So, weiter im Text. Ich führe hier mal ein Farbensystem ein, das einige Sachen hervorhebt:
blau = Wikipedia-Begriffe
rot = Wichtige Begriffe, die man sich merken sollte..zumindest wärs nicht schlecht ^^
Man kann sich jetzt vorstellen, wie eine Röhre funktioniert. Also so zumindest in Ansätzen. Jetzt muss man das Ganze in eine Schaltung verpacken. In einer Gitarrenamp-Vorstufe benötigt man dazu im Wesentlichen nur die
Kathodenbasis- und die
Anodenbasisschaltung. Okay, jetzt fragt ihr euch "wasn das?".
Eigentlich ganz einfach, fangen wir mal mit der Kathodenbasisschaltung an:
So, das sieht eigentlich relativ übersichtlich aus. Ich setze jetzt einfach mal voraus, dass man weiß, was ein
Widerstand und was ein
Kondensator ist...wenn nicht bitte Wikipedia konsuktieren oder nachfragen.
So, also man hat hier eine Verstärkerstufe, die wie immer wenn nur mit einem Röhrensystem verstärkt wird, in
CLASS A betrieben wird. Soll heißen, dass die Röhre bereits im Ruhezustand relativ viel Leistung verheizt, sprich ein Strom durch die Röhre fließt. Das muss so sein, dass der Strom auch "ins Negative hin" noch steuerbar ist. Stellt euch eine schwingende Saite vor, die schwingt ja nach oben und unten. Wenn die Röhre in Ruhe, also ohne Signal, keinen Ruhestrom hätte, dann könnte man den Strom nur erhöhen, sprich nur eine Seite der Schwingung darstellen. Das würde so aussehen, als wenn ihr von einem Sinus einfach die negative Halbwelle abschneidet.
Daher betreibt man Röhren im Class A Betrieb immer mit einem Ruhestrom, der so hoch ist, dass an der Anode in Etwa die halbe Bestriebsspannung anliegt. Wenn die obrige Röhrenschaltung mit 200V gespeist werden würde, dann wären das an der Anode ca. 100V.
Da man sich die Röhre wie einen veränderlichen Widerstand vorstellen kann, bildet die Schaltung oben ja einen
Spannungsteiler. "Oben" an diesem Spannungsteiler liegen 200V an, unten nahezu 0V.
=> Wenn die Röhre einen hohen Innenwiderstand hat (Gitter stark negativ geladen, keine Elektronen, die durchs Vakuum fliegen), dann liegen am Ausgang an C2 ebenfalls 200V an.
=> Wenn die Röhre einen niedrigen Innenwiderstand hat (Gitterspannung geht gegen 0V oder in den positiven Bereich), dann liegen am Ausgang einige Volt (gegen 0V an), da die Röhre dann den Ausgang "runterzieht".
Soweit klar? Okay, dann präzisieren wir das Ganze noch ein bisschen:
Man sieht in dem Schaltbild mehrere Bauteile, deren Zweck sich manchem wahrscheinlich noch verschließen wird. Ich fange mal am Eingang an:
Cg:
Gitterkondensator bzw. Eingangskondensator: Er verhindert, dass Gleichspannung auf das Gitter gelangt und somit den
Arbeitspunkt der Röhre verschiebt.
Rg:
Gitterableitwiderstand: Er definiert die Gitterspannung, hier liegt er auf GND = 0 Volt
Rgs: "Gridstopper": Verhindert Schwingen der Röhrenstufe im HF-Bereich (viele kHz bis MHz). Die genauere Funktion führt hier zu weit, einfach immer einbauen, schadet nie und schützt vor unliebsamen Überraschungen.
Rk:
Kathodenwiderstand: Er definiert die
Gittervorspannung ("BIAS") und somit den Arbeitspunkt der Röhre. Umso größer er ist, desto geringer ist der
Ruhestrom. Er bestimmt auch die
Verstärkung der Stufe maßgeblich mit. Größerer Kathodenwiderstand => Weniger Verstärkung.
Ra:
Anodenwiderstand: Das ist der Arbeitswiderstand der Verstärkerstufe. Der Strom, der durch die Röhre fließt, verursacht hier einen Spannungsabfall nach dem Gesetz:
Delta U = R * Delta I
Man sieht hier, dass eine Stromänderung (das Delta steht für Änderung) eine Spannungsänderung am Anodenwiderstand nach sich zieht. Darin beruht auch die Verstärkungswirkung der Röhrenstufe.
Wenn man beispielsweise eine Röhre hat, die bei einer angenommenen Spannungsänderung am Gitter von 1V eine Anodenstromänderung von 1mA hat, dann hat man einfach gesagt an einem Anodenwiderstand von 100 kOhm (=100000 Ohm) eine Spannungsänderung von 100V. Das wäre ein Verstärkungsfaktor von 100. Soll heißen 1V am Eingang gibt 100V am Ausgang.
Ca: Anodenkondensator/
Auskoppelkondensator: Er sorgt dafür, dass am Ausgang auch wirklich nur die Wechselspannung, die man ja verstärken will, anliegt. Wenn man an diese Schaltung eine Gitarre anschließen würde, hätte man am Ausgang so ca. 5V Signal anliegen. Wenn man den Anodenkondensator weglassen würde, dann hätte man aber zusätzlich zu diesen 5V Wechselspannung eben 100V Gleichspannung anliegen, das kribbelt verdammt heftig und würde viele nachgeschaltete Geräte einfach zerstören. Daher dieser Kondensator, er "koppelt die Wechselspannung aus und lässt die Gleichspannung drin".
So, soviel mal dazu...ich denke, das ist zum Verstehen erstmal genug. Wenn das einigermaßen sitzt, dann können wir anfangen, die Vorstufe zu designen
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Ahja, der Name Kathodenbasis kommt daher, dass die Kathode hier der gemeinsame Pol von Eingang und Ausgang ist. Gitter = Eingang, Anode = Ausgang und was bleibt übrig? Richtig...
MfG OneStone
PS: E-Technik-Studenten oder Leute, die es besser wissen, nicht motzen, weil das da oben stark vereinfacht ist und einige relevante Effekte ignoriert. Mir sind diese Effekte bekannt, aber sie führen einfach zu weit...
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....vielleicht ein wenig schlecht ausgedrückt.
