Plasma-Hochtöner Eine Bauanleitung |
Last update Januar 2010 |
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Inhalt / Index
Schaltbilder Einleitung Etwas Theorie Baubeschreibung Bauteile Resonanzspule Betrieb Bilder Schluß |
Hinweis: Dies ist keine Baueinleitung für Einsteiger ! Etwas Basiswissen und Erfahrung im Aufbau von Röhrenschaltungen sollten Sie mitbringen. In dem Gerät wird mit hohen Spannungen bei hohen Strömen gearbeitet, was bei einer Berührung zum Tod führen kann. Auch nach Abschalten der Netzspannung ist in den Kondensatoren noch genügend Energie vorhanden um einen lebensgefährlichen Stromschlag zu bekommen. Um eine ungewollte hochfrequente Abstrahlung zu Vermeiden ist der Aufbau in einem Metallgehäuse zwingend erforderlich. |
Update 01/2002 ![]() |
Gute Neuigkeiten für alle die eine Anodendrossel (Ersatz für die 100uH Siemens Drossel) selbst herstellen wollen. Man wickelt ca. 2,80m Kupferlackdraht mit 0,9mm Drahtstärke auf einen Spulenkörper mit 18mm Durchmesser Windung an Windung. Ich habe als Spulenkörper PVC Installationsrohr aus dem Baumarkt genommen. Bild |
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Mit einem gut abgestimmten Anodenkreis erreicht man auch entsprechende Flammengrößen ohne die Röhre zu Überlasten. In dem nachfolgenden Bild sieht man das ich noch eine Spule in reihe zu der Resonanzspule geschaltet habe und der Kreis mit einen Drehkondensator auf Resonanz abgestimmt wurde. Hier ist das Bild |
Update 08/2001 |
Endlich ist es soweit, der Modulationsteil ist fertig. Im Eingang ist ein passives 6dB Filter mit ca. 3,4 Khz Eckfrequenz eingebaut, damit der Hochtöner zum Ausprobieren direkt an den Lautsprecher Ausgang angeschlossen werden kann. Der Modulationsteil ist viel besser als die frühere Transistor Variante. Der HF Teil kann damit ohne Verzerrungen weiter ausgesteuert werden. Der Hochtöner wird dadurch etwas lauter! |
Update 07/2001 ![]() |
Die letzten heißen Sommertage haben mich in den Keller, in meine "Bastelbude" ausweichen lassen. Was lag näher als sich mal wieder mit dem Plasmahochtöner zu beschäftigen. Mit der Röhrenansteuerung bin ich ein Stück weitergekommen. Die Regelung der Flammengröße funktioniert schon. Ich benutze eine PCL82 und davon den Pentodenteil. Mit dem Triodenteil werde ich den NF Verstärker aufbauen. Das Ergebnis ist im Schaltbild zu sehen (HF-Teil). Baut man die Schaltung auf erhält man schon einen funktionierenden Plasmateil, d.h. die Flamme brennt und man kann sie regeln. Es fehlt nur die NF Ansteuerung. Man braucht etwa 60Vss zur Vollaussteuerung. Ich werde das Eingangsteil mit einer EF86 aufbauen. Bei ca 120 facher Verstärkung liefert sie etwa 50 Vss an der Anode. Hier ein Blick auf den Probeaufbau Bastelbude Im Vordergrund die PCL82 auf dem kleinen Brettchen. Das Oszilloskop ist übrigens nicht angeschlossen! Es nimmt die HF aus der Luft auf da die Schaltung ohne Schirmkäfig betrieben wird. Man kann deutlich den Amplitudenmodulierten Träger sehen. Mit der neuen Regelung lässt sich der Hochtöner übrigens mühelos bis herunter auf 2Khz betreiben. Ob der Schalldruck dann noch ausreicht bleibt abzuwarten. Ich habe ein paar Bilder vom Betrieb des Hochtöners gemacht. Hier kann man gut den Zusammenhang zwischen aufgenommener Leistung und Flammengröße sehen.Betrieb in Bildern |
Schaltbilder |
Wenn Sie die Bilder geladen haben, können sie diese mit der rechten Maustaste sichern. Die Bilder sollten in einem eigenen Fenster erscheinen. |
Das erste mal hörte ich einen Plasma Hochtöner auf einer High-End Veranstaltung irgendwann Anfang der achziger Jahre. Es war auf dem Messestand der Fa. Magnat. Ich hatte das Glück noch Einlaß zu der völlig überfüllen Vorstellung zu bekommen. Der Entwickler des Magnat Plasma Hochtöners, Dr. Siegfried Klein, war auch anwesend. Zu der Vorführung hatte man das damalige "Flagschiff" der Magnat Boxen hergenommen, den eingebauten Hochtöner abgeklemmt und den Plasma Hochtöner darauf gestellt. Es muß sich damals noch um einen Prototypen gehandelt haben denn während der Vorführung ging einer der Hochtöner mehrmals aus. Nach der Vorführung wollte ich von Herrn Klein wissen wie so etwas funktionierte. Er war ziemlich zugeknöpft und hat nur irgendetwas von einen Hochfrequenzsender gemurmelt und Amplitudenmodulation. Na ja .... vielleicht hatte er einen schlechten Tag. |
Das Prinzip ist eigentlich einfach. Es handelt sich um einen Hochfrequenzoszillator der amplitudenmoduliert wird. Das wird auch heute noch bei den Rundfunksendern im Lang, Mittel und Kurzwellenbereich so gemacht. Die Hochfrequenz, die bei den Rundfunk-sendern von einer Antenne abgestrahlt wird, gelangt bei dem Plasma Hochtöner in eine Resonanzspule (offener Reihenschwingkreis) mit angeschlossener Elektrode. Die Resonanzspule transformiert die Hochfrequenz auf eine Spannung zwischen 10000V und 20000V herauf. Der Spannungsbauch befindet sich an dem Ende der Resonanz-pule an der die Elektrode angebracht ist. Durch die hohe Spannung an der Elektrode wird die Luft so stark ionisiert das dies als Plasmaflamme sichtbar wird. Die Flamme bezeichnet man auch als Corona. |
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Wer etwas über Tesla Transformatoren erfahren will sollte sich die Seiten von Harald Chmela und Richard Smetana ansehen. Hier gibt es Bauanleitungen und Versuche mit Teslaspulen. Der Klein Teslatrafo kommt dem Plasma Hochtöner sehr nahe was die Tonabstrahlung angeht. Er hat sogar unter anderem ein Video mit Ton gedreht. ( Klicken Sie es einfach an. ) |
![]() PL519/EL519 |
Zurück zum Plasmahochtöner.
Da man für eine solche Entladung eine Menge Hochfrequenzenergie (40W-50W) braucht habe ich mich für eine Röhre entschieden. Außerdem ist sie am Gitter (G2) einfach, fast leistungslos, zu modulieren. |
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Modulation
Um einem Oszillator zu modulieren gibt es mehrere Möglichkeiten. In meiner Schaltung kommt die Schirmgittermodulation zum Einsatz. Diese Schaltungsvariante wurde bereits in den Anfängen der Sendetechnik angewannd. Das Prinzip ist nebenstehend abgebildet. |
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Frequenzgang Dem Oszillator sollten keine Tonfrequenzen unterhalb von 4Khz zuführt werden. Der Hochtöner kann diese Frequenzen schlecht wiedergeben und die Schaltung würde dadurch unnötig Verzerrungen produzieren. |
Es erreichen mich immer wieder Anfragen wie man den Höchtöner im Wirkungsgrad verbessern, oder den Einsatzbereich in Richtung tiefere Frequenzen erweitern könnte. Hierzu ein paar Anmerkungen. Die Physik läßt sich so leicht nicht überlisten - will heißen :
Wie man sich leicht ausmalen kann werden die Probleme nicht unbedingt weniger. |
![]() Plasmakammer des Hill Plasmatronic |
Wenn die Flamme mit Helium umspült wird gibt es kein Ozon, da dann keine Reaktion mit dem Luftsauerstoff stattfinden kann. So einen Plasmahochtöner gab es mal anfang der achziger Jahre von der Firma Plasmatronics. |
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Für dieses Foto habe ich die Röhre ziemlich weit ausgesteuert damit man die Flamme deutlich sieht. Das erkennt man an den bereits rot glühenden Anodenblechen. Ich habe mal eine Telefunken EL519 in dem Plasma Hochtöner zu Demozwecken so weit ausgesteuert das der Glaskolben geschmolzen ist. Im normalen Betrieb kann man die Flamme wesentlich kleiner einstellen. Im übrigen zeigt das Foto den Hochtöner ohne Abschirmkäfig. Diesen Betrieb sollte man auf ein Minimum begrenzen. Erstens wird jetzt ein modulierter Träger frei abgestrahlt und zweitens haben wir hier eine schöne "Ozonmaschine" |
Baubeschreibung
Ich möchte an dieser stelle noch einmal betonen das ein mechanisch stabiler Aufbau zwingend notwendig ist. Ein Gehäuse aus Stahlblech bietet eine solide Grundlage und sorgt für die notwendige Abschirmung des Qszillators. Der Leistungsteil mit der Röhre wird mit einem Lochblech ( Lochdurchmesser 3mm - 6mm ) abgedeckt. Dadurch erreicht man ausreichende Luftzirkulation und Abstrahlsicherheit bezogen auf die Hochfrequenz. |
Bauteile
Ich habe versucht alles mit standard Bauteilen aufzubauen. Der Trafo ist ein Trenntrafo 230V/230V - 120VA die Wicklung für die Röhrenheizung habe ich selbst auf meinen Ringkerntrafo gewickelt. Man kann auch einen separaten Trafo benutzen. Die Widerstände sind Metallfilm, der Hochlastwiderstand in der Anodenleitung ein normaler Drahttyp ( 18 Ohm / 5 W ). Dieser Wiederstand dient als Sicherung. Falls es einen kapitalen Kurzschluß gibt brennt er einfach durch. Die Drosselspule eine Siemens Ferritkern 100uH, 1A belastbar. Die Drosselspule muß allerdings der angegebene Type sein, mit anderen Typen die ich ausprobiert habe hat es nicht funktioniert (siehe Update !). |
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Die Resonanzspule ist auf einen Keramikkörper mit 35mm Durchmesser gewickelt. Es werden am oberen Ende 15 Windungen CuL 0,9mm oder 1mm aufgebracht. Die genaue Drahtstärke bzw. +/- 1 Windung ist nicht kritisch. Der Keramikkörper hat kleine Löcher. Ich habe am Anfang und Ende der Wicklung jeweils eine 2mm Schraube in den Löchern befestigt und die Enden der Wicklung dort angelötet. Mit der oberen 2mm Schraube ist gleichzeitig auch ein Kupferdraht (3mm Durchmesser / 30mm Länge) befestigt. Der Kuperdraht ist am oberen Ende Spitz zugefeilt. Das ist dann die Elektrode an der sich die Corona ausbildet. Die Befestigung mittels einer Schraube ist wichtig denn Spule und Elektrode werden ziemlich heiß. Bei den ersten Versuchen hatte ich die Elektrode noch angelötet aber nach ca. einer 1/2 Stunde hat sich der Draht dann selbst entlötet, es gab einen Kurzschluß und es rauchte ziemlich viel ab. Die Spule wird übrigens auch heiß, deshalb der Keramikkörper ! |
Nachfolgend ein paar Bilder aus dem Betrieb. Das linke Meßgerät in den Bildern ist das Amperemeter, das rechte Instrument das Voltmeter. Die Meßgeräte sind in die Anodenstromleitung eingeschleift und messen die Eingangsleistung der HF Stufe. Die Kamera kann die volle größe der Plasmaflamme nicht wiedergeben. Sie ist in Realität etwa 20% größer. |
Mit den hier eingestellten Werten, 177 mA bei 576 Volt kommt man auf eine Eingangsleistung von 100 Watt. Die Werte stellen sich bei einer G2 Spannung an der EL519 von ca. 75 Volt ein. Das macht die Röhre noch klaglos mit und die Flamme ist etwa 12 mm hoch. | ![]() |
Bei 95 Volt Gitterspannung an G2 fließen 250 mA Anodenstrom die Anodenspannung beträgt 557 Volt. Die aufgenommene Leistung 140 Watt. Flammengröße etwa 15 mm. Das ist so etwa die Grenze für einen regulären Betrieb, je nach Aufbau werden die Anodenbleche schon leicht rot. | ![]() |
Bei 115 Volt Gitterspannung an G2 fließen 300 mA Anodenstrom, die Anodenspannung beträgt 539 Volt. Die aufgenommene Leistung ca. 160 Watt. Flammengröße etwa 18 mm. Hier bekommt die Röhre schon "dicke Backen" wie man in der "Fachsprache" sagt. Das bedeutet die Anodenbleche fangen an dunkelrot zu glühen. Dieser Betreibszustand sollte man nicht lange aufrechterhalten. Die Röhre leidet sehr darunter. | ![]() |
Bei 130 Volt Gitterspannung an G2 fließen 390 mA Anodenstrom, die Anodenspannung beträgt 504 Volt. Die aufgenommene Leistung ca. 196 Watt. Flammengröße etwa 20 mm. Nach 3 minütigem Betrieb in diesem Zustand glühen die Anodenbleche über die ganze Fläche hellrot. Schaut man genau hin kann man auf dem Foto erkennen das das Anodenblech an der Naht schon anfängt leicht rot zu werden. Macht man das ein etwas länger braucht man eine neue Röhre. | ![]() |
So sieht eine PL519 aus die über längere Zeit in einem Plasma Hochtöner überlastet wurde. Die Anodenbleche wurden so heiß das der Glaskolben geschmolzen ist und durch die Luftsäule eingedrückt wurde. Glücklicherweise habe ich es noch gemerkt und konnte eine Implosion verhindern. | ![]() |
Die Röhre funktioniert übrigens noch. Versuchen Sie das mal mit einem Transistor ! |
Nachbauten Hier erscheinen die Links zu Leuten die diesen Plasma Hochtöner nachgebaut haben, versuchen Sie es einmal.http://www.ece.villanova.edu/~cdanjo/plasma.html Die Seite von Colin, Joye. Er hat es auch geschafft und bringt in angeblich mit entsprechender NF Verstaerkung auf 98 dB http://www.hardcoreaudio.de Sebastian Mainka aus Paderborn hat ihn auch nachgebaut. Er hat sich sogar die Mühe gemacht eine Platine zu entwerfen. http://homepages.ihug.co.nz/~andrewp/plasma_speaker.html Andrew Parsons aus Hamilton , New Zealand Stand 2001 |
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Viele Anfragen kamen zum Aufbau der Resonanzspule, deshalb hier noch einige Bilder. ![]() ![]() ![]() ![]() |
Das war's denke ich. Falls noch etwas unklar ist und ich noch etwas näher erklären sollte bitte ich um entsprechende Zuschriften. Diese Beschreibung lebt ab jetzt von Ihren Anregungen !
P.S. Wenn Sie Bilder von Plasma Hochtönern haben sollten, würde ich mich über eine Kopie freuen. |
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