Röhrentechnik

siehe auch:

• SRPP-Schaltungen mit E88CC/6922
• SRPP-Schaltung mit ECC81+ECC82+ECC83 aus dem Elektor – Heften Februar / März 1987

Quelle: SRPP 1/4

Seit Hiraga Anzai-San 1969 die SRPP-Schaltung für HiFi entdeckte, hat SRPP andere, auch bessere, Schaltungsarten – ob mit Pentode oder Triode – nahezu komplett aus dem Bastler-Gedächtnis gestrichen. Scha(n)de. SRPP – keine andere Röhrenschaltung wird industriell so oft eingesetzt, so oft kontrovers diskutiert, wie diese Röhrenschaltung. Und bei keiner anderen Schaltung kann man so viel falsch machen.

Dieser Artikel ist lediglich eine Erklärung bzw. Zusammenfassung, was SRPP überhaupt ist und was man alles so falsch macht, bei SRPP. Vor allem richtet er sich an die technisch interessierten Laien.

SRPP ist – so einfach diese Schaltung auch aussieht – weit davon entfernt, als »einfach« durchzugehen. Die Berechnungs-Orgie zeigt das eindrucksvoll.

SRPP steht für Shunt Regulated Push-Pull. Das kann man relativ einfach und unfallfrei direkt ins Deutsche übersetzen: Widerstandgesteuerter Gegentakt(verstärker). Heisst »übersetzt«: Für die Gleichspannung liegen die Röhrensysteme seriell – das obere Röhrensystem arbeitet quasi als Stromquelle (Shunt Regulated), für Wechselspannung (Signal) jedoch parallel (Push-Pull). Das mit dem Push-Pull ist nicht so einfach ersichtlich. Mit der folgenden Darstellung wird’s vielleicht etwas deutlicher:

SRPP ist mit einem niedrigen Ausgangswiderstand behaftet der es einem auch erlaubt, den SRPP-Vorverstärker mit Klingeldraht an die, in 10m entfernte, Endstufe anzuschließen. Die Verstärkung ist, gemessen am Bauteilaufwand, gewaltig – in etwa vergleichbar mit einer Pentode (zB EF86). Die röhrenuntypische geringe Ausgangsimpedanz ist zudem in der Lage, problemlos die schwierigste Endstufe korrekt anzusteuern. Selbst an einem niederohmigen Kopfhörer kann die Leistung Tinnitusqualität erreichen (Pegel von über 20 Volt? Kein Problem!).

Zudem ist SRPP für eine Röhrenschaltung sehr klangneutral. Nix mit klangfördernde Oberwellen wie k2 oder k3, gemeinhin auch als Klirrfaktor bezeichnet und stellt deshalb dem über allem schwebenden HighEnder das Ideal eines Verstärkers dar: Ein idealer Verstärker soll sich ja nur als ein Stück Draht verhalten. Quasi das Perpetuum mobile in der HiFi-Szene…

Die Frequenz-Bandbreite ist enorm: Von Infra- bis Ultraschall ist alles drin (lediglich begrenzt durch einen immer irgendwie einzusetzenden Kondensator). Dabei bleibt der Frequenzgang schnurgerade und hebt damit nun endgültig die SRPP in die elitäre HighEnd-Platin-Klasse.

SRPP ist allerdings nichts für den schnellen Einsatz und will erzogen (sprich, auf den jeweiligen Einsatz optimiert) werden. Nur selten stimmen die Schaltungsvarianten mit der bereits vorhandenen Signalquelle- Endverstärker- oder Lautsprecherkombination überein.

Entweder es verstärkt zu hoch – oder zu niedrig. Entweder die Ausgangsimpedanz stimmt – oder nicht. Entweder die Röhre arbeitet im Arbeitspunkt – oder nicht. Und eine klitzekleine Fehlanpassung lässt die highendige SRPP zum Rauschgenerator werden. Nicht zuletzt hat man auch mit einer zwangsläufigen thermischen Drift zu kämpfen.

Und als ob das nicht genug wäre: Irgendwann pfeift die SRPP auf dem letzten Loch und damit auf die guten Eigenschaften. Im wahrsten Sinne des Wortes.

Also, entweder man ist bekennender SRPP-Freak mit Hang zur Selbstkasteiung – oder nicht.

Mir persönlich sind das ein paar »Optimierungsansätze« zuviel. Bei soviel Entweder-Oder bleibt nur ein Urteil:

SRPP ist Scheisse!

⇒ Breitband-Pentode: Pflegeleichter ist der Einsatz einer Pentode mit einer nachgeschalteten Triode als Kathodenfolger/Anodenbasisschaltung.

Quelle: SRPP 2/4

Ok, ganz so streng soll man nicht sein, denn SRPP ist schon genial – wenn man es denn auch richtig macht. »Was soll man denn bei den vier Bauteilen grossartig falsch machen?«, werden Sie sich sicher fragen. Viel mehr, als man denken mag.

Die SRPP-Schaltung kommt, wie so vieles, aus der Hochfrequenztechnik und ist legitimer Nachfolger der Cascode-Röhrenschaltung. In diesem Bereich der Elektrotechnik ist es ganz wichtig, dass nur das eigentliche Signal »behandelt« wird – am besten ohne irgendwelche »Abfallprodukte«, wie z.B. Oberwellen, zu produzieren. Das konnte man früher zwar noch (irgendwie) mit Pentoden erreichen, leider störte immer das unvermeintliche Eigenrauschen der Pentode. Je mehr man von der Pentode Verstärkung verlangte, desto höher eben auch das Rauschen. Und der Klirr (Oberwellen). Logisch, oder?

Die Cascode war die Lösung: Hohe Verstärkung, geringstes Eigenrauschen, über einen weiten Frequenzbereich sehr linear und äusserst Klirrarm. Um diese Eigenschaften zu erreichen, wurden allerdings spezielle Röhren benötigt, denn einen grossen Nachteil hat diese Schaltung: Das obere Röhrensystem unterliegt einer höheren Belastung als das untere System.

Röhren vom Schlage ECC84 (PCC84, 6N14P, 6DW7) oder die Spanngitterröhren ECC88 (6DJ8, PCC88, PCC189…) sind zu diesem Zweck (auch) mal entwickelt worden.

Die Röhren, die man heute üblicherweise für SRPP einsetzt (ECC83/12AX7, ECC82/12AU7, ECC81/12AT7, 6SN7GT…) sind für diese Schaltungsart nie gedacht gewesen und machen – auf kurz oder lang – auch Probleme (Man wird in alten Schaltbilder keine Cascodenschaltung mit diesen Röhren finden!).

Ein mittlerweile bekanntes Problem: Irgendwann pfeift uns die SRPP was… (Das wurde damals, in dem Ursprungsartikel aus dem Jahr 2006 ja vehemment geleugnet, ist inzwischen aber »hochoffiziell« als »SRPP-Krankheit« anerkannt). Aber auch mit den Röhren 6N1(P), 6N2(P) oder 6N3(P)… scheint es relativ gut zu laufen… Achtung! Relativ heisst relativ.

Da, wo Licht ist, ist auch Schatten und so hat die »nackte« SRPP natürlich ein paar »Macken«, die man im Laufe der Zeit auszumerzen versuchte. Es entstanden verschiedene SRPP-Mutationen die sich teilweise nur im Detail von der Ursprungsschaltung unterscheiden. Als Beispiele seien hier »White-Kathodenfolger«, »SEPP«, »Totem Pole« oder »Mu-Follower« genannt. Man muss manchmal schon genau hinschauen, um die Unterschiede zu entdecken und nur Korinthenkacker echauffieren sich darüber, dass man einen »White-Kathodenfolger« einfach als SRPP bezeichnet…

Um es vorweg zu nehmen: Der von John Broskie (Tubecad) entwickelte Aikido-Vorverstärker ist das Ergebnis, aus der Ur-SRPP Schaltung noch etwas besseres zu machen. Ich habe diesen Vorverstärker noch nicht nachgebaut – er scheint aber recht gut zu sein. Als Vorverstärker, wohlgemerkt.

Wie eingangs erwähnt, wird heute die SRPP (nebst ihren Mutationen) vorzugsweise als Ersatz für eine Treiberschaltungen in Röhren-Vollverstärkern genommen. Im Bereich der Vor-Verstärkung, zB. im Phono-Bereich, ist die SRPP (nebst Mutationen) allerdings fast schon ideal. Als reiner Line-Verstärker jedoch vollkommen übertrieben – es existieren heute ja kaum noch Signalquellen, die so hoch verstärkt werden müssen, z.B. Eingangspegel von etwa 250mV auf 775mV oder 1 bzw. 2 Volt.

Man findet heute eigentlich keine reinrassige SRPP-Röhrenschaltung. »Reinrassig« ist dabei bewusst eng ausgelegt! Meist erweist sich die SRPP als eine »umgefrickelte« Röhren-Grundschaltung, die mit SRPP an sich nichts mehr zu tun hat. Die Schaltung sieht zwar so aus als ob, sie funktioniert aber nicht so.

Oftmals entpuppt sich nämlich die verunglückte SRPP-Schaltung (häufig zu finden in importierte »Integrated Amplifiers«) als simple Kathodenbasisschaltung mit einem Röhrensystem als Arbeitswiderstand (Anodenwiderstand). Und wenn man doch mal auf eine korrekte Schaltung trifft, dann ist sie hochohmig abgeschlossen und hat dann im Prinzip einen tollen Rauschgenerator.

Oder einen prima Oszillator.
Oder beides.

Mittels einer straffen Gegenkopplung wird die Schaltung dann zur Räson gebracht. Damit treibt man aber den Teufel mit dem Beelzebub aus: Die hohe Verstärkung wird erheblich vermindert und die gute Dynamikeigenschaft geht den Bach hinunter.

Für eine »richtige« SRPP sind zwei exakt gleiche Röhrensysteme mit ebenfalls zwei exakt gleiche Kathodenwiderstände (Rk1 und Rk2) notwendig. Kein Kondensator parallel zu Rk2. Nix. Das war’s.

Eine enorm stabile und vor allem eine saubere Betriebsspannung, die meist weit oberhalb dessen liegt, als das, was in den Datenblättern steht. Wird die erste Bedingung eingehalten, relativiert sich die Höhe der Betriebsspannung schnell: An jedem Röhrensystem (Anode!) liegt exakt die Hälfte der Betriebsspannung an.

Setzt hier auf zweite Bedingung auf! Gerade im Einschaltmoment unterliegt das obere Röhrensystem aufgrund der hohen Betriebsspannung einer hohen Belastung. Die Isolationsschicht zwischen Kathode und Heizfaden kann dann Schaden nehmen. Es explodiert zwar nichts, aber dieses Röhrensystem macht sich bei defekter Isolationsschicht durch Pfeifen (oder auch Brummen) im Lautsprecher bemerkbar.

Um diese Isolationsschicht zu schützen, muss hier die Heizspannung hochgelegt werden und zwar auf einen Wert, der weit unterhalb des maximalen Uf/k-Wertes liegt. Wie hoch die maximal sein darf? Ein Blick ins Datenblatt verschafft Klarheit! Oder einfach den Uf/k-Artikel lesen.

Was eine richtige SRPP ist, so arbeitet sie vorzüglich an einer festen, niederohmigen Last (Endstufe, Kopfhörer…). Diese Bedingung wird aber nicht eingehalten, wenn SRPP auf eine 08/15 Phasenumkehr arbeiten muss oder als Treiber in Single-Ended Röhrenverstärker dient. Dann nämlich herrscht »Zickenalarm«, weshalb man dann anfängt, die SRPP »umzufrickeln«.

Der Abschlusswiderstand (Rout) nach dem Kondensator ist eigentlich ebenfalls essentiell wichtig für SRPP. Nn vielen Schaltungen, wo SRPP als Treiber eingesetzt wird, übernimmt der Eingangswiderstand (Eingangsimpedanz) der nachfolgenden Verstärkerstufe diese Funktion. Der Kondensator hingegen hat nur die Aufgabe, die hohe Gleichspannung, die hier anliegt (Ub/2) abzublocken. Bedingt durch den notwendigen niedrigen Ohm-Wert von Rout muss die Kapazität hoch genug gewählt werden, um die untere und obere Grenzfrequenz »nicht zu früh zu erreichen«.

Die Bauteil-Anforderungen sind nicht unerheblich. Für SRPP müssen engtolerierte, rausch- und klirrarme Bauteile verwendet werden. Carbon Composit? Vergessen Sie’s.

Quelle: SRPP 3/4

Die Eigenschaften »niedrige Ausgangsimpedanz«, »klirrarm« und »hochverstärkend« verführen deshalb dazu, immer und überall, »mal eben«, eine SRPP einzusetzen. Nicht beachtet wird, dass die positiven Eigenschaften nur dann erreicht werden, wenn die zuvor genannten Bedingungen erfüllt sind. Und zwar alle!

Bei den heute handelsüblichen Röhrenverstärkern zeugt der Einsatz einer solchen Schaltung aber oftmals nur von Unkenntnis dieser Röhrenschaltung. Sicher, die Schaltung funktioniert. Irgendwie. Und das noch meist über einen längeren Zeitraum. Verstärkung macht die Schaltung auch. Aber es ist eben nicht so, was SRPP ausmacht: Diese Schaltungen »kreischen« und produzieren das, was bei SRPP eigentlich verpönt ist: Kling-Klang! Vornehmlich mit ungradzahligen Oberwellen durchsetzt.

Damit das »Kreischen« nicht ganz so auffällt, setzt man eine frequenzabhängige Gegenkopplung ein, die das Schlimmste dann abmildert und wie eine starke Schmerztablette wirkt. Dies dann noch meist im Teamwork mit einer kräftigen Spannungsgegenkopplung, um die Verstärkung (nebst negative Begleiterscheinung) zu zügeln.

Während »normale« Röhrenschaltungen ziemlich gutmütige Schaltungen sind, denen 10% oder 20% Toleranz nichts ausmachen, reagiert die SRPP wahnsinnig empfindlich auf geringste Unterschiede.

Unterschiedlich hohe Widerstandswerte, wobei der obere Kathodenwiderstand meist einen wesentlich höheren Wert aufweist.

Eine ungeeignete Röhre. Manchmal findet sich eine 12AX7 (ECC83) in der Vorstufe eines Röhrenverstärkers. So eine Triode kann zwar eine hohe Verstärkung produzieren – die einzelnen Triodensysteme weisen aber geringfügige kapazitive Unterschiede auf.

Dem unteren Kathodenwiderstand wird ein Kondensator (Elko) parallel geschaltet. Dieser Kondensator dient nur dem Zweck, die Verstärkung brutalstmöglich zu erhöhen. Ade Klirrarmut. Bedingt durch den Elko neigt diese Schaltung dann auch zum Schwingen und um das abzustellen greift man zur Gegenkopplung… In einer durchdachten SRPP wäre dieser Elko gar nicht nötig, zumindest aber nicht mit einem so hohen Kapazitätswert.

Die Betriebsspannung wird aus dem Versorgungszweig (mittels CRC-Siebkette) der Endröhren entnommen und dazu noch unzureichend gesiebt.

Damit »wackelt« nicht nur die SRPP (und in Gegentaktverstärker auch noch die Phasenumkehr). Man sieht das zB sehr gut am Oszilloskop: Die Sinuswellen »schwimmen«.

Vielfach ist die Versorgungsspannung auch zu hoch gewählt. Spannungen von über 300 Volt sind in den seltensten Fällen notwendig. Lässt sich die Versorgungsspannung dazu noch allzu sehr von einer SRPP-Schaltung (unterschiedliche Röhren) beeindrucken, ist es ratsam, SRPP ad acta zu legen.

Irgendwelche »Schüttgutröhren« werden irgendwie zusammengeschaltet. Oftmals ist es eine 6N1 (ohne P) die irgendwie als SRPP arbeitet. Eine 12AT7 (ECC81) in die unveränderte 6N1-Röhrenschaltung einzuflanschen, bringt zwar einen hörbaren anderen Klang – ob es aber über einen längeren Zeitraum gutgeht, steht auf einem anderen Blatt. Besonders dann, wenn die Versorgungsspannung weit über 180 Volt liegt (Es sei denn, die 12AT7 ist gar keine 12AT7…).

Eine SRPP arbeitet nur gut, wenn sie niederohmig angeschlossen wird. In vielen industriellen Röhrenverstärkern findet man eine (verhunzte) SRPP die auf eine 08/15 Phasenumkehr (Phase splitter, z.B. Long Tailed Pair) arbeitet. Die Eingangsimpedanz dieser Stufe ist aber nun wirklich nicht als niederohmig zu bezeichnen…

Billige Widerstände und billige Koppelkondensatoren machen die Schaltung zwar noch billiger – aber eben mit den Effekten wie Rauschen und manchmal auch eine erhebliche Temperaturdrift.

Die Widerstände sollten wirklich aus der 2W-Klasse kommen und zudem geringste Toleranzen aufweisen. Fünfzig Ohm Differenz sind nicht akzeptabel! Die 2W-Klasse ist deshalb anzuraten, weil das Eigenrauschen der Widerstände hier nicht ins Gewicht fällt. Theoretisch reichen hier auch die üblichen 0,6W Metallschichtwiderstände – dann hat man jedoch sofort die Rauschproblematik und evtl. eine thermische Drift »am Hals«.

Sooo billig ist SRPP also nicht! Allein der Aufwand, den man für das Netzteil betreiben muss, weicht von üblichen Netzteilen ab. Mit einer einfachen CRC-Siebung, wie man sie oft in Vollverstärkern findet, kommt man nicht weit.

Quelle: SRPP 4/4

Gerade in Vorverstärkern kann diese Röhrenschaltung Probleme bereiten: Sie pfeift uns irgendwann was. Oder sie überrascht uns mit einem lustigen Hörspiel – es zirpt, krächzt, raschelt, rauscht, »wabbert«…

Ein Grund: Das obere Röhrensystem unterliegt einer hohen Uf/k-Belastung. Und um das genau zu verstehen, muss man SRPP etwas »aufdröseln« – dann erkennt man, dass die SRPP eigentlich aus zwei Röhrengrundschaltungen zusammengesetzt ist: Die obere Röhre arbeitet ähnlich einem Kathodenfolger, die untere Röhre ähnlich einer Kathodenbasis welches eigentlich verstärkt und das um 180° verschobene Signal dem oberen Triodensystem zuführt. Dieses obere System nun arbeitet nun in einer Doppelfunktion: Einerseits als »stromgeregelter Anodenwiderstand« (shunt regulated) für das untere Triodensystem, andererseits als »verstärkender Impedanzwandler«. Der Witz hinterher: Das Signal liegt hinterher in genau der gleichen Phasenlage am Ausgang an, wie es eingespeist wurde, was ja eigentlich bei einem reinrassigen Kathodenfolger so ja nicht möglich ist. Damit es hinterher jedoch phasenmäßig wieder stimmig wird, kommt nun die Serienschaltung beider Triodensysteme ins Spiel.

Die Spannungsdifferenz Kathode Heizfaden sind beim oberen Röhrensystem, wie bereits mehrfach geschrieben, immens (gerade in Vorverstärkern – kleine Signalpegel, hohe Betriebsspannung) – nämlich etwas mehr als die Hälfte der Versorgungsspannung! Und wie bereits im Uf/k-Artikel dargelegt, ist der Kathodenfolger prädestiniert für allerlei lustige Fehlerbilder.

Es hilft nur, die Heizspannung auf festes Potential zu legen. Die Empfehlung, nur das obere System zu »impfen«, kann man getrost vergessen – es setzt zudem voraus, dass man zwei physisch getrennte Röhrensysteme einsetzt. Gerade im empfindlichen Vorverstärkerbereich werden die Röhren mit Gleichspannung beheizt und dann ist ein »Hochlegen der Heizspannung« generell anzuraten – auch für das untere Röhrensystem.

Und es ist diese Doppelfunktion, die die üblichen Verdächtigen (ECC81, ECC82, ECC83, 6SN7GT…) – aufgrund ihrer mechanischen Konstruktion – eigentlich als ungeeignete Kandidaten ausschliessen. Und damit kommen wir zur anderen Erbkrankheit.

Wenn überhaupt, müssten LL- bzw. Military-Versionen eingesetzt werden – oder eben halt hochgenau gefertigte Spanngitterröhren wie z.B. ECC88, ECC189, 6DJ8… Noch besser sind Röhren, die explizit für derartige Schaltungen konstruiert wurden: z.B. die ECC84. Derartige Röhren sind nämlich mechanisch so gefertigt, dass sich die Systeme nicht von Wärme beeindrucken lassen. Es gibt keine thermischen Drift, die die Systemeigenschaften gravierend ändern können – äusserst sich z.B. im »Weglaufen des Arbeitspunktes«. Auch das berühmte »Einschwingen« entfällt bei diesen Röhren (akustisch gesehen übrigens sehr »interessant«).

Wie bereits dargelegt, ist eine SRPP-Schaltung in Röhren-Vollverstärkern eigentlich das unsinnigste, was man machen kann. Und eigentlich hat Anzai so einen Anwendungsfall nicht vorgesehen.

Unsinnig deshalb, weil die hohe Verstärkung in 99% aller Fälle mit einer Gegenkopplung wieder so gemindert wird (gemindert werden muss), dass das Ergebnis einer simplen Kathodebasisstufe entspricht. In vielen Fällen würden zwei parallel geschaltete Kathodenbasisstufen wesentlich mehr erreichen, als eine »verunglückte« SRPP-Schaltung. Und genau diesen Fall habe ich nur einmal gesehen und gehört. Und ich habe schon viele Verstärker gesehen und gehört…

Auch die vielfach anzutreffende 300B Single-Ended mit 6SN7GT-SRPP gehört in diese Kategorie. Rein verstärkungstechnisch gesehen leistet eine simple Pentode das Gleiche, wenn nicht sogar mehr… Aber darüber habe ich mich schon ausgelassen.

So ganz von der Hand zu weisen ist ein SRPP-Treiber aber auch nicht! Ein kluger Einsatz kann durchaus Vorteile bringen! Aber dann ist die »SRPP« aber auch so beschaltet, dass ihre guten Eigenschaften zum Vorschein kommen und nicht durch Tricksereien versaubeutelt werden. Dass ich zuvor SRPP in Anführungszeichen gesetzt habe, ist kein Zufall, denn eine derartige Schaltung ist eigentlich keine »echte« SRPP. Aber ich wollte nicht Korinthen kacken.

Übrigens: Wenn Sie auf eine SRPP-Schaltung stossen, dessen Versogungsspannung oberhalb oder gleich max. Uf/k*2 ist und bei dem nicht die Sache mit dem Hochlegen der Heizspannung erwähnt wird (oder im Schaltplan eingezeichnet ist), dann vergessen Sie diese Schaltung einfach. Die Chance, dass da noch etwas anderes nicht stimmt, stehen ungemein gut. Urteil: Nicht ausgegoren oder der Verfasser wusste nicht, was er tat. In Unkenntnis ist mir das auch schon passiert. Dieser Artikel ist daher auch als palam deprecari zu verstehen.

SRPP ist gut!
Wenn man damit umzugehen weiss…

• Tube Cad Journal von Mai 2000
• Optimized SRPP