whir schrieb:
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?
Vielleicht kann ich dir die Fragen beantworten:
a) harmonische sind vielfache der Grundfrequenz, nichtharmonische sind durch die Schwingung erzeugte 'Geräusche', die nicht vielfache sind. Theoretisch kann man, wenn man ein periodisches Signal verzerrt, nur harmonisch Obertöne erzeugen, aber weit drüber liegen die so nah beieinander, dass man es schon fast als rauschen sehen kann.
b) harmonische treten immer dann auf, wenn man eine nichtlineare Kennlinie hat! Dies haben sowohl Transistoren als auch Röhren. Verursacht werden diese beim Transistor durch:
-> die Basis Emitter Diodenstrecke wenn du den Basisstrom über einen Vorwiederstand aus einer Spannung erzeugst (exp. Kennlinie der Diode)
-> Den Early effekt, sprich weil die Stromverstärkung von Uce abhängig ist. Da du die Kollektorspannung bei einem class-a verstärker (kollektorschaltung nach Tietze Schenk) veränderst, veränderst du auch die Verstärkung.
Bei der Röhre passiert in etwa dasselbe.
Bei beiden kannst du die Effekte minimieren. Beim Transistor durch:
a) niedrige Verstärkung
b) Emitter Vorwiederstand
c) collector-basis widerstand
Bei der Röhre macht man Hilfswicklungen auf den Übertrager und koppelt das rück
So eine Verstärkerschaltung (class-A) macht, egal ob man sie mit einem Transistor oder einer Röhre aufbaut, immer hauptsächlich harmonische gerader Ordnung, weil sie eben asymetrisch arbeitet. Man kann jetzt eine symetrische Endstufe bauen, meist im Anschluss, und die macht man dann meistens mit Verstärkung=1 und Emitterfolgern. Hier hat man nur noch die Nichtlinearitäten Basis-Emitter Diode, sonst ist das recht linear. Mit Röhren nimmt man eine Halbbrückenschaltung mit zwei Trafowicklungen. Das macht ungerade Harmonische.
Aber: sowohl die class-A als als auch die Emitterfolger oder Gegentakt Röhrenendstufen verzerren und das ähnlich. Auch ein FET würde ähnlich, wenn nicht noch stärker verzerren, weil die Ids vs Ugs Kennlinie auch nichtlinear ist (exponentiell) und man auch keine unendliche Ausgangsimpedanz hat.
Die Frage, warum jetzt eien HIFI Transistorendstufe linear ist und eine Röhrenendstufe nicht liegt am Schaltungsdesign. Während man bis auf die oben angesprochenen Ausnahmen bei Röhrenverstärkern keine Rückkopplung verwendet, sondern eine class-a und Gegentaktendstufe hintereinander schaltet, betreibt man eine Transistorendstufe als Differenzverstärker (Ausgang über Spannungsteile vs. Eingang) mit nachgeschalteter class-a und dann Gegentaktendstufe.
Sprich: Bei der Röhrenendstufe bleiben alle Nichtlinearitäten im Signalweg, bei der Transistorendstufe hat man einen etwas leistungsfähigeren rückgekoppelten Operationsverstärker gebaut mit einer Schleifenverstärkung von >1000! Es ist eine geschlossene Regelschleife mit der hohen Schleifenverstärkung, die alle Transistornichtlinearitäten ausbügelt. Es bleibt nur die ncihtlinearität des Differenzverstärkers, aber hier betreibt man 2 gleiche Transistoren im gleichen Arbeitspunkt.
Ich hab aber auch schon einen Gitarrenamp gesehen, bei dem man speziell den Transistoren des diff. Verstärkers unterschiedliche Arbeitspunkte gegeben hat um den Klang zu verändern (zu verzerren).
Dass die Geschlossene Regelschleife nicht mehr funktioniert, wenn die Endstufe gegen die Rail fährt, ist klar, aber bis kurz drunter funktioniert sie, währen man bei einem nicht rückgekoppelten System schon größte nichtlinearitäten hätte. Daher der Unterschied im Clipping.
Ach, und daher noch diese alte falsche Bauernweisheit, ein Verstärker sollte 'low feedback' haben, sprich eine niedrige Schleifenverstärkung. Liegt nur daran, dass früher Verstärker mit hoher Schleifenverstärkung Schwingungsneigung hatten (Instabilität der Regelschleife, Pfeifen bei >1 MHz) und aber sonst sehr linear waren, was die Leute wohl nicht wollten, weil sie ihre Röhrenverzerrungen gewohnt waren.
Also es ist nicht die Röhre oder der Transistor, sondern die Regelschleife, die den Transistoramp linear macht. Und wenn du einen nichtlinearen Transistoramp haben willst, bau eine class-a vorstufe mit rein, brauchst genau 1 Transistor!
Übrigend sorgt die geschlossene Regelschleife auch für eine niedrige Ausgangsimpedanz der Endstufe (Spannungsquelle), während die Röhrenendstufe eine sehr hohe hat (fast schon stromquelle)! Das hat, wenn man sich die Impedanzkurve eine Lautsprechers anschaut (stichwort resonanz) auch eine großen Einfluss auf den Frequenzgang des Systems.
Röhrenverstärker lassen sich anscheined nicht vernünftig oder ausreichend rückkoppeln, da die ganzen Gitter etc. zu viel C und L haben. Somit ist die Grenzfrequenz zu niedrig und die Regelschleife instabil. Bei Transistoramps kommt man auf ein GBW von mehreren MHz, was die hohe Schelifenverstärkung ermöglicht.
Wenn man FETs richtig ansteuert, kann man damit noch höhere Grenzfrequenzen erzielen, da die Transitfrequenz von Bipolarleistungstransistoren meistens der begrenzende Faktor ist. Dadurch wird dann die Endstufe linearer (höhere Schleifenverstärkung bei 1 kHz).
Ich hoffe, damit ist deine Frage versiert genug beantwortet, und wenn nicht meld dich!
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