Naja, runtergebrochen aufs einfachste ist das nicht sooo schwer.
Erst mal kommt Gleichsspannung zu den Terminals rein, mit 12V. Das gefällt uns nicht, weil wir mit 12V dank URI an normalen Lautsprecherimpedanzen keine hohen Leistungen bekommen können, höchstens so 20W. Niedrigere Impedanzen zu nutzen ist erst mal auch unpraktisch weil dann die Ströme sehr schnell sehr groß werden, wenn wir wirklich Leistung wollen. Also müssen die 12V erst mal rauftransformiert werden, und wenn wir schon dabei sind, machen wir daraus nicht nur eine höhere Spannung, sondern zwei. Eine negative und eine positive. Warum das praktisch ist wird sich später zeigen.
So, das erste Problem stellt sich dann schon mal bei der Spannungsversorgung: Wie transformiert man die 12V in eine höhere Spannung? Transformatoren arbeiten ja leider nur mit Wechselstrom...
Um das zu lösen nehmen wir einen Transformator, wickeln ihn ab und wickeln ihm auf der Primärseite zwei neue Wicklungen drauf, mit der selben Windungsanzahl. Dann haben wir einen Transformatorkern mit 4 Anschlüssen. zwei davon verbinden wir gleich mal, jetzt sinds noch drei. Eine davon liegt genau in der Mitte zwischen den beiden Wicklungen. Diese verbindet man nun mit dem 12V - Anschluss der Endstufe. An den anderen beiden noch freien Anschlüssen schließen wir Leistungstransistoren an, die wiederum an ihrem anderen Ende mit Masse verbunden sind. Das sind die die man meistens in unmittelbarer Nähe zu dem runden Trafo auf den Kühlkörper der Endstufe geschraubt findet.
Diese Leistungstransistoren benutzen wir nun als Schalter, um die beiden äußeren Wicklungsenden abwechseln auf Masse zu schalten. So kann der Strom der aus dem Anschlussterminal kommt abwechselnd gesteuert durch die eine oder die andere Wicklung auf dem Trafo fließen. Auf diese Weise versorgen wir den Transformator mit abwechselnd geschaltetem Gleichstrom, was im Prinzip so ähnlich wie Wechselstrom ist (Dem Trafo ist der Unterschied egal), und können so die vorliegende Gleichspannung mit einem Transformator hochtransformieren.
Nun haben wir einen Trafokern dessen Primärseite mit Wechselstrom bearbeitet wird. Auf der Sekundärseite wickeln wir jetzt auch 2 Wicklungen mit einem gemeinsamen Mittelpunkt drauf. Der Mittelpunkt kommt aber diesmal auf Masse. Jetzt können wir mit einem einfachen Gleichrichter den Wechselstrom aus dem Transformator Gleichrichten, und für jede unserer zwei Spannungsschienen Pufferkondensatoren anbringen. Diese Pufferkondensatoren sind übrigens die größten auf der Platine, die die sofort ins Auge fallen.
So in etwa sieht das dann aus.
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or788va]SNT2.jpg[/attachment
or788va]
Jetzt sind wir ein bedeutendes Stück weiter, wir haben nun hinter dem Trafo +30V, Masse und -30V Gleichspannung.
Jetzt kann das Verstärken losgehen.
Ums es mal vorauszuschicken: Es gibt unzählige Arten einen Verstärker aufzubauen, ich möchte hier nur mal grob an einem Beispiel das Prinzip umreißen.
Dazu nutzen wir im großen und ganzen Transistoren und Operationsverstärker. Operationsverstärker haben die schöne Eigenschaft dass sie mit nur 2 Widerständen als Außenbeschaltung Wechselspannungen sehr linear verstärken können, um nahezu beliebige Faktoren. Dazu stellt der Eingang eines Operationsverstärkers keine wirkliche Last für die Signalquelle dar. Nur eines können die normalen OPs nicht, und das sind hohe Ströme die wir aber brauchen. Aber darum kümmern wir uns später.
Erst mal ist es uns wichtig das kleine Signälchen dass zu den Cinchbuchsen reinkommt auf eine hohe Spannung zu verstärken, Grundsätzlich schon weil es dadurch resistenter wird gegen Störungen. Also, einen Operationsverstärker hinter die Cinchbuchse und schon können wir mit Hilfe unserer gerade generierten +/- 30V das Signal auf einige Volt Pegel verstärken. Dazu noch ein Poti zum Verstärkung regeln.
Dann nehmen wir noch ein paar Operationsverstärker und eine Hand voll kleine Kondensatoren und ein paar Widerstände, und können so fast beliebige Filter dazubasteln, wie es die Anwendung gerade erfordert. Nach diesen ganzen OPs haben wir das gefilterte und vorverstärkte Signal vorliegen, das weiter verarbeitet werden kann.
Nun wirds etwas komplizierter, nun gehts um Leistung. Wenn wir einen Transistor in die Hand nehmen haben wir immer die Wahl, ob wir ihn jetzt so einbauen dass er Spannungen gut verstärken kann, aber dafür keinen großen Strom liefert, oder aber wir verbauen ihn so dass er sehr viel Strom rausgeben kann, dafür verstärkt er aber dann leider keine Spannung mehr...wir brauchen aber sowohl eine hohe Spannung, als auch viel Strom.
Also nehmen wir als erstes eine Schaltung die Spannungen verstärken kann, um unser Signal, das bis jetzt noch ein paar Volt groß ist, auf bis zu +/-30V (Versorgungsspannung) zu pushen. Das ist dann die sogenannte Spannungsverstärkungsstufe. Einige Verstärker haben an dieser Stelle auch einen Operationsverstärker sitzen, allerdings ein größeres Modell als in der Eingangsstufe.
Jetzt hat das Signal eine sehr hohe Spannung, aber Strom können wir immer noch nicht entnehmen, sprich, der Verstärker hat eine sehr hohe Ausgangsimpedanz. Um dem abzuhelfen nehmen wir zwei richtig dicke Transistoren her und verschalten sie so, dass einer zwischen +30V und Lautsprecherausgang (Pluspol) liegt, und der andere zwischen -30V und LS-Pluspol.
Damit können wir den Lautsprecher-Pluspol mit Hilfe der dicken Transistoren Stufenlos mit richtig viel Strom zwischen -30V und +30V hin und her schieben. Die dicken Transistoren schließen wir jetzt an unsere hohe Signalspannung aus der Spannungsverstärkerstufe an. Jetzt gibt sich wieder ein großes Problem...die großen Transistoren fangen erst ab ~0.6V an zu verstärken und das Signal an die LS-Klemme weiterzugeben...das heißt, jedes Signal das kleiner ist als 0.6V würde komplett verschluckt werden, und beim langsamen durchfahren des Spannungsbereiches von 1V nach -1V würde es erst von 1V langsam bis 0.6V sinken, dann schlagartig auf null Volt fallen (weil da der Transistor für die positive Spannung aufhören würde zu verstärken) weiter auf 0V bleiben, und dann wenn das Signal negativ genug ist schlagartig von 0V auf -0.6V springen, weil da der Transistor für die negative Spannung erst anfängt zu verstärken... >>schlecht.
Um diesem Problem abzuhelfen spannen wir nun einen der beiden Transistoren vor, wir verschieben praktisch den Nullpunkt von einem Transistor so weit, dass, auch wenn 0V Signal anliegt, er schon ein klein wenig Verstärkt und ein klein wenig Strom durch lässt. Das ist dann der Ruhestrom. Dadurch erreichen wir dass der vorgespannte Transistor schon beim kleinsten Muks anfängt loszuverstärken, die Stufe beim Durchfahren des Spannungsbereiches ist dann auch verschwunden. Das Prinzip nennt sich dann Class A/B. Der Unterschied zum Class B liegt übrigens in dem angesprochenen Vorspannen, bei Class B macht man das nicht....weswegen sie trotz des guten Wirkungsgrades für Hifi leider nicht geeignet ist.
(Edit:
Die Alternative wenn wir nur eine einzige Betriebsspannung zur Verfügung hätten, wäre ein einzelner Transistor, mit dem wir die Spannung aber trotzdem in beide Richtungen gleich weit auslenken müssen. Dazu muss logischerweise im Nullpunkt immer die Hälfte der Betriebsspannung am Ausgang anliegen (damit der Lautsprecher nicht gegrillt wird schaltet man einen Kondensator dazwischen). Die Hälfte der Betriebsspannung bedeutet aber aus Schaltungstechnischen Gründen auch dass einiges an Strom fließen muss, und die halbe Betriebsspannung und viel Strom am Transistor macht viel Hitze...was wir aber im Auto gar nicht brauchen können, weil wir erstens unseren mühsam geschalteten Strom aus dem Netzteil sinnlos verbraten müssen, und zweitens, eine super Heizung haben....Das wäre dann eine Single Ended Endstufe bzw. Class A. Also, doch lieber zwei Spannungen erzeugen, dafür mehr Aufwand in der Endstufe.)
Ich hab mal mit Paint schnell ein Bildchen geschmiert zum ansehen:
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or788va]Amp.JPG[/attachment
or788va]
R1 und R2 spannen die Basis von T1, der ja zwischen -30V und +30V liegt, so vor, dass genau so viel Strom fließt dass über R3 30V abfallen. Das bedeutet dass oben am T1 0V anliegen und 30V über ihn selbst abfallen.
C1 dient dann dazu dass die Spannung, die zum Vorspannen an der Basis von T1 nötig ist nicht raus in die Eingangsbuchse kann.
Das ist die Spannungsverstärkungsstufe. Sie kann zwar Spannungen zwischen fast -30V und +30V ausgeben, hat aber einen Innenwiderstand der relativ groß ist, wegen R3. Man kann R3 nur so klein machen, dass T3 es auch schafft den Strom der nötig ist um 60V über R3 abfallen zu lassen zu liefern, und das ist dann auch in etwa der Strom den man entnehmen kann, und das ist sehr wenig.
Also baut man sich mit T2 und T3 und ihren Basisvorwiderständen R4 und R5 noch eine Gegentaktstufe rein, die zwar keine Spannungen verstärken kann, dafür aber viel Strom in den Ausgang treiben kann.
Die Schaltung hier hat die angesprochene Vorspannung des einen Transistors der Stromverstärkenden Stufe NICHT. Das heißt, wenn man sie bauen würde würde zwar vermutlich schon irgendwas raus kommen, aber klingen wirds sicher nicht
Was sie auch nicht hat ist eine Rückkopplung. Dazu müsste man das Signal das hinten raus kommt wieder zum Eingang zurückführen. Das hat den Sinn dass der Verstärker ab praktisch dann weiß was er macht. Er kann sich selbst erst auf den Eingang schauen, dann auf den Ausgang schauen, und dann vergleichen was da los ist.
So kann er sich selbstständig nachführen wenn er z.b. nicht linear verstärken sollte. Dadurch sinkt dann der Ausgangswiderstand virtuell, weil der Verstärker die Spannung nachregeln kann, wenn sie z.b. durch den Stromfluss zu weit abgesunken ist. >Spannung bleibt Lastunabhängig konstant > sehr sehr kleiner Widerstand.
So, das wars. Jetzt kann man den Lautsprecher zwischen der LS-Klemme und Masse anschließen und Musik hören.
In Google gibts übrigens zu vielen der im Text genannten Schlagwörtern viel Bildmaterial und Erklärungen, für die die es genauer wissen wollen.
Ich möchte nochmal darauf hinweisen dass es unzählige Arten gibt einen Verstärker zu bauen, dass meine Beschreibung teils nur "halbrichtig" ist, bestimmte Zusammenhänge verschweigt, usw.
Ich habe halt versucht das Gesamtsystem so einfach und verständlich wie möglich darzustellen und bin dabei einige Kompromisse eingegangen.
Wer Korrekturen hat, gerne her damit, ich bin Kritikfähig
Gruß Tobi
