HDTV Qualität setzt sich durch (Vorschau)

Verstärkerschematik
Verzerrung
WISSEN
Wirkungsprinzip
Linear
Nichtlinear
Wie oft haben Sie sich schon einmal gefragt, was eigentlich
der AV-Receiver im Wohnzimmer macht? HD+TV gibt
Ihnen einen Einblick in die Grundlagen der Verstärkertechnik,
damit Sie wissen, worauf es ankommt.
Was macht eigentlich ein Verstärker?
Er verstärkt ein anliegendes
Signal um einen gewissen Faktor,
sodass das Ausgangssignal ein Produkt der
Verstärkung ist. Mit der Lautstärke beeinflussen
wir diesen Multiplikator. Um einen Lautsprecher
anzutreiben, muss das Eingangssignal
verstärkt werden, da die von einem CD-Player
abgegebene Spannung keinesfalls ausreicht.
Ein idealer Verstärker sollte also das Eingangssignal
eins zu eins und um einen bestimmten
Faktor verstärkt am Ausgang anlegen. Doch
funktioniert das in der Praxis leider nicht so ideal,
wie es manchmal scheint. Denn nicht nur die
Ursache beeinflusst die Wirkung, sondern auch
die Wirkung die Ursache.
Kleiner Baustein – große Wirkung
Vom Aufbau her besteht ein normaler Stereoverstärker
aus einer Vor- und Endstufe. Die Vorstufe
ist im einfachsten Fall ein regelbarer Widerstand
(Potentiometer), der den Pegel eines
Eingangssignals – etwa eines CD-Players –
anpassen kann. Das eigentliche Bauteil, das
verstärkt, ist ein aktives elektronisches Bauelement:
der Transistor oder die Elektronenröhre.
Neben diesem findet man auf den Verstärkerplatinen
noch Widerstände, Kondensatoren
und Dioden. Die einzelnen Klassifizierungen als
Folge unterschiedlicher Bauformen untergliedern
sich in die Ein- und Gegentaktverstärker.
Eine Sonderform wäre noch der Schaltverstärker.
Dieser, oftmals als Digitalverstärker bezeichnet,
kennt nur zwei Schaltzustände: an
oder aus. Hierbei wird nur der Schaltzustand
und auf diese Weise das pulsweitenmodulierte
Analogsignal verstärkt. Der große Vorteil
besteht in der sehr kompakten Bauweise bei
gleichzeitig hoher Leistungsabgabe und hohem
Wirkungsgrad.
Die in der Unterhaltungselektronik wohl am
häufigsten anzutreffenden Vertreter sind die
Gegentaktverstärker. Bei diesen verrichten
zwei aktive Bauelemente pro Kanal im Gegentakt
die Arbeit der Verstärkung. Dies kann in
preiswerten Verstärkern mit IC-Bausteinen realisiert
werden, die die notwendigen Schaltkreise
bereits integriert haben. Bei der teureren
Variante wird diese Konstruktion mit diskret
aufgebauten Einzeltransistoren umgesetzt.
Hierbei wird der Lautsprecher im Gegentakt
VON MARTIN GÜNTHER
von zwei Treibertransistoren angetrieben (siehe
Grafik). Die Klangqualität eines Verstärkers
hängt in erster Linie von der Leistung, dem Frequenzgang,
der Anstiegsgeschwindigkeit und
dem Dämpfungsfaktor ab. Da ein Lautsprecher
zwar eine bestimmte Impedanz auf dem Typenschild
stehen hat, jedoch durch die Induktivität
der Schwingspule bei unterschiedlichen Frequenzen
unterschiedliche Impedanzen besitzt,
hat dies mehr oder weniger gravierende Auswirkungen
auf die Endstufensektion.
Zusätzlich muss der Verstärker die Membran
eines Lautsprechers nicht nur antreiben, sondern
im richtigen Moment auch dämpfen. Somit
spielt der Dämpfungsfaktor eine wichtige Rolle.
Je größer er ist, desto besser wirkt sich das Impulsverhalten
auf die Arbeit des Lautsprechers
aus. Bei einem hohen Dämpfungsfaktor wird
der Bass knackig, präzise und trocken. Durch die
Rückwirkung des verstärkten Signals passieren
Laufzeitfehler. Diese haben wiederum Einfluss
auf das Phasenverhalten des Ausgangssignals.
Die Kette Verstärker – Frequenzweiche –
Lautsprecher beeinflusst sich also gegenseitig.
Elektrische Parameter
Zu den linearen Verzerrungen zählen unter anderem
Amplituden- und Phasengang. Zu den
nichtlinearen Verzerrungen zählen solche, die
nicht direkt mit dem Eingangssignal zu bewerten
sind, der bekannteste Vertreter ist hierbei
der Klirrfaktor. Klirr – auch harmonische Verzerrungen
genannt – sind durch die elektrischen
Schaltungen verursachte Obertöne, die dem
Originalsignal während der Wegstrecke ungewollt
hinzugefügt werden. Ungünstigerweise
produzieren Transistorverstärker disharmonische
Verzerrungen, die wir als störend empfinden.
Die Werte liegen jedoch meist unter der
Wahrnehmungsgrenze. Je kleiner der Klirrfaktor,
desto „sauberer“ wird das Originalsignal
wiedergegeben.
Allen Messungen zum Trotz: Gute Messwerte
allein sagen noch nicht alles über die empfundene
Klangqualität aus. Letztlich entscheiden
die persönliche Einstellung und die Verbindung
mit den anderen Geräten am Hörplatz,
insbesondere mit den Lautsprechern, welcher
Verstärker der passende ist. Auto ist eben nicht
gleich Auto, selbst wenn beide Motoren identisch
sind.
Ohne obere Halbwelle
Ohne untere Halbwelle
Den Takt für die Zerlegung des Eingangssignals in
Halbwellen erledigen zwei Dioden. Den Strom hierfür
stellen wiederum zwei Pufferkondensatoren bereit.
Dreiecksignal-
Generator
Audiosignal
Comp
Schaltverstärker
Amplitudenverzerrung
Laufzeitverzerrung
Eintaktverstärker (Class A)
PWM-Signal
Diode
Diode
Harmonische
Verzerrung
Um die Qualität eines Verstärkers korrekt beschreiben
zu können, sind bestimmte Kenngrößen notwendig:
die linearen und nichtlinearen Verzerrungen.
Verstärktes
PWM-Signal
GND
Transistor
Gegentaktverstärker (Class A, B, AB, ...)
LC-Filter
Transistor
Transistor
Verstärktes
Audiosignal
Eine Digitalendstufe moduliert das Eingangssignal
auf eine Dreieckswelle. Das Signal wird in eine Pulsweitenmodulation
gewandelt, die nur noch in einem
Schaltverstärker vergrößert wird. Nach der Decodierung
mittels einer komplexen Filtertechnik erhält man
das verstärkte Eingangssignal.
+
-
Nichtharmonische
Verzerrung
Wissen | HD+TV | 1.2009 39