„Circuit Sentry“ schützt Röhren in P.A. Verstärke J
. LEVITSKY - Chief Engineer, Fanon Electrobic Industries

Audio September 1960, Vol. 44, No. 9

Eine einfache Schutzschaltung, die dem herkömmlichen Verstärker hinzugefügt wird, verhindert Schäden an den Ausgangsröhren im Falle von Kurzschlüssen in der Lautsprecherleitung.

Bei den meisten kommerziellen und industriellen Beschallungssystemen, die Verstärker mit ziemlich hoher Leistung verwenden, resultiert ein Ausfall der Verstärkerausgangsröhren oft aus einem Kurzschluss oder einer starken Überlastung der Lautsprecherleitung. Bei vielen solchen Systemen versorgt der Verstärker über die 70-Volt-Leitung zahlreiche, über weite Strecken verteilte Lautsprecher mit Strom, wobei jeder Lautsprecher mit einem eigenen Anpasstransformator versehen ist. Unter solchen Bedingungen können aufgrund der langen Leitungswege und einer großen Anzahl von Komponenten, die darüber verbunden sind, ziemlich häufig teilweise oder vollständige Kurzschlüsse auftreten.

Die Schwere des Problems kann durch einen Blick auf die Daten in Tabelle 1 gesehen werden. Diese Daten wurden mit dem Fanon 70-Watt-Verstärker (Modell 3370) aufgenommen, der zwei EL-34-Leistungsendstufenröhren verwendet und in Klasse AB1 arbeitet. Die Spalten 1 und 2 zeigen die Audioausgangsleistung für verschiedene Eingangspegel unter normalen störungsfreien Bedingungen. Spalte 3 zeigt die entsprechenden Verlustleistungen pro Röhre unter gleichen Bedingungen. Spalte 4 zeigt die Röhrenverluste für die gleichen Pegel der Eingangssignale, wobei die 70-Volt-Leitung mit Masse kurzgeschlossen ist. Da die durchschnittliche Audioausgangsleistung einer P.A. Wenn der Verstärker irgendwo zwischen 25 und 30 Prozent seiner Spitzenleistung liegt, zeigen die Daten in Spalte 4, dass bei einem Kurzschluss in der Lautsprecherleitung jede Röhre ungefähr das Dreifache ihrer maximalen Nennleistung verbraucht. Selbst wenn ein hochohmiger Kurzschluss auftritt, sagen wir etwa 25 Prozent der Nennlast, ist die Verlustleistung in jeder Röhre viel höher als die maximal zulässige, wie in Abb. 4 gezeigt.

Tabelle 1

Leistung
Watt
Eingangssignal
Volt
s
Normale Plattendissipation
Watt
Verlustleistung bei kurzgeschlossenem Ausgang
Watt
0.08  19.98  57.2 
10  0.13  21.8  73.7 
20  0.19  23.0  81.5 
30  0.24  25.0  81.8 
40  0.29  28.3  82.1 
50  0.31  30.2  84.8 
60  0.34  27.3  83.5 
70  0.38  24.5  82.2 

Der Grund für diese sehr hohe Verlustleistung in einem Klasse-B- oder -AB-Verstärker unter Bedingungen eines Lautsprecherleitungskurzschlusses ist zweifach. Ein Grund dafür ist, dass bei kurzgeschlossener Lautsprecherleitung die Impedanz von Platte zu Platte der Primärseite des Ausgangstransformators sehr niedrig ist und daher die Schwankung der Signalplattenspannung ziemlich gering ist. Die Anodenverlustleistung ist daher viel höher als normal, da die Anodenspannung unter normalen Bedingungen über einen weiten Bereich variiert.

Der zweite Grund ist, dass die meisten Verstärker eine negative Rückkopplung verwenden, um die Stabilität zu verbessern, Verzerrungen zu minimieren und so weiter. Bei der Lautsprecherleitung bilden V1, V2 und V3 einen Teil des regulären Verstärkers. V1A ist ein Spannungsverstärker, V1B ist der Phaseninverter und -treiber und V2 und V3 sind die Gegentakt-Ausgangsröhren. Die neue Schaltung ist diejenige, die V4 und V5 zugeordnet ist. V4 ist eine Duodioden-Triode 6FM8 und V5 ist eine 6AU6-Pentode.

Der Betrieb der Schaltung basiert auf dem Gleichgewicht, das im Normalbetrieb zwischen Spannungen erreicht wird, die von den Signalspannungen an den Punkten (B) und (C) in Fig. 1 abgeleitet werden, und der Tatsache, dass dieses Gleichgewicht gestört wird, wenn ein Kurzschluss an (C) auftritt ).

Ein äquivalentes Schema ist in Fig. 2 gezeigt. Wenn E1 = E2 und R1 = R2, wird der Gleichstrom. Spannung an (A) ist Null in Bezug auf Erde. Wenn E1 größer als E2 ist. der Gleichstrom Spannung an (A) ist positiv, und mit E2 größer als E1, die d.c. Spannung an (A) ist negativ.

 

Abb. 1. Schematische Darstellung der Endstadien eines typischen P.A. Verstärker, zu dem der "Circuit Sentry" hinzugefügt wurde (in gepunkteten Linien eingeschlossen), um das Signal zu entfernen, falls die Lautsprecherleitung kurzgeschlossen wird

Es ist natürlich wünschenswert, dass unter störungsfreien Bedingungen E1 = E2 über den gesamten Bereich von Eingangssignalpegeln zum Verstärker ist. E1 und E2 werden von den Spannungen an den Punkten (B) und (C) von Fig. 1 abgeleitet. Da diese Spannungen innerhalb der negativen Rückkopplungsschleife des Verstärkers liegen, bleibt das Verhältnis Ec/Eb über eine große Variation von Eingangssignalpegeln konstant. Röhreneigenschaften, Schwankungen der Netzspannung und dergleichen.

Die Schaltung von Abbildung 2 wird nun modifiziert, indem der Widerstand R3 an eine negative Versorgungsspannung angeschlossen wird, wie in Abbildung 3 gezeigt.

 

Abb. 2. Vereinfachte Anordnung der Komparatorschaltung.

 

Abb. 3. Das Hinzufügen einer festen negativen Vorspannung zu der Schaltung von Abb. 2 liefert eine Steuerspannung an die gezeigte Pentode.

Jetzt die d.c. Spannung an (A) ist negativ für E1 = E2 für alle Pegel von E1 und E2. Unter Bedingungen eines Kurzschlusses oder einer starken Überlastung bei (C) ist E1 viel größer als E2, und die negative Vorspannung hat einen solchen Wert, dass die resultierende Spannung bei (A) entweder Null oder leicht positiv wird. Der Gleichstrom Spannung an (A) ist mit dem Gitter des 6AU6 verbunden und seine Platte ist mit der Platte des Verstärkertreibers V1B verbunden, (Fig. 1) . Unter normalen Bedingungen reicht die negative Spannung an (A) aus, um den 6AU6 deutlich über der Cutoff-Grenze zu halten, so dass seine Auswirkung auf den Betrieb des Verstärkers gleich Null ist. Bei kurzgeschlossenem Ausgang liegt das Gitter des 6AU6 auf null Volt gegen Masse, die Röhre zieht einen relativ hohen Anodenstrom und ist praktisch gleich wie bei null Eingangssignal.

Da die 6AU6-Röhre der Schutzschaltung im Normalfall im Grenzbereich arbeitet, hat sie keinen Einfluss auf den Betrieb des Verstärkers, so dass keinerlei Anpassungen erforderlich sind, wenn die Schutzschaltung in den Verstärker eingebaut wird.

Tritt zeitweise ein Fehler in der Lautsprecherleitung auf und wird dem Verstärker ein Dauersignal zugeführt, wie z. B. von einem Phono oder Radio, so verriegelt die Schaltung im gesperrten Zustand (kein Signal auf den Gittern der Endröhren). Schutz des Verstärkers vor wiederkehrenden Fehlern. Nachdem der Fehler behoben wurde, muss der Lautstärkeregler etwa zehn Sekunden lang auf Null gehalten werden, damit sich der Schaltkreis wieder normalisiert.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Wirkung der Schutzschaltung für verschiedene Überlastungsgrade zeigt. Die Daten für diese Kurven wurden mit einem konstanten Eingangssignal aufgenommen – dem Eingangssignal, das erforderlich ist, um den Verstärker unter normalen Nennlastbedingungen auf maximale Ausgangsleistung zu treiben. Die Kurven zeigen die Verlustleistung in den Ausgangsröhren in Prozent der maximal zulässigen Verlustleistung über der Last in Prozent der Nennlast – mit und ohne Schutzbeschaltung. Die Kurven zeigen, dass, wenn die Last am Ausgang auf ungefähr 30 Prozent der Nennlast abfällt, eine ernsthafte Gefahr einer Überdissipation besteht. Durch die Schutzbeschaltung ist eine Überdissipation unter keinen Umständen möglich.

 

Abb. 4. Kurven, die die Auswirkung des Wächterkreises auf die Verlustleistung der Ausgangsröhren zeigen. Daten aufgenommen mit Verstärker Fanon Modell 3370 und mit konstantem Eingangssignal.

 

Abb. 5. Der komplette "Circuit Sentry" ist in einer kleinen Plug-in-Einheit untergebracht.

 

Abb. 6. Fanon-Verstärker Modell 3345 mit „Circuit Sentry“-Modul, das in die vorgesehene Buchse eingesteckt ist.

Die oben besprochene Schaltung wird in Form einer optionalen Plug-In-Baugruppe für den Fanon P.A. angeboten. Verstärkermodelle 3335, 3345 und 3370. Abb. 5 ist ein Foto dieser Plug-in-Einheit. Wie oben erwähnt, sind keine Anpassungen notwendig. Das Gerät wird lediglich in eine dafür vorgesehene Steckdose eingesteckt, wie in Abb. 6 dargestellt.