Vergleich von Vorverstärkerschaltungen in Röhren- und Transistorbauweise für den Einsatz in Audioverstärkern

Abstract

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurden Röhren- und Transistorvorverstärker ausgehend von ihren Grundschaltungen zur Spannungsverstärkung im Kontext von Audio Vorverstärkung verglichen. Dabei hat sich theoretisch und praktisch im ersten Schritt gezeigt, dass die Elektronenröhre aufgrund ihrer Kennlinie ein deutlich lineareres als der Bipolartransistor oder der Mosfet ist. Es wurde eine Herleitung der harmonischen Verzerrungen sowohl für die Triode, den Mosfet als auch den Bipolartransistor durchgeführt, die die für die Höhe der Verzerrungen maßgeblichen Größen aufzeugt. Dabei wurde in erster Linie deutlich, dass die rein kennlinienbedingten Verzerrungen des Bipolartransistors in ihrer Größe völlig unabhängig vom Arbeitspunkt auftreten, vorausgesetzt er arbeitet im Normalbetrieb (Forward region). Für den Mosfet und die Elektronenröhre zeigt sich das Verzerrungsverhalten sowohl Bauteil- als auch arbeitspunktabhängig. Im nächsten Schritt wurden alle Bauteile durch eine Stromgegenkopplung bei einem gleichen Verstärkungsfaktor betrieben. Hierbei hat sich gezeigt, dass die linearisierende Wirkung der Gegenkopplung zwar bei harmonischen Verzerrungen und Intermodulationsverzerrungen niedriger Ordnung eine enorme Verbesserung bewirkt, bei Verzerrungen und Intermodulationsprodukten höherer Ordnung aber deutlich weniger wirksam ist. Es hat sich im Vergleich außerdem gezeigt, dass die geringen Gesamtverzerrungen der Elektronenröhre in einer einstufigen Verstärkerschaltung von Bipolartransistor und Mosfet nicht ohne Weiteres erreicht werden können. Diese Erkenntnisse erklären, warum auch einfache Röhrenverstärker, die auf den von Barkhausen in den 1930er-Jahren verfassten Grundschaltungen basieren, klanglich überzeugen können. Weiterhin ermöglichen die Ergebnisse dieser Arbeit einen Ausblick darauf, welche Schaltungsaspekte zukünftig genauerer Analyse bedürfen, damit auch komplexere und mehrstufige Verstärkerschaltungen genauer beurteilt werden können.