Wie verhalten sich in einer Endstufe Anode und das Schirmgitter G2 zueinander? Was passiert wenn, die Anodenspannung wesentlich geringer ist als die G2 Spannung? Ähnliche Fragen häufen sich zu Zeit.

Im Folgenden gibts ein paar anschauliche Erläuterungen/Erklärungen. Dies ist kein Kochrezept, vermittelt aber ein paar Zusammenhänge.

Zunächst eine Anmerkung zur Positionierung von G2 zum Steuergitter G1 . 

Hier betrachten wir zunächst ein "normales" G2, das sich in Anzahl der Wicklungen zu G1 unterscheidet. (Skizze 1 oben: gezeigt wird ein Schnitt durch eine Pentode, die Punkte stellen die Gitter dar ). Hier liegt G2 teilweise direkt im Elektronenstrom zur Anode. Typische Vertreter dieser Konfiguration (Typ 1) sind die EL34, die GU50  und die SRS551. EIn beiliegendes Bild einer geöffneten SRS551 liegt bei. Typischerweise liegt der G2 Strom bei ca 20% des Anodenstromes bei Vollaussteuerung im PP Betrieb. In Skizze 1 unten zeigen die roten Pfeile den ansteigenden Strom

In neueren Röhren wird das G2 mit gleicher Wicklungsteigung im Schatten von angebracht (Typ 2). Damit erreicht man dieselbe Beschleunigung wie oben, der Anteil der Elektronen, die auf dem  G2 ankommen, ist jedoch signifikant geringer, wie Skizze 2 zeigt. Typischer Vertreter dieser Röhren ist die KT88. Der Gitterstrom bei PP Vollaussteuerung liegt hier bei ca 10% des Anodenstroms.

Was bedeutet dies nun?
Die maximale Verlustleistung von G2 bestimmt den erlaubten Betriebsbereich. Beim Typ 1 ist die maximal erlaubte Spannung von G2 signifikant geringer als bei Typ 2. Sehr anschaulich als Typ 1 ist hier die GU50 (Ua 1000V, Ug2 300V). Entscheidend ist die Dauer, in der Ua > Ug2 ist. Daraus bestimmt sich im wesentlichen die G2 Verlustleistung.  Auch klar: ein größerer Rg2 verringert die Verlustleistung an G2.

Übersteuerung (Endstufen-Overdrive):
Typ 1 ist hier stärker gefährdet, da das G2 teilweise  direkt im Elektronenstrom zu Anode liegt. Bei sehr starker Übersteuerung kann der Elektronenstrom zu G2 umklappen. Das zeigt sich darin dass die Anodenspannung unvermittelt wieder ansteigt (siehe beiliegendem Oszi). Das ist dann etwas ungesund für G2. (siehe Bild). Beim Overdrive würde ich daher von der Tendenz immer große Rg einsetzen (1K)

HTH

Gruss Hans- Georg

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Sehr anschaulich als Typ 1 ist hier die GU50 (Ua 1000V, Ug2 300V). Entscheidend ist die Dauer, in der Ua > Ug2 ist

Hier hat sich ein Schreibfehler eingeschlichen. Richtig muss es heissen.

"Sehr anschaulich als Typ 1 ist hier die GU50 (Ua 1000V, Ug2 300V). Entscheidend ist die Dauer, in der Ua < Ug2 ist"


Danke an Stefan für den Hinweis. Die Beschriftung in den Skizzen ist korrekt.

Gruß Hans- Georg

Hallo Hans-Georg,

auf das Problem der Wechselwirkung zwischen Anoden- und Schirmgitterspanung stieß ich bei der Verwirklichung einer Idee von Bob Danielak. 

In der Originaldimensionierung war ich um Welten von der apostrophierten Ausgangsleistung entfernt. Erst nach einer Reduktion der Steuer- und Schirmgitterspannungen sowie der Herausnahme des hierfür verantwortlichen Potis Rk1a aus der Gegenkopplungsschleife konnte ich die Ausgangsleistung mit europäischen PL 519 einigermaßen realisieren. Die verbliebene Differenz schreibe ich entweder dem Unterschied zwischen der Svetlana 6P45S und den EL 519/PL 519 oder aber der Imperfektion der von Danielak verwendeten Modellen der Röhren oder beiden zu. Meine Überlegungen hierzu sind z.B. hier nachzulesen.

Beste Grüße!

Hallo Hans-Georg,

wie immer, Top-Beitrag  :topjob:

Gruß
Manfred

yepp, Danke, ziemlich anschaulich... Schattengitter war ein neuer Begriff für mich, ist aber augenscheinlich treffend

Gruß,
Sepp

Hallo,
Du schriebst, dass die Dauer für Ua < Ug2 entscheidend ist. Macht es auch bei hochohmigen Schaltungen was aus? Ich hätte nämlich eine Vorstufe zu berechnen. Der beste AP (vom Klirr her) ist bei Un = 250V, Ua = 80V, Ug2 = 100V und Ia = 0,78mA, Ig2 (dem Datenblatt entnommen) = 0,3mA.
Mir wurde der AP wiengesagt wegen geringem Klirr vorgeschlagen. Simuliert wurde jedoch nur in LTspice ohne G2-Strom. Wird es hier gefährlich, bei 20V Differenz auf Dauer?
Grüße, Thomas

Hallo Thomas,

Entscheidend ist die Verlustleistung, die am Gitter 2 anfällt.

Rechnen wir einmal kurz durch:

Ug2=100V, Ig2=0,3 mA sind Deine Angaben. Das entspricht 0,03 W Verlustleistung, also sehr gering. Selbst wenn
Ig2=1 mA wäre, läge die Verlustleistung nur bei 0,1 W. Ich weiss jetzt nicht welche Pentode Du einsetzen willst, nehmen wir einmal die EF86 an, eine typische Vorverstärkerröhre. Im Datenblatt ist die maximale Verlustleistung for G2 mit 0,2 W angegeben. Folglich sind selbst 1 mA bei 100V für diese Röhre noch im grünen Bereich.

Gruß Hans- Georg

Hallo,
Ich bilde mir ein, gelesen zu haben, dass wenn Ua < Ug2, das G2 die Funktion der Anode übernimmt. 
Grüße, Thomas

Hi Thomas,

klar, deshalb geht die Röhre dann ja auch relativ flugs über den Jordan 
Die Schirmgitterspannung sollte m.E. generell auf keinen Fall höher als die Anodenspannung sein (Datenblatt beachten)...

Gruß

Jacob

Hallo,
Ich bilde mir ein, gelesen zu haben, dass wenn Ua < Ug2, das G2 die Funktion der Anode übernimmt. 
Grüße, Thomas

Thomas,

das stimmt in der Form nicht. Schau Dir die Skizzen oben an. G2 ist ein quasi ein "Beschleunigungselement", das nur einen Teil der Elektronen auf dem Weg zur Anode auffängt.
Wird die Anodenspannung sehr viel kleiner als die Spannung am G2, dann kann der Großteil des Elektronenstromes auf dem G2 landen. Entscheidend ist nun, wie groß der Strom ist und was das G2 aushält (Ig2*Ug2 gemittelt über die Zeit). Das ist eine Randbedingung für die Dimensionierung.

Gruß Hans- Georg

Die Schirmgitterspannung sollte m.E. generell auf keinen Fall höher als die Anodenspannung sein (Datenblatt beachten)...

Jakob,

ich gehe davon aus, daß Du den statischen Fall für Endstufen meinst (Idle Mode) . Im dynamischen Mode insbesondere bei Vollaussteuerung liegt Ua gewollt kurzfristig deutlich unter Ug2.

Für Vorstufen mit sehr geringen Strömen und damit geringen Verlustleistungen mag es Schaltungen geben, bei denen Ug2 statisch größer ist als Ua. Entscheidend ist immer die Verlustleistungsbilanz am G2, um zu sehen, ob G2 Schaden nimmt.

Gruß Hans- Georg

Hallo Hans-Georg,

könntest du mir das bitte erklären? G2 liegt doch bei einer PP auf niedrigerem Potenzial als die Anode und RG2 soll doch hier den Strom auch begrenzen?

Gruß,
Andy

Andy,

das beiliegende Scopebild macht es deutlich. Es ist von meinem GU50 Bassverstärker.
Oben siehst Du die G1 Ansteuerung und das Ausgangssignal am Lastwiderstand, unten den Spannungsverlauf von G2 und Anode an einer GU50.

- G2 liegt in der für die Röhre inaktiven Halbwelle bei ca 290V, Ua weit darüber bis zu 1500V
- in der aktiven Halbwelle geht Ua kurzzeitig runter bis auf ca 100V, Ug2 zu diesem Zeitpunkt auf 270V.
  Das Absenken der Spannung Ug2  entsteht durch Rg2

Insgesamt wird die Verlustleistung  von G2 nicht überschritten, da diese Situation nur einen kleinen Teil der Gesamtdauer eine Sinusperiode anhält (Mittelwertbildung).

Gruß Hans- Georg

Interessant!
Danke für deine Mühe, da bau ich seit nem 1/4 Jahrhundert Verstärker und wusste nichts davon. 

Viele Grüße,
Andy