Solid State Gleichrichter Replacements. Risiken?

[B.B]

Heyo,

liebe Technik-Experten. Ich habe in der Sache an den Hersteller geschrieben aber keine Antwort bekommen, daher Frage ich hier:

Ich würde gerne aus neugierde und Soundtüftelei einen Solid-State Rectifier ausprobieren. Dazu habe ich mir einen besorgt, der mit einem normalen Röhrensocken adaptiert wird.

Es geht um ein Replacement für einen GZ34.

Der Amp um den es geht ist ein Bad Cat Black Cat 30. Der ist recht Baugleich mit den Matchless Dc-/Hc-30. Und die wiederum sind ja im Prinzip Vox Ac30.

Es ist jedenfalls ein Cathode-Bias 4x El84 Class AB Amp

Ich bin nicht soo fit mit den technischen Dinge, aber soweit ich das verstanden habe, werden in der klassichen Vox-Schaltung die El84 onehin schon an der Grenzen dessen betrieben was sie laut Datenblatt abkönnen, mitunter sogar darüber, was natürlich auch von den Röhren abhängt, weil ein echter Bias ja nicht möglich ist, außer man passt den Cathode-Bias-Wiederstand an. So richtig?

Des weiteren habe ich festgestellt dass die Unterschiede zum BadCat/Matchless Schaltungstechnisch mitunter garnicht so groß sind, vor allem aber auch im Power-Supply liegen und dort in der Filterung etc...

Wenn ich es weiterhin richtig verstanden habe, würde eine Solid-State Option tendenziell eine höhere B+ Spannung an der Anode bedeuten, was sich der Tendenz nach durch mehr Punch und Headroom bmerkbar machen würde.

Ist das überhaupt sinnvoll, wenn der Amp ohnehin schon tendenziell "heiß" gebiast ist? Was wären die Gefahren. Mal abgesehen von höherem Röhrenverschleiß. Könnten auch die Filter-Elkos überfahren werden?. Was kann potenziell schief gehen und welche kollateralschäden würden potenziell entstehen wenn bestimmte Bauteile überlastet werden.

Kann ich eine Solid-State Option hier einfach gefahrlos ausprobieren oder wäre es zwingend notwendig Anpassungen vorzunehmen.


Ich bitte um technische Aufklärung und richtigstellung eventuell meinerseits geäußertem Halbwissens.

danke euch

Grüße B.B

 

[Paratrooper]

Hallo,
mein Bad Cat Hot Cat 30 hat die GZ34/Dioden-Umschaltung serienmässig. Ich halte den Unterschied der beiden Modi für marginal.

 

[Stratspieler]

Ich würde gerne aus neugierde und Soundtüftelei einen Solid-State Rectifier ausprobieren.

Warum? Prinzipiell liefern schnelle Halbleiterdioden im Vergleich zu ausgelutschten Röhrengleichrichtern zwar mehr Punch und einen besseren Attack. Aber das ist lediglich eine generelle Angabe und die ist vielleicht gut für HiFi-Amps, wo es auf jede noch so genaue Wiedergabe jeder einzelnen Impulsspitze ankommt. Jeder Amp reagiert da entsprechend seiner spezifischen Beschaltung unterschiedlich drauf. Aber eine gute GZ34 liefert eigentlich alles, was man braucht.

...Wenn ich es weiterhin richtig verstanden habe, würde eine Solid-State Option tendenziell eine höhere B+ Spannung an der Anode bedeuten, was sich der Tendenz nach durch mehr Punch und Headroom bmerkbar machen würde ...

(Punch...) Wie oben geschrieben. Wie hoch genau dieses Mehr an B+ ist, hängt u.a. davon ab, wie dieser Gleichrichter konstruiert ist und wie ein jeweiliger Amp drauf reagiert (siehe oben).

...Es ist jedenfalls ein Cathode-Bias 4x El84 Class AB Amp ... weil ein echter Bias ja nicht möglich ist, außer man passt den Cathode-Bias-Wiederstand an. So richtig?...

Die negative Gittervorspannung wird an den Kathodenwiderständen erzeugt. Ohmsches Gesetz: Der durch die Röhre fließende Strom bestimmt hier den Spannungsabfall = Gittervorspannung. Ändert sich nun der Strom aufgrund sich ändernder Betriebswerte (andere B+), dann ändert sich der Spannungsabfall und somit auch die Gittervorspannung. Es stellt sich ein anderer statischer Arbeitspunkt an den Endröhren ein. Will man den jetzt wieder "rückverschieben", so muss man ganz richtig einen anderen Kathodenwiderstand verwenden.

...Mal abgesehen von höherem Röhrenverschleiß. Könnten auch die Filter-Elkos überfahren werden?. Was kann potenziell schief gehen und welche kollateralschäden würden potenziell entstehen wenn bestimmte Bauteile überlastet werden...

Das hängt wieder vom Amp ab und hier speziell von der Beschaltung und Dimensionierung der Netzteilelkos.

So eine Halbleitergleichrichterhersteller stimmt ja oft seine Produkte nicht auf einen speziellen Amp ab, sondern will seine Dinger so allgemein wie möglich einsetzbar machen. Das kann somit eigentlich immer nur ein Kompromiß sein. Vor allem auch dahingehend, weil zum Beispiel in einigen Amps gerade eine etwas schwächere Gleichrichterröhre ihren "Sag" liefert, den viele so lieben. Ein stabiler Halbleiter als Gleichrichter kann (muss aber nicht) hier einen Amp steril klingen lassen.

Am allerbesten = sichersten ist es, wenn Du mit Deinem Amp zu einem Tech gehts und der prüft die Betriebswerte mit dem Halbleitergleichrichter. Dann hast Du eine verläßliche Aussage zu dem Betriebswerten. Wenn die passen, dann -> Test it!

Viel Erfolg!

 

[iefes]

Wie @Stratspieler das schon ganz gut herausgearbeitet hat, kommt es im Endeffekt auf einige technische Details an, die man am besten vorher wissen sollte. Also vor Allem die B+ -Spannung mit GZ34, die Spannungsfestigkeit der Netzteil-Elkos und der derzeitige statische Bias-Strom.
Beim Wechsel zu einer Dioden-Gleichrichtung anstatt der GZ34 würde ich aber generell keine zu großen Unterschiede erwarten, wie @Paratrooper ja auch schon gesagt hat. Der Unterschied der B+ -Spannung wird nicht besonders groß sein, so eine GZ34 ist da schon recht effizient.

Mit diesem Rechner: https://thesubjectmatter.com/calcptcurrent.html kann man die B+ Spannungen und Ströme grob überschlagen, wenn man ein paar Eckdaten des Verstärkers hat (Anzahl der Röhren, Sekundär-Spannung des Trafos, Raa des Ausgangsübertragers etc). Nimmt man beispielsweise eine Sekundär-Spannung von 250-0-250 V bei einem Raa von 4k an, kommt man ungefähr auf eine B+-Spannung von 340V (abzüglich der Kathoden-Spannung), also effektiv um die 320V (ganz grob überschlagen). Das ist gerechnet für die GZ34. Mit Dioden ergibt sich eine B+-Spannung von 343V, also der Unterschied ist wirklich sehr gering. Je nach Sekundär-Spannung des Trafos ändert sich der Wert noch, aber ich nehme an, dass im Black Cat eine eher "niedrige" Sekundär-Spannung verwendet wird um die EL84 nicht bei all zu hoher Spannung zu betreiben, also vermutlich nicht über 350V B+.

Ich vermute (!), du kannst es relativ problemlos testen, übernehme aber natürlich keine Garantie, dass nicht doch was Schaden nimmt. (!!!)
Es wird aber jedenfalls keine große Änderung des Headroom oder Punch mit sich bringen. Effektiver ist so ein Wechsel bei einer "schwachen" Gleichrichterröhre. Ich habe beispielsweise zuletzt einen kleinen Carmen Ghia inspirierten Verstärker gebaut (tolles Teil!), der hat eine Umschaltung zwischen 5Y3 Gleichrichterröhre und Dioden-Gleichrichtung. Das macht sich dann bei lauteren Lautstärken schon bemerkbar. Im Endeffekt macht das ~3W an clean-Headroom aus bei einem ~15W Verstärker (2x EL84).
Zum Vergleich: Lässt man den Rechner oben bei gleichen Einstellungen das Ganze für die 5Y3 berechnen, ergibt sich eine um etwa 30V geringere B+ -Spannung. Das merkt man dann schon eher. Außerdem ist der Innenwiderstand der 5Y3 höher, wodurch ein deutlicherer "Sag" bei Pegelspitzen entstehen kann.

 

[B.B]

Ok, danke euch für eure Antworten, das klärt schonmal ein bischen. Ich glaube ich komme letztlich nicht drum rum mich da weiter einzulesen, etwas rumzurechnen, und das wirklich verstehen zu wollen. Die Frage nach dem "warum" ist berechtigt. Das Bedürfnis speist sich weniger daraus, dass mir der Sound des Amps nicht gefällt, sondern dass ich grade ganz frisch beginne mich in Zusammenhänge einzulesen und gerne Hörerfahrung an diese Zusammenhänge knüpfen will....

Wird denn bei Amps wie @Paratroopers HotCat, die eine solche Umschaltung haben (wie auch manche Boogies..) auch der Bias-Wiederstand oder andere Peripherie mit dem Schalter mit umgeschaltet (so wie mitunter bei einem Half-Power Switch), oder werden die Unterschiede, unter der Vorraussetzung das das Design von Beginn an auf dieses Feature hin ausgelegt ist, bewusst herausgearbeitet ?

Noch eine Frage zum Bias bei Cathode-Bias Amps im Allgemeinen:

-Den Cathode-Bias-Wiederstand kann ich messen (muss ja nicht exakt den Wert haben der draufsteht)
-über den Wiederstand Spannungsabfall in V ermitteln
-Dann mittels Ohmschen Gesetz Stromstärke an der Anode ausrechnen
-B+ in Volt kann ich messen. (ich weiß bescheid, potenziell gefährlich, es geht erstmal um die Theorie)
-Dann "plate dissipation" aus den vorhandenen Werten ausrechnen.


2 Fragen hab ich dazu:

1: warum nicht einfach ein Bias-Poti einbauen, wie bei den "größeren" Amps auch. Ist das nur "historisch gewachsen", evtl billiger, und bietet den Vorteil des einfacheren Röhrenwechsels durch den Laien, weil der Amp ja "self-biasing" ist. Wobei letzterer Begriff ja dann so garnicht haltbar ist sondern eher bedeutet: Bei den normalen Streuungen an Röhren fällts es schon meistens in etwa in ein grob sinnvolles Fenster an Werten.... ?

2: Wenn man gematchte El84 Röhren kauft, steht da ja mitunter ein Wert dauf in mA. Soll mir dieser Wert die Stromstärke durch die Röhre angeben, so dass ich, voraussgesetzt ich bestelle sie demtentsprechend, von einer anderern Seite der Gleichung her den Bias anpassen kann, ohne jedesmal den Cathode-Bias-Resistor anpassen zu müssen? Falls ja, wie wird dieser Wert ermittelt, wo er ja doch Abhhängig ist von eben jenem Wiederstand und dem Spannungsabfall über ihn. Oder hab ich da einen kollosalen Denkfehler.

danke euch
grüße B.B

 

[iefes]

Hi B.B., erstmal danke für die Kekse!

Deine Vorgehensweise zur Errechnung der plate dissipation ist an sich richtig, dabei gibt es aber noch etwas zu beachten.

Bei gemeinsamem Kathoden-Widerstand Rk für alle vier EL84 ist der Strom durch Rk der Gesamtstrom durch alle Röhren. Und der Strom setzt sich zusammen aus dem Strom durch die Anode (Plate) sowie durch das Schirmgitter (Screen). Im Datenblatt kann man nachschauen, in welchem Bereich der Schirmgitter-Strom etwa liegt und diesen dann vom errechneten Strom abziehen um den tatsächlichen Anodenstrom herauszubekommen. Im JJ Datenblatt sind da bei einem Anwendungsbeispiel etwa 5.5 mA Schirmgitter-Strom angegeben (Ig2), also fließen bei 4 Röhren allein 4x 5.5mA = 22mA Strom durch den Kathodenwiderstand. Dieser Strom hat erstmal nichts mit der Anodenverlustleistung (plate dissipation) zutun und muss daher vom errechneten Gesamtstrom abgezogen werden. Der Wert im Datenblatt passt aber natürlich nicht perfekt auf deine Anwendung, also würde ich hier konservativ rechnen und weniger als die errechneten mA vom Gesamtwert abziehen um nicht aus Versehen zu heiß zu biasen. Du kannst den tatsächlichen Schirmgitter-Strom auch einfach messen und zwar am Spannungsabfall über den Schirmgitter-Widerstand, bei EL84-Amps oft irgendwas um die 470R bis 1k. Dann wieder U = R * I und du hast den Strom pro Schirmgitter.

Bei der Messung der B+ musst du auch den Spannungsabfall über Rk bedenken. Wenn über Rk bspw. 20V abfallen und deine B+-Spannung bei 340V liegt, hast du eine effektive Spannung von Anode zu Kathode von Ua - Uk = 320V (Spannung an der Anode - Spannung an der Kathode). Die Anodenverlustleistung berechnest du dann mit diesem Wert.

Bezüglich des Bias-Potis: Ich kann es dir nicht haargenau sagen, aber ich schätze, das hängt damit zusammen, dass Potis in den Anfängen eher teurer waren und an dieser Position eben auch einige Leistung vertragen müssen. In deinem Amp hat der Widerstand an der Stelle sicher mindestens um die 10W und ist damit entsprechend groß. Ein Poti mit der Leistung hätte auch eine beachtliche Größe, außerdem besteht bei einem Poti immer die Gefahr, dass ein Defekt auftritt, der Schleifer keinen guten Kontakt mehr hat oÄ und dann kann schnell ein Defekt entstehen, der sich auf weitere Peripherie auswirkt. In Hifi-Amps sieht man manchmal ein Poti-Widerstand Netzwerk an der Kathode, das kann schon sinnvoll sein, ist aber bei einem Gitarrenverstärker meist überflüssig.

Der mA Wert auf den gematchten Röhren bezieht sich immer auf die vom Anbieter verwendete Messmethode und die muss nicht zwangsläufig in deinem Verstärker ähnliche Werte ergeben. Wer weiß bei welcher Spannung und unter welchen genauen Methoden die Röhren gematcht wurden. Diesem Wert würde ich also keine allzu große praktische Bedeutung beimessen.

Edit: Auf dieser Seite https://robrobinette.com/Tube_Bias_Calculator.htm kann man beispielsweise den Bias-Strom, passenden Kathodenwiderstand etc. berechnen lassen. Man muss dafür aber schonmal ein paar Eckdaten wissen (Ua-k, Anzahl der Röhren, Rk...). Aber es hilft vielleicht, die Zusammenhänge zu verstehen.

 

[Paratrooper]

Wird denn bei Amps wie @Paratroopers HotCat, die eine solche Umschaltung haben (...) auch der Bias-Wiederstand oder andere Peripherie mit dem Schalter mit umgeschaltet (so wie mitunter bei einem Half-Power Switch), (...)?

Beim HotCat wird nichts anderes mit umgeschaltet, siehe Schaltplan.

 

[DerZauberer]

Und mal ganz praktisch, ich gehe da ja gerne etwas "hemdsärmelig" ran:

https://www.tubeampdoctor.com/tad-solid-state-rectifier?number=RT515

TAD bietet ihren Gleichrichter gleich im breiten Spektrum als "drop-in" Ersatz für 5U4G/GB, GZ34, 5AR4, 5Y3 an. Wenn die das machen, dann wird das auch schon so gehen, sonst würde man auf der Website sicherlich Warnhinweise, Vorsichtsmaßnahmen, etc. finden. Um die Ohren fliegen wird einem nix, und wenn die Lebensdauer eines Kolben theoretisch ein wenig leidet... sei's drum. Klar, man kann das alles perfekt optimieren, aber man kann auch einfach mal austauschen und im ersten Schritt die Ohren entscheiden lassen.

 

[iefes]

@DerZauberer yep! So gehts auch Das wird auch in 99% der Fälle ohne Schwierigkeiten klappen, würde ich vermuten. Sollte der Verstärker allerdings am Limit designed sein, dann kann es unter Umständen schon dazu führen, dass etwas in Mitleidenschaft gezogen wird. Aber ich denke auch, bei modernen Verstärkern ist eigentlich alles ausreichend überdimensioniert und damit sollte das problemlos gehen.

Meine detaillierteren Ausführungen hab ich vor Allem gebracht, da ich den Eindruck hatte, dass es @B.B auch von der Technik her interessiert

 

[B.B]

@DerZauberer yep! So gehts auch Das wird auch in 99% der Fälle ohne Schwierigkeiten klappen, würde ich vermuten. Sollte der Verstärker allerdings am Limit designed sein, dann kann es unter Umständen schon dazu führen, dass etwas in Mitleidenschaft gezogen wird. Aber ich denke auch, bei modernen Verstärkern ist eigentlich alles ausreichend überdimensioniert und damit sollte das problemlos gehen.

Meine detaillierteren Ausführungen hab ich vor Allem gebracht, da ich den Eindruck hatte, dass es @B.B auch von der Technik her interessiert

@DerZauberer Exakt dieses Teil von TAD hab ich ja bestellt . Mir ist zwar bewusst, dass das überteuert ist und man das leicht selbstbauern könnte.... vorrausgesetzt man hat zufällig die Teile dafür rumliegen, und da dass nicht der fall ist und ich nicht einen Haufen Kleinteile inklusive Versandkosten extra bestellen wollte hab ich den genommen.

Aber dass es das Produkt fertig zu kaufen gibt ändert ja nichts an dem Umstand, dass es evtl zu zu hohen Spannung/d.h. zu heißen Bias kommt, weil das mitunter Design-Abhängig ist. Und das Problem ist ja gerade auch dass, dass sich das ganze deutlich fühl/hörbar insbesondere im Grenzbereich bei hohen Lautstärken auswirkt, und gerade da werden dann ja auch die Toleranzen kleiner...

@iefes Du sagst es, ich möchte es auch gern Durchblicken. Ich glaube allerdings, ich sollte das tun, was ich jemanden in Sachen Musiktheorie auch raten würde. Nicht zu viel wollen, erstmal einfache Dinge (hoch-, tief-, bandpass, Schwingkreis, Richtiges Messen etc etc alles wirklich grundlegend durchrechnen können und dann zu solchen Fragen weitergehen)

Naja, dennoch nochmal Danke für eure Hilfreichen Beiträge.

grüße B.B