NF-Verstärker

[Stromus]

Wie versprochen Startfrei für die Anregungen zur Dimensionierung des Leistungsverstärkers.

[einballimwasser]

Also, ich wilol eine Gegentaktendstufe bauen:
80V Eiingangsspannung
Verstärkung bis 300 Watt ( nicht so wichtig, da ich sie für eine Box mit 300 watt sinus anschließe )


Also, die ruhespg. an dem Verbindungspunkt der beiden Endstufentransistoren soll 40V betragen. Der Effektivwert beträgt dann also:

40/1,41= 28,3Vsodass an einer Betriebsspg. von 80 V mit drei 4Ohm-Lautsprechern eine maximal erreichbare Leistung von etwa:
(28,3*28,3)/4,0= 200 Watt ergibt. Für so große Ausgangsleistungen sind die beiden Endstufentransstoren nicht gedacht.Wenn man einen Transistor mit 100 Watt an einem Lastwiederstand von 4 Ohm betreibt, bedeutet das einen Effektivstrom von 5 Ampere, was einen Spitzenstrom von 5*1,41=7,05A zufolge hat. Da aber nur ein Transistor während einer Halbwelle Strom zu liefern braucht sind diese Ströme Ok. Da die Stromverst. etwa 100fach ist erfordert ein Kollektor Spitzenstrom von 7,05A einen Basis Spitzenstrom von 70,5mA. Als Spaanungsteiler für T1 und T2 dienen hier die mit dem Transistor T3 in Serie geschalteten Wiederstände R5, R1 und R2 sowie die Diode D1. Damit der Spannungsteiler-Querstrom nicht höher als der Ruhestrom der ganzen Endstufe, eird er 5 mal so groß wie der Basis Spitzenstrom( also 352,5mA ) gewählt, da die errechneten 70,5mA an der Basis als Spitzenwert nur kurzzeitig , und auch nur bei Vollaussteuerung auftreten ist dies ebenfalls Ok. Unter berücksichtigung dass die Basisspg. vonT1 um etwa 0,7V über den 40V liegen muss, läßt sich jetzt, da Iq=352,5mA festgelegt ist, R1 + R5 berechnen:
R1 + R5= ( 80V-0,7V-40V )/352,5mA = 79,186Ohm=80Ohm
Durch die zwei Wiederstände ergibt das 40Ohm an jedem Wiederstand. Danach wird R2 bestimmt. Die Spannungsdifferenz zwischen den Beiden Basen von T1 und T2 muß 2*0,7=1,4 betragen, b von denen etwa 0,7V an der Diode abfallen. Demzufolge muss R2 den Wert
R2=( 1,4V-0,7V )/352,5mA=1,4Ohm.

So, darauf bin ich stolz , aber weiter komme ich nicht . Kann mir da mal einer helfen
Die Datenblätter des BD910 und Bd912 findet ihr hier:
http://www.orthodoxism.ro/datasheets/semicroelectronics/5356.pdf
[edit]

[Stromus]

Du bist mir etwas zu schnel!

1.Die Arbeit mit dem Datenblatt wird eine interessante Geschichte sein. Ich habe Dir gesagt, die Stromverstärkung ist keine lineare Größe, sondern ähnelt stark einer Parabel. Das bedeutet je nach Kollektorstrom ist der zugehöriger Basisstrom aus einem anderen Wert der Verstärkung zu ermitteln.
2. Du wirst auch die Arbeit mit Ein/Ausgangswiderständen der Transistorenstufen kennenlernen. Das ist deshalb so wichtig, weil Du ziemlich niederimpedante Lautsprecher anschliessen willst (4Ohm). Das bedeutet folgendes:

welche Schaltung auch immer vor der Endstufe drankommt, wird diese einen Ausgangswiderstand Ra_Vorstufe aufweisen.

Dieser Widerstand wird (aufgrund der Stromverstärkung des jeweiligen Endstufentransistors) in einen Ausgangswiderstand der Endstufe als Ra_Endstufe = Ra_Vorstufe/Beta transformiert. Da aber die Leistungstransistoren relativ schlechte Verstärkungsfaktoren haben (ca. 100...200) und weil unser Lautsprecher nur etwa 4Ohm aufweist, benötigen wir zum einen etwa Ra_Endstufe = 0,4Ohm (remember die "ein zehntel"-Regel?) und zum anderen einen Ausgangswiderstand der Vorstufe von maximal Ra_Vorstufe = Ra_Endstufe x Beta = 0,4Ohm x Beta = 0,4Ohm x 100...200 = 40....80Ohm
Das wird so gut wie unmöglich sein und deshalb werden wir Darlington-Konstelationen am Ausgang benötigen. Deren Beta setzt sich dann aus der Multiplikation der einzelnen Beta's zusammen. Damit lässt sich der Ausgangswiderstand der Vorstufe sogar bis auf 4kOhm dimensionieren.

Verstärkung bis 300 Watt ( nicht so wichtig, da ich sie für eine Box mit 300 watt sinus anschließe )

Das ist wirklich nicht wichtig, denn die Box produziert keine Leistung. Die Angabe bezieht sich auf das, was der Lautsprecher verkraftet bis zur Zerstörung durch die Erwärmung. Wir sollten uns deshalb weniger auf die Leistung konzentrieren und mehr auf die Qualität.

80V Eiingangsspannung

Du meinst damit die Betriebsspannung!?
Warum so hoch?

Also, die ruhespg. an dem Verbindungspunkt der beiden Endstufentransistoren soll 40V betragen

Wird sich zeigen!

40/1,41= 28,3Vsodass an einer Betriebsspg. von 80 V mit drei 4Ohm-Lautsprechern eine maximal erreichbare Leistung von etwa:
(28,3*28,3)/4,0= 200 Watt ergibt

Wenn Du 4 Lautsprecher an die selbe Endstufe anhängst, dann liegen diese parallel. Das macht uns das Leben schwer bezüglich Vorstufe und bringt nicht wirklich etwas. Woran hast Du dabei gedacht?

[Bannes]

Hallo,
fangen wir bei der Transistorwahl an:
BD910 und 912 sind beide PNP, Du meinst bestimmt BD911 und 912. Obwohl die mit 100V Sperrspannung bei gewünschten 80V Betriebsspannung schon sehr knapp sind.
Das grössere Manko dürften aber die magere Verlustleistung von 90W (bei 25°C Gehäusetemperatur wohlgemerkt) und die maximale Chiptemperatur von 150°C darstellen.
Deine Annahme einer Stromverstärkung von 100 ist sehr optimistisch. Das Datenblatt von ST weist ebenso wie das von Boca eine minimale Stromverstärkung von 15! bei 5A und 4V UCE aus. Da muss strommässig vom Treiber noch ein wenig nachgelegt werden
Die von Dir berechneten Widerstände müssten bei durchgesteuerter Treiberstufe jeder fast 40V Spannung aushalten, macht bei 40Ohm ca. 1A also knappe 40W. Schönes Heizwerk.
Du musst also wie Stromus schon geschrieben hat, etwas für die Stromverstärkung der Endtransistoren tun.
Übrigens wäre ich bei den von Dir berechneten Strom- und Spannungsverhältnissen auf den Wert des Bootstrapkondensators C2 gespannt.

Arno

[Stromus]

Hallo Bannes,

schön, dass Du dabei bist. Bevor weitere Diskussionen stattfinden würde ich vorschlagen, uns auf eine Schaltungstopologie zu einigen. Die Ruhestromregulierung mit Dioden gefällt mir nicht unter anderem auch wegen des geringen Eingangswiderstandes. Die Lösung aus dem anderen Forum (das 8. Bild von oben nach unten) mit dem Transistor T5 gefällt mir besser. Was hältst Du davon?
Wenn die Topologie steht, können wir uns Gedanken bezüglich Transistorenwahl machen.

Übrigens diese Geschichte mit dem C2 gefällt mir auch nicht. Und abgesehen davon gefällt mir die Topologie mit der Pilotstufe T3 auch nicht. Der T3 mit dem Emitter direkt auf Masse bringt eine unheimlich hohe Verstärkung, was wiederum für die ersten Oberwellen sorgt. Diese werden an die Endstufe weitergegeben und so haben wir auch noch Intermodulationen zur Verfügung.

[einballimwasser]

Es sind drei Lautsprecher mit je 4Ohm.
Diese Box ist eine Box von Conrad (aber irgendwie ohne Frequenzweiche).
Da ich noch nicht so viel von Transistoren verstehe, hoffe ich einfach, dass mir hier einer helfen kann.

[Stromus]

Also ich schlage vor wir versuchen die Topologie wie im nachfolgenden Bild. Was fehlt ist die Vorstufe und die Schutzelektronik. Ich denke aber auf dieser Basis können wir zumindest damit anfangen.

[Stromus]

Meiner Meinung nach könnte auch eine Ausgangsleistung von 100Watt zu einem Problem werden.

@Spökenkieker

Es macht keinen Sinn alle drei Lautsprecher parallel anzuschließen. Mit einem Lautsprecher ist die Dimensionierung der Endstufe weniger problematisch :
a) hinsichtlich Wärme.
b) Hinsichtlich Rückspeisen

Wenn das ganze funktioniert, kannst Du die Endstufe mehrmals aufbauen

Berechnungen:

P = Ueff2 / Z
Z = 4Ohm

 Ueff = 20V => Us = 20 * 1,41 = ca. 29V (aufgerundet besser als abgerundet wegen möglicher Reserve)
 Wir wollen die Endstufe linear betreiben, daher sollte die Sättigungsspannung nicht tangiert werden. Mehr als das: eine 2V-Grenze wegen der zwei Basen der Darlingtonstufe ist in Ordnung.
 Die Betriebsspannung sinkt auch unter Belastung  Reserve = 6...8V => besser 8V
Benötigte Betriebsspannung: 29V + 2V + 8V = 39V. Wir wählen 40V und benötigen damit zwei Spannungen mit +/- 40V

Bei 100Watt Ausgangsleistung ist ein Strom von ic = 29V/4Ohm = 7,25A nötig. Wir wählen 15A-Transistoren

Die maximale Ucer = 29V + 40 (Die Spannung, die von einem Transistor maximal durchgelassen wird + symmetrische Betriebsspannung)

Mit Sicherheitsgrenze benötigen wir mindestens 80V-Type

Im B-Betrieb würde der maximale Wirkungsgrad genau 78,5% betragen. Im AB-Betrieb ist dieser niedriger wegen der höheren Verluste. Wir dürfen trotzdem die Berechnungen des B-Betriebs verwenden, da der Ruhestrom der Schaltung nicht durch die Ausgangstransistoren fließt sondern durch die Treibertransistoren (Toben, Tunten)

Damit ist die maximale Verlustleistung der Transistoren nicht bei der Vollaussteuerung sondern bei 64% der Betriebsspannung erreicht. Die Verlustleistung beträgt dann:

Pv = 0,1 x Vb x Vb/Z_Last = 0,1 x 40 x 40/4Ohm = 40Watt !!!!( Oh)

Nehmen wir an, der Kühlkörper (wird auch benötigt!!!) hätte einen Wärmewiderstand von RthKühl = 5K/Watt und die maximal zulässige Sperrschichttemperatur des Transistors wäre Tj = 160°C (vielleicht sogar bis 175°C). Wir rechnen mit einer Umgebungstemperatur
Tu = 60°

Damit ist ein RthTransistor (zwischen Halbleiter und Gehäuse) folgendermaßen zu berechnen:

Pv = 40W = (Tj-Tu)/(RthKühl + RthTransistor) = (160° - 60°)/(5 + RthTransistor)

Das ergibt einen benötigten negativen Rth für den Transistor, was aber nicht möglich ist!!!!
Kühlkörper verbessern??? Tu verkleinern (whrscheinlich nicht möglich)??? oder Leistungsreduzierung?

[Stromus]

Eine brauchbare Type wäre:

http://www.onsemi.com/pub/Collateral/MJ21294.PDF

Rth = 0,5K/W. Damit wäre ein Kühlkörper nötig mit Rth = 2,5K/W, oder eine aktive Kühlung!

Overhead ist das bestimmt nicht, denn damit dieser Transistor 40Watt bei 60°Tu wegbringen kann muß er bei Tu = 25°C eine:

Pv = (190°-25°)/Rth (=0,5) = 330Watt und so ist er auch spezifiziert.

@Spökenkieker

Wähle bitte jetzt auch die pnp-Type aus, die gleiche Daten hinsichtlich hfe, Rth, Pvmax_25°C....abkann

[einballimwasser]

1. Muss da wirklich eine Spg. im Minusbereich anliegen?
- Ich hab nämlich einen Transformator mit 85V 25A sekundär
und 230V primär, aber nur im Plusbereich.

2. Der Kühlkörper ist kein Problem, da ich einen mit 0,5K/W habe, und dann noch einen Lüfter...

3. Dieser Transistor verträgt doch 230V, oder? Dann könnte ich doch den Transformator, die Glättung, Siebung usw. weglassen, bzw. einen kleineren, wegen den Treibertransistoren ranmachen?!?

4. Die beiden Transistoren Toben und Tunten sind doch im Gehäuse mit dem Längstransistor, oder?

[Gewehr-dalf]

Will auch mal was schreiben ^^

zu 1: da könntest du ja einfach einen inverter nehmen, oder?
3 müsste stromus beantworten.

Wollte nur noch anmerken dass ich den thread recht interessant finde und auch die idee ziemlich gut!

MFG
Gewehr-dalf

PS: bei "Toben und Tunten" muss ich irgendwie immer grinsen... aber das tut hier nichts zur sache

[Stromus]

PS: bei "Toben und Tunten" muss ich irgendwie immer grinsen... aber das tut hier nichts zur sache

ich habs auch zu spät gemerkt aber was solls? Wir dürfen alle grinsen

2. Der Kühlkörper ist kein Problem, da ich einen mit 0,5K/W habe, und dann noch einen Lüfter

Prima ein Problem weniger.

zu 3. Er verträgt 230V, aber zwischen Kollektor und Emitter nicht anders rum. Eine Sinus-Spannung kommt gar nicht in Frage. Wir benötigen DC. Dass der Transistor so viel verträgt...na ja! Wenn wir aber eine Type finden würden, die unserer Anforderung bezüglich max Verlustleistung entsprechen würde, wäre auch OK.

zu4) Nein auch wegen der T_Umgebung, denn die Treibertransistoren Toben und Tunten ( ) müssen viel weniger Strom können. Genau genommen i_max = i_Kollektor_Endstufe_max/Beta_Endtransistor =7,25A/Beta

was auch immer Beta betragen wird, nehmen wir doch an es wäre nicht unter 15. Damit benötigen wir Transistoren die mindestens 0,5A vertragen. Aber Achtung:
Beta ist auch eine Frequenzabhängige Größe, die mit steigender Frequenz deutlich abnimmt (bei Leistungstransistoren im Niederfrequenzbereich). Deshalb werden 5A-Transistoren benötigen. Mit einer Bandbreite von 30...50MHz. Und wenn Du auf mich hörst wählst Du sogar 10A-Transistoren, die wegen der besseren thermischen Eigenschaften zu einer guten Stabilität des Arbeitspunktes beitragen.

1. Muss da wirklich eine Spg. im Minusbereich anliegen?

Theoretisch nicht unbedingt. Ein Koppelkondensator zwischen der Endstufe und Last würde ausreichen. Auf der Anderen Seite wäre dieser wirklich groß, wenn wir annehmen, dass Du mindestens 1Khz übetragen willst.

Berechnung: über den Daumen gepeilt sollte der Koppelkondensator bei der kleinst zu übertragenden Frequenz maximal ein 10.tel der Last betragen. Wenn Z_Last = 4Ohm => Xc = 0,4Ohm = 1/(2x Pi x Frequenz x C)
Zurückgerechnet liefert das einen Wert von mindestens 400µF. Willst Du auch niedrigere Frequenzen übertragen, so wird diese Flasche immer größer. Nein nicht sauber oder?
Wenn Du schon mal so ein Projekt in Angriff nimmst warum nicht gleich ordentlich?

[Stromus]

Nicht verzweifeln und vor allem nicht aufgeben. Bevor wir eine einzige Zeile der Berechnungen schreiben, müssen wir die Bauteile richtig auswählen. Auf diesen Spaß müssen wir noch warten bis alle Festlegungen stehen Ok?

[Stromus]

Kommt schon Leute! Ideen sind gefragt!

Als Ausgangstransistoren könnten auch die MJW0281A und MJW0302A eingesetzt werden. Sie haben maximal Pv = 150Watt, aber wegen des kleinen Rth = 0,83 C/W => Bei einer T_Umgebung = 60°C dürfen wir eine Verlustleistung erzeugen:

Pv = (Tj-Tu)/Rth = 108W benötigt wir aber 40W Also damit hätten wir schon mal die Endtransistoren.

[Stromus]

Hallo,

schade, dass die Luft aus diesem Thema raus ist. Das hatte ich irgendwie befürchtet und wollte deshalb gar nicht erst anfangen. In dem anderen Forum gab es von allen Seiten mehr Interesse, aber das ist vermutlich auf die Tätigkeit des Forums zurückzuführen  Audio-Technik.

http://www.hifi-forum.de/index.php?acti ... &thread=19

Weil aber auch wir bereits eine Menge Sachen wie Leistungsbetrachtung, Erwärmung usw. angeschnitten haben, wäre es eigentlich Schade das Thema nicht zumindest bis zu einem brauchbaren Abschluss zu bringen. Es kann sein, dass manche Leute plötzlich feststellen die Thematik ist doch nicht sooooo kompliziert, oder verstehen jetzt sogar noch besser wie Transistoren funktionieren.
Wie auch immer vielleicht verschwindet jetzt auch etwas von dieser Mystik, wofür die selbsternannten HIFI-Guru‘s gesorgt haben.

Wir hatten angefangen mit der Leistungsbetrachtung. Was ich im folgenden noch abklären möchte, hätte ich mir gerne als Bonbon für den Abschluss reserviert.
Fast jedem ist die Vorliebe für möglichst viele Watts bekannt. Weißt aber wirklich jeder dieser Watteritis, wie sich unterschiedliche Leistungen von den Markenverstärkern an dem selben Lautsprecher auswirken?
Sowohl wir als auch die Leute in dem anderen Forum hatten vereinfacht eine rein Ohmsche Last am Ausgang angenommen. In Wirklichkeit stellt der Lautsprecher eine sog. komplexe Impedanz als Gemisch aus Induktivitäten und Kapazitäten dar. Es besteht hier keine Notwendigkeit, diese Last detailliert zu betrachten. Dies wird von den Verstärker-Herstellern auch nicht getan, wenn man jetzt auch die unüberschaubare Menge der Lautsprecher am Markt betrachtet. Jeder Hersteller dimensioniert aber aus Kostengründen seinen Verstärker bis zu einer gewissen Annahme.
Für den Krach im Lautsprecher sorgt die sog. Wirkleistung. Diese ist allgemein definiert als:

P = U x I x cos Phi

Bei einem rein ohmschen Widerstand wo cos Phi = 1 ist, wird P = Ux I.
Im schlimmsten Fall verursacht der Verbraucher einen Phi = 90° mit cos90° = 0, was zu einer P = 0 führt. Wenn ein Lautsprecher so ein Verbraucher wäre, so würde sich die Membran kein Millimeter bewegen.
Da die Impedanz des Lautsprechers eine Frequenzabhängige Größe ist, bedeutet das für uns, der cos Phi variiert theoretisch zwischen 1 (ohmscher Widerstand) und 0 (reine Induktivität oder reine Kapazität).

Als Beispiel für eine Überlegung in der Dimensionierung:

Man nimmt an, dass Phi etwa nur bis maximal 60° variiert. In diesem Fall ist die Annahme grßzügig, denn die meisten arbeiten nur mit 30...45° wenn ÜBERHAUPT! Damit ist cos Phi = 0,5 und schon haben wir aus unseren fixierten 100Watt nur noch 50Watt zur Verfügung. Wir würden das aber absolut nicht merken, denn für eine Verdopplung der Lautstärke ist eine Verzehnfachung der elektrischen Leistung notwendig. Somit würde eine Halbierung der Lautstärke erst bei 10Watt stattfinden. Im Umkehrschluss: es gibt so gut wie keinen Unterschied hinsichtlich der Lautstärke, ob ein Verstärker für 80, 90 oder 100Watt dimensioniert ist. Es gibt aber auch keinen Zwang für einen Hersteller auf cosPhi zu achten, denn nach Norm sollte der Verstärker seine angekündigte Leistung an einen Ohmschen Widerstand für etwa 10Min. abgeben können. Da aber auf dem Markt die Endverbraucher immer mehr aufwachen und cosPhi für viele langsam ein Begriff wird, greifen viele Hersteller auf die Betrachtung dieser Größe zu Marketingzwecken (sh Cube-Darstellung bei Harman-Kardon).
Damit hätten wir für eine gewünschte 100Watt Leistung bei einer großzügiger Dimensionierung (cosPhi = 60°) die Endstufe mit 200Watt vershen sollen
Zu diesm Punkt ein letzter Hinweis: es gibt auch keinen Zwang, dass alle Lautsprecher gleichzeitig diese Leistung können müssen. Und wenn man auf die Angabe der maximalen Eingangsleistung achtet und diese mit der angegebenen Leistung pro Kanal vergleicht so sieht man leicht:

Anzahl der Lautsprecher x Leistung pro Lautsprecher >>>> (viel Größer) als Eingangsleisung

Ausnahme (zumindest mir bekannte: Harman und das ist keine Werbung!!! Um dies zu beweisen sage ich ganz einfach bei einem absolut grauenvollen Design).

Wir haben zwar die Auswahl der geeigneten Transistoren nicht abgeschlossen, trotzdem lassen sich die Gleichungen für die Einstellung des Arbeitspunktes aufstellen. Als Ausnahme zu dem alleinigen Weg der Berechnung lässt sich folgendes sagen:
1. Es ist sehr wichtig, dass die Arbeitspunkte der Endtransistoren so weit wie möglich gleiche Werte aufweisen, damit kein Ausgleich über den Lautsprecher stattfindet. Soll bedeuten U_Last = U_Lautsprecher = NULL ist erwünscht.
2. Die Berechnung ist bis auf viele Stellen nach dem Komma möglich. Da aber die Genauigkeit zu sehr auf dem Ablesen bestimmter Werte aus dem Diagramm basiert, empfiehlt sich letzten Endes die Korrektur/Feineinstellung durch Potis. (Hersteller bekommen von Lieferanten ausführlichere Daten)

Es werden folgende Kennlinien verwendet:

A) hfe = Funktion des Kollektorstromes wobei hfe = I_Kollektor/I_Basis
B) Ube = Funktion des Basisstromes

Wir wollen die Endstufe (sh. Bild weiter oben) im AB-Betrieb dimensionieren. Dazu wählen wir als Ruhespannung für die Widerstände Rob und Runt = 400mV. Damit sind die Endstufentransistoren in Ruhe gesperrt (keine Verlustleistung der Endtransistoren im Arbeitspunkt) und der Strom zum Ausgang wird bei der Ansteuerung durch die jeweilige Sinus-Halbwelle von den jeweiligen Treibertransistoren (Toben oder Tunten) geliefert so lange bis die Spannungen auf Rob oder Runt den Wert 0,6V erreicht. Erst dann übernimmt der jeweilige Endtransistor den Hauptstrom der Last. Das passiert also ohne Übernahmeverzerrungen.

Also:

U_Rob = U_Runt = 400mV. Das soll bei einem Strom von 40mA passiern (im Prinzip frei wählbar)

Hinsichtlich der Ströme betrachten wir nur einen Treiber-Transistor und gehen davon aus, dass der andere gleiche Eigenschaften durch sorgfältige Auswahl besitzt =>

Allgemein:
Ic = Kollektorstrom
Ib = Basisstrom
Ie = Emitterstrom
Mit:
Ie = Ic + Ib
Ic = hfe * Ib

=> Ie = hfe * Ib + Ib = Ib * (hfe+1)

angewendet auf den Transistor Toben:

Ie_Toben = 40mA = Ib_Toben * ( hfe+1) =>

Ib_Toben = 40mA/(hfe+1)

Durch Anwendung der Kennlinie wie unter Pkt. A) ermitteln wir hfe und aus der letzten Gleichung den zu diesem Emitterstrom benötigten Basisstrom. Durch Anwendung der Kennlinie wie unter Pkt. B) ermitteln wir die dazugehörige Basis-Emitterspannung Ube_Toben.
Durch die Symmetrie haben wir jetzt:

U_Rob = U_Runt = 400mV
Ube_Toben = Ube_Tunten = .....

Sei die Betriebsspannung Vb+ = Vb- = V_Betrieb = 40V in unserem Fall (die Notation ist notwendig um die Verwirrung durch den Zeichen Plus und Minus an Vb zu vermeiden)

Damit beträgt die Spannung auf den Widerständen Rvor1 und Rvor2 (gleiche Symetrieüberlegung  U_Rvor1 = U_Rvor2):

U_Rvor1 = V_Betrieb – (Ube_Toben + U_Rob) Gleichung 1)

wobei alle drei Spannungen bereits bekannt sind.

Damit wir die Widerstände Rvor1 und Rvor2 dimensionieren können müssen wir wissen welcher Strom dadurch fließt. Es gilt:

I_Rvor1 = I_R1 + Ic_Tvor + Ib_Toben Gleichung 2)

Wobei der letztere Ib_Tvor bereits bekannt ist. Der Arbeitspunkt des Transistors Tvor ist bereits zur Hälfte vorgegeben. Die Kollektor-Emitter-Spannung wird bestimmt als:

Uce_Tvor = Ube_Toben + U_Rob + U_Runt + Ube_Tunten

(in der Masche addieren sich die Spannungen zu NULL), wobei alle 4 Spannungen auf der rechten Seite bereits bekannt sind.

Wir wählen (im Prinzip auch frei) einen Kollektorstrom für diese Spannung Uce_Tvor (Arbeitspunkteinstellung) mit:

Ic_Tvor = XmA (z.B. zwischen 10....30mA). Gleichung 3)

Wieder unter Anwendung der Kennlinie unter Pkt. A) ermitteln wir den dazu benötigten hfe und aus der Gleichung Ib = Ic/hfe ermitteln wir den dazu benötigten Ib_Tvor .

Wie sorgen wir dafür, dass dieser Basisstrom Ib_Tvor tatsächlich zustande kommt?:

Aus der Kennlinie wie unter Pkt. B) ermitteln wir die nötige Spannung Ube_Tvor bei dem berechneten Ib_Tvor. Diese Spannung stellt sich auf dem Widerstand R2 ein (in der Masche addieren sich die Spannungen zu NULL). Damit der Transistor Tvor den Spannungsteiler R1/R2 nicht belastet sorgen wir dafür, dass durch R2 mindestens das zehnfache des Basisstromes Ib_Tvor abfliesst. Und nach der Knotenregel:

I_R1 = I_R2 + Ib_Tvor = 10 x Ib_Tvor + Ib_Tvor = 11 x Ib_Tvor Gleichung 4)

=> U_R2 = Ube_Tvor

=> R2 = Ube_Tvor / (10 x Ib_Tvor) mit Ube_Tvor und Ib_Tvor bekannt
=> R1 = (Uce_Tvor – Ube_Tvor)/(11 x Ib_Tvor) (in der Masche addieren sich die Spannungen zu NULL)

Beide Widerstände werden auf Normwerte auf- oder abgerundet.

Da Ib_Toben bekannt war nutzen wir die Ergebnisse der Gleichungen 3) und 4), setzen in die Gleichung 2) ein und bekommen so den Strom I_Rvor1 durch den Widerstand Rvor1. Da die Schaltung symmetrisch ist bzw. auf jeden Fall sein muss, wird durch den Rvor2 der selbe Strom fließen. Mit dem ermittelten Strom I_Rvor1 = I_Rvor2 und unter Verwendung der bekannten Spannung U_Rvor1 = U_Rvor2 aus der Gleichung 1) können wir nun auch die letzten Widerstände bestimmen:

Rvor1 = Rvor2 = U_Rvor1/I_Rvor1

Beide Widerstände werden wieder auf Normwerte auf- oder abgerundet. Jetzt kommt die Überlegung zu der Genauigkeit ins Spiel und so wäre sinnvoll anstelle des Widerstandes R1 einen Poti, oder eine Kombination aus Poti + Festwiderstand einzustellen.


Damit ist die Endstufe jetzt fertig. Auf den Widerstand Rvor2 wird jetzt die zu verstärkende Wechselspannung gegeben. Dazu sollte zuerst die Wechselspannung durch einen Spannungsverstärker aus dem kleinen Eingangspegel gewonnen werden. In der Regel ist der Spannungsverstärker durch einen Differenzverstärker abgebildet. Im übrigen benötigt diese Schaltung dann noch eine Schutzbeschaltung gegen Kurzschluss und eine Rückkopplung auf den Eingang des Differenzverstärkers zwecks Linearisierung der Verstärkung, was wiederum zu einem besseren Klirrfaktor führt

Das letzte Wort ist noch nicht gesprochen, denn damit die Endtransistoren in dieser Konstellation thermisch stabil arbeiten, benötigen wir zwischen den Emittern der Endtransistoren Toben2 bzw. Tunten2 und den Widerständen Rob bzw. Runt zwei weitere Widerstände als Stromgegenkopplung. Das verschlimmert aber keineswegs die Berechnung.

Übrigens jede Arbeitspunkteinstellung für Transistorschaltungen lässt sich auf diese Art bestimmen.

Viel Spaß beim Einstudieren!