Sealed Lead Battery"). Ich würde es jedenfalls nicht als
zusammengebrochen bezeichnen.

Wenn ich das Teil bei 2,3 Volt pro Zelle = 6,9 Volt ans Labornetzteil
hänge, kann ich zusehen, wie der Ladestrom von 1,1 A auf 0,8 A
runterfällt, Tendenz weiterhin fallend, hat z.B. etwa 2 Minuten von 0,80
bis 0,70 A gebraucht. Ich lass das jetzt aber erstmal, bis mir jemand
sagt, woran ich erkenne, daß ich aufhören muß...

(Keinerlei Erwärmung feststellbar, 4.5Ah Kapazität)

Geht das arg auf die Lebenszeit des Heizdrahts? Sollte ich da im
Akku-Betrieb eine Strombegrenzung vorsehen? Wie am dümmsten, kleine
Drossel in die Leitung? Der Heizstrom ist ca. 0,3 A, aber später kommt
vielleicht noch eine andere Röhre als Endstufe dazu, die 0,76 A sehen
will (EL84).


Strombegrenzung ist nicht nötig. Röhren, deren Bezeichnung mit 'E'
beginnt, betreibt man mit definierter Heizspannung (üblich sind 6,3V
oder 12,6V), basta.

Alles klar, danke!

Ich habe hier mal drei Fotos gemacht, falls man anhand derer eine
Aussage bezüglich der absoluten Helligkeit wagen möchte. Der Reflex auf
der Röhre ist ein Flachbildschirm in ca. 40 cm Entfernung, als groben
Anhaltspunkt. Die EL84 ist so hell, daß man bei Lampenlicht sagen kann
"ist an", bei der ECC81 ist dann trotz genauem Hinsehens nicht mehr
feststellbar, daß der Heizfaden glüht.

http://www.zotteljedi.de/linked/2006-02-24_ecc81.jpg [ 9,8 KB]
http://www.zotteljedi.de/linked/2006-02-24_el84_1.jpg [15,8 KB]
http://www.zotteljedi.de/linked/2006-02-24_el84_2.jpg [14,4 KB]

Gruß,
Felix

 

[Felix Opatz]

Alfred Gemsa wrote:

[...]

Beispiel:

Auf der Sekundärseite hast du einen 10Ohm-Lautspecher, der mit 10V/1A
betrieben wird (P=10W).

Auf ein paar Lautsprechern ist die Impedanz aufgedruckt, aber bei meinem
Ohrhörer z.B. nicht. Woher weiß ich jetzt, welchen Wert ich annehmen
muß? Gleichstromwiderstand ist 34 Ohm, aber das wird sich bei
Wechselspannung ja deutlich erhöhen, nehme ich an. Oder sind die Angaben
auf Gleichstrom bezogen?

Mit einem 10:1 Übertrager hast du auf der Primärseite demzufolge 100V.
Da ein Trafo leistungsinvariant ist, fließt bei 10W ein Strom von 0,1A.

Deshalb R=100V/0,1A=1kOhm primärseitig.

Durch deinen Trafo wird R also sogar quadratisch transformiert. Was auch
klar ist: Spannung 10fach rauf, Strom 10fach runter.

OK, danke. Wenn man jetzt einen "echten" Röhrenverstärker (also mit
potentiell tödlicher Anodenspannung, weshalb ich Hasenfuß da auch die
Finger von lasse ;-)) aufbaut, mit z.B. der EL84, die einen maximalen
Anodenstrom von 48 mA hat, dann liegt das Geheimnis der großen Leistung
also in der hohen Spannung von 250 Volt, => 12 Watt. Für die oben
angenommenen Lautsprecher wäre ein Übertrager notwendig, der aus den 250
Volt etwas im Bereich von 10 Volt macht, also z.B. 25:1. Der setzt den
Strom dann auf 48 mA * 25 = 1,2 A rauf, wobei der Lautsprecher ja nur so
viel nimmt, wie er auch braucht, also 1 A.

Habe ich es begriffen? Rechnet man in dem Fall auch mit 250 Volt, oder
sagte man, daß die Amplituden nicht von V+ bis GND bzw. mit einem
Kondensator entkoppelt 250 Vss erreichen können? Wobei ich sowieso
annehme, daß ein 10V/1A Lautsprecher bei 10V nicht mehr so glücklich
klingen wird, und man in der Praxis im unteren Viertel bleibt.

Gruß,
Felix

 

[Alfred Gemsa]

Felix Opatz schrieb:

Habe ich es begriffen? Rechnet man in dem Fall auch mit 250 Volt, oder
sagte man, daß die Amplituden nicht von V+ bis GND bzw. mit einem
Kondensator entkoppelt 250 Vss erreichen können? Wobei ich sowieso
annehme, daß ein 10V/1A Lautsprecher bei 10V nicht mehr so glücklich
klingen wird, und man in der Praxis im unteren Viertel bleibt.

Im Prinzip ja, sei so nett und schaue selbst nach auf

http://www.elektronikinfo.de/strom/katodenbasisschaltung.htm

Alfred

 

[Dieter Wiedmann]

Felix Opatz schrieb:

| U_beginn | I_beginn | U_5min | I_5min
-------+----------+----------+--------+--------
ECC81 | 6,30 V | 0,35 A | 6,26 V | 0,34 A
EL84 | 6,20 V | 0,78 A |

Das sieht ganz normal aus.


[VRLA 6V 4,5Ah]

Wenn ich das Teil bei 2,3 Volt pro Zelle = 6,9 Volt ans Labornetzteil
hänge, kann ich zusehen, wie der Ladestrom von 1,1 A auf 0,8 A
runterfällt, Tendenz weiterhin fallend, hat z.B. etwa 2 Minuten von 0,80
bis 0,70 A gebraucht. Ich lass das jetzt aber erstmal, bis mir jemand
sagt, woran ich erkenne, daß ich aufhören muß...

Einfach bei 13,8V ranhängen bis der Ladestrom auf wenige mA gefallen
ist, dabei Strom auf 450mA begrenzen. Alternativ mit max 0,45A laden bis
die Spannung 7,4V erreicht, dann abschalten. Die Spannungen gelten für
20°C!

Ich habe hier mal drei Fotos gemacht, falls man anhand derer eine
Aussage bezüglich der absoluten Helligkeit wagen möchte.

Sehr schwierig, nichtmal anhand der Lichtfarbe lässt sich das so
beurteilen, Kamera und Monitor verfälschen die meist zu stark. Da aber
Heizspannung und -strom stimmen sollte das passen.


Gruß Dieter