Mehr Technik: Wie funktionieren Röhren?

[Gonzo44]

weiß es ja offensichtlich genau aber läßt es nicht raus.Quad-X hat durchaus recht das er die richtige Antwort noch nicht bekommen hat......

 

[L-O-K-I]

weiß es ja offensichtlich genau aber läßt es nicht raus.Quad-X hat durchaus recht das er die richtige Antwort noch nicht bekommen hat......

Quad-X

Ja ich wollt eigentlich nur wissen, wie Röhren in einem AMP funktioneren, aber anscheinend kann/will es keiner genau erklären...

stattdessen posten hier manche etwas von Raumklängen und 7.1 Anlagen.......ich weiss ja nicht, aber ich hab noch nie n Röhren-Plattenspieler gesehen.........oder ne Röhren suround anlage.....

 

[Lodentoni]

Nunja, auf die schnelle kann man das nich erklären. Da braucht man schon einige Seiten text dazu.

Im groben kan man folgendes sagen.

Röhren sind dazu da um Signale zu Verstärken. Genauer gesagt regeln sie einen Strom (anode-Kathode) durch eine Spannung (Gitter-Kathode).
Als erstes Wären da eventuell Gleichrichterröhren, die allerdings nicht verstärken, sondern einfach als Quasi-Dioden fungieren.
Dan kämen die Vorstufenröhren die Das Signal Vorverstärken (sozusagen auf Line-Level bringen) und je nach wunsch distortion kreieren sollen.
Wenn du nun nich gerade ein ClassA Endstufe hast sondern einen Amp Mit Gegentakendstufe (was bei allen ab 50W der fall sein dürfte), hast due noch eine Röhre die Das Signal einmal um 180° dreht.
Dann kommen die Enstufenröhren meist als Pentoden ausgelegt.

Ich will jetzt nich so ins detail gehen. Andere haben das schon getan (und auch besser als ich das könnte) und ich will hier das Rad nich nochmal erfinden.

 

[whir]

Was sind "harmonische" Oberschwingungen, was unterscheidet sie von "nicht-harmonischen" Oberschwingungen, warum treten die ausgerechnet im linearen Bereich auf, und warum passiert das nur bei Roehren und nicht bei Transistoren?

 

[GoFlo]

Harmonische Oberwellen sind Schwingungen eines geradzahlige Vielfachen der Grundfrequenz.
Wenn man das jetzt alles hier erklären wollte, dann müsste man noch komplett die Klirrfaktoren aufführen, zur Veranschaulichung vielleicht noch etwas vom Herr Fourier....das is ein Riesengebiet.

Suche grad nach einem schönen Bild eines FFT Graphen wo man schön die Oberwellen erkennt, aber ich find keins.... Kusi, Onkel ?? Habt ihr da was graphisches auf Lager?


Gruss Flo

 

[whir]

Harmonische Oberwellen sind Schwingungen eines geradzahlige Vielfachen der Grundfrequenz.
Wenn man das jetzt alles hier erklären wollte, dann müsste man noch komplett die Klirrfaktoren aufführen, zur Veranschaulichung vielleicht noch etwas vom Herr Fourier....das is ein Riesengebiet.

Brauchst du nicht, ich bin E-Technik-Student.

 

[GoFlo]

? Dann sollte dir das ja alles bekannt sein.
Fourier und co sollte in der Systemtheorie drankommen, Klirrfaktoren und Oberwellen in der Nachrichtenübertragung/technik.

In den 2 Vorlesungen is das alles drin....u.a.

Gruss Flo

Btw: Ich hab ein Bild gefunden....hier sieht man es schön. Frequenzspektrum mit Grundfrequenz (1kHz) und lauter Oberwellen (beide "Typen").

 

[whir]

? Dann sollte dir das ja alles bekannt sein.
Fourier und co sollte in der Systemtheorie drankommen, Klirrfaktoren und Oberwellen in der Nachrichtenübertragung/technik.

Ist mir ja auch bekannt, ich hatte ja auch nicht nach Fourier und Oberwellen gefragt.

 

[L-O-K-I]

[edit]

Text Aufgrund Fehlinformationen Und Spam Von Mir Selbst Gelöscht!!!

[/edit]

 

[GoFlo]

Wer übrigens das ganze etwas genauer haben möchte, Erklärungen über Klirrfaktor und Oberwellen der sei auf diese Seite verwiesen:

Webseite von Herrn Ohmberger

Etwas weiter unten kommen die Klirrfaktoren.
Sehr schön gemacht und erklärt finde ich. Mit jeder Menge FFT Graphen und den dazugehörigen Erklärungen.

Gruss Flo

 

[whir]

Entschuldigt bitte, wenn ich das mal pushe, aber die Frage ist noch offen.

 

[L-O-K-I]

Entschuldigt bitte, wenn ich das mal pushe, aber die Frage ist noch offen.

Ich glaube, des weiss niemand so genau...

 

[yamcanadian]

Welche Fragen denn ueberhaupt? Ist mir auch durch lesen nicht ersichtlich

 

[Lum]

Wenn du dir die 2 Seiten, welche hier schon gaanz zu Anfang gepostet wurden, angesehen hättest, wären deine Fragen beantwortet.
Wenn du allerdings immernoch darauf bestehst, dass dir jemand in 2 einfachen Sätzen, die RöhrenTechnik, welcher ein Student in in min. 2 Semestern durchpaukt, erklärt, dann musst du wohl noch bissl pushen und warten.

 

[whir]

Wenn du dir die 2 Seiten, welche hier schon gaanz zu Anfang gepostet wurden, angesehen hättest, wären deine Fragen beantwortet.

Die Wikipedia-Seite erklärt das nicht, und wenn du mir auf der anderen doch etwas umfänglichen Seite, die ich mal oberflächlich erfolglos abgegrast habe, einen Hinweis geben könntest, wo sich die Antwort versteckt, wär ich dir sehr dankbar.

Wenn du allerdings immernoch darauf bestehst, dass dir jemand in 2 einfachen Sätzen, die RöhrenTechnik, welcher ein Student in in min. 2 Semestern durchpaukt, erklärt, dann musst du wohl noch bissl pushen und warten.

Ich habe drei einfache Fragen gestellt und nicht gebeten, dass mir einer die Röhrentechnik erklärt.

 

[DerOnkel]

Ich habe drei einfache Fragen gestellt und nicht gebeten, dass mir einer die Röhrentechnik erklärt.

Na, dann werde ich mal mein Glück versuchen.

Ausgehend von Deiner Frage geht es nicht darum, wie eine Röhre grundsätzlich funktioniert. Das kann man in verschiedenen Quellen nachlesen und das ist zumindest zum Teil auch schon in diesem Thread angerissen worden.

Du möchtest wissen, warum Röhren einen guten "Klang" haben? So denn...

1. Der ideale Verstärker...

existiert in der Realität leider nicht. Seine Übertragungskennlinie, also das Verhältnis von Ausgangs- zu Eingangsspannung ist konstant und kann durch eine lineare Gleichung beschrieben werden. Malt man das Ganze auf, so erhält man eine Gerade.

2. Der reale Verstärker

Von diesem Ideal weichen die existierenden aktiven Bauteile (Röhren, Transistoren) leider stark ab, da Ihre Kennlinien in weiten Bereichen nichtlinear sind.

So wird die Eingangskennline eines bipolaren Transistors (NPN oder PNP) durch eine Exponentialgleichung beschrieben, die in der Theorie dann gerne durch eine Knickkennlinie ersetzt wird.

Die Kennlinien von FETs oder Röhren sind mit guter Näherung quadratisch oder kubisch.

Durch geeignete Schaltungsmaßnahmen (Gegenkopplung) kann man diese gekrümmten Kennlinien ein wenig linearisieren, um dem Original näher zu kommen. Um die Abweichungen möglichst gering zu halten, betreibt man die aktiven Bauelemente an einem festgelegten Arbeitspunkt und verwendet eine möglichst geringe Aussteuerung. Ein gewisser Restfehler bleibt jedoch immer zurück.

3. Nichtlineare Verzerrungen

Steuert man eine nichtlineare Kennlinie mit einem Sinussignal aus, so wird die Signalform mehr oder weniger stark verzerrt. Wird die Eingangskennlinie übersteuert, entsteht in der Regel eine unsymmetrische Verzerrung.

Symmetrische Verzerrungen entstehen meisten, wenn das aktive Bauelement in die Sättigung (negativ oder positiv) getrieben wird. Das heißt, der Transistor muß bei einer Verstärkung von 50 und einer Eingangsspannung von 200mV am Ausgang eine Spannung von 200mV*50=10000mV=10V liefern können. Beträgt die Versorgungsspannung allerdings nur 5 Volt, gibt es ein Problem und das Signal wird ab 5 Volt abgeschnitten. Auf diese Weise kann aus einem sinusförmigen Signal leicht ein Rechteck werden.

4. Klirrfaktor und Fourier

Immer dann, wenn sich eine Signalform verändert, ändert sich das Verhältnis der im Signal enthaltenen Frequenzen. Ein Rechtecksignal besteht zum Beispiel aus dem Grundton (das war der Sinus) und ungeradzahligen Vielfachen des Grundtones (also f0, 3*f0, 5*f0,...). Die Größe der einzelnen Amplituden soll jetzt nicht diskutiert werden. Die einzelnen Vielfachen werden auch als Obertöne (1. Oberton = 2*f0) oder Harmonische (2. Harmonische=1. Oberton) bezeichnet.

Unterwirft man ein verzerrtes Signal einer Fourierreihenentwicklung, so erhält man genau diese Liste der Frequenzen für ein Rechteck. Die Eintonaussteuerung einer nichtlinearen Kennlinie erzeugt also neue zusätzliche Frequenzen, die vorher nicht im Signal enthalten waren. Man kann in diesem Zusammenhang auch über eine Klangerweiterung sprechen. Aus dem Ton wird ein Multiton.

Messen kann man das ganze mit einem Klirrfaktormeßgerät. Der Klirrfaktor selbst ist das Verhältnis der Amplituden der unerwünschten Harmonischen zur Amplitude aller Harmonischen. Gibt es keine zusätzlichen Frequenzen, so ist der Klirrfaktor 0!

5. Mehrtonaussteuerung

In der Praxis kommte jedoch kaum vor, daß ein Verstärker mit nur einer Frequenz ausgesteuert wird. Bei der üblichen Mehrtonaussterung entstehen zu den Harmonischen jetzt zusätzlich Summen- und Differenzfrequenz aller beteiligten Eingangsfrequenzen. Damit wird es schon recht eng im Spektrum.

6. Klirrfaktor und "Klang"

Ein Schallereignis wird von uns als "klingend" empfunden, wenn alle beteiligten Frequenzen ein Vielfaches eines gemeinsamen Grundtones sind. Liegt diese mathematische Beziehung nicht vor, so spricht der Techniker von einem Geräusch.

Auch wenn wir mit der Gitarre eine Mehrtonaussteuerung vornehmen, ist das Resultat immer ein Folge von ganzzahligen Vielfachen des Grundtones. Der hörbare Unterschied manifestiert sich in der Intensität (Lautstärke) der erzeugten Obertöne.

7. Röhre kontra bipolarer Transistor

Diese beiden Bauelemente verhalten sich bei einer Übersteuerung sehr unterschiedlich. Bei bipolaren Transistoren gibt es eine scharfe Grenze, ab der die Verzerrung einsetzt. Aus dem ursprünglichen Sinus wird dann leicht eine Signalform mit Rechteckcharakter. Das dabei entstehende Spektrum reicht weit über den Hörbereich hinaus. Ein ursprünglich weicher Ton wird dann rauh und kratzend.

Bei einem Röhrenverstärker setzen die Verzerrungen langsam ein und werden dann immer stärker. Hier ist die Intensität der erzeugten Obertöne wesentlich geringer, sodaß mehr vom Originalklang erhalten bleibt. Es werden hauptsächlich die 2. und 3. Harmonische erzeugt. Aus diesem Grunde sagt man auch, ein Röhrenverstärker würde "klingen".

FETs haben übrigens Kennlinien, die denen der Röhre recht ähnlich sind.

Zusammenfassung

Verglichen mit einem idealen Verstärker sind beide Konzepte nicht optimal, denn ein Verstärker soll nicht "klingen", das heißt neue Frequenzen dazu erfinden!

Aus Sicht der Übertragungstechnik bringt die Verwendung von Röhren keinen wirklichen Vorteil. Bipolare Halbleiter sind eindeutig besser, billiger und zuverlässiger! Aufgrund der erzeugten Obertöne sorgt die Röhre im Übersteuerungsfall jedoch dafür, daß das Signal am Ausgang ein wenig voller klingt, was mit bipolaren Transistoren so nicht möglich ist.

Für den Einsatz in der Audiotechnik sind Röhren also wirklich überholt. Halbleiterschaltungen liefern hier eindeutig die besseren Ergebniss. Der entstehende Klirrfaktor ist leicht unter 0,5% oder weniger zu halten.

Für den Gitarristen haben Röhrenverstärker denoch eine gewisse Bedeutung behalten, da diese Verstärker in gewisserweise auch die Aufgabe eines Effektgerätes wahrnehmen. Die nichtlinearen Verzerrungen sind jedenfalls eindeutig in den Bereich der Effekte einzuordnen!

Alle existierenden Klischees zum Thema Röhre vs. Transistor sind in diesem Übersteuerungsverhalten begründet.

Auch das Märchen, daß Röhrenverstärker lauter sind, ist nur etwas für Nichttechniker. Tatsache ist, wenn man beide Verstärkertypen bei gleicher Aussteuerung mit gleichem Kirrfaktor betreibt, so liefern beide die gleiche Leistung und im Betrieb an einem identischen Lautsprecher entsteht dann der gleiche Lautstärkeeindruck.

Das sich diese Aussage trotzdem so hartnäckig hält liegt einfach daran, daß man einen Röhrenverstärker leicht übersteuern kann, so mehr Leistung am Ausgang erhält und es trotzdem nicht schlecht klingt. Dieser Betriebsfall läßt sich jedoch nicht mit einem normalen Transistorverstärker vergleichen!

Ulf

 

[whir]

Ulf, danke für deinen Input, auch wenn ich das im Grunde schon wusste. Meine Frage war anders:

«Was sind "harmonische" Oberschwingungen, was unterscheidet sie von "nicht-harmonischen" Oberschwingungen, warum treten die ausgerechnet im linearen Bereich auf, und warum passiert das nur bei Roehren und nicht bei Transistoren?»

Übrigens, doch eine Frage zu dem, was du geschrieben hast: Gibt es FET-Verstärker? Falls ja, wie schlagen die sich in diesem Vergleich?

 

[DerOnkel]

«Was sind "harmonische" Oberschwingungen, was unterscheidet sie von "nicht-harmonischen" Oberschwingungen

Harmonische Oberschwingungen sind ganzzahlige Vielfache eines gemeinsamen Grundtones. Damit ist auch der Unterschied erklärt. Ersteres empfinden wir als Klang, letzteres als Geräusch.

...warum treten die ausgerechnet im linearen Bereich auf, und warum passiert das nur bei Roehren und nicht bei Transistoren?

Sie treten nur im nichtlinearen Bereich auf und das bei beiden Verstärkertypen (schnell nochmal oben lesen).

Übrigens, doch eine Frage zu dem, was du geschrieben hast: Gibt es FET-Verstärker? Falls ja, wie schlagen die sich in diesem Vergleich?

Natürlich gibt es FET-Verstärker. Ein schönes Beispiel für den Einsatz von FETs ist der BOSS OD-2 (Turbo-Overdrive). Hier werden ausschließlich FETs verwendet und das Resultat ist für meine Ansprüche mehr als Ok!
Allerdings sollte man sich nichts vormachen. Um einem Transistorverstärker ein Röhrenverhalten zu verpassen, muß man manchmal tief in die Kiste greifen.

Hör Dir das hier mal an oder das. Dann kannst ja mal sagen welches eine Röhre ist und welches ein Transistor.

Das ein Transistorverstärker schlecht klingt, beginnt manchmal schon im Kopf des Gitarristen!

Ulf

 

[whir]

Harmonische Oberschwingungen sind ganzzahlige Vielfache eines gemeinsamen Grundtones. Damit ist auch der Unterschied erklärt. Ersteres empfinden wir als Klang, letzteres als Geräusch.
Sie treten nur im nichtlinearen Bereich auf und das bei beiden Verstärkertypen (schnell nochmal oben lesen).

Soweit auch mein Wissen. Nun wird aber in diesem Thread weiter vorne gesagt, harmonische Oberschwingungen würden nur von Röhren produziert. Offensichtlich können beide Begriffe nicht dasselbe meinen, deshalb meine Nachfrage.

Hör Dir das hier mal an oder das. Dann kannst ja mal sagen welches eine Röhre ist und welches ein Transistor.

Danke, aber ich als Akustikgitarrist hör das sowieso nicht raus Ich lese nur interessiert mit und wundere mich manchmal.

 

[DerOnkel]

Nun wird aber in diesem Thread weiter vorne gesagt, harmonische Oberschwingungen würden nur von Röhren produziert.

Das ist schlicht und ergreifend falsch!

Ulf