Mißverständnisse um Röhren
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Mißverständnisse um Röhren |
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AllgemeinesUm Röhrenverstärker und speziell die Röhre als Bauteil ranken sich zahlreiche Märchen, Mythen und Legenden. Leider ist es wie so oft mit Märchen, Mythen und Legenden, daß sie zwar einen wahren Kern besitzen, aber durch das häufige Weitererzählen wichtige Informationen verloren gingen und Unwahres vorsätzlich oder in Unkenntnis frei dazuerfunden wurden, weil's so schön in die Geschichte hineinpaßt. Als Konsequenz ist leider Vieles, was in HiFi- oder Musikerkreisen über Röhren und Röhrenverstärker erzählt wird, einfach nur hahnebüchener Unsinn.In Gitarrenverstärkern wurden Röhren immer schon verwendet, und dort können sie auch absolut Sinn machen: Denn wenn man schon seit 20 Jahren mit der Gitarre X und dem Röhrenverstärker Y den gewünschten Klang erzeugt, gibt es keinen Grund, eine der Komponenten auszutauschen, nur weil sie nicht mehr dem neuesten Stand der Technik entspricht. Andererseits kann man mit Röhren auch durchaus HiFi-Verstärker bauen, die diesen Namen laut HiFi-Norm wirklich verdienen (allerdings ist die Meßlatte hierfür ziemlich niedrig). Wer damit zufrieden ist, den sollte man nicht mit roher Gewalt von Transistorverstärkern überzeugen zu versuchen. Andersherum aber bitte auch nicht. Bei Röhrenanhängern, insbesondere aus dem HiFi-Lager, ist leider zunehmend eine Art Sektenbildung mit allen negativen Konsequenzen incl. Talibanisierung d.h. extremistischer und verbohrter aber völlig wirklichkeitsferner Sichtweise zu beobachten, die man als rational denkender Mensch genausowenig wie religiösen Extremismus gutheißen kann. Nachfolgend werden daher einige der oft gehörten Behauptungen auf sachlicher Ebene etwas näher beleuchtet. Anmerkung in eigener Sache: Auch wenn es möglicherweise für einen bestimmten Personenkreis so klingen mag, liegt mir überhaupt nicht daran, Elektronenröhren zu diskreditieren. Ich bin auch keineswegs der Röhrenhasser, als der ich per eMail oder in meinem "Schwarzen Brett Technik" schon öfters beschimpft wurde, sondern besitze sogar gleich mehrere Röhrenverstärker in unterschiedlicher Schaltungstechnik und mit unterschiedlichen Röhrentypen, die ich als Gitarrenverstärker Ziel meiner Ausführungen ist es, einen unverkrampften und sachlichen Umgang mit Röhren und Halbleitern zu vermitteln, wozu auch gehört, eklatante Nachteile darzulegen sowie absolut unzutreffenden Behauptungen und Mythen entgegenzutreten. Entsprechend lesen sich viele der nachfolgenden Passagen aus Sicht der Röhrenverfechter natürlich negativ. Selbstverständlich besitzen Röhren, die ruhig vor sich hinglimmen und vielleicht sogar noch einen echten Hingucker von Glaskolben besitzen, mehr Charme als "in schwarzes Plastik eingegossener Fliegenschiß" sprich ein winziges Siliziumplättchen im Kunststoffgehäuse sprich Halbleiterbauelemente. Dies wird wohl kaum jemand in Abrede stellen wollen. Röhren aber als überlegenes Bauelement hinzustellen, wie dies gewisse Gruppierungen gern in demagogischer Weise tun, entspricht jedoch absolut nicht der Realität. Für klangneutrale Verstärker haben Röhren im Vergleich zu Halbleitern nämlich ausschließlich Nachteile. Bei Instrumentenverstärkern muß ich gestehen, daß ich persönlich auch dort keinerlei Vorteile von Röhren ausmachen kann. Zumindest verwende ich wieder meistens meine selbstgebauten Halbleiterverstärker, die eine deutlich flexiblere Klangformung zulassen als ein Vollröhrenverstärker und zudem ganz erheblich weniger rauschen. Es ist allerdings nie mein Ziel gewesen, bekannte Röhrenverstärker mit Halbleitern nachzuahmen, sondern einen Klang zu erzielen, der mir gefällt. Wer exakt den Klang des Röhrenverstärkers XY haben möchte, dem kann ich nur empfehlen, nicht nach Alternativen Ausschau zu halten, sondern genau diesen Verstärker zu kaufen und vor allem auch exakt die originalen Lautsprecher, weil diese meistens deutlich klangprägender sind als der Verstärker. Man sollte Röhren nicht mystifizieren, sondern besser wie Oldtimer auf dem Automobilsektor betrachten: Sie entsprechen zwar nicht dem letzten Stand der Technik, aber sie besitzen einen gewissen Charme, und aufgrund des einfachen Schaltungsaufbaus kann man recht gut selbst Hand anlegen, sofern man mit der lebensgefährlichen Hochspannung sachkundig und verantwortungsvoll umgehen kann. Um im Vergleich zu bleiben: Auch der legendäre und inzwischen unbezahlbar teure Ferrari GTO kann objektiv einem modernen Sportwagen zu einem Fünfzigstel des Preises in keinem einzigen objektiven Bereich das Wasser reichen, auch wenn angeblich früher alles besser war. Wahre und falsche Aussagen zur RöhreHier nun einige Aussagen, zu denen weiter unten der Wahrheitsgehalt und die Hintergründe beleuchtet werden:
1. Röhrenschaltungen arbeiten ohne Gegenkopplung und klingen daher besserDas Wort Gegenkopplung wird von den Röhrenanhängern im HiFi-Bereich gerne als Schimpfwort und als Synonym für den Quell allen Übels verwendet. Gleichzeitig wird darauf verwiesen, daß Röhrenverstärker angeblich ohne Gegenkopplung auskommen und daher viel bessere klangliche Eigenschaften haben als Halbleiterverstärker. Die Wahrheit ist, daß Instrumentenverstärker mit Röhren wie z.B. Gitarrenverstärker tatsächlich oft ohne Wechselstromgegenkopplung auskommen. Dies geschah ursprünglich aber keineswegs aus klanglichen Gründen, sondern war allein durch den hohen Preis von Röhren begründet. Man war aus Kostengründen immer sehr darauf bedacht, mit möglichst wenigen Röhren auszukommen und trotzdem die erforderliche Verstärkung zu erzielen. Denn mit Wechselstromgegenkopplung verringert sich die Verstärkung, so daß man zum Ausgleich eine, zwei oder noch mehr zusätzliche Verstärkerstufen hätte vorsehen müssen. Der durch die fehlende Wechselstromgegenkopplung bereits ohne Begrenzungseffekte relativ hohe Klirrfaktor wird in diesem Fall gern in Kauf genommen bzw. sogar als Klangfarbe begrüßt. Eine Gleichstromgegenkopplung ist übrigens bei fast ausnahmslos jeder Röhrenschaltung vorhanden und wird gern zur Arbeitspunkteinstellung sowie -stabilisierung verwendet, sodaß wir die Aussage "ohne Gegenkopplung" sogleich als falsch entlarven können.Röhrenverstärker für HiFi-Anwendungen sind jedoch fast ausnahmslos auch wechselspannungsmäßig gegengekoppelt. Und solche, die tatsächlich der HiFi-Norm genügen, sind es immer. Anders läßt sich der in der HiFi-Norm geforderte maximale Klirrfaktor nicht erreichen, denn die Gegenkopplung linearisiert die Kennlinie (diese ist in elektrischer Hinsicht deutlich krummer, als man optisch meint; legen Sie ruhig einmal ein Lineal an die Eingangskennlinie!) und verringert dadurch den Klirrfaktor. Ohne Gegenkopplung wäre der Klirrfaktor so hoch, daß sie strenggenommen nicht als HiFi-Verstärker bezeichnet werden dürfen, weil sie die in der HiFi-Norm festgeschriebenen Mindestanforderungen nicht erfüllen, die ohnehin schon sehr gering sind. Eine vorhandene Gegenkopplung wird übrigens von Elektroniklaien oft nicht als solche erkannt, denn man muß keineswegs das Ausgangssignal auf den Eingang zurückführen, um einen Verstärker gegenzukoppeln, auch wenn dies von Leuten mit gesundem Halbwissen oft behauptet wird. Diese Art der Über-Alles-Gegenkopplung kann man nämlich nur bei Verstärkern mit hoher Brandbreite und hoher Verstärkung gewinnbringend anwenden. Diese Voraussetzungen sind bei Röhrenverstärkern im Gegensatz zu modernen Halbleiterverstärkern meistens nicht gegeben: Insbesondere der aus HiFi-Sicht unselige Ausgangstrafo begrenzt die Bandbreite durch seine Streuinduktivität und Wicklungskapazität, die einen ungewollten Tiefpaß mit hoher Steilheit Die sogenannte Über-alles-Gegenkopplung, die bei Halbleiterschaltungen mit großem Erfolg angewendet wird, hat bei Röhrenverstärkern leicht zur Folge, daß sie "dank" der durch vor allem den Ausgangsübertrager verursachten Phasenverschiebung schlicht zu spät kommt und dann versucht, einen bereits begangenen Fehler zu korrigieren, was die Sache nur verschlimmbessert. Insbesondere bei dynamischen Vorgängen, die bei Musiksignalen eher die Regel als die Ausnahme sind, macht sich das negativ bemerkbar. Aus diesem Grund verwendet man bei Röhren eine andere Strategie: Man koppelt die einzelnen Stufen in sich durch z.B. einen Katodenwiderstand gegen und sorgt damit dafür, daß die einzelnen Stufen linearisiert werden. Aufgrund der sehr geringen Leerlaufverstärkung (Triode ca. 30, Pentode ca. 150, moderner Operationsverstärker jedoch locker  Katodenbasisschaltung Sourceschaltung Emitterschaltung OperationsverstärkernZusammengefaßt kann man sagen, daß durch Verzicht auf Gegenkopplung keinesfalls ein besserer Klang erzielt werden kann, denn Gegenkopplung linearisiert die Übertragungskennlinie. Niedrige Verzerrungen bei hoher Aussteuerungsfähigkeit kann man nur mit starker Gegenkopplung erreichen. Bei Halbleitern mit großem Erfolg eingesetzte Gegenkopplungsstrategien wie die starke Über-alles-Gegenkopplung kann man jedoch wegen des unseligen Ausgangsübertragers auch bei hohem Materialeinsatz nicht unverändert auf Röhrenverstärker übertragen, weil sonst der Verstärker leicht zu schwingen anfängt. 2. Röhren besitzen viel linearere Kennlinien als TransistorenUm es vorweg zu nehmen: Wer sich auch immer diese Behauptung ausgedacht hat, sie ist absolut unwahr. Richtig ist, daß ungefähr die Hälfte der sogenannten Eingangskennlinie einer Röhre optisch einigermaßen gerade aussieht. Wenn man ein Lineal daneben hält, sieht man aber sofort, daß der optische Eindruck stark täuscht, denn die Kennlinie ist bei einer idealen Röhre in jedem Punkt der Kennlinie quadratisch, also in keinem einzigen Punkt linear. Die Eingangskennlinie eines Bipolartransistors sieht dahingegen schon rein optisch vergleichsweise krumm aus. Allerdings ist dies ein Paradebeispiel dafür, Äpfel mit Birnen zu vergleichen: Bei Röhren beschreibt das oft fälschlicherweise als Eingangskennlinie bezeichnete UG-IA-Diagramm die Abhängigkeit des Anodenstroms von der Gitterspannung, d.h. wie sich die Ausgangsgröße durch die Eingangsgröße beeinflussen läßt. Bei Bipolartransistoren beschreibt die Eingangskennlinie die Abhängigkeit des Basisstroms von der Basisspannung, d.h. wie sich der Eingangsstrom durch die Eingangsspannung verändert, also etwas gänzlich anderes. Darüber, wie die Ausgangsgröße von der Eingangsgröße abhängt, ist damit überhaupt nichts gesagt.Um Äpfel wirklich mit Äpfeln zu vergleichen, muß man sich als Pendant zur sogenannten Röhren-Eingangskennlinie bei Transistoren die Abhängigkeit des Kollektorstroms von der Basis-Emitter-Spannung ansehen. In den Datenblättern wird eine solche Kennlinie jedoch nicht angegeben, weil sie beim Entwurf von Transistorschaltungen keine Rolle spielt und daher nicht benötigt wird. Allerdings gibt es ein Pendant zur Steilheit einer Röhre, nämlich die Stromverstärkung eines Sperrschichttransistors. Wenn man die Kennlinie der Steilheit S einer Röhre mit der Kennlinie der Stromverstärkung hFE (auch β genannt) eines Transistors vergleicht, kann man für die Röhre jedoch keinen Vorteil
Die für diesen Vergleich verwendete PC86 ist eine hochwertige, rauscharme Triode in SpanngittertechnologieDie von einigen verbissenen Röhrenanhängern verbreitete Meinung, daß Röhren von Natur aus viel linearer als Transistoren arbeiten, ist daher absolut unzutreffend und eine Diskreditierung der Transistoren. Zudem gibt es Transistorentypen, die vom Wirkungsprinzip (elektrostatische Beeinflussung) wie Röhren arbeiten und daher auch die qualitativ gleichen Kennlinien besitzen: Feldeffekttransistoren. Auch diese werden von bestimmten Kreisen nur als Halbleiter-Teufelszeug betrachtet und als Ausdruck der Geringschätzung als Sand (in Anspielung auf das Halbleitermaterial Silizium, Quarzsand besteht aus Siliziumdioxid) oder Plastik (in Anspielung auf das oft verwendete Gehäusematerial) Hinzu kommt, daß die "Rohkennlinie" des jeweiligen Bauelements absolut unerheblich ist. Wichtig ist, wie die Übertragungskennlinie der fertig aufgebauten Verstärkerstufe aussieht. Und gerade hier wirkt sich die bei Transistorschaltungen allgegenwärtige Gegenkopplung sehr positiv aus. Durch die hohe Bandbreite und hohe Gesamtverstärkung von Verbundschaltungen kann man nicht nur einzelne Stufen stark gegenkoppeln und auf diese Weise linearisieren, sondern auch eine im Vergleich zu Röhrenschaltungen vergleichsweise starke Über-alles-Gegenkopplung verwenden, so daß Rest-Nichtlinearitäten ohne negative Nebenwirkungen nahezu vollständig ausgebügelt werden. 3. Röhren benötigen im Gegensatz zu Transistoren keine AnsteuerleistungDies ist schon wieder ein Gerücht, das der Überprüfung nicht standhält. Dabei klingt es so einfach und logisch: "Das Gitter ist ja nur ein wendelförmiger Draht (früher:Drahtgeflecht), das sich isoliert von allen anderen Anschlüssen im Hochvakuum befindet. Entsprechend kann kein Gitterstrom fließen, weshalb die Ansteuerung leistungslos erfolgt."Wie bitte, es kann kein Gitterstrom fließen? Sorry, aber wenn jemand so etwas behauptet, ist sein physikalisches und vor allem elektrotechnisches Verständnis ziemlich limitiert. Es kann nämlich sehr wohl ein Gitterstrom fließen, was in der Praxis auch immer passiert, und zwar gleich aus zwei verschiedenen physikalischen Gründen! Grund Nr. 1 ist die Tatsache, daß das Gitter den von der Katode emittierten Elektronen einfach im Weg steht, denn diese müssen auf dem Weg zur Anode zwingend an diesem vorbeifliegen. Die allermeisten Elektronen werden zwar bei negativer Gitter-Katoden-Spannung elektrostatisch vom Gitter ferngehalten, aber ein geringer Teil trifft trotzdem auf das Gitter auf, weil die abstoßende elektrostatische Kraft nicht groß genug war. Dies gilt sogar bei einer völlig "gesperrten" Röhre: Einige Elektronen schaffen es immer zum Gitter, auch wenn es bei sehr negativer Gitter-Katoden-Spannung nicht übermäßig viele sind. Es stellt sich deshalb ein Gitterstrom ein, der von außen in die Röhre hineinfließt (technische Stromrichtung, die Elektronen fließen ja aus der Röhre heraus). Dieser Gitterstrom ist keineswegs konstant sondern nimmt mit steigender, aber immer noch negativer Gitter-Katoden-Spannung zu. So ist es nicht verwunderlich, daß in fast jedem Röhrendatenblatt ein maximaler Wert für den Gitterableitwiderstand spezifiziert ist, der üblicherweise zwischen einigen Wie sie sehen, kann von leistungsloser Steuerung wirklich keine Rede sein. Darüberhinaus besitzen übliche Feldeffekttransistoren im Vergleich zu üblichen Röhren einen deutlich geringeren statischen Eingangsstrom (dort heißt er natürlich Gate-Strom). Hier zum groben Vergleich zwei typische Werte aus den Datenblättern:
Fazit: Sowohl Transistoren aller Art als auch Röhren aller Art benötigen eine Ansteuerleistung. Sogar die vielgeschmähten Bipolartransistoren schlagen sich hierbei wackerer, als viele Leute glauben. Die niedrigste Ansteuerleistung benötigen Kleinleistungs-MOS-FETs. 4. Röhren sind aufgrund der viel höheren Betriebsspannung linearer als HalbleiterEs scheint logisch: Wenn man eine hohe Betriebsspannung verwendet und nur einen kleinen Teil des Ausgangsspannungsbereichs nutzt, ist das Verhalten linearer, als wenn man fast den gesamten Bereich nutzt. Aber auch hier muß man die Sache etwas näher beleuchten: Wenn die Übertragungskennlinie relativ krumm ist, ist diese Aussage richtig. Bei Röhren nehmen die Verzerrungen ("Klirrfaktor") im Linearbereich mit zunehmender Ausgangsspannung immer weiter zu; dies erfolgt wegen der nicht konstanten Steilheit (siehe hierzu auch Punkt 2 weiter oben) ungefähr proportional mit der Aussteuerung. Ab einem bestimmten Punkt, wenn Begrenzungseffekte einsetzen, steigen die Verzerrungen stark an. An diesem Übergangspunkt vom Linearbetrieb in den Begrenzungsbereich sind die Verzerrungen schon sehr hoch. Beispielsweise bezieht sich die Angabe der Abgabeleistung von Endröhren oder die maximale Ausgangsspannung von Vorstufenröhren in Röhrendatenbüchern meistens auf stolze 10% Klirrfaktor. Durch eine kleine Ausgangsspannung bezogen auf die Betriebsspannung kann man bei Röhren daher die Verzerrungen reduzieren. Aber speziell bei Endstufenröhren nutzt man gezwungenermaßen den möglichen Spannungshub nahezu voll aus, um überhaupt eine akzeptable Ausgangsleistung erzielen zu können. Auch die Treiber- und Phasensplitterstufe müssen oft eine hohe Ausgangsspannung liefern, um die üblichen Leistungsröhren voll aussteuern zu können. Insofern ist die Behauptung, daß bei Elektronenröhren die Ausgangsspannung nur einen kleinen Bruchteil der Betriebsspannung beträgt, bestenfalls bei Vorstufen richtig.Bei linearem Verhalten des aktiven Elements ist obige Behauptung jedoch absolut falsch. Beispielsweise können moderne Operationsverstärker bei absolut linearem Verhalten eine Ausgangsspannung liefern, die bis auf wenige zehntel Volt an die Betriebsspannung heranreicht. Es besteht in einem solchen Fall überhaupt keine Notwendigkeit, eine Betriebsspannung zu wählen, die um Größenordnungen größer als die Ausgangsspannung ist. Vergleichen Sie einfach einmal die Meßwerte von Röhren Operationsverstärker5. Röhren sind viel robuster als HalbleiterOb diese These stimmt, können Sie sarkastisch gesagt gern selbst ausprobieren, indem Sie beispielsweise Ihre teure Endröhre und einen billigen Leistungstransistor aus Brusthöhe auf einen Steinfußboden fallen lassen. Das Resultat braucht man wohl kaum näher zu beschreiben. Aber auch elektrisch sind Röhren keineswegs robuster als Halbleiter: Es ist richtig, daß bei Halbleitern eine max. Betriebsspannung spezifiziert ist, oberhalb der sie zerstört werden, sofern die Betriebsspannung ausreichend niederohmig ist. Dies ist aber auch bei Röhren so. Wenn die max. zulässige Betriebsspannung überschritten wird, erfolgt ein Spannungsüberschlag, wobei bei niederohmiger Spannungsquelle das Innere der Röhre durch den entstehenden Lichtbogen geradezu weggebrannt wird. Daß dies nicht nur theoretisch so ist, können Sie ganz leicht selbst ausprobieren, indem Sie bei voller Aussteuerung bei Ihrem Röhrenverstärker mit Ausgangstrafo die Zuleitung zum Lautsprecher unterbrechen. Die Endröhren sowie oft auch der Ausgangstrafo sind dann nur noch Schrott.Halbleitern wird gerne nachgesagt, daß sie gegenüber Überströmen viel empfindlicher reagieren als Röhren. Richtig ist, daß Leistungshalbleiter wie z.B. IGBTs oder Power-MOS-FETs für kurze Zeit Stromspitzen klaglos hinnehmen, die selbst bei nicht sehr leistungsfähigen Exemplaren viele hundert Ampere betragen dürfen. Ein gutes Beispiel hierfür sind Computer-Blitzgeräte für Fotokameras, bei denen heutzutage ein IGBT, wie man ihn auch in HiFi-Endstufen findet, eine Spannung von meistens zwischen 300 und Dauert bei einem Halbleiter der exorbitant hohe Stromfluß lange an, so heizt er sich auf und wird bei Überschreiten der max. zulässigen Chiptemperatur beschädigt. Bei Röhren sind zwar hingegen nur deutlich geringere Ströme möglich, aber trotzdem heizt sich auch eine Röhre sehr schnell über das zulässige Maß auf, woraufhin ihr Innenleben verschmort. Nicht ohne Grund enthält jedes Röhrendatenblatt Angaben über die maximale Anoden- und Gitterverlustleistung. Das Verschmoren dauert aufgrund der durch den viel kleineren Strom auch viel kleineren erzeugten Wärmemenge natürlich länger als das Zerstören eines Halbleiters. Dies mag der Grund sein, worauf sich das Märchen der größeren Robustheit von Röhren stützt. Zudem verändert selbst eine nur leicht angeschmorte Röhre ihre Eigenschaften sehr stark und gilt daher als Schrott. Bei Halbleitern gibt es hingegen keine Grauzone: Entweder sie funktionieren einwandfrei oder Sie haben keine Funktion mehr. Das erleichtert übrigens im Falle des Falles die Fehlersuche ungemein. Bislang wurde aber nur das "nackte" Bauelement betrachtet. In der Praxis hat man es jedoch mit Halbleitern oder Röhren im Schaltungsverbund zu tun. Bei Halbleitern ist es üblich, sie mit allerhand Schutzschaltungen wie z.B. einer Überstrom- und Temperaturbegrenzung zu versehen, so daß Halbleiterschaltungen nahezu "unkaputtbar" sind, wenn man nicht gerade auf die glorreiche Idee kommt, z.B. den Lautsprecherausgang einer HiFi-Endstufe direkt mit dem Sie sehen, es macht Sinn, sich die Sachlage etwas genauer anzusehen, bevor man scheinbare Fakten ungeprüft weiterverbreitet. Nur in einem Punkt sind Röhren in der Tat robuster als Halbleiter: Röhren sind von Natur aus unempfindlich gegenüber EMP (Electro Magnetic Pulse). Es handelt sich hierbei um einen elektromagnetischen Impuls, der bei der Detonation von Atombomben entsteht und Halbleiter zerstören kann. Hier sollte man jedoch die Kirche im Dorf lassen: Erstens kann man auch Halbleiterschaltungen EMP-fest machen, was bei militärischen Geräten schon lange der Fall ist, und zweitens ist es kaum sinnvoll, über die Funktionsfähigkeit von HiFi-Anlagen oder Instrumentenverstärkern auch nur ein einziges Wort zu verlieren, wenn in einer Entfernung von 6. Röhren sind spannungsgesteuerte, Transistoren stromgesteuerte BauelementeDiese Aussage ist fast richtig, denn im Idealfall ändert sich der Anodenstrom einer Röhre genau quadratisch mit der Gitterspannung, während sich der Kollektorstrom eines Bipolartransistors linear mit dem Basisstrom ändert. Die ganze Wahrheit ist, daß sich der Anodenstrom auch über den Gitterstrom und der Kollektorstrom über die Basisspannung steuern läßt. Allerdings ist in beiden Fällen der Zusammenhang ziemlich nichtlinear. Zudem ist der Bipolartransistor nicht die einzige Art von Transistoren; darüberhinaus werden nämlich oft Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (FET), Metalloxyd-Feldeffekttransistoren (MOS-FET und Power-MOS-FET), IGBTs etc. verwendet. Bei all diesen Typen ist der Zusammenhang zwischen Drainstrom und Gatespannung quadratisch. Deren Kennlinien ähneln dabei auffallend denen von Röhren (genaugenommen denen von Pentoden, wobei Halbleiter natürlich weder einen Schirm- noch Bremsgitteranschluß besitzen), was auch nicht wirklich überrascht, weil bei diesen Transistoren der Elektronenfluß wie bei Röhren elektrostatisch über das Gate beeinflußt wird. Das physikalische Wirkungsprinzip ist absolut das Gleiche wie bei Röhren, nur daß die Elektronen nicht durch ein Vakuum fliegen sondern durch einen Halbleiter fließen, daß keine Heizung erforderlich ist und daß die Durchlaßverluste ganz erheblich geringer sind.Egal, ob ein Bauelement spannungs- oder stromgesteuert ist, es kommt auf das Verhalten einer Schaltung an und nicht auf die Kennlinien eines nackten Bauelements. Transistorverstärker werden nämlich bei Audioverstärkern so beschaltet, daß die Ausgangsspannung linear von der Eingangsspannung abhängt. Dadurch, daß bei Bipolartransistoren ein nennenswerter Eingangsstrom zur Steuerung benötigt wird, ist allerdings der Eingangswiderstand einer Ein-Transistorstufe deutlich geringer als bei Röhren. Wenn dies stört, kann man Schaltungstricks anwenden, Feldeffekttransistoren verwenden oder mehrere Transistoren kombinieren. Einfachstschaltungen mit Transistoren sind mittlerweile in der Niederfrequenzelektronik so gut wie ausgestorben, denn durch Kombination mehrerer Transistoren, die bekanntlich kaum Kosten verursachen, kann man die Eigenschaften einer Schaltung sehr stark 7. Röhren sind rauschärmer als TransistorenRöhren und Transistoren fügen dem Nutzsignal Rauschen hinzu, was verständlicherweise unerwünscht ist. Wie stark dieses hinzugefügte Rauschen ist, hängt stark vom verwendeten Röhren- oder Transistortyp, der verwendeten Schaltung und zusätzlich vom Signalquellenwiderstand ab. Ganz grob kann man sagen, daß Bipolartransistoren für Signalquellen mit niedrigem Innenwiderstand wie z.B. Moving-Coil-Tonabnehmer am besten geeignet sind, Röhren und Sperrschicht-FETs hingegen für Signalquellen mit hohem bis sehr hohem Innenwiderstand wie z.B. Gitarrentonabnehmer oder Kristall-Mikrofone. MOS-FETs sind am besten für Signalquellen mit extrem hohem Innenwiderstand geeignet, die allerdings im Audiobereich unüblich sind.Wer meint, Rauschen sei ein Privileg von Transistoren, und Röhren seien davon verschont, irrt sich. Die Ursachen für das Rauschen sind vielfältig und für Laien nicht unbedingt einfach verständlich. Am verständlichsten dürfte es sein, daß ein Teil des Röhrenrauschens dadurch begründet ist, daß ein konstanter Anodenstrom nicht wirklich absolut konstant ist. Ein konstanter Strom würde bedeuten, daß die Elektronen sehr dicht mit gleichem Abstand hintereinander in Reih' und Glied aus der Katode austreten und auch genauso auf der Anode auftreffen. In der Realität verhalten sich Elektronen aber völlig zufällig. Das Austreten der Elektronen kann man mit einer Wolke vergleichen, aus der zahlreiche Wassertröpfchen abregnen. Hierbei ist es absolut zufällig, wann sich wo ein Wassertröpfchen befindet. Treffen die Regentropfen auf einen Gegenstand auf (in der Röhre wäre das die Anode), so ist die Zahl der auftreffenden Wassertröpfchen pro Zeiteinheit nicht konstant sondern zu jedem Zeitpunkt geringfügig anders, was bei einem Blechdach als charakterisches Prasselgeräusch hörbar wird. Übertragen auf die Elektronen heißt das, daß in einem Moment viele Elektronen auf einmal auf die Anode auftreffen, im nächsten Moment aber kein einziges. Der Anodenstrom, also die Anzahl der eintreffenden Elektronen pro Zeiteinheit, bleibt im Mittel zwar konstant, aber wenn man zu verschiedenen Zeiten Schnappschüsse macht, liegt der aktuelle Wert mal unter und mal über dem Mittelwert. Genau dies macht sich als Rauschen bemerkbar. Hinzu kommt, daß die Elektronenwolke am Gitter ähnlich wie Luft, die durch einen Lattenzaun weht, "verwirbelt" wird und dadurch noch ungleichmäßiger auf die Anode trifft. Dies hat zusätzliches Rauschen zur Folge und ist auch die Erklärung dafür, warum Trioden grundsätzlich rauschärmer sind als Pentoden. Letztere enthalten bekanntlich 2 Gitter mehr als Trioden. Gute Röhren sind je nach Typ bezüglich des Rauschens bei hohen Innenwiderständen der Signalquelle sicherlich nicht schlecht, aber Sperrschicht-FETs sind im Schnitt einfach noch besser, schlicht weil die Entwicklung nicht vor fast 40 Jahren eingestellt wurde sondern immer noch vorangetrieben wird. Zum Vergleich: Die rauscharmen Spanngitterröhren PC86 und PC88 besitzt ein Rauschen, das einem Widerstand von ca.  Zwei Punkte seien nicht verschwiegen, die zwar nicht direkt unter das Thema Rauschen fallen sondern eher unter Störgeräusche: Erstens sind alle Röhren mehr oder weniger mikrofonisch, d.h. wenn man sie erschüttert, erzeugen sie durch die Relativbewegung zwischen Katode, Gitter und Anode Störgeräusche. Dies ist auch dann der Fall, wenn Schall auf die Röhre einwirkt. Man kann dies testweise provozieren, indem man mit einem Bleistift oder aus Sicherheitsgründen besser mit einem Plastikstab leicht an eine Röhre tippt, was ein mehr oder minder lautes "Plopp" im Lautsprecher zur Folge hat. Die allseits beliebte und auch in vielen sogenannte High-End-Röhrenverstärkern anzutreffende ECC83 ist im Gegensatz zur gern als "Fernsehröhrenschrott" bezeichneten PC86 oder PC88 keine Spanngitterröhre und folglich ziemlich mikrofonisch. Zweitens ist vor allem bei direktgeheizten Röhren mit Wechselstromheizung ein deutliches Netzbrummen vernehmbar, das man nicht vermeiden kann und das jedes Rauschen übertönt. Bei Halbleitern gibt es solche Effekte nicht; sie sind grundsätzlich weder mikrofonisch noch brummen sie. 8. Röhren besitzen eine höhere Bandbreite als TransistorenWenn man in den 60er Jahren Röhren mit Transistoren verglich, war das Ergebnis eindeutig: Die damals üblichen Germaniumtransistoren waren nicht nur bezüglich der Bandbreite den Röhren deutlich unterlegen. Dies ist eine Tatsache, die hartnäckig immer wieder bis heute erzählt wird, obwohl dies schon lange nicht mehr zutrifft. Genauso wie es seinerzeit spezielle Hochfrequenzröhren gab, sind schon lange spezielle Hochfrequenztransistoren erhältlich, die problemlos im GHz-Bereich bei niedrigsten Betriebsspannungen einsetzbar sind. Anders wären die geringen Abmessungen von z.B. Mobiltelefonen auch gar nicht zu gewährleisten. Stellen Sie sich diese nur einmal mit Röhren vor! Die heutzutage für erstaunlich wenig Geld erhältlichen LNCs (= Low Noise Converter), die zum Empfang des Satellitenfernsehens verwendet werden, arbeiten in einem Frequenzbereich von überIm Niederfrequenzbereich setzt man natürlich keine speziellen Hochfrequenztransistoren ein, die dafür speziell optimiert sind, sondern für diese Anwendung besser geeignete Niederfrequenztransistoren. Die Bandbreite von typischen Niederfrequenzverstärkern beträgt ohne diesbezügliche Optimierungsmaßnahmen trotzdem üblicherweise einhundert bis einige hundert kHz, was für Audiosignale ganz deutlich mehr als ausreichend ist. Bei Röhrenverstärkern wird die Bandbreite vor allem durch den nahezu unvermeidlichen Ausgangsübertrager sowohl zu tiefen als auch hohen Frequenzen hin dermaßen drastisch reduziert, daß er bei voller Aussteuerung nur mit Mühe und Not für den Audiobereich ausreicht. Dies trifft auch auf sogenannte Ultralinearübertrager zu, wobei sich der Begriff auf die Wickeltechnik bezieht und keineswegs auf das Übertragungsverhalten. Dementsprechend tritt auch bei extrem teuren Nobelröhrenverstärkern ein eklatanter und damit oft hörbarer Baß- und nicht selten auch Höhenabfall auf, der sich meßtechnisch leicht nachweisen läßt. Der Baßabfall verschiebt sich zudem bei wachsender Aussteuerung durch die Kernsättigung des Ausgangsübertragers zu höheren Werten hin. Gern wird daher in den technischen Daten der Frequenzgang bei sehr niedriger Ausgangsleistung angegeben, um zu kaschieren, daß bei höherer Ausgangsleistung ein merklicher Baßabfall einhergehend mit Verzerrungen eintritt. Hinzu kommt, daß Röhrenschaltungen zwangsläufig recht hochohmig aufgebaut sind, so daß sich bei jeder der Vorstufen schon bei geringen Streukapazitäten Tiefpaßfilter mit niedrigen Grenzfrequenzen ergeben. Solche Probleme sind Halbleiterverstärkern wegen des niederohmigen Aufbaus und des Fehlens von Übertragern im Signalpfad völlig fremd. Als Argument wird immer wieder gern hervorgebracht, daß es immer noch Hochfrequenzanwendungen gibt, in denen Röhren zum Einsatz kommen. Das ist korrekt. Man sollte dabei jedoch nicht vergessen, daß es sich dabei jedoch in den allermeisten Fällen um spezielle Hochleistungssenderöhren handelt. Diese sind mit den üblichen Audio-, Radio- oder Fernsehröhren weder bzgl. Aufbau noch Preis vergleichbar. Zudem werden sie immer weiter von Halbleitern verdrängt. Neuentwicklungen mit Röhren gibt es hier schon lange nicht mehr, aber bestehende Anlagen reißt man deswegen noch lange nicht ab, sondern betreibt sie aus Kostengründen weiter und ersetzt regelmäßig die Senderöhre durch ein neues Exemplar, da Röhren einem nennenswerten Verschleiß unterliegen. Dies ist auch der Grund, warum auch heute noch Senderöhren gefertigt werden. Halbleiter verschleißen hingegen nicht und brauchen daher auch nicht ausgetauscht zu werden. 9. Röhren produzieren einen weicheren, angenehmeren Klang als HalbleiterOft wird behauptet, daß Röhrenverstärker durch die im Linearbereich (d.h. bei eher geringer Aussteuerung, ohne daß der Verstärker in die Begrenzung gerät) geradzahligen Oberwellen einen weichen und angenehmen Klang produzieren, während Halbleiterverstärker wegen der ungeradzahligen Oberwellen kalt und ausdruckslos bis schrill klingen.Diese Aussage ist gleich in mehrfacher Hinsicht falsch. Es fängt schon damit an, daß man falsche Bezeichnungen benutzt: Die erste Oberwelle ist nämlich identisch mit der zweifachen Grundfrequenz, die zweite Oberwelle der dreifachen Grundfrequenz und so weiter. Richtig ist, daß in geringem Maß zusätzlich erzeugte ungeradzahlige Oberwellen (vor allem die erste Oberwelle, also diejenige mit doppelter Grundfrequenz, man nennt sie k2, wenn man von Klirrfaktor redet) den Klang für das Ohr oft angenehmer und harmonischer machen. Geradzahlige Oberwellen (also ungeradzahlige Vielfache der Grundfrequenz wie k3, k5 etc.) machen den Klang hingegen eher aggressiver, spitzer und zwingender, weshalb Sie besonders bei den "bösen Buben der Rockmusik" das Mittel der Wahl sind. Allerdings sind aus HiFi-Sicht jegliche zusätzlich erzeugten Oberwellen abzulehnen, egal ob geradzahlig oder ungeradzahlig. Diese Forderung wird von Halbleiterverstärkern vorbildlich erfüllt: Deren Klirrfaktorangabe besitzt üblicherweise im Gegensatz zu Röhrenverstärkern so viele Nullen hinter dem Komma, daß man aufpassen muß, sich nicht zu verzählen. Es ist absolut unzutreffend, daß Halbleiterverstärker im Linearbetrieb Oberwellen mit ungeradzahligem Index (also k3, k5 usw.) in nennenswertem Umfang Einfache Röhrenvorstufen (siehe Röhrengrundschaltungen) Transistorgrundschaltungen) Katodenbasisschaltung Sourceschaltung EmitterschaltungFalsch ist zudem, daß Röhrenverstärker ausschließlich Oberwellen mit geradzahligem Index produzieren. Daß selbst einfache Verstärkerstufen zusätzlich zu k2 auch k3 produzieren, kann man anhand der oben erwähnten Meßwerten gut erkennen. Bei Gegentaktendstufen werden Oberwellen mit ungeradzahligem Index (z.B. 1. Oberwelle entsprechend k2) schaltungsbedingt nahezu unterdrückt, so daß auch bei den gängigsten Röhrenendstufen Oberwellen mit geradzahligem Index bei weitem dominieren (also 2., 4. etc. Oberwelle entsprechend k3, k5 etc.). Dabei ist es übrigens völlig egal, ob es sich um Pentoden- oder Triodenbetrieb handelt. Lediglich Eintaktendstufen, die man in kundigen Kreisen auch gern single ended oder kurz SE nennt, produzieren im Linearbetrieb vorzugsweise ElektrogitarreHalbleiterverstärker sind üblicherweise so ausgelegt, daß im Linearbetrieb die Verzerrungen extrem gering sind und man schon sehr gutes Equipment benötigt, um sie meßtechnisch überhaupt nachzuweisen. Ein Gesamtverzerrungsgrad um 0,01% oder noch weniger ist eher die Regel als die Ausnahme, während es bei Röhrenverstärkern schwierig ist, außer bei sehr kleiner Aussteuerung Werte von unter 0,5% zu erreichen (und zwar real bei Nennausgangsleistung gemessener Wert statt beschönigender Prospektangabe). Die Wiedergabe eines guten Halbleiterverstärkers ist absolut originalgetreu. Außerdem ist es absolut kein Problem (auch kostenmäßig), einen Halbleiterverstärker mit extrem hoher Ausgangsleistung zu bauen, wodurch man vermeidet, daß er selbst bei sehr lauter Wiedergabe auch nur in die Nähe der Begrenzung gerät. PA-Verstärker, die zur Ansteuerung der riesigen Schallwände bei Bei HiFi-Verstärkern sind Verzerrungen und Nebengeräusche, und nichts anderes sind ja schließlich zusätzlich generierte Oberwellen, absolut unerwünscht, denn es handelt sich dabei um Abweichungen vom Originalsignal. Zusätzlich generierte Oberwellen muß man daher als Effekt strikt ablehnen, auch wenn der Klang mit Oberwellen möglicherweise angenehmer erscheint. Wer unbedingt den Klang seiner Musikanlage mit zusätzlichen Oberwellen verändern möchte (von HiFi-Anlage kann man dann aber nicht mehr reden), sollte lieber ein Effektgerät verwenden. Bei Studioaufnahmen ist es ohnehin üblich, quer durch alle Musikstilrichtungen sogenannte Aural Exciter einzusetzen, die genau dies tun. Diese Geräte, die übrigens keine neue Erfindung sind, sondern die es schon seit vielen Jahrzehnten gibt (anfänglich in Röhrentechnik), tun nichts anderes, als dem Originalsignal in einer durch den Anwender einzustellenden Intensität künstlich generierte Oberwellen hinzuzumischen. Der große Vorteil solcher Geräte gegenüber Röhrenverstärkern ist der, daß der Effektgrad stufenlos einstellbar ist und auch abgeschaltet werden kann, wenn man ihn leid ist. Bei Übersteuerung, und das ist vor allem bei Gitarrenverstärkern eher die Regel als die Ausnahme, macht es sich klanglich positiv bemerkbar, daß Röhren schon lange vor Erreichen der theoretisch möglichen Aussteuerungsgrenzen relativ weich in die Begrenzung geraten, so daß sich ein zwar verzerrter Klang einstellt, der durch Oberwellen mit geradzahligem Index (also ungeradzahligem k-Index) begründet ist, der sich aber trotzdem "musikalisch" anhört. Aber auch hier gibt es Unterschiede, die sowohl durch die Kennlinien der verwendeten Röhren als auch durch die Schaltungstechnik begründet sind. Bei einem besonders weichen Übergang redet man gern von einem singenden Sound, der gern in Jazz, Blues, Pop etc. Anwendung findet. Durch geeignete Röhrenwahl und/oder entsprechende Schaltungstechnik kann man erreichen, daß ein Röhrenverstärker relativ hart in die Begrenzung gerät. Solche Verstärker klingen fast schon so kratzig wie Transistorverstärker und werden gern von den "bösen Jungs" der Musikbranche verwendet. Auf der anderen Seite kann man einen weichen Übergang in die Begrenzung auch bei Transistorverstärkern erreichen. Sie können sich dies aufgrund der immer wieder gehörten Behauptung, daß Transistoren angeblich immer hart in die Begrenzung gehen, nicht vorstellen? Dann schauen Sie sich doch einmal das nachfolgende, von einem 2-Kanal-Oszilloskop abfotografierte Bild an, in dem bei leichter Übersteuerung die Ausgangssignale einer Katoden-Basis-Schaltung Sourceschaltung Bild 2: Übersteuerungsverhalten Röhre / Feldeffekttransistor Eingangspegel und Arbeitspunkt wurden so eingestellt, daß sich eine möglichst gute Übereinstimmung des Ausgangssignals ergab (am Oszi durch Wahl dessen Eingangsverstärkung normiert, da der maximale Spannungshub der Pentode bei gleicher Betriebsspanung naturgemäß kleiner als der eines FETs ist). Man sieht, daß bei hohen Ausgangsspannungen die Verläufe nahezu identisch sind, was ja auch das Ziel war. Röhre bzw. FET befinden sich dabei im Anlaufbereich, in dem der Anoden-/Drainstrom ungestört von irgendwelchen "Dreckeffekten" quadratisch in Bezug zur Eingangsspannung zunimmt. Im Bereich niedriger Ausgangsspannungen ergibt sich aber eine sichtbare Abweichung. Dies ist der Bereich, in dem Röhre bzw. FET in die Sättigung geraten. Wer jetzt erwartet, daß wenigtens in diesem Bereich die Röhre ein weicheres Verhalten an den Tag legt, liegt falsch: Der FET geht viel weicher in die Sättigung als die Röhre. Nachfolgend sehen Sie die Ausgangssignale nochmal einzeln:
Wenn man genau hinsieht, wird man feststellen, daß beim Transistor sich die positive Halbwelle ein wenig stärker in der Begrenzung befindet als bei der Röhre. Dies wurde durch einen im Vergleich geringfügig zu hohen Eingangspegel verursacht, um auch bei der negativen Halbwelle eine möglichst große Übereinstimmung zu erzielen. Nimmt man den Eingangspegel ein bißchen zurück, wird die negative Halbwelle beim Transistor noch etwas weicher begrenzt. Man könnte jetzt argumentieren, daß die Betriebsspannung röhrenuntypisch niedrig war und die Röhre bei höherer Betriebsspannung ein viel besserers Verhalten an den Tag legt. Dies ist aber nicht richtig: Erstens handelt es sich um eine Niederspannungsröhre und zweitens wird der Übergang in die Begrenzung bei höherer Betriebsspannung noch härter, da der Übergangsbereich weitgehend unabhängig von der Betriebsspannung ist, der absolute Spannungshub aber mit steigender Spannung ansteigt. Das Verhältnis von Linearbereich zu Sättigungsbereich wird mit steigender Betriebsspannung immer größer; entsprechend nimmt der Sättigungsbereich in Bezug auf den gesamten Ausgangsspannungshub weiter ab, weshalb der Übergang immer härter wird. Fairerweise muß gesagt werden, daß es Feldeffekttransistoren und Röhren mit den unterschiedlichsten Kennlinien gibt. Auch Feldeffekttransistoren unterscheiden sich im Übersteuerungsverhalten leicht voneinander, genauso wie sich unterschiedliche Röhren voneinander unterscheiden. Die Unterschiede sind jedoch deutlich geringer, als viele Leute vermuten. 10. Röhrenverstärker besitzen einen luftigeren Klang als TransistorverstärkerRöhrenverstärker besitzen im Vergleich zu Transistorverstärkern einen extrem hohen Ausgangswiderstand sprich einen sehr geringen Dämpfungsfaktor. Das Baßlautsprecherchassis des angeschlossenen Lautsprechersystems wird dadurch nicht im erforderlichen Maße bedämpft. Es kann daher in einem gewissen Maße unkontrollierte Bewegungen vollführen, die ein Transistorverstärker fast vollständig verhindert. Oft werden diese Klangverfälschungen als "luftiger" Klang bezeichnet, weil das Lautsprecherchassis recht ungehindert auf seiner Eigenfrequenz ausschwingen kann. Es ist eine bekannte Tatsache, der sogar hartnäckige Röhrenverfechter nicht widersprechen, daß es etliche Lautsprechersysteme gibt, die an einem Röhrenverstärker nicht gut klingen. Es handelt sich dabei um Systeme, die für einen guten Klang eine hohe elektrische Bedämpfung benötigen und ohne diese Bedämpfung noch mehr Eigenleben an den Tag legen als ein durchschnittliches Lautsprechersystem."Luftiger Klang" ist daher nur eine Umschreibung für eine unpräzise Wiedergabe und damit das genaue Gegenteil von HiFi. Den gleichen Effekt können Sie bei einem bestehenden Transistorverstärker erreichen, indem Sie einen Hochlastwiderstand von ein bis einigen Ohm in die Lautsprecherzuleitung einschleifen, der den Innenwiderstand erhöht und damit die Dämpfung drastisch verringert. Das kann man auch schaltungsmäßig ohne Leistungsverlust erreichen, aber nur schlecht bei bestehenden Verstärkern nachrüsten. Daß vieles rund um Röhren ohnehin nur demagogische Meinungsmache ist, sieht man daran, daß unter Röhrenverfechtern mit Trioden bestückte Leistungsverstärker als die Krone des Verstärkerbaus gelten. Gern rühmt man den angeblich sagenhaften Triodenklang. Der physikalische Hintergrund ist, daß Trioden zwar eine deutlich geringere Ausgangsleistung produzieren als Pentoden, aber gleichzeitig auch einen ganz erheblich geringeren Innenwiderstand besitzen und damit den angeschlossenen Lautsprecher deutlich stärker bedämpfen und damit näher an Transistorverstärker heranrücken. Es wird also genau das als Non-plus-Ultra herausgestellt, was bei Transistorverstärkern angeblich so furchtbar schlecht ist. Bei Gitarrenverstärkern wird im Gegensatz zu HiFi durch den niedrigen Dämpfungsfaktor des Verstärkers in Verbindung mit den durch die oft offenen Lautsprechergehäusen ohnehin nur wenig gedämpften Lautsprecherchassis und vielen starken Einbrüchen im Frequenzgang ein Klang produziert, der für einige Musikstile sehr gut zu gebrauchen ist. HiFi ist hier eher nicht gefragt, denn der Verstärker dient hier der Klangformung. Nicht ganz ohne Grund aber meistens erheblich übertrieben gibt es in Musikerkreisen heiße Diskussionen um das beste Lautsprecherchassis. Exkurs: Warum ist der Ausgangswiderstand von Röhrenverstärkern hoch und der von Transistorverstärkern gering? In Röhrenendstufen werden meistens Pentoden verwendet, die in KatodenbasisschaltungIn Transistorverstärkern werden im Gegensatz dazu die Endstufentransistoren so gut wie ausnahmslos als EmitterfolgerEs gibt zwar schon sehr lange Verstärkerkonzepte von Röhrenverstärkern, bei denen die Endstudenröhren als Katodenfolger verschaltet sind und damit der gleiche Vorteil wie bei Emitterfolgern erzielt wird, aber diese hatten sich wohl aus Aufwandsgründen nicht durchgesetzt. 11. Röhren verschleißen und müssen regelmäßig ausgetauscht werdenEs hält sich in manchen Kreisen hartnäckig das Gerücht, daß Röhren in einem festen Rhythmus ausgetauscht werden müssen. Oft werden 1 oder 2 Mal pro Jahr genannt. Hier muß man sehr deutlich differenzieren: Bei einem häufig genutzten Gitarrenverstärker, der andauernd übersteuert wird, kann das unter ungünstigen Umständen tatsächlich der Fall sein. Wird eine Röhre nicht sonderlich beansprucht, ist ihre Gebrauchsdauer jedoch deutlich länger. Es gibt Röhrenradios aus den 50er Jahren, die trotz nahezu täglichen Betriebs bis heute ohne jeden Röhrenwechsel überlebt haben.Lebensdauerbeschränkende Effekte gibt es im wesentlich drei: Einmal kann wie bei einer Glühlampe der Heizfaden durchbrennen. Dann ist definitiv Feierabend, denn die ungeheizte Katode kann keine Elektronen mehr emittieren. Dieser Fall ist jedoch eher selten. Weiterhin kann eine Röhre durch Überlastung im Innern teilweise oder ganz verschmoren, so daß sich zumindest die Kennlinien mehr oder minder stark ändern. Bei einem sauberen Schaltungsdesign kann dies z.B. bei einem Kurzschluß der Lautsprecheranschlüsse passieren. Auf der anderen Seite nimmt die Emission der Katode im Laufe der Zeit ab. Der Katoden- und damit der Anodenstrom reduziert sich dementsprechend und mit ihm die Übertragungskennlinie der Schaltung. Die Geschwindigkeit, mit der dies geschieht, hängt von zahlreichen Einflußgrößen wie z.B. dem Grad der Übersteuerung und der Gebrauchsdauer ab. Als Anwender kann man leider die Reduktion der Emission nicht zuverlässig feststellen. Klarheit gibt nur ein Röhrenprüfgerät. Bei HiFi-Verstärkern in Röhrentechnik sollte man daher die Röhren regelmäßig überprüfen (lassen). Bei Instrumentenverstärkern ist dies nicht unbedingt erforderlich, da es ja nicht auf möglichst originalgetreuen Klang ankommt: Solange man mit dem Klang und der Ausgangsleistung zufrieden ist, besteht keine Veranlassung, die Röhren überprüfen bzw. austauschen zu lassen. Ein kostenintensiver Austausch der Röhren ist aber auch bei deutlich reduzierter Emission nicht unbedingt nötig. Normalerweise kann man Röhren im Bedarfsfall nämlich ein- bis zweimal problemlos regenerieren, was nur wenige Sekunden dauert. Nur leider sind viele Werkstätten davon wenig begeistert, weil man an einer Regeneration kaum etwas, an einem neuen Satz Röhren aber recht ordentlich verdient. Entsprechend wird auch oft völlig unnötig der komplette Satz ausgetauscht, obwohl die Vorstufenröhren meistens (aber nicht immer!) deutlich weniger schnell verschleißen als Endröhren, die speziell bei Instrumentalverstärkern oft an der Grenze ihrer Belastbarkeit betrieben werden und je nach Verstärkerhersteller und -modell auch schon mal drüber. 12. Röhren sollten nie ohne Anodenspannung betrieben werdenEinerseits gibt es das Gerücht, man solle Röhren nie ohne Anodenspannung betreiben, andererseits wird oft empfohlen, beim Einschalten erst einmal die Heizung ein paar Minuten warmlaufen zu lassen, bevor man die Anodenspannung einschaltet. Diese kontroversen Forderungen kann man natürlich nicht gleichzeitig erfüllen, und Sie werden sich vielleicht fragen, welche richtig ist. Die Antwort lautet schlicht:Die Heizung sorgt dafür, daß die Katode ihre Betriebstemperatur erreicht, so daß sie im erforderlichen Maße Elektronen emittieren kann. Beim Einschalten ist die Katode jedoch zuerst einmal kalt und erwärmt sich nur mit endlicher Geschwindigkeit und vor allem nicht an allen Stellen gleich schnell. Wenn in dieser Phase die volle Anodenspannung anliegt, fließt über anfänglich sehr kleine und sehr wenige Emissionsinseln auf der Katode der gesamte Anodenstrom, was eine hohe Stromdichte an diesen Stellen zur Folge hat. Dadurch altern sie schnell und verlieren dabei ihre Emissionsfähigkeit. Bei fehlender Anodenspannung fließt naturgemäß kein Anodenstrom und damit auch kein Katodenstrom, was für die Katode schonender ist. Insofern ist ein Vorheizen durchaus sinnvoll. Die Katode erreicht allerdings schon nach weit unter einer Minute nahezu die volle Emission, sodaß minutenlanges Vorheizen unnötig ist. Zudem steigt die Anodenspannung nach dem Einschalten des Geräts nur langsam an, da erst einmal die Siebelkos geladen werden müssen. Bei Geräten mit gutem Schaltungsdesign ist deren Zeitkonstante dabei so lang, daß sie gut mit der Zeitkonstante für das Aufheizen der Katode korrespondiert. Wir können daher als Ergebnis festhalten, daß minutenlanges Vorheizen absolut nicht notwendig ist. Eine Ausnahme bilden manche Geräte neueren Datums, bei denen der Heizstrom elektronisch begrenzt wird; dies ist zwar schonend für die Heizwendel, verlängert aber die Aufheizzeit je nach Dimensionierung beträchtlich. Gut konstruierte Geräte mit einer solchen Einschaltstrombegrenzung schalten automatisch die Anodenspannung zum richtigen Zeitpunkt zu. Aber was passiert beim Heizen ohne Anodenspannung? Wenn man Röhren mit einer Katode, die mit einem Erdalkalioxid beschichtet ist (das ist bei allen "modernen" Röhren der Fall), sehr lange ohne Anodenspannung und damit ohne Anoden- bzw. Katodenstrom betreibt, bildet sich kurz unter der Oberfläche der Katode langsam eine sogenannte Zwischenschicht, die die Emission dauerhaft verringert. Dieser Effekt tritt aber nur dann auf, wenn bei eingeschalteter Heizung sehr lange keine Anodenspannung anliegt. Die Aussage, man solle Röhren nie ohne Anodenspannung betreiben, ist daher falsch. Richtig ist allerdings, daß man sie nicht unnötig lange ohne Anodenspannung betreiben sollte. Für eine kurze Pause lohnt es sich nicht, sich darüber den Kopf zu zerbrechen. Ob man die Anodenspannung abschaltet oder nicht, ist für eine Zeitdauer von z.B. einer Stunde völlig egal. Während dieser Zeit bildet sich weder bei ausgeschalteter Anodenspannung eine nennenswerte Zwischenschicht noch verschleißt bei eingeschalteter Anodenspannung während dieser absolut gesehen doch recht kurzen Zeit die Katode nennenswert. Bei längeren Pausen empfiehlt es sich ohnehin, Röhrengeräte 13. Röhre A klingt besser als Röhre BWenn mit Klang Mikrofonie gemeint ist (bei hoher Lautstärke klingt der Verstärker dann wie bei einer wohldosierten akustischen Rückkopplung nach, d.h. reagiert nicht sofort auf eine Wegnahme oder Änderung der Ansteuerung), ist die Antwort ganz klar ja. Es gibt mehr oder weniger mikrofonische Röhrentypen, und auch bei gleicher Typenbezeichnung unterscheiden sich hierin die Röhren verschiedener Hersteller und verschiedener Fertigungschargen bzw. Fertigungsstandorte. Es gibt auch spezielle mikrofoniearme Sondertypen von bekannten Röhrentypen. Schuld an der Mikrofonie ist das Innenleben der Röhre, das sich bei mechanischer Schwingungsbelastung je nach Aufbau mehr oder weniger gegeneinander bewegen kann. Insbesondere die Gitter sehen nicht nur optisch wie Spiralfedern aus, sondern verhalten sich tatsächlich ungewollt wie eine Feder (Ausnahme: SpanngitterröhrenWenn mit Klang die Musikwiedergabe an sich gemeint ist, so muß man ein wenig differenzieren. Bei übersteuertem Betrieb (z.B. Gitarrenverstärker) kommt es für den verzerrten Klang ganz erheblich darauf an, wie die Kennlinien kurz vor dem Sättigungsbereich aussehen, d.h. wie der Übergang in die Begrenzung erfolgt. Hierin unterscheiden sich viele Röhren mitunter durch die unvermeidlichen mechanischen Toleranzen, so daß klangliche Unterschiede tatsächlich vorhanden sind. Dies betrifft aber nicht nur Röhren unterschiedlicher Hersteller sondern auch Röhren aus einer Produktionscharge eines einzigen Herstellers. Selbst die heute gern mystifizierten Telefunkenröhren waren vor Produktionstoleranzen nicht gefeit. Im Linearbetrieb und dort beim Vergleich gleicher Röhrentypen verschiedener Hersteller gibt es zwar auch Unterschiede, aber diese sind Nicht nur bei der weitverbreiteten ECC83 bzw. 12AX7 und deren "Verwandtschaft" (5751, 6057, 7025, CV4004, E83CC, ECC803S, ECC808, 6N2P etc.) werden aber leider oft Äpfel mit Birnen verglichen, da man alle diese Röhren gerne über einen Kamm schert, schlicht weil sie ähnliche Daten besitzen und meistens sogar pinkompatibel sind. Dabei wird leicht vergessen, daß es sich z.T. um im Aufbau unterschiedliche Röhren handelt, die man schon rein optisch leicht voneinander unterscheiden kann. Es hat nämlich durchaus einen Grund, warum diese Röhren unterschiedliche Typenbezeichnungen besitzen. Und im Falle der Telefunken ECC803SViel mehr als Fertigungsunterschiede zwischen Röhren verschiedener Hersteller machen sich in Gegentaktendstufen Unterschiede zwischen den Röhren in den beiden Signalpfaden bemerkbar, egal von welchem Hersteller sie stammen. Bereits kleine Unterschiede in den Kennlinien haben eine unterschiedliche Verstärkung für positive und negative Signale zur Folge. Denn aufgrund der meist nur schwachen Gegenkopplung werden Unterschiede nicht wie bei Halbleiterverstärkern automatisch kompensiert. Man sollte daher in HiFi-Verstärkern nach Möglichkeit gepaarte, d.h. auf nahezu identische Kennlinien hin ausgesuchte Röhren verwenden. Bei Instrumentalverstärkern reicht es hingegen aus, den Ruhestrom beider Pfade richtig einzustellen, denn eine möglichst lineare Wiedergabe erwartet man in diesem Fall ohnehin nicht. Leider ist es so, daß nicht selten für teures Geld angeblich gepaarte Röhren verkauft werden, die man bestenfalls als amateurhaft ausgemessen bezeichnen kann. Besonders bei "Spezialanbietern", die Ihnen supertolle, ausgemessene Röhren zu hohen Preisen verkaufen wollen, sollten Sie mißtrauisch sein. Zielführend ist ausschließlich die Methode, die Kennlinien in ihrem kompletten Verlauf auszumessen d.h. die Kennlinienschar aufzunehmen und danach zu selektieren. Sogenannte Röhrentester, die aus der Röhrenära stammen, sind hierfür absolut ungeeignet, denn mit ihnen kann man höchstens einzelne Meßpunkte aufnehmen. Benötigt wird vielmehr ein rechnergesteuertes Testsystem, das die kompletten Kennlinien ausmißt. Ich persönlich kaufe nie selektierte Röhren, weil es bei Instrumentalverstärkern nicht notwendig ist. Aber wenn (z.B. für HiFi-Verstärker), dann würde ich darauf bestehen, daß der Ausdruck des Kennlinienfelds jeder Röhre mitgeliefert wird. Eine Selektion dahingehend, daß lediglich der Ruhestrom im Arbeitspunkt gleich ist ("Ein-Punkt-Selektion"), ist übrigens absolut sinnlos, denn erstens kann man mit dem meistens ohnehin vorhandenen Symmetrierpotentiometer die Ruhestromsymmetrie sehr leicht einstellen und zweitens sagt die Übereinstimmung in einem einzigen Kennlinienpunkt überhaupt nichts über den Rest der Kennlinienschar aus. Es kann sogar sein, daß bei einer Ein-Punkt-Selektion 2 Röhren als Paar verkauft werden, die schlechter zusammenpassen als 2 Röhren, deren unterschiedlicher Strom im Arbeitspunkt eine Kompensation mittels des Symmetrierpotis notwendig macht, deren Kennlinienschar ansonsten aber ähnlicher ist. 14. Lötleistenaufbau ist qualitativ hochwertiger als LeiterplatteFrüher, als Leiterplatten noch nicht üblich waren, wurden Röhrenschaltungen so aufgebaut, daß die Bauteile möglichst direkt an die Röhrenfassungen gelötet wurden. Allerdings konnten meistens bei umfangreichen Schaltungen nicht alle Bauteile dort Platz finden. Also verwendete man sogenannte Lötleisten, an die man die zusätzlichen Bauelemente anlöten konnte. Bei Lötleisten handelt es sich um Lötösen, die auf nichtleitendem Material wie Pertinax oder (selten) Keramik befestigt sind. Die "fliegende Verdrahtung" an Röhrenfassungen und Lötleisten hat einige Nachteile, weshalb man sie heutzutage tunlichst vermeidet:
Einen reproduzierbaren Aufbau erreicht man, indem man die Verdrahtung exakt identisch ausführt. Dies gelingt am besten durch Verwendung einer Leiterplatte, bei der die Positionierung der Bauelemente, die Leiterbahnführung und die Abstände exakt vorgegeben sind. Als Ergebnis erhält man Geräte mit sehr geringer In manchen Foren wird behauptet, daß Niederfrequenzverstärker mit Lötleistenaufbau einen besseren Klang besäßen als solche, die auf Leiterplatten aufgebaut sind. Um es deutlich zu sagen, diese Behauptung ist völliger Blödsinn und entbehrt jeglicher Grundlage. Der Lötleistenaufbau hat zwar einige Nachteile (s.o.), aber sofern der Aufbau nicht schwingt, ist bei gleicher Schaltung und gleichen Bauelementen keinerlei Unterschied zwischen Lötleisten- und Leiterplattenufbau hörbar. Als Argument für Klangunterschiede kann man hierbei noch nicht einmal die durchaus gegebene unterschiedliche Verkabelungsinduktivität oder -kapazität heranziehen, denn beide wirken sich nur im Hochfrequenzbereich aus (bei UKW-Radios liegt die Empfangsfrequenz immerhin um mehr als Faktor 5000 über dem Hörbereich). |
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