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Technik => Tech-Talk Amps => Thema gestartet von: headcrash am 14.02.2022 20:50
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Guten Abend,
in meinem aktuellen Aufbau verwende ich ein geregeltes Netzteil mit einem LM317. Das ist ein in der Ausgangsspannung einstellbarer Linear-Regler, den ich auf ca. 12,6 V einstelle, um damit die Vorstufen Röhren und Relais versorge.
Das mache ich mit der exakt gleichen Schaltung so seit ca. 10 Jahren für die letzten 7 Amps (Schaltung im Anhang).
Jetzt beim achten Amp, mein neu aufgebauter Deliverance Clone, habe ich lediglich einen Fingerkühlkörper direkt an den Regler geschraubt; sonst schraubte ich den Regler isoliert ans Chassis.
Nun hat der Ausgang einen Schluckauf. Die 12,6V brechen alle ca. 5ms ein (200Hz).
Die Amplitude des Schluckaufs wird größer, wenn die Relais geschalten sind.
Das spricht über, und macht sich schon bei recht geringen Lautstärken unangenehm hörbar.
Sind nur 3x ECC83 in den Sockeln, ist alles gut.
Hat jemand ne Idee?
Man könnte vermuten, dass die Schaltung am Limit ist, aber wie gesagt, ich benutze sie so häufig erfolgreich und problemlos.
Beim Deliverance werden 4x ECC83 beheizt und 5 Relais mit zwei LEDs angetrieben. Wie auch z.B. bei meinem SLO Clone, wo das problemlos funzt. Bei älteren Amps von mir waren es sogar teils mehr Relais und ebenfalls 4x ECC83, alles problemlos. Daher weigere ich mich, das zu glauben.
Die Versorgungs-Spannungen sind wie folgend:
vorm Gleichrichter:
Leerlauf 15,8V~
3x ECC83 15,4 V~
4x ECC83 15,3 V~
Eingang des Reglers:
3x ECC83 17,2 V=
4x ECC83 16,7 V=
Damit habe ich immer noch mehr als die benötigten 3V Regelreserve.
In den folgenden Posts gibt es noch Oszi Fotos zur Veranschaulichung.
Freue mich auf jede Meinung!
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Ausgang des Reglers, AC Kopplung am Oszi, 0,2V/div
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Ausgang des Reglers mit Relais, AC Kopplung, 0,5V/div
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Am AÜ ohne Relais, AC Kopplung, 1V/div
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AM AÜ mit Relais, AC Kopplung, 2V/div
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Guten Morgen,
der LM317 ist ja ein recht altes Schlachtross und bewährt ... aber meiner Erfahrung wird er gerne mal instabil.
Ein paar Fragen:
Ist die Schaltung auf einer Platine oder frei verdrahtet?
Ist die Eingangsspannung stabil?
Hast Du die Angstkondensatoren direkt an den Beinchen des LM317?
Stammt der problematische LM317 aus einer anderen Charge/von einem anderen Hersteller?
Geht das Gezappel gleich nach dem Einschalten los, oder muss der Regler erst warm werden?
Ändert Kältespray etwas?
Wenn ich das jetzt richtig überschlagen habe, sind das bei 4xECC ungefähr 2.5W Verlustleistung ... klingt zwar wenig, aber da sollte schon ein ordentlicher Kühlkörper dranhängen.
Viel Erfolg,
Sebastian
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Guten Morgen und danke für die schnelle Rückmeldung!
zu Deinen Fragen:
1. ist auf einer Platine gelayoutet, und das Layout an sich hat sich über die ganze Zeit - wenn überhaupt - nur in minimalen Details verändert. Will sagen: all 7 Amps, wo die Schaltung funktioniert hat, haben nahezu dasselbe Layout, und der achte Amp, wo es nun nicht funzt, ist da nicht anders.
2. meinest Du die netzseitige Spannung im Haus, oder nach dem Trafo oder nach dem Gleichrichter? Also nach dem Gleichrichter habe ich gemessen (s.o.), die Spannung verringert sich etwas mit Belastung am Ausgang des Reglers, aber die Regelreserve bleibt bestehen. Würde ich als normal erachten, wobei ich nicht weiß, wie sich so eine Schaltung verhält, hatte noch nie eine Veranlassung, da tiefer zu gehen :)
3. jeweils 100n Angst nah an den Beinchen. Im Anhang ein Ausschnitt, wie es beim SLO Clone gelöst ist. Da führen tatsächlich noch einige cm Käbelchen zum LM317; der ist direkt ans Chassis montiert. Jetzt eben mit Fingerkühlkörper, Angst-C also näher dran.
4. Mindestens andere Charge, evtl. auch anderer Hersteller. Ich kauf die halt beim ----, und die landen im LM317 Sortierer. Wenn ein Amp gebaut wird, greif ich da rein... :-)
5. Das muss ich nochmal untersuchen, ich dächte es dauert einige Sekunden, bis das Zappeln anfängt.
6. Kältespray hab ich keins da. Ich kann's mal mit pusten versuchen ::), oder mit einem (zusätzlichen) Stück Alu.
Ich fürchte, ich muss da besser kühlen.
Vermutlich bringen die zusätzlichen 150mA bei Einstecken der vierten ECC83 das Fass zum Überlaufen.
Ich geb zu, dass ich zwecks Kühlung nichts berechnet habe, sondern habe mich am original Deliverance orientiert :-\
Fryette benutzt einen LM340-T12 plus Diode für seine 12,6V. Der kann aber nur 1A, und er hat auch vier ECC83, allerdings nur glaub 3 Relais, und keine LEDs..naja...
Er nutzt einen sehr ähnlichen oder gar gleichen Fingerkühlkörper wie ich, und ich hab zusätzlich noch so ein TO220 Aufsteckerchen mit dran geschraubt.
Ich hatte bisschen gehofft, dass jemandem vielleicht dieser Schluckauf begegnet ist, oder das ein typisches Verhalten für lineare Regler unter bestimmten Bedingungen ist. Wäre es das denn vielleicht, unter zu großer Wärme? Hätte jetzt eher gedacht, dass das ein vergleichsweise "statischer" Prozess ist, also mit steigender Temperatur ein langsames Absinken der Spannung, oder eben einfach das Einsetzen der overheat protection.
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Laut TI Datenblatt hat das Ding eine eingebaute Temperatursicherung, damit lässt sich das Verhalten schon erklären ... vor allem, wenn es nicht sofort, sondern mit Verzögerung einsetzt. Lass doch einfach mal testweise einen kleinen Lüfter (z.B. von einem ausgedienten CPU-Kühler) auf das Kühlblech pusten. Wenn das hilft, hast Du das Problem gefunden. ;D
Mit Eingangsspannung meinte ich tatsächlich die DC-Spannung am Reglereingang ... wenn die gross genug ist und nicht einbricht, sollte das OK sein. Wenn Schwingneigung das Problem ist, kann es wirklich helfen, die Angstkondensatoren ganz nah an das IC zu setzen ... besonders, wenn die Elkos ein paar Zentimeter weiter weg sind.
Viel Erfolg!
Ciao,
Sebastian
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Schaue dir mit dem Osci den Eingang des Reglers.
Ich vermute, dass die 1000uF Glättung nicht ausreichen, bzw. der InnenWiderstand des Trafos vielleicht zu hoch ist, so dass du zwar RMS noch 15-16V hast, aber die peaks (eigentlich deeps) deutlich unter die 15V gehen. und dann hat der LM nicht genug zum regeln.
Habe bei 4 zu heizenden ECC immer 4700uF genommen, damit passt es, auch wenn die Wicklung schwachbrüstig sein sollte.
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Dank Euch für die Rückmeldungen!
Die Angst-C's sitzen jetzt eigentlich schon nur wenige mm nah am Regler, würd eich also ausschließen.
Wie gesagt, die Schaltung benutze ich genauso seit Jahren, auch für 4 ECC's, und immer mit den 1000µ.
Ich schau mir mal den Ripple vor Regler an, hab da mit'm Oszi nur kurz "qualitativ, nicht quantitativ" drauf geschaut, sah "schön" aus , also so wie man es erwarten würde.
Habe aber wie gesagt, null Praxiserfahrung damit, weil die Geschichten bisher immer auf Anhieb liefen. Aber, es ist super, daran zu lernen!
So hab ich zwei Stellschrauben, wo ich erstmal relativ easy provisorisch dran drehen kann (Siebung und Kühlung).
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Zu den 1000µF ... sollte eigentlich schon passen. Die Faustregel, die ich mal gelernt habe, heisst: ungefähr 1000µF pro Ampere ... kommt bei 4xECC und Relais ganz gut hin. Testweise kannst Du es ja mal verdoppeln ... aber zuviel ist auch nicht gut, denn dann wird der Stromflusswinkel beim Nachladen zu klein, d.h. die Stromspitzen aus dem Trafo/Gleichrichter recht kurz, aber heftig ... kann dann leichter woanders einstreuen: https://de.wikipedia.org/wiki/Stromflusswinkel (https://de.wikipedia.org/wiki/Stromflusswinkel)
Wenn die Eingangsspannung immer grösser ist, als Ausgangsspannung plus Dropout (bei dem angepeilten Strom) ist das kein Problem, die Eingangsspannung darf ruhig schwanken. Auf die Schnelle habe ich jetzt kein Oszilloskopbild der Spannung am Reglereingang gesehen ... hast Du da mal mit dem Tastkopf reingestochert? Eine reine DC-Messung mit dem Multimeter zeigt ja nur einen irgendwie gemittelten Wert ... die Täler können aber durchaus tiefer sein.
Sind das wirklich genau 200Hz oder ungefähr? Kannst Du ganz leicht überprüfen, wenn Du als zweiten Trace auf dem Oszilloskop irgendeine Wechselspannung (oder mit AC-Anteilen, z.B. die Spannung am Ladeelko) anzeigen lässt und darauf triggerst. Manche Oszilliskope haben auch irgendwo einen Schalter, um direkt auf Netzfrequenz zu triggern ... das auf den Bildern auch, der Trigger-Wahlschalter ganz unten. :) ... wenn damit das Bild der Störung stabil stehen bleibt, ist es netzsynchron, wenn das Bild wandert, ist die Frequenz der Störung unabhängig von der Netzfrequenz.
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Ja die Faustformel 1000µ pro Ampere benutze ich auch.
Den Ripple vorm Regler hab ich wie gesagt nur angeschaut, und nicht zahlenmäßig bewertet. Muss ich nochmal nachholen. Aus der Erinnerung lag der bei vielleicht 1 - 1,5 Vss... ?
Das syncen auf Netzfrequenz muss ich mal testen, das wusste ich nicht (mehr), dass das geht :-) Das gilt dann auch bei Vielfachen von 50 Hz?
Die 200Hz hab ich über die angezeigte Periodendauer ausgerechnet (bzw. den Sengpiel ausrechnen lassen ;D).
Hab unterdessen die Kühlkörper-Berechnung nochmal überschlagen.
Ausgehend von:
- 40°C Umgebung
- 130°C maximal an der Sperrschicht
- 0,8A Ausgangsstrom, also Verlustleistung um die 3,2W
- keine Wärmeleitpaste
...lande ich bei um die 24K/W für den Kühlkörper.
Der "Nicht-Aufsteck-KK" hat wahrscheinlich 20K/W. Der zusätzliche Aufsteck verbessert den Wert nochmal etwas (keine Ahnung wie sich das berechnet, da ja vom Nicht-Aufsteck Konvektionsfläche durch den Aufsteck wegfällt. Dennoch...).
Ich optimier das am Wochenende alles mal.
Einerseits mit Wärmeleitpaste, um da noch das ein oder andere K/W rauszuholen.
Und zumindest testweise zusätzliche 1000µ Siebung vorm Regler, falls Ripple grenzwertig erscheint.
Wenn das nicht hilft, wenigstens provisorisch noch ein Stück Alu dranschrauben, evtl. zu guter Letzt doch den Regler mal tauschen.
Danke nochmal! Ich berichte...
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Guten Abend,
noch ein kleiner Kommentar zum LM317: Wenn Du eh mit einem neuen Baustein experimentieren willst, gibt es da noch neuere Designs, die intern anders aufgebaut sind und mit geringerer Dropout-Spannung gut klarkommen und auch oft weniger schwingungsanfällig sind. Das schöne ist: sie passen ohne Layoutänderung an den Platz eines LM317 im TO220 ... eventuell müssen die Werte der externen Widerstände angepasst werden:
Linear LT1085 oder Texas Instruments LM1085, 3A, Dropout max. 1.5V ... die Verlustleistung und damit das Kühlproblem (wenn Du denn eines hast) verschwindet damit natürlich nicht, aber eventuell die Schwingneigung ... und es reicht eine etwas niedrigere Eingangsspannung.
Ich habe vor knapp 20 Jahren einen solchen Baustein verwendet, um in einem Audio-Vorverstärker fünf ECC83 mit 12.6V zu heizen, da der vorhandene Trafo für andere Regler zu wenig AC Spannung geliefert hätte. Läuft immer noch :)
Frohes Basteln!
Ciao,
Sebastian
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Hallo Headcrash,
ich habe Deine Schaltung simuliert,
einmal mit 14V AC Trafospannung und einmal mit 15V AC. Zusätzlich habe ich den Glättungskondensator einmal mit 1000µF und einmal mit 4700µF betrachtet.
Mit 14V AC reichen aus meiner Sicht tatsächlich die 1000µF nicht aus. Die Eingangsspannung am Regler sinkt dann bis auf 12,63V, dadurch bricht auch die Ausgangsspannung
ein. Mit 4700µV sieht es gut aus.
Mit 15V Trafospannung funktionieren beide Versionen. Allerdings steigt dann die Eingangsspannung am Regler auf deutlich über 18V. Wenn ich mit 18,6V rechne dann habe ich 6V
Spannuingsabfall am Regler, ergo eine Verlustleistung von 4,8Watt. Wenn ich dies mit Deinen 20K/W verrechne komme ich auf eine Temperaturerhöhung von 96°C. Wenn ich dazu die Raumtemperatur rechne, dann schaltet der Baustein definitiv wegen Überhitzung ab. Ich zitiere hierzu das Datenblatt:
8.4.4 Operation In Self Protection
When an overload occurs the device shuts down Darlington NPN output stage or reduces the output current to prevent device damage. The device will automatically reset from the overload. The output may be reduced or alternate between on and off until the overload is removed.
Viele Grüße
Olaf E.
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Beschriftung Bild 3 korrigiert.
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Die Zeitkonstanten der thermischen prozesse sind doch deutlich länger.
Wenn der Chip zu heiß wird und abschaltet, wird er niemals in der nächsten Periode wieder resetet. Da vergehen schon sekunden, bis es wieder abkühlt.
Es kann eigentlich nur Spannugsripple am Eingang oder Regelungsabbrüche wegen Schwingung sein.
Am Osci sehe ich keine hochfrequente Schweinerei - deswegen habe ich meine Vermutung schon geäußert.
Ok, kann auch noch defekter Regler sein, aber das wollen wir erstmal ausschliessen.
P.S. Die Simulation ist gut, aber mir fehlt da der Trafo. Etwas mehr leakage inductance sollte man schon reinbauen, der Sinus sieht ja fast ideal aus :angel: - wird in echt nie so sein. Die Wicklung hat 1A (laut Plan) , schon knapp, ... wenn die eher hochOhmig mit mehr windungen gemacht ist (um dann einzubrechen auf die gewünschte Spannung), dann wird der Ripple auch größer.
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Hi Dimashek,
ich habe den DC-Widerstand der Wicklung mit 400mOhm angenommen. Wenn andere Daten vorliegen, kann ich diese berücksichtigen.
M,eines Wissens nach hat die Temperaturabschaltung eine Hysterese von mindestens 5°C. Ich glaube auch nicht, dass diese so schnell durchlaufen wird.
ich würde dann eher vermuten, dass der Einbruch eine Strombregrenzung sein könnte.
Wichtig ist auf jeden Fall, dass man sich die Eingangsspannung des Reglers mit dem Skop anschaut.
LG Olaf E.
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Guten Abend,
erst einmal Euch allen vielen, herzlichen Dank für Euer Mitdenken und den Grips, den Ihr hier reinsteckt. Großartig!
Ich hab mich am Wochenende nochmal mit dem Thema beschäftigt.
Zunächst: die Amps, die ich in den letzten Jahren mit der Schaltung UND 4x ECC83 gebaut hatte, hatten - trotz Schaltplan - immer 2200µ Siebung. Ich glaube, ich hatte die "halt da", im passenden RM und Durchmesser, und hab sie halt verbaut. Einzig beim Mini SLO (4x ECC83) sind es tatsächlich 1000µ, aber dazu später.
Die andern Amps hatten ohnehin nur drei ECC83.
Mein Bauchgefühl ist weiterhin, dass die Effekte nicht auf die Hitze zurück führen sind, auch wenn im datasheet steht, dass der Ausgang bei Einsetzen der Overheat protection an/ausgehen kann. Das sähe für mich am Oszi aber anders aus, viel träger.
Wärmeleitpaste hab ich keine mehr da, ich hab aber ein zusätzlichen Stückchen Alublech mit angebaut, und spaßeshalber einen andern Regler angebaut (alle Regler, die ich derzeit noch da hab sind von ST). Die dips sind minimalst weniger, aber das Verhalten bleibt.
Erst das Verdoppeln auf 2000µ brachte den "Durchbruch" (s. Foto). Mit 1000µ liegt der Ripple bei etwas über 4Vss, und damit fallen die dips des Ripple auf ca. 14V, was aller Wahrscheinlichkeit nach den Schluckauf verursacht.
Mit 2000µ ist der Ripple ca 2Vss, und die dips liegen bei ca. 15V, was der Regler vermutlich gerade so eben toleriert, bei einer Vout von 12,6V.
Daten der Wicklung des verwendeten (Ringkern-)Trafos
Nenn: 14V/1A
Leerlauf: 15,8 V~
16,7V gemessen mit DMM bei 1000µ
Ich habe mir nun noch 4700µ bestellt, ebenso einen etwas "kräftigeren", hoffentlich mechanisch passenden Kühlkörper mit 15K/W, sowie Wärmeleitpaste. Damit werde ich dann kommendes Wochenende Messungen machen.
Die Temperatur an der TO220 Befestigungslasche geht so auf 80 - 85° hoch, aber mit offenem auf den Kopf gestellten Chassis. Wird in zusammen gebautem Zustand also eher noch heißer.
Beim Original Fryette Deliverance hatte ich bisher ein Detail übersehen: er benutzt auch einen 4700µ zur Siebung, aber einen zumindest sehr ähnlichen Kühlkörper.
Dies lässt schließen, dass die Vin zum Regler so gering wie möglich gewählt wurde, um die "wegzukühlende" Leistung auch gering zu halten.
So.
Nun zum Mini SLO. Dort habe ich folgende Bedingungen und Werte:
- 1000µ Siebung
- RK Trafo Wicklung mit 14V/1A Nenn
- Leerlauf 17,1V~
- 18,8V= gemessen mit DMM (also ca. 2V mehr als beim Deli)
- TO220 wie auf dem weiter oben verlinkten Foto Ausschnitt ans Chassis montiert (Silikon Isolierscheibchen).
Ich hab dazu keine Oszi Fotos, der Amp musste zur Bandprobe. Aber hier funktioniert alles wie es soll. Ich denke, weil hier der Ripple vorm Regler, mit ebenfalls um die 4Vss liegend, die mindest Dropout Spannung von 3 V ausreichend einhält.
Interessanterweise wird hier die Lasche des TO220 grad so eben 40° warm. Das macht mich sehr stutzig, da hier die wegzukühlende Leistung etwas höher liegt, also eher bei 4,5 .. 5W gegenüber den ca. 3W.
Vielleicht entsteht beim Deliverance zusätzliche "parasitäre" Verlustleistung durch die "Anstrengungen", die 12,6V zu halten (Schaltverluste durch die dips?).
Naja, ich werde sehen, wie sich das alles mit den 4700µ verhält.
Alles in allem sind halt 14V / 1A Nenn-Auslegung einer Wicklung nicht immer das gleiche.
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Foto
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noch Foto
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noch Foto
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Um die Wärmeentwicklung zu reduzieren habe ich mal auch CRC mit 2200 + paar Ohm + 2200uF benutzt.
Mit dem R kann man die Spannung vor dem Regler schön einstellen, reduziert der Ripple, man kann damit deutlich kleinere Vrms am Eingang einstellen.
Und man kriegt die hochfrequenten Diode-ringing des Gleichrichters besser gefiltert.
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Nun ... und hier will ich doch gleich nochmal den LT/LM1085 in Spiel bringen ;D ... dem reichen 1.5V Dropout. Wenn man sich da rantastet, sinkt die Verrlustleistung am Regler.
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/108345fh.pdf (https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/108345fh.pdf)
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm1085.pdf (https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm1085.pdf)
Ciao
Sebastian
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Hallo Sebastian,
Nun ... und hier will ich doch gleich nochmal den LT/LM1085 in Spiel bringen ;D ... dem reichen 1.5V Dropout. Wenn man sich da rantastet, sinkt die Verrlustleistung am Regler.
Erfahrungsgemäß waren bei mir 1,8V oder 2V besser. Darunter kam es bei hochverstärkenden Röhrenverstärkern zu unerwünschten Störgeräuschen.
Viele Grüße
Martin
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Hallo in die Runde,
um das mal abzuschließen: ich hab den Lade-C gegen einen 4700µ ausgetauscht, was den Ripple vorm Regler nochmals verringert hat, auf ca. 0,9Vss. Damit schaffe ich es, noch etwas besser, aus dem Dropout Bereich "rauszufallen".
Das Hitze-Problem hat sich nicht geändert, mit einem 15K/W Kühlkörper, mit zusätzlich angeschraubtem 21K/W Aufsteck-KK klettert die Temperatur nach ca. 5-10min. auf über 80°C an der Befestigungsfahne, und das bei offenem Chassis, über Kopf auf der Werkbank. Das ist mir etwas zu unsicher, und so hab ich den Regler wieder mit Glimmerscheibchen und Wärmeleitpaste (sparsam!) ans Chassis geschraubt. Auf der Außenseite an der Stelle dann ein Stückchen Alu-Winkel dran, damit bleibt's an der Fahne bei knapp über 40°C, auch nach 20min, ebenso bei Lage des Chassis über Kopf. Und da heizen die Röhren ja bereits ganz ordentlich mit.
Die Karre läuft nun sicher, eine Bandprobe hat sie bereits problemlos hinter sich gebracht.
Wie das mit der Hitze beim Original aussieht, würde mich interessieren.
Fryette versorgt die Relais glaub ich über die ungeregelte DC. Vielleicht ist so ein millimü mehr Reserve. Vielleicht sind aber die 80-90°C an der Fahne kein Problem für den LM340-T12.