Transistor

Der Range-Master rauscht

Manfred Zollner

Was rauscht weniger: Röhre oder Transistor? So allgemein gestellt, ist die Frage nicht beantwort­bar. Zum einen muss die spektrale Verteilung des Rauschens berücksichtigt werden, zum anderen dessen Bezug zum Rauschspektrum der Quelle. Der folgende Beitrag untersucht diese Thematik am Beispiel des Range-Masters, eines einfachen Gitarren-Verzerrers (der auch Booster genannt wird). Sein Germanium-PNP-Transistor (OC44) ist aus heutiger Sicht zwar total veraltet, er wird in Gitarristenkreisen dennoch sehr geschätzt, weil angeblich nur damit der Originalsound erreich­bar ist. Aber halt auch das Original-Rauschen. Im Folgenden wird zuerst mit einem Rausch-Ersatzschaltbild untersucht, welche Komponenten den Hauptbeitrag zum Rauschen liefern, dann erfolgt der Vergleich der Berechnungen mit Messdaten, zuletzt werden alternative Transistoren untersucht (auch NPN). Der Stromverstärkung und der Eingangskapazität kommt dabei eine be­sondere Bedeutung zu, hiervon hängt der Übertragungsfrequenzgang des Range-Masters ab.

 

Jede elektrische Baugruppe rauscht. Denn die Träger der elektrischen Ladung sind nicht un­end­lich klein, und sie bewegen sich nicht gleichmäßig, sondern schwankend. Das dadurch entstehende Rauschen kommt von verschiedenen Entstehungsprozessen, denen unterschied­liche Spektren zugeordnet werden können (siehe auch Physik der Elektrogitarre, Kap. 10.1.8). Rauschen, dessen spektrale Leistungsdichte (W/Hz) über der Frequenz konstant ist, wird als „weiß“ bezeichnet. Analysiert man ein derartiges Weißes Rauschen (WR) mit einem Band­filter, dessen absolute Bandbreite konstant bleibt, während die Mittenfrequenz variiert wird, so bleibt die Ausgangsspannung des Filters konstant, d.h. frequenzunabhängig. Daneben gibt es das „rosa“ Rauschen (RR), dessen spektrale Leistungsdichte über der Frequenz mit 1/f ab­nimmt.

Weißes Rauschen entsteht als Thermisches Rauschen durch die (von der absoluten Tempe­ra­tur abhängigen) Wärmebewegung der Elektronen im Leiter. Und es entsteht ferner bei Stromfluss als Schrotrauschen wegen der Quantisierung der Ladungsträger. So ist z.B. je­dem Gleichstrom ein winziger Rauschstrom (= Wechselstrom) überlagert, der prozentual um so größer wird, je kleiner der Gleichstrom ist. Rosa Rauschen hat viele Ursachen, die analy­tisch kaum zu be­schreiben sind. Sicher ist, dass Verunreinigungen, Materialinhomogenitäten sowie die Be­schaffen­heit von Oberflächen und Grenzflächen eine Rolle spielen, dass also der Her­stel­lungs­prozess wesentlich über die Stärke des entstehenden RR entscheidet. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, alle Rauschquellen einer Verstärkerschaltung modellmäßig durch ein Rausch-Ersatz­schaltbild zu beschreiben. Die eigentlich rauschenden Bauteile (Wider­stände, Transistoren) werden dabei rauschfrei angenommen, und das von ihnen erzeugte Rauschen durch Rauschstrom- und Rauschspannungsquellen modelliert. Zu beachten ist, dass diese Quellen in der Regel unkorreliert sind, deshalb müssen die Spannungen (bzw. Ströme) pythagoreisch addiert werden müssen.

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