Röhren-Kopfhörerverstärker ("RKV") mit PCL805

 
Achtung Fans des Röhren-Kopfhörerverstärkers!
 
Ich erstelle derzeit ein neues Platinenlayout, in das meine bisherigen Erfahrungen mit dem Verstärker einfließen mit dem Ziel, ein absolut brummfreies Design zu bekommen. Bitte habt noch etwas Geduld, ich veröffentliche es, sobald es fertig ist! Unterdessen könnt ihr auch mal bei www.roehrentest.de vorbeischauen, der Betreiber hat auch einen Verstärker nach der selben Vorlage aufgebaut (unter "Sonstiges") und hatte das gleiche Brummproblem. Er beschreibt auch, wie er es bei sich behoben hat.

Motivation

Naja, irgendwie hatten mich Röhren schon länger fasziniert, und irgendwann wollte ich mir mal eine schöne Schaltung mit Röhren bauen. Das "klassische" Anwendungsgebiet ist natürlich der Audio-Bereich, sprich ein schöner Audio-Verstärker. Als Einstieg hab ich mir denn einen Kopfhörerverstärker ausgesucht, da das für den Anfang doch übersichtlicher ist als gleich mit einem "großen" Lautsprecher-Amp zu starten (der ist aber, für den Fall dass hier alles gut geht, als Nächstes geplant !).

Der Amp ist keine eigene Entwicklung, nein, ich hab einfach im Netz gestöbert und mir eine schöne und geeignet erscheinende Schaltung ausgesucht und leicht adaptiert. Letztendlich fündig wurde ich auf Jogi's Röhrenbude, wo sich eine Schaltung mit zwei PCL805 (pro Kanal) im Gegentakt-Betrieb finden ließ. Die Vorteile dieser Schaltung:

Den Netztrafo habe ich übrigens bei Jan Wüsten eigens wickeln lassen.

Erster Aufbau: Wir bügeln uns eine Schaltung !

Der Schaltplan war schnell in Target3001 aufgenagelt und in ein Layout verwandelt. Doch blöd: Gerade als es ans Erstellen der Platine ging, fiel mir auf, dass ich die Kapazizät meines Platinenlagers überschätzt hatte: Keine fotopositiv beschichteten Platinen in der passenden Größe vorhanden. Mist ! Jedoch hatte ich noch kupferbeschichtete Platinen OHNE Fotolack, und da fiel mir ein, dass ich mal von der "Tonertransfer-Methode" gelesen hatte. Das Layout wird mit einem Laserdrucker ausgedruchkt und mit einem Bügeleisen auf das Kupfer der Platine aufgebügelt. Anschließend das Papier mit Spülmittel vorsichtig abrubbeln, und der Toner bedeckt die Bahnen, die beim Ätzen stehen bleiben sollen.



Nähere Infos hierzu hat zum Beispiel Thomas Pfeifer auf seiner Seite. Was soll ich sagen: Es hat geklappt ! Auch wenn die Kantenschärte nicht die Allerbeste ist und ich die eine oder andere Bahn nachträglich ausbessern musste - für's erste Mal war das gar nicht schlecht.

Stromhungrig

Das erste Einschalten - noch ohne angeklemmte Anodenspannung - verlief gut, die Heizung der Röhren begann zu glühen, alle Spannungen waren innerhalb der Toleranz, so dass ich nach dem Ausschalten die Anodenspannung aktivierte und erneut einschaltete. Nicht ohne Amperemeter dazwischen - wahrscheinlich habe ichs geahnt: Sobald die Röhren auf Temperatur kommen, steigt der Anodenstrom immer weiter an ... Da stimmt dann wohl doch was nicht.



Die Fehlersuche hat etliche Nerven gekostet, immer wieder hab ich den Aufbau überprüft, mit dem Schaltplan verglichen .... nichts ! Alles so, wie es sein sollte. Nach einer weiteren Woche war ich kurz davor, das Projekt aufzugeben, doch als letzten Schritt habe ich mir das Original-Layout auf Jogi's Seite angesehen - HUPS, da ist ja ein Kondensator, wo im Schaltplan keiner ist ! Ja logisch, ohne den ist ja die untere Röhre gleichspannungsmäßig auf dem falschen Arbeitspunkt und steuert voll auf ! Das hätte man am Schaltplan eigentlich gleich sehen können, aber im Nachhinein ist man immer schlauer. Hier der originale Plan von Jogi's Seite mit meiner Korrektur:



Siehe da, kaum war der Kondensator eingebaut, lief die Schaltung, der Anodenstrom blieb innerhalb seiner Grenze. Zur Sicherheit noch einen letzten Test, Signalgenerator an den Eingang, Lastwiderstand und Oszi an den Ausgang, und geschaut was der Amp macht. Sieht prinzipiell gut aus, aber es ist ein deutlicher Brumm zu sehen. Das bestätigt dann auch der Hörtest mit MP3-Player und Kopfhörer - er funktioniert, aber er brummt wie eine Tüte Hummeln ...

Brummbär

Was also tun ?

Ein zweiseitiges Layout sollte her, mit dicker Massefläche auf einer Seite. Denn meine Vermutung war, dass es sich um ein reines Masseproblem handelt. Außerdem sollten die Heizleitungen komplett aus der Platine raus und frei verdrahtet werden, um Spannungsabfälle über der Masse zu vermeiden. Das Umsetzen des Layouts war jedoch nicht so einfach: Eine zweiseitige Platine musste ich machen lassen, das Selbst-Ätzen war mir doch zu heikel (bis dato noch nie gemacht). Target3001 konnte ich, da es sich um die PCBPool-Edition handelte, nur in Verbindung mit dem PCBPool nutzen, und die Jungs sind nicht grad billig ...

Ich entschied mich deshalb für einen Versuch mit KiCAD (siehe auch Wikipedia-Artikel), einem freien, unter der GPL-Lizenz veröffentlichen CAD-Programm für die Leiterplattenentwicklung. Leiterplattengröße quasi unbegrenzt, viele freie Bibliotheken von anderen Usern, das klingt doch echt gut, oder ?

KiCAD

Um es vorwegzunehmen: die damalige Version war eine echte Krücke, mit vielen Bugs und umständlichen Verrenkungen, mit denen man bei der Arbeit zu kämpfen hatte. Inzwischen hat sich dort - zum Glück - einiges getan, und die aktuellen Versionen erlauben ein gutes Arbeiten. Naja, irgendwie hab ich dann die Platine doch hingefriemelt bekommen, und nach drei Wochen Wartezeit lag sie dann in meinem Briefkasten. Bestellt hatte ich sie bei LeitOn, die ihre Sache echt gut gemacht haben und eine qualitativ einwandfreie Platine zu einem guten Preis abgeliefert haben.

Hier der Schaltplan zur KiCAD-Version des RKV (pdf-Datei).

Siehe da, nach dem "Umzug" der Bauteile von der alten Platine auf die neue und dem erneuten Durchlaufen der Inbetriebnahmetests folgte der erste Hörtest, und das Brummen war um einiges weniger, aber leider halt immer noch nicht ganz verschwunden. Eine weitere Verbesserung brachte es, die Referenzspannung für den OpAmp (Pin 2 von IC2 im Bild oben) direkt über eine Drahtbrücke zum Poti am Spannungsregler IC1 zu führen. Offenbar ist die Schaltung hier sehr empfindlich.

Naja, was solls, mit dieser letzten Maßnahme ist der Brumm schon sehr, sehr wenig geworden, und bereits bei leisem Musikgenuss hört man es schon gar nicht mehr. Ich habe mich damit zufrieden gegeben.

Und jetzt natürlich die alles entscheidende Frage:

Wie klingt er denn nun ?

Saugut, möchte ich sagen ! Zusammen mit meinem Sennheiser HD570 ein echt starkes Duo. Schöner Klang, gut ausgeprägte Bässe, so muss es sein. Klingt er besser als mein Vollverstärker, ein Yamaha AX-380 ? Nein. Ich glaube die beiden nehmen sich da nicht viel, und meine Ohren sind dazu wohl zu schlecht, um subjektive Unterschiede wahrzunehmen. Der RKV hat zwar den leichten Nachteil mit seinem Brummen, punktet dafür aber deutlich in der Optik - sieht einfach geil aus, wenn die Röhren glühen :-)

Bilder vom Aufbau

Hier folgen noch ein paar Fotos vom Aufbau und vom Innenleben des RKV:



Ansicht von vorne ...




... und von hinten.




Das Innenleben des RKV.




Die Platine im Detail. Oben ist die Umverdrahtung der Referenzspannung für die Eingangs-OPs zu sehen.