Verstärker

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Funktion

Verstärker bestehen aus einer Regelung, die den Ausgangswert mit dem Eingangswert vergleicht und diesen passend nachführt. Die Reglung erfolgt direkt durch die Schaltung selbst oder indirekt durch eine ausdrückliche Rückkopplung.

Technologie

Röhrenverstärker

Obwohl historisch betrachtet das Halbleiterkristall früher endeckt wurde (übrigens in Indien) und auch schon zum demodulieren von Radiosignalen verwendet wurde, war es die Röhre (genauer Elektronenröhre), die im beginnenden 20. Jahrundert die Verstärkertechnik voran gebracht hat. Mit geringerer Leistung kann man durch das Anlegen einer Gitterspannung einen höheren Strom zwischen Anode und der beheizten Kathode steuern. Nachteile der Röhre gegenüber dem Transistor haben dazu geführt, dass sich die Transistortechnologie die Röhre fast vollständig erstzt hat. Diese sind vor allem: Die notwendige Heizspannungsversorgung, die hohen Anodenspannungen (ca. 200 V) und nicht zuletzt die begrenzte Lebensdauer.

Transistorverstärker

Beim Transistorverstärker wurde die Röhre durch den Transistor als verstärkendes Bauelement ersetzt. Gerade im Audiobereich hat der Transistor für Endstufen den Vorteil, mit höheren Strömen zu arbeiten, daher sind Transistorverstärker leichter, da der Ausgangstransformator fehlt. Ohne ins Detail (Bipolar, FET und Beschaltung) zu gehen, kann man grob sagen, dass ähnlich wie bei der Röhre, der Strom zwischen Anode und Kathode, hier der Strom zwischen Kollektor und Emitter gesteuert wird. Dies geschieht durch einen geringeren (Steuer-)Strom (als Signal) an der Basis. Das Verhältnis dieser beiden Stromsignale ist die für den Transistor charakteristische Stromverstärkung. Eine einfache Transistorstufe besteht aus einem Transistor und Emitter- / Kollektorwiderständen. Der Abgriff erfolgt am Kollektor, die Einspeisung an der Basis. Je stärker die Basis öffnet, desto geringer wird der Widerstand zwischen Kollektor und Emitter.

Operationsverstärker

Unter Operationsverstärker versteht man im Allgemeinen einen IC der die Spannungsdifferenz der beiden Eingänge + und - so stark verstärkt, dass man beim groben Schaltungsentwurf davon ausgeht, dass diese Differenz (durch eine negative Rückkopplung) annähernd zu 0 wird. Eine klassische Schaltung ist den Ausgang über einen Spannungsteiler auf den - Eingang zurückzuführen. Dadurch, dass nun der hochohmige + Eingang indirekt, die gleiche Spannung wie der - Eingang hat (weil durch die hohe Verstärkung und der Rückkopplung auf Null ausgeregelt) wird aus dem Spannungsteiler von OP-Ausgang zu dem Eingang umgekehrt ein Verstärker von + Eingang zum Ausgang mit dem reziproken Spannungsverhältnis des Spannungsteilers.

Verstärkertypen

Kleinsignalverstärker

Grosssignalverstärker

Als Grosssignalverstärker gelten die Typen, die Signale verarbeiten können, welche bereits niederohmig sind.

Verstärkeranwendungen

Leistungsverstärker

HF-Verstärker

Bei HF-Verstärkern kommt es auf grosse Bandbreite an.

Audio Verstärker

Bei Audioverstärkern kommt es auf grosse Genauigkeit an. Die Bandbreite ist limitiert. Diese liegt im Bereich 5Hz bis 50kHz oder enger.


Beispiel: Audio Verstärker - Projekt

Hallo Gemeinde, angeregt durch diesen Thread http://www.mikrocontroller.net/topic/168800 möchte ich gerne mit eurer Hilfe ein kleines Tutorial erstellen, welches die Erstellung, Grundlage, Berechnung und Dimensionierung (also nicht nur das pure "Abkupfern" einer bereits vorhandenen Schaltung) erläutert. Da dieses auch für mich der erste Audio-Verstärker sein wird, bitte ich um Rücksicht und um Mithilfe -> Auch dieser Artikel wird vom Mitmachen und Verbessern leben, nicht nur durch unbegründete Kritik. Und es geht mir eben nicht darum, etwas zu bauen, was es wie Sand am Meer gibt, sondern es steht in erster Linie das Lernen und Verstehen im Vordergrund.

Projektziel

  • Verstehen, wie ein Verstärker designed wird.
  • Planung einer Stromversorgung
  • Planung einer Eingangsschaltung
  • Planung eines 1 Kanal Audio Verstärker nach dem Klasse AB Prinzip mit vielleicht 60 - 100W
  • Die Umsetzung in eine reale Welt Applikation (Schaltplan, Layout, Aufbau, Messen)
Vorüberlegungen
Stromversorgung
  • Einschaltstrombegrenzung
  • Ringkerntrafo
  • Gleichrichtung
  • Filterung / Siebung
  • Protektoren
Eingangsstufe
  • Filterung
  • Lautstärkenregelung
  • Vorverstärkung
Vorverstärkung
  • Ausgangstreiber
Leistungstransistor / Leistungsteil
  • Transistorenwahl
  • Parallelschaltung von Transistoren
  • Verlustleistung

Beispiel: Gitarrenverstärker

Anders, als reine Audioverstärker, besitzen Gitarrenverstärker noch Verzerrstufen und Effektgeräte, die den Klang anreichern.

Gitarrenverstärker werden oft als Röhrenverstärker ausgeführt, die einen natürlichen Zerrklang aufweisen.

Links

Musik und Audio

Andere

Weblinks

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