Unterschiede von Röhren und Transistoren im Amateurfunk

Plant man die Anschaffung einer Endstufe (Sendeverstärker), steht man schnell vor der Frage, ob man eine PA mit Röhren oder mit Transistoren verwenden soll. In diesem Artikel beleuchtet Ekki Plicht, DF4OR, die Vor- und Nachteile dieser beiden Technologien.

Endstufen im Vergleich: Röhrentechnik vs. Transistortechnologie

Die traditionelle Technik bei Sendeverstärkern für Kurzwelle und UKW verwendet Röhren. Der Grund ist ganz einfach: Es gab lange Zeit keine (bezahlbaren) Halbleiter für hohe Leistungen. So hat sich ein großer Erfahrungsschatz aufgebaut. Es gibt bei Röhrenverstärkern keine nennenswerten Kinderkrankheiten mehr. Nun sind aber in den letzten Jahren immer mehr preiswerte und robuste Transistoren oder Verstärkermodule auf den Markt gekommen, die ebenfalls hinreichend Leistung erzeugen können. Die kommerzielle Technik verwendet über alle Leistungsbereiche eigentlich nur noch Halbleiter. Eine Ausnahme bilden allerhöchste Frequenzen bei hohem Leistungsbedarf.

Vor- und Nachteile von Röhren vs. Halbleiter bei Sendeendstufen

Sonderfall: Mobile Endstufen ohne Netzteil

Bevor man Größe und Gewicht vergleicht, muss man erst mal schauen, ob die Endstufe ein Netzteil eingebaut hat. Es gibt viele PAs im unteren Leistungsbereich, die für Mobilbetrieb an 13.8V gedacht sind und die daher ohne Netzteil geliefert werden. Bei diesen Endstufen gibt es ausschließlich Transistor-Geräte. Die Frage nach einem Pro und Contra Transistor vs. Röhre stellt sich nicht.

ACOM-1200S

Der Regelfall: Endstufen mit eingebautem Netzteil

Leichtgewicht vs. Kraftpaket: Welches Endstufen-Format ist die richtige Wahl?

Vor allem im unteren Leistungsbereich (bis ca. 500 Watt) sind Transistor-Endstufen meistens leichter und kompakter. Dies liegt an dem einfacheren (Schalt-)Netzteil, das keine Hochspannung erzeugen muss. Allerdings sind kleinere Gehäuse nicht so einfach zu kühlen. Hier muss man also mit mehr Geräuschbelastung durch Lüfter rechnen. Falls man plant, die Endstufe mit auf Reisen zu nehmen, so sind im unteren Leistungsbereich Transistor PAs aufgrund geringerer Größe und Gewicht meistens vorzuziehen.

Im oberen Leistungsbereich (>750 Watt und mehr) dominieren Endstufen mit Röhren. Diese benötigen meist sehr hohe Betriebsspannungen, die effizient nur mit einem großen und schweren Transformator zu erzeugen sind. Halbleiter-PAs gibt es bis etwa 1500 Watt, die aber kaum noch kleiner oder leichter sind als die Geräte gleicher Leistung mit Röhren. Spielt also das Gewicht eine entscheidende Rolle, so gewinnen im unteren und mittleren Leistungsbereich meistens die Transistor-PAs.

Abstimmung von Röhren- und Transistor-Endstufen: Vorteile und Nachteile im Vergleich

Wie jedes Gerät im Amateurfunk, so arbeitet auch eine Endstufe mit 50 Ohm Impedanz. Nicht jede Antenne bietet diese Impedanz über den gesamten Frequenzbereich an. Oft werden Tuner verwendet. Das ist zwar ein Kompromiss, aber besser als keine Antenne.

Röhrenendstufen müssen zum Betrieb auf die Sendefrequenz abgestimmt werden. Dies geschieht über eine LC-Schaltung im Ausgangskreis der Endstufe. Praktischerweise wirkt diese Schaltung (meistens ein sog. Pi-Glied) auch als Abstimmgerät, also wie ein Tuner. So können Röhrenendstufen mit abstimmbarem Ausgangskreis (das sind praktisch alle) gewisse Fehlanpassungen auch mit hoher Leistung ausgleichen.

Transistor-Endstufen müssen nicht abgestimmt werden, das ist ihr großer Vorteil. Sie sind sofort auf dem gesamten spezifizierten Frequenzbereich verwendbar - vorausgesetzt die Antenne hat immer die richtige Anpassung. Sind das nicht mehr oder weniger genau 50 Ohm, so regelt eine Schutzschaltung die Ausgangsleistung sofort stark zurück. Denn die Fehlanpassung führt dazu, dass die Leistung nicht von der Antenne abgestrahlt wird, sondern meistens reflektiert wird. Und damit zurück zur Endstufe kommt, und dort in Wärme umgewandelt wird. Das erträgt der Halbleiterbaustein in der Endstufe nur sehr kurze Zeit. Wenn nicht innerhalb von Sekundenbruchteilen die Leistung automatisch heruntergeregelt wird, nimmt die Endstufe unweigerlich Schaden. Deshalb haben praktisch alle solche Transistor-Endstufen so eine Schutzschaltung.

Abhilfe schaffen nur angepasste Antennen oder ein nachgeschalteter Tuner für hohe Leistung. Der vermeintliche Vorteil der Transistor-Endstufe, nämlich dass keine Abstimmung nötig ist, geht dann also wieder verloren - man muss den Tuner abstimmen. Außerdem muss man den Anschaffungspreis und die zusätzliche Komplexität der Station berücksichtigen, wenn man einen solchen Tuner einsetzen will.

Bei nicht ganz perfekten Antennen haben also Röhrenendstufen einen klaren Vorteil.

Langlebigkeit von Röhren- und Transistor-Endstufen im Vergleich

In den letzten Jahren hat sich der Markt für Senderöhren stark verändert. Einige klassische Anbieter haben sich zurückgezogen, weil der Aufwand nicht mehr gerechtfertigt war. Bei Röhren-Endstufen muss man heute genau prüfen, welcher Typ verwendet wird und wo man diese Röhre als Ersatz beschaffen kann. Meistens bieten die Endstufen-Hersteller diese durchaus an, aber es lohnt sich, auch nach alternativen Anbietern zu suchen.

Halbleiter als modernere Technik sind meistens leichter beschaffbar. Zudem sind sie - korrekter Betrieb mit guter Anpassung und gemäßigter Leistung vorausgesetzt - nahezu unzerstörbar.

Der beste Tipp für eine lange Lebenszeit, egal ob Röhre oder Transistor: Leistung reduzieren! Betreibt man eine Endstufe, egal welcher Bauart, immer etwa bei 60 bis 80 Prozent der nominalen Spitzenleistung, so sind die Leistungsbausteine nahezu unverwüstlich. Röhren verlieren im Laufe der Zeit etwas an Leistung. Das zeigt sich sehr schnell, wenn man sie immer an der spezifizierten Leistungsgrenze betreibt. Gerade bei Betriebsarten wie FT-8 oder RTTY empfiehlt es sich, die Leistung deutlich zu reduzieren. 50 % sind hier oft genug. Alle Regler auf Rechtsanschlag zu stellen, bedeutet oft den schnellen Ausfall der Endstufe.

So zeigt sich, dass es auch in Ländern mit einer Leistungsbegrenzung von z.B. 750 Watt sinnvoll sein kann, eine PA für 1500 Watt zu kaufen. Betreibt man so eine überdimensionierte PA immer im legalen Bereich, also bis 750 Watt, dann hält sie mehrere Jahrzehnte, egal ob Röhre oder Transistor. Die langjährige Erfahrung der Reparatur-Werkstatt von WiMo zeigt allerdings auch, dass Röhren-PAs einen Missbrauch kurzfristig besser wegstecken können als Transistor-PAs. Bei einem Betrieb mit grober fehlerhafter Anpassung und Dauerstrichbetrieb können Halbleiterendstufen schnell beschädigt werden.

Kühlung von Röhren- und Transistor-Endstufen: Vergleich der Herausforderungen

Egal, ob Transistor oder Röhre - beide Prinzipien der Leistungserzeugung sind nicht perfekt effizient. Es entsteht immer Wärme als unerwünschter Nebeneffekt und diese Wärme muss abgeführt werden. Hierzu haben Senderöhren meistens einen Kühlkörper bereits montiert. Dieser wird in einem entsprechend gestalteten Kühlkanal von einem oder mehreren Lüftern angeblasen. Ein Transistor-Modul wird in der Regel auf einen großen und massiven Kühlkörper aufgeschraubt, der dann ebenfalls aktiv durch Lüfter gekühlt wird. Dieser Kühlkörper trägt übrigens ganz erheblich zum Gewicht einer Halbleiter-Endstufe bei.

Bei der Wärmeentwicklung und der notwendigen Kühlung hat also keine Technologie einen spürbaren Vorteil.

Aktive Kühlung, im Idealfall temperaturgesteuert, stellt eine nicht unerhebliche Lärmbelastung dar. Man muss also überlegen, die Endstufe etwas entfernt aufzubauen, um den Lärm abzuschirmen. Das geht natürlich nicht, wenn man die Endstufe oft abstimmen muss, also bei Röhrenendstufen. Dann muss die PA immer in Reichweite des Operators stehen. Hier haben manche Transistor-Endstufen einen Vorteil, denn es gibt sie oft mit einer Fernsteuerung. Man kann also die PA lärmgedämmt in einem Nebenraum aufstellen und bequem alles fernsteuern.

Stromversorgung von Röhren- und Transistor-Endstufen im Vergleich

Da wir hier nur Endstufen mit eingebautem Netzteil betrachten, spielt die Technik (Röhre oder Transistor) keine Rolle. Die Effizienz ist bei Transistorendstufen mit einem gut gestalteten Schaltnetzteil etwas besser, aber wo Leistung herauskommen soll, muss auch Leistung rein. Sie kommt vom Wechselstromnetz. Man muss stets darauf achten, dass genügend Power vom Stromversorger an der Stelle bereitgestellt wird, an der die PA installiert werden soll.

Unentschieden, mit leichtem Vorteil für Transistor-PAs aufgrund der besseren Effizienz.

Pre-Distortion für saubere Signale: High-End-Funktion für moderne Endstufen

Leistungsfähige Amateurfunkstationen, egal ob für Contest oder DX, nutzen viele Möglichkeiten der Automatisierung. Hier haben also Endstufen einen Vorteil, die über eine CAT-Steuerung verfügen. Egal, ob es um permanente Überwachung oder eine automatisierte Antennenauswahl geht - moderne Endstufen können das. Da hängt dann natürlich auch ein entsprechendes Preisschild dran. Da die automatische Abstimmung bei Röhrenendstufen aufwendiger ist (motorisierte Abstimmung), haben Halbleiter-Endstufen hier etwas die Nase vorn.

Sehr moderne Transceiver ermöglichen, das Sendesignal über eine Rückkopplung hinter der Endstufe anzupassen. Ein Sensor im Leistungskreis misst den Verzerrungsgrad des Sendesignals und meldet diesen Wert an den Transceiver zurück. Dieser kann nun eine sogenannte „Pre-Distortion“ herstellen, die dazu führt, dass das Sendesignal insgesamt sehr viel sauberer wird. So werden Nebenaussendungen, die zu QRM und TVI führen können, sehr wirkungsvoll vermieden. Nur wenige Endstufen der obersten Klasse bieten diese Eigenschaft. Natürlich muss das Verfahren zwischen Endstufe und Transceiver genau zueinanderpassen.

Preis-Leistungs-Verhältnis von Röhren- und Transistoren

Betrachtet man nur das Verhältnis von „Watt je Euro“, so bieten sowohl Röhren- als auch Transistorendstufen nahezu das gleiche Verhältnis. Das gilt jedenfalls für den oberen Leistungsbereich ab 1000 Watt aufwärts. Darunter gibt es einzelne Modelle mit Röhren, die einen gewissen Vorteil beim Preis-Leistungs-Verhältnis bieten. Grund ist die Verwendung von einfacheren und preiswerteren Röhren wie der 811A.

Röhre vs. Transistor: Welche Endstufe ist die richtige für Ihre Amateurfunkstation?

Röhre oder Transistor in der Sendeendstufe - beides hat Vor- und Nachteile. Die Wahl ist stark abhängig von der gesamten Station, vor allem von den verwendeten Antennen (siehe Anpassung). Ein anderer wichtiger Aspekt ist der Einsatzort. Will man die PA nur zu Hause oder im Clubheim betreiben oder auch auf Reisen? Siehe Größe und Gewicht. Die modernere, aber auch etwas fragilere und anspruchsvollere Technik ist die mit Halbleitern. Die traditionelle Bauform mit Röhren ist bewährt und etwas robuster, setzt aber immer den routinierten Umgang mit der Abstimmung voraus. Automatisierung? Gibt es für beide Technologien, allerdings vermehrt bei Transistor-PAs.

Die Entscheidung ist nicht leicht. WiMo hilft Ihnen gerne bei den Überlegungen zu einer passenden Endstufe für Ihre Station. Die große Auswahl und langjährige Erfahrung der funkenden Mitarbeiter hilft dabei sehr.

Meine persönlichen Favoriten:

Eine Acom-1200S wäre meine erste Wahl, vorausgesetzt, dass gute angepasste Antennen vorhanden sind. Falls nicht wäre die ACOM-2000A mein Traum.

ACOM 1200S Transistor-PA (1200W, 160-6m)

ACOM 1200S Transistor-PA (1200W, 160-6m)

Acom 2000A (1500W, 160-10m)

Acom 2000A (1500W, 160-10m)

OM-2002W 2m-Transistor-PA, 1800W

OM-2002W 2m-Transistor-PA, 1800W

Für UKW würde ich mir gerne die OM-Power OM2002W auf den Tisch stellen.

Endstufen von Elad

Endstufen von Elad

Falls es eine Portabel-Endstufe für Kurzwelle sein soll - die Elad "DuoArt" Modelle sehen nicht nur gut aus, sondern funktionieren auch bestens.

AL-811XCE (600W, 160-10m)

AL-811XCE (600W, 160-10m)

Und falls das Budget der bestimmende Faktor ist, so fiele meine Wahl auf die Ameritron AL-811XCE.

4O3A Signature Power Genius XL

4O3A Signature Power Genius XL

vy 73,

Ihr Ekki, DF4OR

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