„Verstärkertechnik
Die Ausführungen wurden zur Verfügung gestellt von der Firma Dr. Dietz & Ritter G.m.b.H., Leipzig

Um den gegenwärtigen Stand der Übertragungstechnik ganz zu verstehen, ist ein kurzer Überblick über die Entwicklung der Verstärkertechnik notwendig.

Die Verstärkertechnik ist mit der Rundfunktechnik so verwachsen, daß es nicht möglich ist, einen klaren Scheidestrich zu ziehen, doch ergibt sich eine einigermaßen genaue Scheidung der Probleme, wenn man der Hochfrequenztechnik eine Niederfrequenztechnik gegenüberstellt.

Das Grundelement der Verstärkertechnik ist die Elektronenröhre. Im Grunde ist das ein überaus empfindliches und zeitlos arbeitendes elektrisches Relais zur Umsteuerung eines Gleichstromes in einen Sprachwechselstrom. Ausgelöst wird dieses Relais durch die schwachen Wechselspannungen, die von einer Tonfrequenzquelle kommen, mag das nun ein Mikrophon, ein elektrischer Tonabnehmer für die Schallplattenwiedergabe oder das Audion eines Empfängers sein.

Es kommt bei der Übertragung darauf an, daß die vor dem Mikrophon erklingenden Töne mit möglichster Treue wieder aus dem Lautsprecher kommen. Das ist nur möglich, wenn auf dem Übertragungswege keine Verzerrungen und sonstige Verschlechterungen entstehen. Das gilt sowohl hinsichtlich der linearen Verzerrungen, d. h. der Verzerrungen, die dadurch entstehen, daß nicht alle Frequenzen des Tonspektrums gleichmäßig übertragen werden, sondern eine Bevorzugung oder Benachteiligung gewisser Frequenzbereiche eintritt. Noch schlimmer als diese linearen Verzerrungen sind die nichtlinearen oder Frequenzverzerrungen, die beispielsweise dann entstehen, wenn ein Verstärkerrohr übersteuert wird oder wenn ein Kopplungstransformator mit übermäßiger magnetischer Vorbelastung arbeitet. Dann werden die ursprünglichen Frequenzen nicht mehr rein übertragen, sondern es entstehen neue Frequenzen, und zwar Harmonische der Grundfrequenz, die sich dem ursprünglichen Klangbild überlagern und es verfälschen. Es können übrigens solche Verzerrungen auch im Lautsprecher entstehen, wenn die Membran beim Schwingungsvorgang Formveränderungen erleidet.

Die Verzerrungen können sich aber nicht allein auf die Frequenz beziehen, sondern auch die Dynamik der Musik kann auf dem Übertragungswege verlorengehen oder beschädigt werden. Es ist das neueste Bestreben der Verstärkertechnik, auch die Veränderungen der Dynamik zu vermeiden, um eine in jeder Hinsicht originalgetreue Wiedergabe zu erhalten. Ein Hauptmittel in dieser Richtung ist die Schaffung von leistungsfähigen Röhren, die eine genügende Reserve haben. Überhaupt muß man im Interesse der Erhaltung der Dynamik immer mit einer genügenden Leistungsreserve arbeiten. Das gilt auch für die Auswahl eines Kraftverstärkers. Man soll sich nicht an der unteren Grenze bewegen, sondern immer eine größere Leistung vorsehen als unbedingt erforderlich. Gerade in dieser Hinsicht wird noch viel gesündigt. Nachdem wir diese Ziele der Verstärkertechnik erkannt haben, wollen wir einmal sehen, wie sich die Entwicklung im Laufe der Jahre vollzogen hat. Da sind zunächst die Verstärkerröhren. Es ist sehr beachtlich, daß sich in der Niederfrequenztechnik die Triode von Anfang an bis zum heutigen Tag als beliebtester Röhrentyp erhalten hat. Der Grund für diese Tatsache liegt in den klanglich günstigen Eigenschaften der Triode. Man verwendet daher immer Trioden, wenn Klangtreue und Tonschönheit an erster Stelle steht [sic]. Nur wenn es auf Stromersparnis ankommt, etwa beim Batteriebetrieb, wird man zu der wirtschaftlicher arbeitenden Penthode greifen.

Die Triode hat besonders bei nicht vollständiger Aussteuerung den Vorteil, daß man den Klirrfaktor sehr klein halten kann, und zwar hat bei diesem Röhrentyp die zweite Harmonische den Hauptanteil an der Verzerrung, während die dritte Harmonische praktisch vernachlässigbar ist. Das ist günstig, denn die zweite Oberwelle liegt klanglich günstig zum Grundton. Es wird lediglich die Klangfarbe heller, ohne daß eine Disharmonie entsteht. Anders bei der ungeraden dritten Oberwelle, die eine disharmonische Veränderung des Klangbildes verursacht. Diese gefährliche dritte Harmonische ist bei der Triode auch bei maximaler Aussteuerung vernachlässigbar klein. Es kommt noch hinzu, daß man bei Gegentaktschaltung zweier Trioden, wie wir noch sehen werden, die geraden Harmonischen völlig auslöschen kann und auf diese Weise auf einen so niedrigen Klirrfaktor kommen kann, daß praktisch überhaupt keine Verzerrungen der Wiedergabe mehr wahrnehmbar sind.

Die Penthode ist viel ungünstiger, weil bei dieser die dritte Harmonische einen sehr beträchtlichen Anteil am Klirrfaktor hat, so daß die auftretenden Verzerrungen eine sehr hörbare, und zwar ungünstige Veränderung des Klangbildes zur Folge haben. Diese dritten Harmonischen können durch keine Schaltungsart ausgelöscht werden, sondern bleiben immer, ganz gleich, ob man die Verstärkerstufe einfach oder im Gegentakt schaltet.

Da wir gerade von Klirrfaktor gesprochen haben, soll ganz kurz gesagt werden, daß dies der prozentuale Anteil ist, den die Oberwellen oder Harmonischen, die bei der Verstärkung neu entstehen, an der Ausgangsspannung haben. Je kleiner der Klirrfaktor ist, um so naturgetreuer ist das wiedergegebene Klangbild.

Es ist in diesem Zusammenhang bemerkenswert, daß die Amerikaner neuerdings einen ganz eigenartigen, im Aufbau völlig neuen Röhrentyp geschaffen haben, der eigentlich eine Kreuzung zwischen unserer gittergesteuerten Verstärkerröhre und einer Kathodenstrahlröhre nach Art der Braunschen Röhre darstellt. Diese Röhre wird als Strahlverstärkerrohr bezeichnet und besitzt die gleichen Vorteile wie die Triode, d. h. es hat auch hier die zweite Harmonische den Hauptanteil an dem Klirrfaktor, während die ungeraden Harmonischen vernachlässigbar klein ausfallen. Man kann also auch bei dieser Röhre durch Gegentaktschaltung zu einer unverzerrten Verstärkung kommen. Der Vorteil der neuen Röhre soll hauptsächlich in dem günstigen Wirkungsgrad liegen. Wie sich diese neuen Röhren bewähren, ist abzuwarten. Jedenfalls scheint sich, wie man auch aus anderen Vorzeichen erkennt, in der Röhrentechnik eine ziemlich tiefgreifende Umwälzung vorzubereiten, doch wäre es verfrüht, jetzt schon auf diese zukünftige Entwicklung einzugehen.

Die schon mehrfach erwähnte Gegentaktschaltung ist von Körting schon sehr früh angewendet worden, und zwar schon im Jahre 1926. In den Bastlerdruckschriften aus diesem Jahre sind alle Vorzüge der Gegentaktschaltung schon klar herausgestellt. Diese Vorteile sind sehr groß, so daß man heute bei fast allen Kraftverstärkern wenigstens in der Endstufe von der Gegentaktschaltung Gebrauch macht.

Der Hauptvorteil der Gegentaktschaltung liegt in der Tatsache, daß Frequenzverzerrungen, die in den beiden einzelnen Röhren entstehen, durch Überlagerung der beiden entgegengesetzt gleichen verzerrten Wellen ausgelöscht werden, so daß die verstärkte Summenwelle nur die verstärkte Grundfrequenz darstellt. Das gilt aber nur für die geraden Harmonischen, von denen praktisch nur die zweite Oberwelle in Betracht kommt. Da sich die durch Übersteuerung entstehenden Verzerrungen durch die Gegentaktschaltung in gewissem Grade ausgleichen, kann man aus den im Gegentakt geschalteten Röhren mehr Leistung herausholen als aus einer einzelnen Röhre gleichen Typs. Das geschieht in der Optimalschaltung von Körting, bei der der Arbeitspunkt unterhalb des Mittelpunktes des geradlinigen Teiles der Röhrenkennlinie liegt. Es wird gewissermaßen die Steilheit vergrößert und damit eine zusätzliche Verstärkung ermöglicht. Tatsächlich liefert eine Gegentaktendstufe mehr als die zweifache Leistung der einfachen Endstufe.

Ein sehr wesentlicher Vorzug der Gegentaktschaltung liegt noch in dem Umstande, daß der Ausgangstransformator nicht magnetisch vorbelastet wird, sondern praktisch unbelastet bleibt. Das ist darauf zurückzuführen, daß die Anodengleichspannung nicht am Ende der Primärwicklung, sondern in der Mitte zugeführt wird, so daß zwei entgegengesetzt gleiche magnetisierende Wirkungen ausgeübt werden, die sich gegenseitig aufheben. Die Gegentaktschaltung vermeidet daher die Frequenzverzerrungen, welche dadurch entstehen, daß der Eisenkern des Transformators zu stark magnetisiert ist. Bekanntlich wirkt ein solcher Transformator geradezu als Frequenzwandler. Man macht von dieser Möglichkeit, in einem Transformator mit übersättigtem Kern höhere Frequenzen einer Grundwelle zu erzeugen, sogar praktischen Gebrauch. Das erläutert am besten den großen Vorteil, der in der Vermeidung jeder magnetischen Vorbelastung liegt.

Die Entwicklung der Verstärkertechnik war in hohem Maße eine Röhrenfrage. Zu Anfang des Verstärkerbaues für andere als Rundfunkzwecke, war man auf die verhältnismäßig schwache Endtriode RE 604 angewiesen und man mußte, um auf größere Leistungen zu kommen, 2 x 2 oder 3 x 2 kleine Röhren in Gegentaktschaltung verwenden. Das war wenig erfreulich, denn es ergaben sich dabei nicht unerhebliche Schwierigkeiten, teils durch die Ungleichheit der Röhren untereinander, teils durch den Umstand, daß diese Röhren nur mit niedrigen Anodenspannungen betrieben werden konnten (250 Volt bei 12 Watt Anodenverlustleistung), so daß die Anodenströme groß waren und die Siebkette sehr reichlich bemessen werden mußte, um ein einigermaßen brummfreies Arbeiten der netzbetriebenen Verstärker zu erzielen.

Glücklicherweise brachte die Firma Telefunken schon verhältnismäßig früh, viel früher als die amerikanischen Röhrenfabriken, Kraftverstärkertrioden heraus, die mit einer wesentlich höheren Anodenspannung betrieben werden konnten (bei der RV 218 450 Volt bei 20 Watt Anodenbelastung und schließlich bei den noch verbesserten Röhren RV 258 und RV 239 800 Volt bei 32 Watt Anodenbelastung). Bei diesen Röhren ist der Anodenstrom trotz der großen Leistung verhältnismäßig klein. Es fließt bei der RV 258 ein Anodenstrom von maximal 40 mA und bei der noch stärkeren RV 239 sogar nur ein Anodenstrom von etwa 35 mA. Diese kleinen Ströme lassen sich mit einfachen Mitteln sauber filtern, so daß sich ein wirtschaftlicher Aufbau des Netzteiles ergibt.

Mit diesen Röhren ist ein sehr erfreuliches Arbeiten, denn sie haben eine sehr hohe Betriebssicherheit. Ihr starker Wolframfaden ist gegen Erschütterungen fast unempfindlich und wir haben in der Praxis Röhren gehabt, die nach mehrjährigem Betrieb noch nicht die mindeste Leistungsminderung aufwiesen. Angesichts dieser guten Eigenschaften und der guten klanglichen Eigenschaften, die diese Röhren als Triode haben, ist es wohl verständlich, wenn Körting von allen Schaltungsexperimenten abgesehen hat und der einfachen A-Schaltung mit zuverlässigen Röhren treu geblieben ist, auch wenn dabei auf eine praktisch wenig bedeutende Stromersparnis verzichtet wurde. Daß die Kundschaft für diesen Standpunkt Verständnis hatte, ist erfreulich, und zeugt von einem nicht geringen Sachverständnis und Urteilsvermögen bei einer Reihe von technisch führenden Funkhändlern, die sich schon früh mit diesem Spezialgebiet befaßt haben, und deren Einstellung natürlich nicht ohne Einfluß auf die Mitläufer ist, die lediglich das nachahmen, was ihnen die wirklichen Fachleute vormachen.

Wenn die Gegentaktschaltung ihre wirklichen großen Vorzüge voll entwickeln soll, so muß man dafür sorgen, daß eine ideale Gegentaktwirkung erzielt wird. Das ist bei den unvermeidlichen Ungleichheiten der Röhren untereinander nicht anders möglich als durch eine Kompensation der Gitterspannungen. Körting ist schon früh auf den Trick gekommen, diesen Ausgleich automatisch herzustellen, und zwar dadurch, daß der Anodenstrom einer jeden Röhre die Gittervorspannung für die gleiche Röhre erzeugt, so daß jede Röhre eine Gittervorspannung erhält. Die Gittervorspannungen entstehen durch den Spannungsabfall, der in einem Kathodenwiderstand entsteht, der von dem ganzen Anodenstrom durchflossen wird. Jede Röhre hat ihren eigenen Heizkreis und ihren eigenen Kathodenwiderstand zur Erzeugung ihrer Gittervorspannung.

Es ist viel von der A- und B-Schaltung gesprochen worden. Diese Bezeichnungen stammen aus Amerika. Unter A-Schaltung versteht man eine Schaltung, bei der der Arbeitspunkt in der Mitte des geradlinigen Teiles der Röhrenkennlinie liegt. Bei dieser Schaltung fließt während des Ruhezustandes, also wenn keine Verstärkungsarbeit geleistet wird, ein Ruhestrom.

Im Gegensatz dazu liegt bei der B-Schaltung der Arbeitspunkt am unteren Knick der Röhrenkennlinie, und zwar möglichst im Nullpunkt der Gitterspannung. Es fließt daher, solange keine Verstärkerarbeit geleistet wird, auch kein Ruhestrom, und das bedeutet natürlich eine Ersparnis. Ein weiterer Vorteil der B-Schaltung liegt darin, daß die ganze Steilheit der Kennlinie ausgenutzt wird und nicht nur die Hälfte der Steilheit. Die Gefahr liegt bei der B-Schaltung in Verzerrungen, die bisher trotz aller Schaltungstricks nicht restlos vermieden werden können.

Ein schaltungstechnischer Nachteil der B-Schaltung liegt darin, daß im Gitterkreise Strom fließt und daher Leistung verbraucht wird, während der Gitterkreis bei A-Schaltung stromlos ist. Man muß daher vor die B-Verstärkerstufe eine Treiberstufe schalten, welche nicht nur niederfrequente Spannungsverstärkung besorgt, sondern auch Leistung liefert. Es muß also vor der B-Stufe schon eine Endröhre, etwa eine RE 604, benutzt werden. Der Gitterstrom zwingt außerdem zu einem kostspieligen Aufbau des Zwischentransformators. Dieser soll sekundärseitig einen minimalen Widerstand haben. Man erreicht das teilweise dadurch, daß man auf eine Aufwärtstransformation verzichtet und von einer einfachen Übertragung 1 : 1 oder gar von einer Abwärtstransformation Gebrauch macht. Werden alle diese Punkte berücksichtigt, so kann man mit der B-Schaltung auch in klanglicher Hinsicht recht gute Ergebnisse erzielen. In der Tat machen alle Verstärkerfirmen von der B-Schaltung Gebrauch, wenn es sich um den Bau von Verstärkern mit sehr großen Leistungen handelt. Bei diesen werden dann die Verzerrungen durch eine sorgfältige Überwachung und Einstellung der negativen Gittervorspannungen so klein wie möglich gehalten. Es gelingt auf diese Weise, Verstärker zu bauen, die bei 250 Watt Leistung nur einen Klirrfaktor von 4% haben. Das ist wenig, wenn man bedenkt, daß früher ein Klirrfaktor von 10% als zulässig erachtet wurde. Heute ist man in dieser Hinsicht allerdings schon anspruchsvoller geworden und trachtet nach einem Klirrfaktor unter 5%. Es ist nicht ausschlaggebend, ob ein Verstärker nach der A-Schaltung oder nach [Seitenwechsel S. 126 zu 127] der B-Schaltung aufgebaut ist, denn letzten Endes kommt es doch darauf an, das Ziel jeder Übertragung, eine möglichst naturwahre Wiedergabe zu erreichen. Das ist bei den heutigen schaltungstechnischen Kenntnissen mit beiden Schaltungsarten möglich. Entscheidend wird daneben noch die Forderung einer möglichst großen Betriebssicherheit mitsprechen, denn die Verstärkeranlagen unterliegen in der Praxis einer anhaltenden und oft sehr starken Beanspruchung.

Heutiger Entwicklungsstand in der Verstärkertechnik

Lange Zeit hat man sich in der Verstärkertechnik bemüht, einen möglichst geradlinigen Frequenzverlauf der Verstärkerstufe zu erhalten. Erst in letzter Zeit ist man dahinter gekommen, daß das eigentlich falsch war. Unterliegen doch die höchsten und tiefsten Tonfrequenzen einer Vernachlässigung bei der Aufnahme und bei der Wiedergabe, so daß eine deutliche Bevorzugung der mittleren Frequenzen entsteht. Um das auszugleichen, ist man auf den Gedanken gekommen, Kraftverstärker zu bauen, deren Frequenzkurve nicht geradlinig verläuft, sondern bei den tiefsten und höchsten Tönen einen Anstieg und in der Mitte eine Absenkung hat. Das gilt für Breitbandverstärker. Bei diesen wird der Anstieg bei den Tiefen und Höhen durch je einen Resonanzkreis bewirkt. Es wird außerdem nach Prof. Barkhausen von einer negativen Rückkopplung Gebrauch gemacht, welche die Verstärkung im Bereich der mittleren Frequenzen absenkt, während die Resonanzstellen praktisch ungeschwächt bleiben.

Diese negative Rückkopplung hat, wie das Prof. Barkhausen schon früh nachgewiesen hat, gleichzeitig eine Verkleinerung des Klirrfaktors zur Folge, die dadurch entsteht, daß der Verzerrungsanteil der zurückgekoppelten Steuerspannung gegenphasig zur Eingangssteuerspannung ist. Es heben sich daher die Verzerrungen auf und der Klirrfaktor wird kleiner. So ist es z. B. bei dem bisherigen 15-Watt-Kraftverstärker mit zwei Röhren RC 258 gelungen, statt 15 Watt mit 9% Klirrfaktor 18 Watt mit nur 4% Klirrfaktor zu erhalten und bei dem 18-Watt-Verstärker mit zwei Röhren RV 239 konnte der Klirrfaktor sogar auf nicht ganz 2% herabgesetzt werden.

Das sind gewiß beachtliche Fortschritte, die Hand in Hand gingen mit einer Steigerung der Gesamtverstärkung, die sich in einer entsprechenden Steigerung der Eingangsempfindlichkeit auswirkt. Ein moderner vierstufiger Kraftverstärker kann schon mit 0,005 Volt Eingangsspannung ausgesteuert werden. Das ist die Eingangsspannung, die z. B. ein modernes Kondensatormikrophon liefert, dessen klanglichen Vorzüge bekannt sind. Durch die große Eingangsempfindlichkeit ist die Anwendungsmöglichkeit der handelsüblichen Kraftverstärker universeller geworden. Sie können heute praktisch nach jeder bekannten Tonfrequenzquelle verwendet werden.

Es versteht sich wohl von selbst, daß man in der Verstärkertechnik stets bemüht war, bei den aus dem Netz betriebenen Kraftverstärkern den Brummanteil klein zu halten. Das ist durch immer besseren Aufbau des Netzteiles und durch mancherlei Schaltungsmaßnahmen in so vollkommener Weise gelungen, daß bei einem modernen drei- bis vierstufigen Kraftverstärker der Brummanteil an der Ausgangsspannung nur noch 0,02% beträgt.“ [anonym (Körting) in: Handbuch Rundfunkhandel 1936/37, 122-127]