Audio-Verstärker
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Begriffsbestimmung
Ein Verstärker ist ein elektrischer Vierpol, dessen Ausgangsleistung größer als die Steuerleistung an den beiden Eingangsklemmen ist. Die zukommende Energie wird von der/den Betriebsspannungsquelle/n bereitgestellt. Zwischen Aus- und Eingangsleistung besteht ein funktionaler Zusammenhang.
Ein Audioverstärker ist ein elektrischer Verstärker für den Audiofrequenzbereich (i. d. R. von 20 Hz bis 20 kHz, ggf. auch mit höherer Bandbreite). Er ist Bestandteil einer elektrischen Übertragungskette, an deren Anfang und Ende ein Schallereignis steht.
[Bearbeiten] Abgrenzung
Elektrische Verstärker und Regelglieder, die indirekt an der Übertragungskette beteiligt sind und eine entsprechende Übertragungsbandbreite besitzen, werden nicht betrachtet. Auf Analog-Digital-Wandler und Digital-Analog-Wandler soll ebenfalls nicht eingegangen werden.
[Bearbeiten] Funktionale Gliederung
Audioverstärker können nach ihrer Funktion in einer (beliebigen) elektroakustischen Übertragungskette unterschieden werden:
Vorverstärker bereiten ein sehr kleines Eingangssignal so auf, dass dessen Weiterverarbeitung oder Fortleitung aufgrund eines höheren Pegels und/oder einer günstigeren Ausgangsimpedanz vereinfacht wird.
Verzerrer/Entzerrer sind Verstärker mit festgelegten Abweichungen vom linearen Frequenzgang (z. B. Emphasis, Deemphasis, RIAA-Entzerrer).
Mischeinrichtungen bestehen aus einer Anzahl von Übertragungsvierpolen, deren Ausgangssignale definiert additiv zusammengeführt werden. Sie dienen der gezielten Zusammenführung mehrerer Audiosignale.
Zwischenverstärker erhöhen einen durch Fortleitung abgesenkten Pegel oder dienen der pegel- oder impedanzmäßigen Anpassung zwischen verschiedenen Elementen der Übertragungskette.
Steuerverstärker enthalten Steuerglieder, die den Pegel, das Frequenzverhalten, die Stereobalance usw. einstellen lassen oder regeln.
Schneidverstärker, Aufsprechverstärker, Modulationsverstärker u. ä. sind das zwischenzeitliche Endglied einer Übertragungskette vor einer Aufzeichnung oder Aussendung. Je nach erforderlicher Leistung besitzen sie ggf. Eigenschaften von Endverstärkern (z. B. Modulationsverstärker für die Anodenmodulation in MW-Sendern).
Endverstärker sind Leistungsverstärker, die i. d. R. einen relativ hohen Eingangspegel zur Aussteuerung benötigen und ihrerseits keine Steuerglieder besitzen. Sie stellen die Energie für Lautsprecher, Schneidapparaturen oder den Modulationsweg bereit.
Selbstverständlich gibt es Mischformen, wie z. B. der Mischverstärker, der Vollverstärker.
[Bearbeiten] Gliederung nach Anwendungsgebieten
In unterschiedlichen Anwendungsgebieten werden Audioverstärker eingesetzt:
Das zahlenmäßig breiteste Anwendungsgebiet ist die Heimtechnik, bei der es um die Wiedergabe von übertragenen oder gespeicherten Audiosignalen geht. Im Vordergrund stehen wirtschaftliche Herstellung, Design und häufig eine Optimierung zugunsten bestimmter Parameter, z. B. höchste Verzerrungsfreiheit. Moderne Audioverstärker für den Heimgebrauch besitzen eine spartanische Anzahl von Stellmöglichkeiten (meist nur Quellenwahl, Lautstärke, Balance).
Die Aufbereitung, Fortleitung und Speicherung von Audiosignalen geschieht vorwiegend mittels Studiotechnik. Für diesen Anwendungsfall stehen Betriebssicherheit, Dauerhaftigkeit, Unempfindlichkeit gegen elektrische und magnetische Einstreuungen, Rauscharmut, geringe Verzerrungen und eine große Übertragungsbandbreite im Vordergrund. Daneben bedarf es zahlreicher Stell- und Regelmöglichkeiten.
Zur Aussendung von Audiosignalen werden Hochfrequenzsender verwendet, denen das zu sendende Signal aufmoduliert werden muss. Hierfür werden Modulationsverstärker verwendet, die z. B. das Audiosignal leistungsmäßig so verstärken, dass die Betriebsspannung der Sendeendstufe im Takt des Niederfrequenzsignals schwankt. Modulationsverstärker sind vor allem hinsichtlich Leistung, extremer Unempfindlichkeit gegen elektrische Einstreuungen und Betriebssicherheit optimiert. Daneben spielen Bandbreite und Verzerrungsarmut eine Rolle.
Bei der Erzeugung von Musik kommen Audioverstärker häufig zum Einsatz. Sie verstärken die schwache akustische Leistung von Musikinstrumenten, um diese für den Instrumentalisten besser hörbar zu machen oder sind Teil einer Rückkopplungsschleife, die den ursprünglichen Klang des Instrumentes gezielt verändert.
Daneben werden Audioverstärker dort eingesetzt, wo es um die Übertragung menschlicher Sprache geht. Dies betrifft z. B. den Bündel- und den Zellularfunk und die drahtgebundene Telefonie. Da diese Verstärker zumeist nur einen kleinen Teil des Audiofrequenzbereiches verstärken (i. d. R. 300 Hz bis 3 kHz), werden diese Verstärker hier nicht weiter betrachtet.
[Bearbeiten] Gliederung nach Schaltungslayout
Naturgemäß variieren die strukturellen Schaltungsmuster zwischen den funktionalen Anforderungen und zwischen den Anwendungsfällen. Trotzdem lassen sich mehrere grundsätzliche Muster identifizieren.
Unsymmetrischer Aufbau: Dieses Schaltungslayout hat die zweifellos über die Geschichte der Verstärkertechnik weiteste Verbreitung gefunden. Es ist einfach und aufwandsarm und benötigt eine minimale Anzahl von Betriebsspannungsquellen. Geringe bis mittlere Gegenkopplungsfaktoren sind üblich. Besteht die Notwendigkeit symmetrischer Ein- bzw. Ausgänge, werden diese mit speziellen Transformatoren symmetriert oder entsymmetriert. Typisch ist eine geringe oder mittlere Anzahl von Verstärkerstufen im Eintakt-A-Betrieb mit RC-Kopplung.
Symmetrischer Aufbau: Dominiert moderne und hochwertige Verstärker in Halbleitertechnik. Es werden wenigstens zwei Betriebsspannungsquellen benötigt. Kennzeichnend für dieses Layout sind zahlreiche Verstärkerstufen, die zumeist als Differenzverstärker aufgebaut sind und direkt (galvanisch) gekoppelt sind. Die hohe Verstärkung der offenen Schleife macht eine stabilisierende starke Gegenkopplung erforderlich. Symmetrische Ein- und Ausgänge können mit direkter Kopplung realisiert werden. Dieses Layout erlaubt eine untere Grenzfrequenz von 0 Hz.
[Bearbeiten] Gliederung nach verstärkenden Bauelementen
Grundsätzlich kommen Halbleiterbauelemente oder Röhren in Betracht.
Halbleiter haben durch ihren niedrigen Preis, ihre geringen Abmessungen, ihre ideale Integrierbarkeit, die Möglichkeit zwei unterschiedliche Polaritäten (npn, pnp, n-Kanal, p-Kanal) einsetzen zu können, den Betrieb mit vergleichsweise geringen Betriebsspannungen und den Entfall aufwändiger Hilfsspannungsquellen einen weiten Einsatzbereich erlangt. Man unterscheidet reine Transistorverstärker, bei denen npn- und/oder pnp-Transistoren zum Einsatz kommen und Feldeffekttransistor-Verstärker, bei denen n-Kanal- und/oder p-Kanal-Feldeffekt-Transistoren verwendet werden. Häufig werden strom- und feldgesteuerte Transistoren in einem Verstärker kombiniert.
Elektronenröhren sind nicht mehr ohne weiteres in vielen verschiedenen Typen verfügbar, in der Herstellung aufwändig, vergleichsweise groß und abgesehen von Mehrsystemröhren nicht integrierbar. Sie benötigen hohe Betriebsspannungen und z. T. mehrere Hilfsspannungsquellen (Heizung, Gittervorspannung). Im Gegensatz zum Halbleiter ist ihre Lebensdauer weitaus kürzer, was einen gelegentlichen Ersatz erfordert. Trotz dieser Nachteile haben die Elektronenröhren einen gewissen Anteil vor allem bei Heimverstärkern und bei Verstärkern für Musikinstrumente bewahrt.
Aufgrund der spezifischen Vor- und Nachteile von Halbleiter- und Röhrenverstärker gibt es Kombinationen, sogenannte Hybride. Man verwendet z. B. aufwandsarme Röhrenvorstufen mit vergleichsweise niedriger Betriebsspannung und kombiniert diese mit Halbleiterendstufen.
