Schaltnetzteil und so weiter, wer weiss weiter?

[bassatuba]

Ich stamme aus dem analogen Zeitalter.
Da waren wir noch überzeugt mit potenten Netzteilen und mächtigen Transformatoren, möglichst Ringtrafos, die mächtigsten Basssounds heraus zu holen. Und tatsächlich gibt's exzellente Beispiele so konstruierter Amps. []

Neuerdings kommen aber superleichte Dinger mit mickrigen Spulen und Kondensatoren auf den Markt und bringen guten Sound. Wer sagt mir wie das geht? Wie bewältigen diese Bauteile unsere Spitzen? [?]

Bassenden Dank zum voraus! [:X]

 

[bassthis]

Das Geheimnis sind Schaltnetzteile und digitale Endstufen (strenggenommen sollte man sie nicht "digital" sondern nach ihrem Funktionsprinzip der Pulsweitemodulation PWM benennen).

Gute Erklärungen findest du hier: [url="http://de.wikipedia.org/wiki/Schaltnetzteil"]Schaltnetzteil[/url] (im Abschnitt "technischer Hintergrund" steht das ganze Geheimnis), zusammengefasst: je höher die Frequenz, desto mehr Leistung lässt sich bei gleicher Größe über einen Transformator übetragen. Unter der [url="http://de.wikipedia.org/wiki/PWM-Endstufe"]PWM-Endstufe[/url] findet sich leider nichts für den Laien so wirklich intuitiv verständliches. Im Grunde geht es darum das die Endstufentransistoren nicht mehr die analogen Signale hochverstärken müssen, sondern nur im Schaltbetrieb (An/Aus) arbeiten, was mit einem deutlich höheren Wirkungsgrad möglich ist.

 

[Bassta!]

Hallo bassatuba, zwei Schaltungsprinzipien sorgen dafür:

1. Werden die Betriebsspannungen in modernen Verstärkern mit Schaltnetzteilen erzeugt. Diese nutzen einfach die physikalische Tatsache aus, dass die von einem Trafo bestimmter Größe übertragbare Leistung proportional zum Quadrat der Frequenz ist. Man wandelt die Netzwechselspannung zunächst in Gleichspannung um und erzeugt daraus Stromimpulse hoher Frequenz, so im Bereich 100kHz bis 300kHz. Bei diesen Frequenzen lassen sich bedeutend höhere Leistungen pro Transformatorvolumen übertragen als bei 50Hz. Der "Netz"-Trafo kann somit viel kleiner werden. Gleichzeitig kommt man bei ansonsten gleichen Strömen auch mit kleineren Kondensatoren aus.

2. Die Leistungsstufe arbeitet nicht mehr als analoger Verstärker mit seinem schlechten Wirkungsgrad. Stattdessen schalten die Endtransistoren ebenfalls ständig mit hoher Frequenz und legen abwechselnd die positive und negative Versorgungsspannung an den Lautsprecher. Die niederfrequente Ausgangsspannung ergibt sich dadurch, dass die Einschaltdauer der Transistoren durch eine Regeleinrichtung entsprechend verändert wird.
Da die Endtransistoren hier eben nur entweder voll durchgeschaltet oder voll gesperrt sind, bleiben die Verluste und die Wärmeentwicklung sehr klein. Man braucht deshalb auch keine großen Kühlrippen. Nachteilig ist allerdings der viel größere Aufwand zur Entstörung. So ein moderner Verstärker mit Digitaler Endstufe wird sonst schnell zu einem Langwellensender.

Ich hoffe, ich konnte Dir damit helfen. Wenn Du mehr erfahren willst, such einfach mal bei Wikipedia nach "Schaltnetzteil" und "Klasse-D-Verstärker" oder "Digitalverstärker" (oder natürlich neudeutsch "Class-D")

Gruß Bassta!

 

[Basscopalypse]

Zitat:Original erstellt von: E-A-D-G

Zitat:Original erstellt von: Bassta!


2. Stattdessen schalten die Endtransistoren ebenfalls ständig mit hoher Frequenz und legen abwechselnd die positive und negative Versorgungsspannung an den Lautsprecher. Die niederfrequente Ausgangsspannung ergibt sich dadurch, dass die Einschaltdauer der Transistoren durch eine Regeleinrichtung entsprechend verändert wird.
Da die Endtransistoren hier eben nur entweder voll durchgeschaltet oder voll gesperrt sind, bleiben die Verluste und die Wärmeentwicklung sehr klein. Man braucht deshalb auch keine großen Kühlrippen. Nachteilig ist allerdings der viel größere Aufwand zur Entstörung. So ein moderner Verstärker mit Digitaler Endstufe wird sonst schnell zu einem Langwellensender.

Ich hoffe, ich konnte Dir damit helfen. Wenn Du mehr erfahren willst, such einfach mal bei Wikipedia nach "Schaltnetzteil" und "Klasse-D-Verstärker" oder "Digitalverstärker" (oder natürlich neudeutsch "Class-D")

....mit gutem Willen eine +4

ich musste fünfmal durchlesen um folgen zu können, ...und wenn ich nicht wüsste wie PWM funktioniert hätte ich jetzt rein gar nichts verstanden []
Gruss E-A-D-G

-1!

Solche Zusammenhänge sind eben kompliziert und erfordern eine gewisse Einarbeitung. Ich muss zwar zugeben, dass ich noch nicht alles verstanden habe, aber dafür gibts ja dann das I-Net! []

Gruß,
Martin

 

[bassatuba]

Hallo Kollegen,
vielen Dank für Eure rasche Hilfe!
Ich beginne zu verstehen, beim Verstärker allerdings noch weniger als bein Netzteil...

 

[rabarvek]

Ich versuchs mal anschaulich für Nicht-elektroniker.
Eine Analoge Endstufe kannst du dir vorstellen, wie einen Wasserhahn, bei dem der herausfliessende Wasserstrahl der elektrischen Energie entspricht, die die Lautsprecher betreibt. Entsprechend dem wellenförmigen Audiosignal wird dieser Hahn wellenförmig auf- und zugedreht. Die grösste Belastung des Wasserhahns (auf der elektrischen Ebene: Verlustleistung und somit Wärmebelastung des Transistors) entsteht, wenn der Wasserhahn teilweise geöffnet ist, die kleinste, wenn er ganz offen oder ganz zu ist.
Der Trick von digitalen Endstufen ist der, dass dieser Wasserhahn sehr schnell abwechselnd ganz geöffnet und geschlossen wird, so dass der teilweise geöffnete Zustand nur sehr kurzzeitig auftritt, während das bei analogen Endstufen praktisch dessen dauerhafter Zustand ist. Die Menge des Wassers, das unten rauskommt wird dabei durch das zeitliche Verhältnis zwischen geöffnetem und geschlossenem Zustand gesteuert.
Dadurch brauchen die digitalen Endstufen weniger Kühlung (die einen entscheidenenden Anteil am Endstufengewicht ausmacht) und da weniger elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird, kommt sie für die gleiche Leistung auch mit einer kleineren Stromversorgung aus.
Diese kann dann noch mit einem Schaltnetzteil ausgeführt sein - dessen Prinzip ist ja schon recht verständlich erklärt.

 

[bassthis]

Rabarveks Analogie ist wirklich ziemlich treffend! Der Trick ist, dass der zeitliche Mittelwert des abwechselnd komplett auf und komplett zugedrehten Wasserhahns ziemlich exakt dem des "analog" angesteuerten Wasserhahns entspricht.

Die Ansteuerung des "Wasserhahnschalters" geschieht durch die PWM, auf Wikipedia finde ich die Erklärungen leider sehr spartanisch, ich persönlich hatte das nur für eine Vorlesung gelernt und dementsprechend wichtige Details vergessen und ich hab kein passendes Skript in digitaler Form parat.

Vielleicht könnte EADG das grade nochmal erklären, der kann's ja... []

P.S. Besorg dir unter Umständen Mal ein Buch über Stromrichtertechnik (bei einner Uni-Bib. ausleihen z.B.), da müsstest du sowohl das Schaltnetzteil als auch die PWM erklärt finden...

 

[rabarvek]

Zitat:Original erstellt von: E-A-D-G
Gespannt bin ich allerdings jetzt schon was es in Zukunft alles an Interpretationen in bezug auf Endsufenclipping geben wird.

Wieso? Ist doch ganz einfach:
Ein 100W Lautsprecher an einer 1000W Endstufe geht drauf, bevor die Endstufe clippen kann, ergo kann man mit unterdimensionierten Lautsprechern Endstufenclipping verhindern.
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