ELL80 (ELL80)

MOSFET- Ersatzschaltung für ELL80

 

Liebe Sammlerfreunde,

die Beschaffung von raren Elektronenröhren als Ersatz für defekte Röhren gestaltet sich oftmals schwierig und zudem auch kostspielig. In meiner Radiosammlung habe ich u. a. vier Geräte, die in den Endstufen mit ELL80 bestückt sind. Mindestens sechs Röhren dieses Typs müsste ich erneuern und hätte dafür derzeit wohl über 150 Euro aufzuwenden.

Für den Ersatz der ELL80 durch zwei EL95 gibt es bereits gute Unterlagen, Material und vielfältige Diskussionen. Dennoch habe ich mich entschieden die Röhre durch MOSFets zu ersetzen. Die Materialkosten mit etwa 5 Euro sind wohl unschlagbar und der Arbeitsaufwand ist etwa vergleichbar mit der Anfertigung eines Stecker-Sockel-Adapters für zwei EL95.

Eine universelle Ersatzschaltung mit MOSFets für die ELL80, die dann in jedes Gerät eingesteckt werden könnte, ist jedoch nicht realisierbar.So arbeitet im Loewe Opta Luna 42070 die ELL80 im Eintakt-A-Betrieb, im Nordmende Tannhäuser F330 gibt es eine einfache Gegentaktendstufe im AB-Betrieb und im Philips Saturn 641 Stereo arbeitet eine Ultralinearendstufe im AB-Betrieb. Die in den Schaltungen wirksamen Gitterableitwiderstände haben unterschiedliche Werte und beeinflussen dadurch den Arbeitspunkt der MOSFets. Besonders beachtet werden muss allerdings der unterschiedliche Masseanschluß am Röhrensockel der ELL80. Mal ist Pin 4 und mal Pin 5 des Heizstromkreises an Masse liegend.In meinen weiteren Beschreibungen stelle ich deshalb lediglich meine Überlegungen für eine Ersatzschaltung im Philips Saturn vor.Bei der Auswahl des MOSFets ist zunächst darauf zu achten, dass die Grenzdaten den Einsatz an Anodenspannung eines Radios zulassen.500V für die Drain-Source-Spannung sollten schon sein (z. B. IRF820). Entschieden habe ich mich aber für den BUZ41A weil ich davon noch einen Vorrat hatte. Er verträgt 500V UDS  und arbeitet in meinen Schaltungen bisher sehr zuverlässig. Die Eingangskapazität von 850pF lässt diesen Transistortyp zunächst ungeeignet erscheinen aber durch starke Gegenkopplung mit einem Sourcewiderstand, wie unten noch beschrieben, wird auch dieser Wert akzeptabel.

Die Spannung UGS für den Arbeitspunkt beträgt ca. +3V und lässt sich mittels Spannungsteiler aus den Schirmgitteranschlüssen des Ausgangsübertragers gewinnen.In der Ultralinearschaltung ist eine Gegenkopplung über die Schirmgitterspannungen wirksam und in der MOSFet-Schaltung nun über die Gatespannungen. Eine vergleichende Untersuchung über die Wirksamkeit der Gegenkopplung habe ich allerdings noch nicht durchgeführt. Man kann auch auf diese Gegenkopplung ganz verzichten in dem man die unteren Anschlüsse von R7 und R10 verbindet. Legt man diesen Verbindungspunkt dann mittels Elko (ca. 100µF) gegen Masse, so erhält man eine Startverzögerung die etwa der Aufheizphase von Röhren entspricht.Die Gatespannungen können natürlich auch anderweitig gewonnen werden z. B. mit gleichgerichteter Heizspannung und evtl. Stabilisierung.Die Steilheit vom BUZ41A ist Zehnerpotenzen größer als die der ELL80.Konkrete Werte für Drainströme von wenigen mA kann man den Datenblättern nicht entnehmen, da der Transistor eigentlich zum Schalten größerer Ströme gedacht ist.Durch Strom-Spannungs-Gegenkopplung mit passend dimensionierten Drainwiderständen R3 und R4 von jeweils 180 Ohm lässt sich die Steilheit anpassen. Zu diesen Widerständen dürfen keinesfalls Kondensatoren parallel geschaltet werden wie es sonst bei Kathodenwiderständen üblich ist.Mit den Potis R6 und R9 sind die gewünschten Arbeitspunkte der Transistoren einstellbar.Wird der Drainstrom auf die Höhe des in den Schaltungen angegebenen Anodenstroms eingestellt, so ist auch die im Transistor umgesetzte Leistung zu betrachten und für eine angemessene Kühlung durch Kühlkörper zu sorgen. Kühlkörper mit einem Wärmewiderstand geringer als 10K/W sollten pro Transistor eingesetzt werden.Da ich meine Radios höchstens mit mittlerer Lautstärke betreibe, habe ich lediglich ¼ des ursprünglichen Anodenstromes eingestellt und dadurch deutlich geringere Wärmeentwicklung. Allerdings gibt es nun mehr Verzerrungen bei höherer Lautstärke.

Möchte man die Endstufe längere Zeit mit der Nennleistung betreiben, so sollte anstatt einer steckbaren Ersatzschaltung besser eine feste Montage von Kühlkörpern und Transistoren am Chassis vorgenommen werden.

Der minimale Bauteileaufwand ist auf dem folgenden Bild zu sehen.

Als Stecker dient mir ein abgetrennter Glasboden einer alten Röhre.

Es gibt hier nur Festwiderstände und damit keine Möglichkeit für die Arbeitspunkteinstellung.

Mit den abgebildeten Bauteilen ergibt sich ein Arbeitspunkt von ca. 5 mA Drainstrom pro Transistor. Die Kühlkörper mit nur 17 K/W reichen deshalb auch aus.

Mittels angeschraubter Lötöse werden die Kühlkörper mit Masse verbunden, wodurch sichergestellt ist, dass sie auch bei Isolationsfehlern keine Spannung führen.

Der obige Aufbau funktioniert bei mir dauerhaft zuverlässig.

Eine Garantie für einen funktionierenden Nachbau übernehme ich natürlich dennoch nicht.

Wer die Schaltung aber nachbaut, kann mir gerne von seinen Erfahrungen berichten und vielleicht ergeben sich daraus noch Optimierungen.

Viele Grüße

Erwin Scholle

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.