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6L6-STC

Die Super-Triode-Connection (STC)

 
Ganz sicher haben wir ein Faible für außergewöhnliche Schaltungen. Zu dieser Gatttung zählt definitiv auch unser 6L6-STC, dem die in Japan ausgeknobelte Super-Triode-Connection (STC) zugrunde liegt. Falls Sie diese nicht parat haben sollten, bieten wir Ihnen hier eine Einführung in die STC-Schaltungstechnik.
 
Die STC-Schaltung
Eine Rückkopplung muss man nicht zwangsweise vom Ausgang eines Verstärkers ziehen - bei Röhrenverstärkern in der Regel die Sekundärseite des Ausgangsübertragers, sondern man kann eine Reihe von Schaltungsknoten im Sinne einer lokalen Rückkopplung verwenden. Die STC-Schaltung als eine besondere Form der Rückkopplung nutzt den Spannungshub an der Anode der Endröhre als rückgekoppelte Größe, setzt also an der Primärseite des Ausgangsübertragers an.
 
 
 
 
Im Teil (A) soll die Endröhre von einer beliebigen Quelle angesteuert werden. Jede Änderung der Steuerspannung am Gitter wird eine Stromänderung in der Endröhre hervorrufen, die über der Impedanz des Ausgangsübertragers wieder als Spannung abfällt. Dann besteht das einfachste Rückkopplungsnetzwerk aus zwei Widerständen, die das Signal und natürlich auch den Gleichspannungsanteil gemäß ihrer Widerstandswerte herunterteilen. Sind beide Widerstände gleich groß, erscheint die Anodenspannung zwischen den Widerständen halbiert, wobei der Spannungsteiler natürlich auf beliebige Teilerverhältnisse eingestellt werden kann.
 
Die gleiche Teilerwirkung erhält man auch, wenn man Röhren als Widerstände beziehungsweise Impedanzen einsetzt, siehe (B), auch wenn man streng genommen Gleichstromverhalten und Kleinsignalimpedanz getrennt betrachten müsste. Jede Röhre hat in ihrem Arbeitspunkt einen Innenwiderstand rp; ist der Kathodenwiderstand nicht kapazititv überbrückt wie im Beispiel oben, dann addiert sich zur Gesamtimpedanz noch der Kathodenwiderstand, der um das Mü der Röhre vergrößert erscheint. Wie bei den einfachen Widerständen erscheint die Anodenspannung halbiert zwischen den beiden Trioden, wenn die beiden Röhren vom gleichen Typ und sind ihre Kathodenwiderstände gleich groß sind. Gleichermaßen können wir durch Variation der Kathodenwiderstände und der Röhrentypen die Impedanzen steuern und so das Teilerverhältnis des Signals steuern.
 
Im Teil (C) verändern wir die Schaltung so, dass wir die untere Triode als Eingang unseres Verstärkers nutzen und im Stile eines SRPP-Treibers die Endröhre ansteuern. Im Gegensatz zu einem "normalen" SRPP-Treiber hängen wir aber die obere Triode nachwievor an die Anode der Endröhre und nicht an die Versorgungsspannung.
Jetzt passiert eine ganze Reihe von Dingen. Die untere Triode arbeitet im ersten Augenschein als Kathodenbasis-Schaltung, sie wird abhängig von der Eingangsspannung den Querstrom im Triodenzweig modulieren. Die Aussteuerung der Endröhre erfährt die obere Triode im wesentlichen als Veränderung ihrer Uak, der Spannung zwischen Anode und Kathode. Sie wird in Folge der Anodenrückwirkung (vgl. SRPP-TecBlogs) ebenfalls den Strom im Querzweig der Trioden modulieren, und zwar entgegensetzt zur Eingangsröhre, denn schließlich haben wir eine Rückkopplung. Der Querstrom wird also gleichzeitig von der Vorwärtsverstärkung und von der Rückkopplung bestimmt. Der Kathodenwiderstand R4 der oberen Röhre stellt nun nicht mehr nur die Impedanz der Röhre ein, er hat jetzt auch die Funktion eines Strom/Spannungswandlers, der aus dem zusammengesetzten Querstrom die Steuerspannung für die Endröhre generiert.
Dabei haben wir immer noch die Möglichkeit, über die geschickte Wahl der Röhrentypen und der Widerstandswerte den Grad der Rückkopplung unseren Vorgaben anzupassen. Gleichzeitig ändern wir mit jedem Bauteil (-wert) aber auch die Vorwärtsverstärkung, was den Entwurf einer STC-Stufe nicht gerade erleichtert.
 
Möglicherweise mag diese Art der Rückkopplung etwas umständlich erscheinen, zumal Feedback in Röhrenverstärkern für viele automatisch ein NoGo darstellt. Aber, als die Schaltung in Japan in den frühen 90igern ausgeknobelt wurde, hatte man eine ganz bestimmte Anwendung im Auge.
 
 
Super-Triode-Connection (STC)
Der Begriff wurde von Shin-ichi Kamijo geprägt, der als Erfinder dieser Schaltungsart gilt und deshalb auch genannt werden sollte. Superlativ-Bezeichner für Schaltungen sind ja immer so eine Sache, schließlich macht der Schaltungskniff aus einer Pentode noch lange keine Super-Triode. Was die Schaltung aber zu leisten vermag, ist den Klang einer Tetrode/Pentode in Eintaktverstärkern dem einer Triode anzunähern.
 
Pentoden in Eintaktverstärkern, insbesondere wenn sie tatsächlich als Pentode und nicht als Pseudotriode oder ähnlich beschaltet sind, klingen eher rau, harsch und lassen von den seidenen Höhen bis zur natürlich-angenehmen Stimmenwiedergabe alles vermissen, was man von einer guten single-ended Endstufe erwartet. Verantwortlich ist dafür in erster Linie das Klirrverhalten der Tetroden/Pentoden, die in der klassischen Beschaltung zu ungeradzahligen Harmonischen neigen, während das Klirrspektrum typischer Leistungstrioden wie der 2A3 oder der 300B von Geradzahligen dominiert wird.
 
Dass die STC-Schaltung als Rückkopplung die unerwünschten "Unharmonischen" in ihrer Amplitude reduziert, liegt fast auf der Hand. Das Besondere an der STC-Schaltung ist jedoch, dass sie das gesamte Klirrverhalten des Verstärkers verändert, indem sie dem Spektrum geradzahlige Harmonische im richtigen Mischungsverhältnis hinzufügt, und sich auf diese Weise dem Triodenklang annähert. STC ist nicht nur eine Rückkopplung, sie ist eine nichtlineare Rückkopplung!
 
Das nichtlineare Element in der Rückkopplungsschleife ist die obere Triode des Treibers, die bei unserem 6L6-STC mit einem EC82-System gebaut wird. Die EC82 wird durch einen verhältnismäßig großen Kathodenwiderstand (10k) vorgespannt, was zwei Auswirkungen hat. Zum einen stellt sie zusammen mit der unteren Triode den Grad der Rückkopplung ein. Da die untere Triode ein hochverstärkendes EC83-System ist, muss der obere Teil relativ hochohmig werden, um die Rückkopplung auf ein gesundes Maß zu begrenzen. Gleichzeitig wird die 82er relativ nahe am Kennlinienknick betrieben, so dass sie vermehrt verzerrt, allerdings mit "gutem" Triodenklirr mit primär geradzahligen Harmonischen. Aus der Rückkopplungsschleife heraus mischen sich in der Endröhre die gewünschten Verzerrungen mit dem Pentodenklirr.
Das Ergebnis ist ein Klirrspektrum der Endstufe, das wohl niemand einer Tetrode/Pentode zutrauen würde:
  • Der Klirr insgesamt steigt proportional mit der abgegebenen Leistung.
  • An fast allen Stellen dominiert die geradzahlige Komponente über die nachfolgende, ungeradzahlige Komponente.
  • Nur bei sehr kleinen Aussteuerungen wirkt der STC-Effekt noch nicht, hier dominieren die ungeradzahligen Harmonischen.
 
 
Und wie schlägt sich unser 6L6-STC im Soundcheck? "Nie und nimmer spielt hier eine 6L6!" ist wohl der am häufigsten gehörte Satz...
 
 
Bis zum nächsten Mal,
Ihr Team von McIntyre-HiFi
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