Radios using ironless audio tube power amplifiers

(Online since 07/05/2005. Last update 11/08/2006)
(C) Copyright Rainer Steinfuehr, Berlin, 2006

Translation by Peter Stepponat, Berlin

The output transformer adapts the impedance of an amplifier tube to the impedance of the loudspeaker. This introduces additional distortion of the signal and it limits also the frequency response of the amplifier.

And last it is more expensive (even with an extra tube), than a transformerless solution with the same output power. In the English-speaking world this final amplifier design is called OTL or output transformerless.

In 1955 the manufacturer Philips introduced a radio set model with such a transformerless audio final amplifier on the market. Two different type amplifier tubes connected in series.

Each of the tubes received different voltages of the total anode voltage. The necessary phase reversal of the signal voltage and the generation of grid bias was done with the cathode resistor of the upper tube.

The circuitry of the radio set "Capella 753" was more complicated still: The audio signal was divided after passing the tone control stage into a treble channel and a bass channel via a high pass filter and a low pass filter and was then applied to transformerless audio final amplifier stages with tube types UL84 and EL84.

The ouput of the particular final audio amplifier is fed via an electrolytic of 8uF to the speaker(s). The distortion factor was as with push-pull amplifiers clearly less than with single-ended amplifiers and was about 2,5%. The clear sound is manifest in comparison with standard circuitry.

A disadvantage of the transformerless final audio amplifier is the need of a speaker with an impedance of around 800 ohms (in comparison to the then usual 5 ohms speakers).

In 1956 appeared a special tube for use in these amplifiers, the type EL86. Actually it is an UL84 type tube with the heater changed to 6,3 volts.

In 1956 were produced also sets by Philips with an EL84 tube and an UL41 tube per amplifier.

The design principle was used by Philips not only with radio sets, but also with separate amplifiers (e.g., AG 9014) and tv sets until 1962.

Other manufacturers didn't use this circuit variant in the German-speaking world? (Who has different information? Email).

Was it because of patent rights? Possibly it was because other speaker manufacturers seemingly didn't produce 800 ohms impedance speakers.

In the Internet anyhow, you will find some circuit ideas and construction projects, even of amplifiers for headphone use.

Also there were radio sets in use with an ouput transformerless audio final amplifier using 400-ohms imedance speakers. For example the Uranus B5D02A model of 1960 had two of these speakers connected in series.

Certainly these output transformerless radio sets are an interesting collection field. Below the list of such radio set models as a basis for trying to obtain them.

It is not a secret that the high impedance speakers were not very reliable. When obtaining one you should test it of course.

Literature:

Radios mit "eisenloser" Roehren-Endstufe

(Online seit 07.05.2006. Letzte Bearbeitung: 08.11.2006)
(C) Copyright Rainer Steinfuehr, Berlin, 2006.

Der Ausgangstransformator passt die Impedanz der Lautsprecher-Verstärker-Röhre an die Impedanz des Lautsprechers an. Allerdings bringt er dabei zusätzliche Verzerrungen in den Signalweg ein und begrenzt auch den Frequenzgang des Verstärkers. Nicht zuletzt ist er teuerer (trotz zusätzlicher Röhre), als eine Trafo-freie Lösung bei gleicher Ausgangsleistung. Im englischen Sprachraum wird die eisenlose Endstufe als OTL (output transformerless) bezeichnet.

1955 brachte Philips ein Radio mit einer solchen "eisenlosen" Endstufe auf den Markt. Hier wurden zwei Endröhren unterschiedlichen Types gleichstrom-mäßig in Reihe geschaltet. Beide Röhren erhielten dabei unterschiedliche Teilspannungen der Gesamt-Anodenspannung. Die notwendige Phasenumkehr der Steuerspannung und Gittervorspannungs-Erzeugung für die obere Röhre erfolgte am Katodenwiderstand der oberen Röhre.

Die Auslegung des Radios "Capella 753" war noch komplizierter: Der NF-Signalweg wurde nach der Klangregelung in einen Hochton-Zweig und einen Tieftonzweig über ein Hochpass-Filter und ein Tiefpass-Filter geteilt und dann jeweils einer eisenlosen Endstufe mit UL84 und EL84 zugeführt.

Das Leistungs-Signal der jeweiligen Endstufe wird über einen Elko von 8 uF dem (den) Lautsprecher (n) angeboten. Der Klirrfaktor war wie bei Verwendung von Gegentakt-Endstufen deutlich geringer, als bei trafo-gekoppelten Eintakt-Endstufen und lag bei ca. 2,5 %. Dieses saubere Klangbild ist im Vergleich zu Standard-Schaltungen wahrnehmbar.

Nachteil der eisenlosen Endstufe ist die Notwendigkeit eines Lautsprechers mit ca 800 Ohm Impedanz (im Vergleich zu den damals üblichen 5 Ohm - Lautsprechern).

1956 wurde eine spezielle Röhre, die EL86, für diese Endstufen herausgebracht. Dabei handelt es sich eigentlich um eine UL84, bei der der Heizfaden auf 6.3 Volt angepasst wurde.

1956 gab es aber auch Geräte von Philips mit einer EL84 und UL41 pro Verstärker.

Dieses Schaltungsprinzip nutzte Philips nicht nur bei Radios, sondern auch bei Verstaerken (z.B. AG9014) und Fernsehgeräten noch bis 1962. Andere Hersteller nutzen diese Schaltungsvariante im deutschsprachigen Raum nicht ? (Wer hat hier andere Informationen? email ) Lag das an bestehenden Patenten? Es war aber wohl auch so, daß andere Lautsprecher-Produzenten anscheinend keine 800-Ohm-Lautsprecher angeboten haben. Im Internet finden sich immerhin einige Schaltungs-Vorstellungen und Bauvorschläge bis hin zu Kopfhoerer-Verstärkern.

Ergänzung zu Fernsehgeräten von Peter Lechner, Wien: Diese eisenlosen Endstufen verwendete Philips vielfach auch in s/w-Fernsehgeräten. Eine häufige „Paarung“ dafür war PL 84 und PCL 85 (L-Teil), manchmal auch PCL 86/PCL 85. Der Lautsprecher hatte 800 Ohm Impedanz, also auch einen atypisch hohen Gleichstromwiderstand ~ Schwingspule mit vielen Windungen aus dünnem Draht) – und war nach meiner Erfahrung (als Student hab ich nebenbei in einem TV-Service gearbeitet) recht oft defekt (Schwingspule unterbrochen). Philips-Fernseher hatten damit einen etwas besseren Klang als die meisten Konkurrenzprodukte, die oft mit einer PCL 82 oder PL 95 auskommen mussten. Die Lautsprecher hatten einen hinten geschlossenen Metallkorb, was für Fernseher natürlich vorteilhaft war: Der fast immer seitlich im Gehäuse montierte Lautsprecher kam ja platzbedingt recht nah an die Bildröhre heran, weshalb eine mögliche Beeinflussung der Ablenkung zu berücksichtigen war. Beim Philips-Lautsprecher war diese Gefahr geringer als bei üblichen dynamischen Lautsprechern, wo ja der Magnet hinter dem Korb angeordnet ist. – Ein Nachteil dieses Konzepts war aber die fehlende Möglichkeit, einen „Außenlautsprecher“ anzuschließen. Ohne Ausgangstrafo konnte ja keine Netztrennung realisiert werden, und TV-Geräte waren ja in „Allstromtechnik“ ausgeführt, mit einem Netzpol am Chassis. Mit freundlichen Grüßen aus Wien

Es waren wohl auch Radios mit eisenloser Endstufe und 400 Ohm - Lautsprechern in Gebrauch. Z.B. der Uranus B5D02A von 1960 hatte zwei dieser Lautsprecher in Reihe geschaltet.

Sicher sind diese "eisenlosen" Radios ein interessantes Sammelgebiet. Unten in der Tabelle finden Sie eine kleine Auflistung solcher Radios als Grundlage für Beschaffungs-Versuche. Es soll nicht verschwiegen werden, daß die Hochohm-Lautsprecher leider etwas störanfällig waren. Bei Beschaffungen sollte unbedingt ein Funktionstest vorgenommen werden !

Literatur-Quellen: