Gridstopper

Und nun alles zusammen

Zusammen mit dem Gridstopper bildet die Miller-Kapazität nun eine Tiefpass (siehe Ersatzschaltbild), also einen Filter, der hohe Frequenzen, ab einem gewissen Punkt, immer mehr abschwächt.

Nehmen wir beispielsweise eine ECC83 in einer Standardschaltung. Die Verstärkung wählen wir so hoch, dass insgesamt eine Kapazität von vielleicht 120pF entsteht. Ohne Gridstopper und ohne das etwas angeschlossen ist (also Leerlauf), arbeitet die ECC83 frequenzmäßig zunächst »open end«. Theoretisch liegt die obere Grenzfrequenz (fo) irgendwo im unteren GHz-Bereich (Gigahertz).

Um das nachvollziehen zu können, sollte in der Grenzfrequenz-Formel für den Widerstandswert beispielsweise 0,1Ω eingesetzt werden.

»Radio Luxemburg« oder ein »komisch« klingender Verstärker sollte da nicht überraschen. Unter Umständen kann es sogar sein, dass der Röhrenverstärker nicht Radio, sondern (auch bedingt durch die Gegenkopplung) Sender spielt – also ein »paar« Milliwatt Hochfrequenz in die Luft pustet. Kann, wie gesagt, passieren…

Mit einem 47kΩ-Gridstopper könnte man dem Spuk schnell ein Ende machen. Bei etwa 28kHz ist dann die obere Grenzfrequenz erreicht. Also alles ab 28kHz wird immer mehr abgeschwächt. Für HiFi ist diese obere Grenzfrequenz aber ein bisschen »knappich«.

Mit einem 22kΩ-Widerstand liegt die obere Grenzfrequenz bei etwa 60kHz und mit 10kΩ sind es 130kHz. Für HiFi wäre ein 22kΩ-Gridstopper in diesem Fall übrigens gar nicht mal sooo schlecht…

Schauen wir mal kurz bei den Gitarrenverstärkern herein

In sehr vielen Verstärkermodellen verbauten Fender und Marshall in der Eingangsstufe einen 68kΩ-Gridstopper. Zusammen mit der Miller-Kapazität der ECC83 (12AX7) entstand so ein Tiefpass, der spätestens bei rund 15kHz (je nach Höhe der Verstärkung) seinen -3dB Punkt erreichte.

Man muss bedenken, dass derartige Röhrenverstärker auf Leistung gezüchtet wurden. Aufgrund dessen standen sie immer kurz vor »Selbsterregung«. Heisst: Sie konnten sich selbst, sehr leicht in wilde Schwingung versetzen. Lange Kabel und Mikrofone (auch das Pickup einer Gitarre ist prinzipiell ein Mikro) trugen ihr Scherflein dazu bei. Wer die alten Amps kennt, weiss wovon ich rede. Es gab (und gibt) Gitarrenhelden, die das auch gezielt ausnutz(t)en

Die oft eingesetzte ECC83 (12AX7) musste zudem ja hoch verstärken. Ein Faktor von 50 bis 60 war, angesichts des mickrigen Pegels den die Gitarre lieferte, nicht ungewöhnlich. Es »entstand« so eine parasitäre Kapazität von 150pF bis 200pF. Ohne Schutzmaßnahmen und hochverstärkend? […]

Um »Selbsterregung« oder gar Radioempfang zu unterbinden, legte man deshalb die obere Grenzfrequenz direkt am Eingang auf ein niedriges Niveau. Niedrig aus HiFi-Sicht, denn eine »normale« E-Gitarre kommt frequenzmäßig noch nicht einmal in die Nähe von 10kHz. Die »Luft nach oben« waren den Obertönen geschuldet, die dann auch den »Sound« ausmachten.

Wo wir schon bei der oberen Grenzfrequenz sind:
Fender und besonders Marshall sorgten nicht nur dafür, dass »oben herum« schnell Schicht im Schacht war. Sie beschnitten den Frequenzbereich auch »unten herum«. Einige Amps (besonders bei Marshall) hatten dazu einen Kathoden-Kondensator verbaut, der die untere Grenzfrequenz auf etwa 50Hz legte. Der tiefste Ton einer Gitarre liegt übrigens bei etwa 80Hz.

Quasi mit »Bordmitteln« sorgte man also dafür, dass sich der Röhrenverstärker nur innerhalb eines Frequenzbereiches »bewegen« durfte. Und das nicht irgendwo in der Verstärkerschaltung, sondern ganz vorne bei der ersten Röhrenstufe.

Und im HiFi-Bereich?

Da mutieren viele Röhrenverstärker – nur aus Sicht der Grenzfrequenz – zu modernen Radio-Empfangsgeräten. Und mit dem Kathoden-Kondensator legt man die untere Grenzfrequenz so niedrig, dass man damit Infraschall übertragen könnte.

Auch wenn man einen, über weite Strecken, linearen Frequenzverlauf anstrebt, reicht eigentlich ein Frequenzbereich von 10Hz bis vielleicht 60 bis 80kHz. Man muss bedenken, dass eine Abschwächung ja schon früher beginnt. Eine obere Grenzfrequenz von 100kHz und mehr, ist wirklich übertrieben.

Kommen dazu noch hochverstärkende Schaltungsstufen (besonders die »modernen« SRPP-Schaltungen), eine unsaubere Verkabelung bzw, Verdrahtung, ist Radioempfang (im weitesten Sinne) also logische Konsequenz.

Sonderfall Phono

Einen Phono-Röhrenvorverstärker mit ECC83 eingangsseitig nun mit einem Gridstopper zu versehen, ist dagegen eine schlechte Idee. Man bekommt die hochverstärkende ECC83 HF-mäßig zwar ruhiggestellt, hat aber eine satte Fehlanpassung (da isses wieder) des Tonabnehmers zur Folge.

Die obere Grenzfrequenz wird durch die Spule des Tonabnehmers und die Eingangsimpedanz des Verstärkers (oft 47kΩ) gebildet. Das sollte hier reichen.

Nur mal so: In alten Schaltbildern findet man oftmals einen »Kathoden-Kondensator« mit einem Wert bis maximal 50µF (oftmals auch nur die Hälfte davon). Das ist völlig ausreichend, um ab 20Hz »dicht« zu machen (was übrigens anzuraten ist).

Der oftmals verbauten 100µF Kathoden-Kondensator erlaubt eine sehr tiefe untere Grenzfrequenz. Da darf man sich nicht wundern, wenn gerade die erste Röhrenstufe den Trittschall oder »Rumpler« prima mitverstärkt. Das Entzerrernetzwerk ist dann dankbarer Abnehmer für so etwas…

Achtung!

Alle Formeln und alle Betrachtungsweisen sind bis hierhin nur (vereinfachte) Theorie. Die Praxis sieht – natürlich – »etwas« anders aus.

So ist die reale Verstärkung einer Röhrenstufe auch davon abhängig, was »danach« kommt. Von einer Gegenkopplung nicht zu reden. Auch wird in einem »normalen« Röhrenverstärker immer irgendwo die theoretische Bandbreite beschnitten. Spätestens beim Übertrager.

Aber: Man hat einen Ansatzpunkt, wenn der Röhrenverstärker irgendwie höhenmäßig »Tabularasa« macht, man eine »Matratze vor’m Lautsprecher« hat, oder »Radio Luxemburg« empfängt.

Aus Theorie wird grausame Wirklichkeit

Es gibt Endröhren (Trioden als auch Pentoden), die reagieren höchst allergisch auf fehlende oder falsche Gridstopper. Und es scheint egal zu sein, wo man diesbezüglich etwas »nachlässig« war. So gehören alle Endröhren vom Schlage EL84 zu diesen sensiblen Kandidaten.

Es ist keineswegs selten, dass sich hier ein fehlender Tiefpass an der Vorstufenröhre (meist ECC83) konsequent durch die gesamte Schaltung zieht. Die gleiche Vorstufenschaltung auf eine andere Endröhre angewendet, kann dagegen ohne Probleme funktionieren.

Klingt kurios, ist aber so.
Ist natürlich nicht kurios, da sich der Millereffekt (wie bereits erwähnt) auch noch auf die Ausgangs-Impedanz der jeweiligen Röhrenstufe auswirkt. Ich glaube, jetzt sollte man das Thema »Gridstopper« doch besser beenden…

Fazit:

Es lohnt sich, sich einmal »unverbindlich« mit dem Gridstopper, den Millerkapazitäten und den Grenzfrequenzen zu beschäftigen, wenn etwas nicht so klingt, wie man es sich vorgestellt hat. Oder, wenn etwas aus den Lautsprechern quillt, was dort nichts zu suchen hat…

Übrigens: Auch Kleinsignal-Pentoden (beispielsweise EF86) sind dankbare Abnehmer für einen Gridstopper. Der braucht dann allerdings nicht ganz so hoch ausfallen, wie bei den Trioden.

In einem Röhrenverstärker braucht die obere Grenzfrequenz einer Röhrenstufe nicht über 100kHz hinaus zu gehen. Etwa 60kHz reicht für einen linearen HiFi-Frequenzverlauf bis 22kHz vollkommen aus. Meinthalben plus »Reserve« von 20kHz, also 80kHz. Dann sollte aber wirklich »langsam« die -3dB wirken.

Das Leak ST20 Schaltbild habe ich nicht ohne Grund gewählt! Mann kann über die ECC83 mit ihrer fast 50-fachen Verstärkung streiten, nicht aber um das Grundlegende.

Eine gut durchdachte Verstärkerschaltung erkennt man fast immer am Widerstandswert des Gridstoppers in der ersten Röhrenstufe. Also da, wo alles anfängt. Ganz vorne.

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frihu

…hört gerne Musik. Über Röhrenverstärker. Musikrichtung egal. Ausser Jazz, Hip-Hop, House, Metal, Trash, Schlager, Volksmusik, Gangsta-Rap (noch schlimmer, wenn in Deutsch gebrüllt). Da krieg' ich ein Hörnchen. Autor der Bücher: Hören mit Röhren, Röhrenschaltungen und High-End Röhrenschaltungen. Artikel in hifi-tunes (Röhrenbuch 2): Bauteileauswahl für Röhrenverstärker und EL509 Single-Ended Röhrenverstärker im Selbstbau

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