NF-Leistungsverstärker mit ICs, (1)NF-Leistungsverstärker mit ICs, (1) für Ausgangsleistungen von 1 W bis 24 W

Für den problemlosen Aufbau kleinerer NF-Verstärker stehen zahlreiche Spezial-ICs zur Verfügung. Die Laborblätter zeigen Schaltungsbeispiele für die bekanntesten IC-Typen.

 

Schaltungen mit dem LM 390

In den Datenblättern des Herstellers wird der LM 390 als ‘1-W-NF- Leistungsverstärker für Batteriebetrieb’ bezeichnet. Der Betriebsspannungsbereich beträgt 6 V... 9 V, die maximal zulässige Betriebsspannung ist mit 10V angegeben. Bei Betrieb mit 6 V liefert das IC 1W an einen 4-Ω-Widerstand (Lautsprecher).

Bild 1 zeigt die interne Schaltung und die Anschlußbelegung des ICs, das dem LM 388 sehr ähnlich ist. Die Ausgangsstufe wurde allerdings so ausgelegt, daß der maximal mögliche Ausgangsspannungshub erreicht wird. Das IC ist in einem 14 poligen Dual-In-Line-Gehäuse untergebracht. Der interne Kühlkörper ist mit den Anschlüssen 3, 4, 5 und 10, 11, 12 verbunden.

Bild 1. Interne Schaltung und Anschlußbelegung des Verstärker-ICs LM 390.

 

Die Gesamtspannungsverstärkung des LM 390 ist intern auf 20 eingestellt, kann aber durch Verbinden der Anschlüsse 2 und 6 mit einem Kondensator auf 200 erhöht werden. Die Bezugsspannung der IC- Eingänge ist null Volt. Die Ausgangsgleichspannung stellt sich automatisch auf halbe Betriebsspannung ein, wenn die Ausgangsstufe mit einem entsprechend bemessenen Widerstand zwischen den Anschlüssen 9 und 14 beschältet wird. In den Bildern 2...6 sind einige Anwendungen mit diesem IC aufgezeigt.
Bei der Schaltung nach Bild 2 handelt es sich um einen einfachen Verstärker, der bis 6 V Betriebsspannung etwa 1 W an eine 4-Ω-Last abgibt. Die in Reihe geschalteten Widerstände R1 und R2 bestimmen den Arbeitspunkt der Ausgangsstufe. Sie liegen zwischen der positiven Betriebsspannung und Anschluß 9 des ICs. Der Verbindungspunkt der beiden Widerstände liegt über C2 am Ausgang. Diese Schaltungsmaßnahme erhöht den wirksamen Wechselstromwiderstand von R2 auf einen Wert, der wesentlich größer als der des reinen Gleichstromwiderstandes ist. Die Spannungsverstärkung beträgt in dieser Schaltung 20.

Bild 2. 1-W-Verstärker LM 390 mit 20 facher Verstärkung.

 

Die Schaltung nach Bild 3 illustriert, wie die Verstärkung auf 200 erhöht werden kann. Man muß dazu nur den Kondensator C5 zwischen die Anschlüsse 2 und 6 schalten.

Bild 3. 1-W-Verstärker LM 390 mit 200 facher Verstärkung.

 

Bild 4 zeigt eine andere Beschaltung. Hier führt der Gleichstrompfad für die Arbeitspunkteinstellung über den Lautsprecher und  R1. Der Verbindungspunkt zwischen Lautsprecher und R1 ist wieder mit dem Kondensator C2 an den Ausgang gelegt. Die Eigenschaften der Schaltung entsprechen denen der in Bild 2 vorgestellten, man spart aber zwei Bauteile.

Bild 4. 1-W-Verstärker LM 390 mit Lautsprecher an Betriebsspannung.

 

In Bild 5 ist ein Paar LM 390 in einer Brückenschaltung angeordnet. Bei 6 V Betriebsspannung beträgt die an einen 4-Ω-Lautsprecher abgebbare Leistung immerhin 2,5 W. Das Poti RV2 dient zur Balanceeinstellung der Ruheströme beider ICs; bei richtiger Einstellung hat der Gesamtruhestrom der Schaltung sein Minimum.

Bild 5. Zwei LM 390 in Brückenschaltung liefern 2,5 W an einen 4-Ω-Lautsprecher.

 

Bild 6 bietet eine weitere Variante aus dem breiten Anwendungsbereich. Die Schaltung stellt einen sogenannten Intercom dar, also eine Gegensprechanlage. Durch die Beschaltung mit R4-C5 wird eine Gesamtverstärkung von ca. 300 erreicht (entspricht 15kΩ/51Ω).

Bild 6. Gegensprechanlage mit dem LM 390.

 

Ein gewisser Nachteil des LM 390 besteht in der mangelhaften Restwelligkeitsunterdrückung der Betriebsspannung. Falls hier Probleme auftreten sollten, kann man einen 10-µF-Kondensator (oder einen mit höherer Kapazität) zwischen Anschluß 1 und null Volt legen. In den Schaltungen der Bilder 2... 6 liegt am Ausgang des ICs eine RC- Kombination (2,7Ω in Reihe mit 47 nF) zur Erhöhung der Schaltungsstabilität und zur Verhinderung von Schwingneigungen. Falls die Schaltung in einigen Anwendungen genügend Eigenstabilität aufweist, kann das RC-Glied auch entfallen.

 

Für Anwendungen im Auto: Schaltungen mit dem LM 383

Laut Datenblatt handelt es sich bei dem LM 383 um ein NF-Leistungsverstärker-IC mit einer maximalen Ausgangsleistung von 8W. Dieses IC ist speziell für Anwendungen in Autos gedacht. Bei 12-V-Anlagen beträgt die nominelle Betriebsspannung etwa 14 V. Das IC liefert dann 5,5 W an einen 4-Ω-Lautsprecher oder 8,6 W an einer 2-Ω-Last. Genaugenommen arbeitet das IC mit Betriebsspannungen zwischen 5 V und 20 V. Der Spitzenausgangsstrom liegt bei 3,5 A. Die Ausgangsstufe hat eine interne Strombegrenzung und ist gegen thermische Überlastung geschützt.

Bild 7. Interne Schaltung und Anschlußbelegung des 8-W-Verstärker-ICs LM 383.

 

Der LM 383 ist in einem Gehäuse mit fünf Anschlüssen untergebracht, wie Bild 7 zeigt. Aus Bild 8 geht hervor, wie sich das IC als Leistungsverstärker in Autos einsetzen läßt. Die Verstärkung ist mit R1-R2-C3 auf 100 eingestellt. Das IC arbeitet als nichtinvertierender Verstärker. Dabei gelangt das Eingangssignal über C1 an Anschluß 1. Die Kondensatoren C2 und C4 bewirken die hochfrequente Stabilisierung der Schaltung. Daher muß C4 auch so dicht wie möglich an die Anschlüsse 3 und 4 geschaltet werden.

Bild 8. 5,5-W-Verstärker mit dem LM 383 für Autos.

 

In der Schaltung nach Bild 9 arbeiten zwei ICs LM 383 in Brückenschaltung und liefern eine Ausgangsleistung von etwa 16 W an einen 4-Ω-Lautsprecher. Das Poti RV1 dient zur Einstellung der Ruheausgangsgleichspannungen beider ICs. Bei optimaler Einstellung nimmt der Ruhestrom den geringsten Wert an.

Bild 9. 16-W-Brückenverstärker mit zwei LM 383 für Autos.

 

Schaltungen mit dem LM 2002 (TDA 2002)

Der LM 2002 wird mit 8W Ausgangsleistung angegeben. Er ist mit dem TDA 2002 identisch. Wie auch der LM 383 ist der LM 2002 speziell für Anwendungen in Autos gedacht. Er liefert hier typisch 5,2 W an einen 4-Ω-Lautsprecher oder 8 W an eine 2-Ω-Last. Der Betriebsspannungsbereich geht von 5 V bis 20 V, der Spitzenausgangsstrom beträgt 3,5 A. Die Ausgangsstufe enthält eine Strombegrenzung und ist gegen thermische Überlastung geschützt.

Der LM 2002 ist schaltungstechnisch dem LM 383 sehr ähnlich". Der Wirkungsgrad der Ausgangsstufe ist jedoch etwas geringer, so daß auch die abgebbare Leistung kleiner ist. Wie Bild 10 verdeutlicht, befindet sich das IC in einem Gehäuse mit fünf Anschlüssen.

Bild 10. Interne Schaltung und Anschlußbelegung des 8-W-Verstärker-ICs LM 2002 (TDA 2002).

 

Bild 11 zeigt den Einsatz des ICs in einem 5,2-W-Verstärker für Autos. Die Spannungsverstärkung ist mit R1-R2-C3 auf 100 eingestellt. R3 und C4 sichern die hochfrequente Stabilität der Schaltung. Beide Bauelemente müssen so dicht wie möglich zwischen die Anschlüsse 3 und 4 gelegt werden.

Bild 11. 5,2-W-Verstärker mit dem LM 2002 für Autos.

 

ln Bild 12 sind zwei LM 2002 in einer Brückenschaltung angeordnet. Die Ausgangsleistung beträgt maximal 16 W bei 14 V Betriebsspannung. Die Schaltung ist wiederum zum Einsatz in Autos ausgelegt. Mit Poti RV1 wird der Ruhestrom auf Minimum gestellt.

Bild 12. 16-W-Brückenverstärker mit zwei LM 2002 für Autos.

 

Schaltungen mit den Dualverstärkern LM 377/LM 378/ LM 379

Die Firma National Semiconductor stellt eine ganze Familie von NF- Leistungsverstärker-ICs her, bei denen zwei Verstärker in einem Gehäuse untergebracht sind. Sie lassen sich in Stereo-Anordnungen oder als Mono-Verstärker in Brückenschaltung betreiben. Die bekanntesten ICs dieser Familie sind der LM 377 (zwei Verstärker je 2W), der LM 378 (zwei Verstärker je 4W) und der LM 379 (zwei Verstärker je 6 W). In Bild 13 sind die Anschlußbelegungen dargestellt, Bild 14 illustriert die zulässigen Versorgungsspannungsbereiche und die maximal erreichbaren Ausgangsleistungen. Intern sind die drei ICs sehr ähnlich aufgebaut. Sie haben eine Differenz- Eingangsstufe mit hoher Eingangsimpedanz und voll geschützte Ausgangsstufen. Sie unterscheiden sich im wesentlichen nur im Betriebsspannungsbereich, in der Ausgangsleistung und im Gehäuse. Die Eingangsstufe ist mit einer Spannungsquelle zur Vorspannungserzeugung verbunden, die sicherstellt, daß sich als Arbeitspunkt immer die halbe Betriebsspannung einstellt.

Bild 13. Anschlußbelegungen der ICs LM 377,LM 378 und LM 379.

 

Bild 14. Versorgungsspannungsbereiche der ICs LM 377,LM 378 und LM 379.

 

Der Schaltungsaufbau mit den ICs dieser Familie ist völlig problemlos. Bild 15 zeigt die Schaltung eines Stereo-Verstärkers mit unsymmetrischer Spannungsversorgung. Die Vorspannungserzeugung erfolgt in diesem Fall über die nichtinvertierenden Eingänge, die mit dem ‘Bias’-Anschluß (Pin 1 bei LM 377 und LM 378, Pin 14 bei LM 379) verbunden werden. Die Spannungsverstärkung ist mit R2-R1 bzw. R4-R3 im anderen Kanal auf 50 eingestellt. Die Tabelle vermittelt die typischen Eigenschaften der Schaltung.

Bild 15. Einfacher invertierender Stereoverstärker mit LM 377, LM 378 oder LM 379.

 

Die Schaltung nach Bild 16 ist eine abgewandelte Form der Schaltung nach Bild 15; sie arbeitet als nichtinvertierender Verstärker. Die Spannungsverstärkung jedes Einzelverstärkers ist mit R4-R3 bzw. R6-R5 auf 50 eingestellt.

Bild 16. Nichtinvertierender Stereoverstärker mit nur einer Betriebsspannung.

 

Bild 17 zeigt, wie sich der nichtinvertierende Verstärker nach Bild 16 zum Anschluß an symmetrische Betriebsspannungen abändern läßt. In diesem Fall wird die interne Vorspannungserzeugung zur Arbeitspunkteinstellung nicht benötigt. Die nichtinvertierenden Eingänge liegen über die Lautstärke-Potis RV1a und RV1b gleichspannungsgekoppelt an null Volt.

Bild 17. Nichtinvertierender Stereoverstärker mit symmetrischen Betriebsspannungen.

 

In Bild 18 ist dem LM 378 eine Komplementärendstufe nachgeschaltet. Die maximale Ausgangsleistung beträgt 15 W. Bemerkenswert ist, daß mit dieser einfachen Schaltung bei 10 W Leistung der Klirrfaktor einen Betrag von nur ca. 0,05 % aufweist. Bei geringer Aussteuerung sind die Transistoren T1 und T2 nicht in Betrieb. Der Lautsprecher wird dann über R2 direkt vom LM 378 gespeist. Erst bei höherer Aussteuerung arbeiten die beiden Transistoren als normale Komplementärendstufe und übertragen den größeren Leistungsanteil. R2 und die beiden Transistoren liegen im Gegenkopplungspfad der Schaltung, so daß die Übernahmeverzerrungen vernachlässigbar gering bleiben.

Bild 18. Ein Kanal eines Stereoverstärkers mit 15 W je Kanal und nur einer Betriebsspannung.

 

Die Schaltung nach Bild 19 entspricht der nach Bild 18, ist aber für symmetrische BetriebsspannungenDie Schaltung nach Bild 19 entspricht der nach Bild 18, ist aber für symmetrische Betriebsspannungenausgelegt. Der Anteil der Ruheausgangsgleichspannung ist sehr gering, so daß der Lautsprecher ohne Koppelkondensator angeschlossen werden kann.

Bild 19. Ein Kanal eines Stereoverstärkers mit 15 W je Kanal und symmetrischen Betriebsspannungen.

 

In Bild 20 ist wiederum eine Brückenschaltung dargestellt, in der die beiden Verstärker des LM 377, LM 378 oder LM 379 eingesetzt sind. Der Lautsprecher ist in Gleichstromkopplung angeschlossen.

Bild 20. Brückenverstärker mit Doppel-Verstärker-ICs.

 

LM 1877

Das IC LM 1877 ist anschlußkompatibel zum LM 377 und sollte, wenn irgend möglich, anstelle des LM 377 eingesetzt werden. Der Typ 1877 bietet als Vorteile geringere Übernahmeverzerrungen, eine sehr hohe Eingangsimpedanz und eine hohe Anstiegsgeschwindigkeit. Allerdings ist die Restwelligkeitsunterdrückung der Betriebsspannung etwas schlechter und der Ruhestrom etwas höher.

 

TBA 810S

Das IC liefert einige Watt an NF-Leistung und ist speziell für Anwendungen in Autos gedacht. Es ist gegen Betriebsspannungsverpolung und Überspannungsspitzen der Betriebsspannung geschützt. Bild 21 zeigt eine praktische Anwendung. R2 bestimmt die Verstärkung, RI ist für die Arbeitspunkteinstellung vorgesehen. C8 sorgt wieder für die Erhöhung des wirksamen Wechselstromwiderstandes, R3-C7 verhindert wildes Schwingen.

Bild 21. 7-W-Verstärker mit dem TBA 810S für Autos

 

 

20-W-Booster TDA 2005M

Das IC liefert 20 W und ist für den Einsatz als ‘Booster’ in Autos gedacht. Der Ausgang ist kurzschlußgeschützt, weiterhin besteht Schutz gegen Überspannungsspitzen auf der Betriebsspannung (Bordnetz) und Verpolungsschutz. In dem Gehäuse sind zwei Verstärker untergebracht, die intern zu einer Brückenschaltung zusammengeschaltet sind, um die hohe Ausgangsleistung (an einen 2-Ω-Lastwiderstand) bei 14,4V Betriebsspannung (nominell) zu erreichen. Das Gehäuse hat 11 Anschlüsse. Die maximale Betriebsspannung beträgt 25 V. Ein Schaltungsvorschlag ist in Bild 22 angegeben.

 Bild 22. 20-W-‘Booster’ mit TDA 2005M für Autos.

 

TDA 2006

Hier handelt es sich um ein hochwertiges Verstärker-IC, das sich symmetrisch und unsymmetrisch speisen läßt. Es liefert 8 W an einen 4-Ω-Lautsprecher. Der Gesamtklirrfaktor beträgt bei dieser Leistung 0,1 %. Das IC ist in einem TO 220-Gehäuse mit 5 Anschlüssen untergebracht. Die Kühlfahne ist von den Schaltungen isoliert, so daß sich das IC ohne Isolierscheiben direkt auf einem größeren Kühlkörper befestigen läßt.

 

Bild 23. Gehäuse und Anschlußbelegung der ICs TDA 2006 und TDA 2030.

 

Bild 24 zeigt eine Schaltung, die mit nur einer Betriebsspannung auskommt. Über R3 liegt der nichtinvertierende Eingang an der halben Betriebsspannung, die mit dem Spannungsteiler R1-R2 erzeugt wird. Die Spannungsverstärkung ist mit R5-R4 auf 22 eingestellt. Dl und D2 schützen den Ausgang vor vom Lautsprecher zurückgespeisten Spannungsspitzen. Das RC-Glied R6-C6 sichert stabiles Arbeiten.

 

Bild 24. 8-W-Verstärker mit dem TDA 2006 für nur eine Betriebsspannung.

 

Die Schaltung nach Bild 25 ist die auf symmetrische Betriebsspannungen abgeänderte Version der Schaltung nach Bild 24. Hier liegt der nichtinvertierende Eingang über R1 an null Volt. Diese Schaltung vermittelt auch, wie sich die obere Grenzfrequenz mit dem zusätzlichen RC-Glied R4-C5 verändern läßt.

 

Bild 25. 8-W-Verstärker mit dem TDA 2006 für symmetrische Betriebsspannungen.

 

TDA 2030

Bei dem integrierten Verstärker TDA 2030 handelt es sich um eine verbesserte Version des TDA 2006. Der Chip ist im gleichen Gehäuse untergebracht, die Kühlfahne ist ebenfalls isoliert. Die maximale Betriebsspannung beträgt 36 V (oder ± 18 V bei symmetrischen Betriebsspannungen). Bei 28 V liefert das IC 12 W an einen 4-Q-Lastwiderstand oder 8W an eine 8-Ω-Last. Der Gesamtklirrfaktor beträgt bei 7 W und 1 kHz typisch 0,05 %.

In Bild 26 ist ein Verstärker angegeben, der bei 30 V Betriebsspannung 15 W an einen 4-Ω-Widerstand abgibt. Die Spannungsverstärkung beträgt 30 dB.

 

Bild 26. 15-W-Verstärker mit TDA 2030 für nur eine Betriebsspannung.

 

In Bild 27 sind zwei TDA 2030 zu einer Brückenschaltung vereinigt, die immerhin 24 W an einen 4-Ω-Lautsprecher bei einem Gesamtklirrfaktor von 0,5% abgibt.

 

Bild 27. 24-W-Verstärker mit TDA 2030 für symmetrische Betriebsspannungen.

 

NF-Leistungsverstärker mit ICs, (2) für Ausgangsleistungen bis 20 W

Ein ‘idealer’ Niederfrequenz- oder Audio-Leistungsverstärker liefert die gewünschte Leistung an einen Lautsprecher als Lastwiderstand. Sein Ausgangssignal ist nahezu verzerrungsfrei. Der Verstärker kennt keine Wärmeprobleme und nimmt ohne Ansteuerung nur einen sehr geringen Ruhestrom auf. Unter Verwendung moderner integrierter Schaltungen lassen sich Leistungsverstärker realisieren, die dem Ideal sehr nahekommen.

Für einfache Kleinleistungsverstärker mit Ausgangsleistungen von einigen hundert Milliwatt benötigt man nur wenig mehr als einen Operationsverstärker und ein Paar Feld-Wald-und-Wiesen-Transistoren. Bei höheren Ausgangsleistungen bietet sich der Einsatz einer weiten Palette von Einfach- oder Zweifach-Leistungsverstärker-lCs an. Im mittleren Leistungsbereich von einigen hundert Milliwatt bis etwa 20 W sind diese ICs recht preiswert. Es gibt natürlich auch Hybrid-Verstärker, die ca. 200 W an einen 8-Ω-Widerstand abgeben können. Allerdings sind diese Verstärkermodule nicht leicht zu bekommen und auch nicht ganz billig. Die Wahl des geeigneten Typs hängt eigentlich nur von der geforderten Ausgangsleistung und der vorhandenen oder gewünschten Betriebsspannung ab.

 

100 mW ... 280 mW

Der bekannte Operationsverstärker 741 liefert einen Spitzenstrom von etwa 10 mA. Der Ausgangsspannungshub beträgt bei einer Betriebsspannung von ± 15 V und einem 1-k Ω-Lastwiderstand ca. 20 V.

Das IC kann unter diesen Bedingungen also etwa 100 mW abgeben. Die Bilder 1 und 2 stellen derartige Schaltungen vor.

Die Schaltung nach Bild 1 verwendet symmetrische Betriebsspannungen, der Lastwiderstand hängt gleichstromgekoppelt zwischen dem Verstärkerausgang und null Volt. Die Bezugsspannung für die Eingänge ist ebenfalls null Volt. Das IC arbeitet als nichtinvertierender Verstärker. Die Spannungsverstärkung ist 10 fach (= R1/R2), die Eingangsimpedanz liegt bei 47 k Ω (= R3).

 

Bild 1. Kleinleistungsverstärker für symmetrische Betriebsspannungen.

 

In Bild 2 wird nur eine Betriebsspannung benötigt. In diesem Fall muß der Lastwiderstand über einen Kondensator an den Verstärkerausgang angeschlossen werden. Die Ruheausgangsgleichspannung wird mit dem Spannungsteiler RI-R2 auf die halbe Betriebsspannung eingestellt. Damit erhält man den maximal möglichen Spannungshub. Die Schaltung arbeitet als nichtinvertierender Verstärker, der Verstärkungsfaktor beträgt 1, die Eingangsimpedanz 47 kΩ (= R3).

 

Bild 2. Kleinleistungsverstärker für eine Betriebsspannung.

 

Der Lastwiderstand der beiden vorgestellten Schaltungen darf 1 kΩ nicht unterschreiten. Falls die Lautsprecherimpedanz kleiner als 1 kΩ ist, muß ein Widerstand Rx mit dem Lautsprecher in Reihe geschaltet werden, so daß der Gesamtwiderstand von Lautsprecher und Rx gerade 1 kΩ beträgt. Diese Methode hat einen großen Nachteil: Rx verringert natürlich die dem Lautsprecher zugeführte Leistung.

 

Operationsverstärker mit zusätzlicher Leistungsstufe

Durch Anschalten einer zusätzlichen Leistungsstufe läßt sich die Ausgangsleistung eines OpAmps erheblich steigern. Im einfachsten Fall genügt ein Komplementär-Emitterfolger. Der OP-Ausgang geht direkt an die zusammengeschalteten Basen der Transistoren. Die Gegenkopplung führt von den Emittern auf den invertierenden Eingang. Bild 3 zeigt die Schaltung.

Bild 3. Grundschaltung zur Erhöhung der Ausgangsleistung; Verstärkungsfaktor 1.

 

Die Gesamtverstärkung beträgt 1. Die Einbeziehung der Basis-Emitterstrecken in den Gegenkopplungspfad hat einen besonderen Grund. Die Basis-Emitter-Schwellenspannung von etwa 600 mV wird um einen Faktor, der der vollen Leerlauf-Schleifenverstärkung des OpAmps entspricht, reduziert. Ist diese z. B. 10000 fach, wird die wirksame Basis-Emitter-Schwellenspannung der Transistoren auf nur 6 µV verringert, so daß die Verzerrungen der Gesamtschaltung sehr gering bleiben.

Leider ist die Leerlauf-Schleifenverstärkung frequenzabhängig. Der Abfall beträgt etwa 20 dB/Oktave, so daß die Signalverzerrungen der Schaltung nach Bild 3 bei einer Signalfrequenz von 10 Hz vernachlässigbar sind, aber bei 10 kHz sieht die Sache schon ganz anders aus! Dieses Problem bekommt man in den Griff, indem man den Basen eine Vorspannung zuführt, die im Idealfall gerade so hoch ist, daß die Transistoren einen ganz geringen Ruhestrom ziehen. Dadurch ist die Schwellenspannung nahezu Null, und die Verzerrungen auch der hohen Signalfrequenzen werden reduziert. Die entsprechenden Schaltungen für symmetrische und asymmetrische Speisung sind in den Bildern 4 und 5 dargestellt.

Bild 4. Kleinleistungsverstärker mit Operationsverstärker für symmetrische Betriebsspannungen. P = 280 mW.

 

Die Schaltungen liefern Spitzenausgangsströme von etwa 350 mA an einen Lastwiderstand von 23

stellt sich automatisch auf die halbe Betriebsspannung ein. Die Ausgangsleistung beträgt bei 12 V Betriebsspannung einige hundert Milliwatt an einem 8-Ω-Lastwiderstand. Die typische Eingangsimpedanz beträgt 40 kΩ.

 Dieser Wert darf nicht unterschritten werden, da man sonst die Transistoren und das IC überlastet. Der Effektivwert der an den 23- Ω -Widerstand abgegebenen Leistung beträgt ca. 280 mW. In diesem Fall begrenzen die zulässigen Verlustleistungen der Transistoren und die Betriebsspannungen die Ausgangsleistung. Die Schaltung nach Bild 4 benötigt symmetrische Betriebsspannungen. Die Verstärkung ist 10 fach. Die Schaltung nach Bild 5 kommt mit nur einer Betriebsspannung aus. Allerdings beträgt die Verstärkung nur 1.

 

Bild 5. Kleinleistungsverstärker mit Operationsverstärker für nur eine Betriebsspannung.

 

 

Grundlagen der Leistungsverstärker-ICs

Werden Ausgangsleistungen im Bereich 200 mW ... 20 W benötigt, ist der einfachste und kostengünstigste Weg der Einsatz eines geeigneten ICs. Solche ICs sind überall erhältlich. Es gibt sie als Einzeloder als Doppelverstärker mit zwei gleichartigen Verstärkern in einem Gehäuse. Die meisten ICs verwenden einen einfachen Operationsverstärker mit nachgeschaltetem Komplementär-Emitterfolger, wie in den Bildern 3 und 5 gezeigt. Sie verfügen meistens über Differenzeingänge, liefern hohe Ausgangsleistungen und -ströme, nehmen aber nur einen geringen Ruhestrom auf. 

Ein IC-Leistungsverstärker mit einem unsymmetrischen Ausgang (Bild 6) liefert eine maximale Ausgangsleistung, die sich aus U² /R berechnet, wobei U für die maximale Ausgangsspannung und R für den Lastwiderstand stehen. Die Ausgangsleistung läßt sich auf das Vierfache erhöhen, wenn man ein Paar identische IC-Verstärker zu einer ‘Brückenschaltung’ kombiniert.

 

Bild 6. Liegt der Lastwiderstand zwischen dem Verstärkerausgang und null Volt, beträgt die maximale Ausgangsleistung U²/R.

 

Bild 7 verdeutlicht diese Schaltungsvariante. Nun beträgt die Spitzenleistung (2 U)²/R. Die Leistungserhöhung erklärt sich wie folgt: In der Schaltung nach Bild 6 liegt der eine Anschluß des Lastwiderstandes RL an null Volt, die Spannung an RL entspricht somit der Spannung am Punkt ‘A’. In der Schaltung nach Bild 7 dagegen hängen die Anschlüsse des Lastwiderstandes an jeweils einem Verstärker. Schaltet man den zweiten Verstärker als invertierenden Verstärker, liefern die Verstärker gegenphasige Ausgangsspannungen. Dann ist die Spannung an RL gleich der Spannung zwischen den Punkten ‘A’ und ‘B’, d.h. an RL liegt die doppelte Spannung. 

Zur Vereinfachung der Darstellung ist die Steuerspannung der Schaltung als rechteckförmig angenommen. Die Diagramme in Bild 7 zeigen die Verhältnisse. Man erkennt, daß die Spannung an RL 20 V beträgt, bei einer Eingangsspannung von 10 V.

 

Bild 7. Ein Verstärkerpaar in ‘Brücken’-Schaltung liefert die vierfache Leistung, nämlich (2 U²)/R.

 

Da sich die von RL aufgenommene Leistung nach dem Ohmschen Gesetz mit dem Quadrat der Spannung ändert, erhält man bei Spannungsverdopplung eine Vervierfachung der Leistung.

 

Grundlagen des ICs LM 386

 

Das NF-Leistungsverstärker-IC LM 386 (National Semiconductor) ist zum Betrieb an Spannungen im Bereich 4 V ... 12 V ausgelegt. Das IC ist als Dual-In-Line-Gehäuse mit 8 Anschlüssen ausgeführt. Es benötigt nur einige mA Ruhestrom und eignet sich somit gut für batteriebetriebene Verstärker. Die Spannungsverstärkung des ICs ist durch äußere Beschaltung zwischen 20 und 200 einstellbar. Die Ausgangsruhegleichspannung stellt sich automatisch auf die halbe Betriebsspannung ein. Die Ausgangsleistung beträgt bei 12 V Betriebsspannung einige hundert Milliwatt an einem 8- Ω -Lastwiderstand. Die typische Eingangsimpedanz beträgt 40 kΩ .

Bild 8 zeigt die interne Schaltung des LM 386. Die Transistoren T1. . ,T6 bilden einen Differenzverstärker. Der Kollektor von Transistor T3 ist mit der Basis von T7 verbunden. Das Kollektorsignal von T7 wird ebenfalls gleichspannungsgekoppelt auf die im B-Betrieb arbeitende Ausgangsstufe T8, T9, T10 geführt. Um den internen Spannungsabfall niedrig zu halten und die höchstmögliche Ausgangsleistung zu erzielen, wurde auf einen Überlastschutz verzichtet.

 

Bild 8. Innenschaltung und Anschlußbelegung des LM 386

 

Schaltungen mit dem LM 386

 

Der LM 386 ist sehr einfach einzusetzen. Die Spannungsverstärkung des ICs ist proportional zum Quotienten aus dem Widerstandswert zwischen den Anschlüssen 1 und 5 (15 kΩ in Bild 8) und dem Widerstandswert zwischen den Emittern von T1 und T3 (= R5 + R6 in Bild 8).

Mit der minimal möglichen Beschaltung ist die Verstärkung 20 fach. Bild 9 zeigt eine solche Schaltung. Der Lastwiderstand LS ist über den Kondensator C2 angekoppelt. Das Eingangssignal geht über RV1 an den nichtinvertierenden Anschluß. Der Kondensator C1 dient zur wechselstrommäßigen Entkopplung des Betriebsspannungsanschlusses (Anschluß 6). R1 und C3 verhindern wildes Schwingen auf hohen Frequenzen.

 

Bild 9. LM 386 mit Minimalbeschaltung. Verstärkung: 20.

 

Die Schaltung nach Bild 10 ist für 200 fache Verstärkung ausgelegt.

 

Bild 10. LM 386 mit 200 facher Verstärkung.

 

Hier liegt der Kondensator C4 zwischen den Anschlüssen 1 und 8. Dadurch wird der interne 1,35-k Ω -Widerstand R6 (Bild 8) wechselstrommäßig kurzgeschlossen. Bild 11 zeigt eine alternative Lösung. Durch die Reihenschaltung von R2 und C4 beträgt der Verstärkungsfaktor 50.

Bild 11. LM386 mit 50 facher Verstärkung.

 

Die Spannungsverstärkung des LM 386 kann auch durch den internen, zwischen Anschluß 1 und 5 liegenden 15-kΩ -Widerstand beeinflußt werden. Bild 12 illustriert diese Variante. Die Reihenschaltung von C4 und R2 bewirkt hier eine frequenzabhängige Verstärkungsanhebung von 6 dB bei 85 Hz, um die schlechte Baßwiedergabe eines Kleinlautsprechers zu verbessern.

Bild 12. LM386 mit 6 dB Verstärkungsanhebung bei 85 Hz.

 

Die Schaltung nach Bild 13 dient als Leistungsverstärker für einen AM-Empfänger. Das demodulierte Signal gelangt über den Lautstärkesteller RV1 an den nichtinvertierenden Eingang des ICs. R1 und C3 bewirken eine HF-Entkopplung; verbleibende HF-Reste werden durch die Ferritdrossel unterdrückt. Die Spannungsverstärkung ist mit C4 auf 200 eingestellt. Diese Schaltung ist mit einer zusätzlichen Brummspannungsunterdrückung der Betriebsspannung ausgestattet; C5 liegt deshalb zwischen Anschluß 7 und null Volt. Dieser Kondensator kann auch, falls erforderlich, in den Schaltungen der Bilder 9 bis 12 vorgesehen werden.

 

Bild 13. Einfacher Leistungsverstärker für AM-Radios.

 

Schaltungen mit dem LM 389

Der LM389 (Bild 14) enthält drei getrennt zugängliche npn-Transistoren auf dem gleichen Substrat und einen NF-Leistungsverstärker, der weitgehend dem des LM386 entspricht. Der Betriebsspannungsbereich umfaßt 4 V ... 12 V. Die drei npn-Transistoren weisen nahezu identische Eigenschaften auf, können mit Kollektorströmen zwischen 1 /rA und 25 mA betrieben werden und haben eine typische Stromverstärkung von 275. Ihre Grenzfrequenz beträgt 100 MHz.

 

Bild 14. Innenschaltung und Anschlußbelegung des LM389.

 

In Bild 15 ist die typische Beschaltung des ICs dargestellt. Der Leistungsverstärker wird in der gleichen Art und Weise wie der LM 386 benutzt. Der Verstärkung ist mit C4 und Rx zwischen den Anschlüssen 4 und 12 einstellbar. Fehlen diese Bauteile, beträgt die Verstärkung  20. Nimmt man für Rx einen Wert von 1,2 kΩ , ist der Verstärkungsfaktor 50, schließt man Rx kurz, steigt die Verstärkung auf 200. Der Leistungsverstärker läßt sich als invertierender und nichtinvertierender Verstärker verwenden. Die drei Einzeltransistoren T1, T2 und T3 sind in jedem Fall getrennt zugänglich.

 

 

Bild 15. Grundschaltung mit dem LM389.

 

Die Bilder 16 und 17 vermitteln praktische Anwendungen unter Einbeziehung der internen Einzeltransistoren. Der Verstärker nach Bild 16 eignet sich als vollständiger (1-Kanal-)Phonoverstärker für Kristalltonabnehmer, die Schaltung weist eine Eingangsimpedanz von etwa 800 kΩ auf. Dies wird durch den Einsatz des Transistors T3 als Emitterfolger erreicht. T1 und T2 arbeiten in einem aktiven Klangeinsteller. Dessen Ausgangssignal gelangt über den Lautstärkesteller RV3 an den nichtinvertierenden Eingang des Leistungsverstärkers. Die Schaltung nach Bild 17 liefert weißes Rauschen (zumindest im NF-Bereich). T3 ist als Zenerdiode geschaltet und erzeugt das Rauschsignal. T2 arbeitet als Vorverstärker. Sein Ausgangssignal geht an den invertierenden Eingang des Leistungsverstärkers, dessen Verstärkung 200 beträgt.

 

Bild 16. Verstärker für Kristall- oder Keramiktonabnehmer mit dem LM 389.

 

Bild 17. Rauschgenerator für weißes Rauschen.

 

Schaltungen mit dem LM 388

 

Der LM 388 ist eine etwas abgeänderte Version des LM386. Das IC ist in einem 14 poligen Dual-In-Line-Gehäuse mit internem Kühlkörper untergebracht und kann bei 12 V Betiebsspannung immerhin 1,8 W an einen 8-Ω-Lautsprecher abgeben. Der größte Unterschied zwischen dem LM386 und dem LM388 besteht in der Kollektorbeschaltung des Transistors T7. Beim LM 386 wird der Kollektor über eine Konstantstromquelle gespeist, beim LM 388 muß ein äußerer Arbeitswiderstand am Anschluß 9 liegen. Durch diese Auslegung kann man das IC noch vielseitiger einsetzen. Bild 19 zeigt eine der vielen Schaltungsmöglichkeiten. Die in Reihe geschalteten Widerstände R1 und R2 liegen zwischen der positiven Betriebsspannung und Anschluß 9 des ICs, sie bilden den Arbeitswiderstand für T7.

 

Bild 18. Innenschaltung und Anschlußbelegung des LM388.

 

Bild 19. LM388 mit 20 facher Verstärkung. Lastwiderstand einseitig an null Volt.

 

Der Verbindungspunkt von R1 und R2 ist über den Kondensator C2 an den Ausgang des ICs geschaltet. Durch diese Maßnahme erhöht sich der wirksame Wechselstromwiderstand von R2 und damit natürlich auch die Verstärkung von T7 auf einen Wert, der erheblich über der Gleichstromverstärkung liegt. Die Gesamtspannungsverstärkung des LM 388 wird auf die gleiche Art und Weise wie beim LM 386 festgelegt und beträgt 20 in der Schaltung nach Bild 19. Legt man, wie in Bild 20 gezeigt, den Kondensator C5 zwischen die Anschlüsse 2 und 6, steigt die Gesamtverstärkung auf 200.

 

Bild 20. LM 388 mit 200 facher Verstärkung. Lastwiderstand einseitig an null Volt.

 

In Bild 21 ist eine alternative Lösung angegeben. Hier wird über den Lautsprecher und R1 ein Gleichstrom in den Anschluß 9 eingespeist. Das ‘kalte’ Ende des Lautsprechers liegt über dem Kondensator C2 am Ausgang des ICs. Dadurch erhöht sich der wirksame Wechselstromwiderstand von RI. Die Eigenschaften dieser Schaltung entsprechen denen der Schaltung nach Bild 19, man spart aber zwei Bauteile.

 

Bild 21. LM 388 mit 20 facher Verstärkung. Lastwiderstand einseitig an positiver Betriebsspannung.

 

Leider weist der LM 388 eine unzureichende Unterdrückung der Betriebsspannungs-Restwelligkeit auf. Sollten hier Probleme auftreten, kann man einen 10 µF-Kondensator (oder auch größer) zwischen Anschluß 1 und null Volt legen.

 

Schaltungen mit dem LM 380/ LM 384

Der LM 380 ist wahrscheinlich das bekannteste IC. Der Betriebsspannungsbereich beträgt 8 V ... 22 V. Bei 18 V liefert das IC 2 W an einen 8-Ω-Widerstand. Dann wird allerdings ein ausreichend dimensionierter Kühlkörper benötigt. Die Eingänge haben null Volt als Bezugsspannung. Die Ausgangsgleichspannung stellt sich automatisch auf die halbe Betriebsspannung ein. Die Verstärkung ist fest eingestellt und beträgt 50 (= 34 dB). Der Ausgang ist kurzschlußfest. Außerdem besitzt das IC einen thermischen Überlastschutz.

 

Bild 22. Innenschaltung und Anschlußbelegung des LM 380 und LM 384.

 

Der LM384 ist der große Bruder. Er liefert bei 26 V immerhin 7,5 W. Beide ICs sind in einem 14 poligen Dual-In-Line-Gehäuse untergebracht. Die Anschlüsse 3, 4, 5 und 10, 11, 12 müssen thermisch mit dem externen Kühlkörper verbunden werden.

Die Bilder 23... 25 vermitteln einige praktische Anwendungen mit diesen ICs. Die Schaltung nach Bild 23 stellt einen einfachen Verstärker mit 50 facher Verstärkung und verbesserter Restwelligkeitsunterdrückung der Betriebsspannung (über C2) dar.

Bild 23. 2-W- bzw. 5-W-Verstärker mit Restwelligkeitsunterdrückung der Betriebsspannung.

 

Bild 24 zeigt den Einsatz als Verstärker für Kristalloder keramische Tonabnehmersysteme. Die Schaltung enthält zusätzlich die Bauelemente C2 und RV2 zur Einstellung des Frequenzganges.

Bild 24. 2-W- bzw. 5-W-Phonoverstärker mit Lautstärkesteller und Frequenzgangkorrektur.

 

Bild 25 letztendlich stellt eine Brückenschaltung dar, die bereits eine Ausgangsleistung von 10 W erreicht.

Bild 25. 4-W- bzw. 10-W-Verstärker in Brückenschaltung.

 

Schaltungen für Lautsprecher

Für die Wiedergabe von frequenzveränderlichen Warn-, Melde- und Alarmsignalen sind elektroakustische Wandler mit entsprechender Bandbreite erforderlich. Neben den noch zu besprechenden Breitband- Piezowandlern eignen sich Miniaturlautsprecher für solche Anwendungen. Mit höher belastbaren Lautsprechern, vor allem mit Piezo-Hochtonhörnern, lassen sich große Lautstärken erzielen.

Die nachfolgenden Schaltungen zeigen den Lautsprecher in einfachen Tongeneratoren (Bilder 29... 39), in Pulstongeneratoren (Bilder40.. .44), im Zweitonbetrieb (Bilder 45 , 46) und in Sirenen (Bilder47.. .49). Es folgen Alarmschaltungen für hohe Ausgangsleistungen (Bilder 50...52). Vorab ist noch auf eine generelle Problematik der Schaltungstechnik beim Einsatz von Miniaturlautsprechern hinzuweisen. Deren maximale Leistungsaufnahme liegt allgemein bei 200 mW; fast alle Kleinsignaltransistoren und zahlreiche ICs können zwar Leistungen in dieser Größenordnung abgeben, allerdings ist der Lastwiderstand mit im allgemeinen 8 Ohm um eine Zehnerpotenz zu niedrig. Zur Lösung des Problems wählen die Schaltungsentwickler verschiedene Wege, siehe Bild 28.

 

Bild 28. Möglichkeiten der Lautsprechersteuerung: (a) mit hochohmigem Lautsprecher; (b) mit Vorwiderstand; (c) Wechselstrom-Parallelschaltung zum Emitterwiderstand; (d) mit Leistungstransistoren.

 

Wenig brauchbar ist der Vorschlag, ‘hochohmige’ Miniaturlautsprecher mit 25... 80 Ohm zu verwenden, da solche Ausführungen praktisch nicht verfügbar sind (Bild 28a). Bei der Reihenschaltung aus 8-Ohm-Lautsprecher und einem passend bemessenen Vorwiderstand wird der größte Teil der Nutzleistung am Vorwiderstand vernichtet (28b). Unter Umständen kann die Wechselstrom-Parallelschaltung des Lautsprechers zum Emitterwiderstand des Transistors günstiger sein (28c). Wählt man einen Leistungstransistor, ein Leistungsdarlington oder eine Kette mehrerer Transistoren mit zunehmender Verlustleistung, so kann der Lautsprecher ebenfalls ohne Vorwiderstand betrieben werden, allerdings ist der Treibertransistor dann leistungsmäßig um eine Größenordnung überdimensioniert (Bild 1d). Für alle genannten Schaltungsvarianten finden sich nachfolgend Beispiele. Da es keine in jeder Hinsicht befriedigende Lösung gibt, wurde auf eine Vereinheitlichung der Schaltungsbeispiele verzichtet.

 

Einfache Signalgeneratoren

 

Die Bilder 29.. .31 zeigen Generatorschaltungen, die mit Transistoren aufgebaut sind und ein unmoduliertes Signal erzeugen. Der astabile Multivibrator in Bild 29 liefert ein Rechtecksignal, dessen Frequenz durch Veränderung der Kapazitätswerte Cl, C2 beeinflußt werden kann. Statt des 75-Ohm-Lautsprechers läßt sich eine Reihenschaltung aus 8-Ohm-Lautsprecher und Vorwiderstand 68 Ohm verwenden.

Bild 29. Rechteckgenerator mit Lautsprecher-Treiberstufe.

 

Bild 30 zeigt einen Tongenerator mit einstellbarer Frequenz (RV1). R5 und C3 bilden einen Tiefpaß, der einen etwas angenehmeren Klang bewirkt. Der Lautsprecher liegt über Elko C4 parallel zum Emitterwiderstand des Transistors T3.

Bild 30. Rechteckgenerator mit einstellbarer Frequenz und Tiefspaß. 

 

Wenn das Tonsignal aus kurzen Impulsen mit relativ langen Impulspausen besteht, kann u. U. ein Transistor mit einem zulässigen Kollektorstrom von 600 mA den 8-Ohm-Lautsprecher unmittelbar antreiben. Bild 31 zeigt den 2N2907 in einer sehr einfachen Schaltung, dessen Tonsignal - ein ‘Klick’ nach Art eines Metronoms - unmittelbar am Lautsprecher liegt.

Bild 31. ‘Metronom’-Schaltung in einfachster Konfiguration.

 

Wesentlich häufiger als Transistoren dienen ICs zum Aufbau von Signalgeneratoren. Die folgenden Schaltungsbeispiele verwenden allgemein gut erhältliche, bekannte ICs.

Das LM3909 ist ‘von Haus aus’ eine preiswerte Blinkschaltung für LEDs und weist ein besonderes Merkmal auf: Als Speisespannung genügt 1 V! Bei derart niedrigen Speisespannungen bis zu 1,4 V kann ein 8-Ohm-Lautsprecher ohne besondere Vorkehrungen unmittelbar betrieben werden. Bild 32 belegt den einfachen Aufbau eines solchen Signalgenerators. Für niedrigere Tonfrequenzen ist der Kapazitätswert von C1 zu erhöhen oder ein Widerstand 10.. .220 Ohm in Reihe zum Schalter S1 vorzusehen.

 

Bild 32. IC-Generator für sehr niedrige Speisespannung.

 

Soll ein elektronisches Gerät mit einem Meldesignal ausgestattet werden (z. B. ‘Tastaturpieps’), so können oft freie, nicht belegte Gatter in Logikbausteinen zum Aufbau des Generators benutzt werden. In Bild 33 bilden zwei Gatter aus dem Vierfach-NOR-Baustein 4001 B den Generator. Das zweite Gatter kann durch einen beliebigen CMOS-Inverter ersetzt werden.

 

Bild 33. Tongenerator mit NOR-Gattern und Steuereingang.

 

Mit drei von sechs Invertern aus dem 4049 B arbeitet die Schaltung in Bild 34.

Bild 34. Weiteres Beispiel für die Verwendung überzähliger Gatter oder Inverter zum Aufbau eines Tongenerators.

 

Nur ein Gatter aus dem Vierfach-NAND-Schmitt-Trigger 4093 B benötigt der Generator Bild 35, dessen Lautsprecher von einem Darlington-Transistor ohne Vorwiderstand getrieben wird. Der freie Gattereingang kann wie schon bei der Schaltung in Bild 34 zum Starten oder Stoppen des Generators mit einem Logiksignal benutzt werden.

Bild 35. Tongenerator mir Schmitt-trigger-NAND-Gatter und Darlington T1.

 

Ein Operationsverstärker als aktiver Baustein des Tongenerators bietet zusätzliche Möglichkeiten. Am Ausgang Pin 6 des in Bild 36 verwendeten 741 steht ein Rechtecksignal, wenn die Bedingung Rb> Ra erfüllt ist; im anderen Fall schwingt die Anordnung nicht. Wählt man also z. B. für Rb einen NTC (Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten) und stellt Ra auf den Widerstandswert ein, den der NTC bei einer bestimmten Temperatur hat, so schwingt die Schaltung, sobald diese Temperatur unterschritten wird (Untertemperaturalarm). Vertauscht man NTC und Stellwiderstand, so entsteht ein Übertemperaturalarm. Selbstverständlich können anstelle des NTCs andere Sensoren verwendet werden, deren Widerstandswert ein Maß für eine zu überwachende physikalische Größe darstellt. Der Sensor muß im Schaltpunkt einen Widerstandswert im Bereich 2k... 2M aufweisen. Die beiden Transistoren bilden eine komplementäre Endstufe zum Antrieb des Lautsprechers. Mit dem Kapazitätswert von C1 kann die Tonhöhe festgelegt werden.

 

Bild 36. Rechtecktongenerator mit einstellbarer Frequenz, aufgebaut mit Operationsverstärker und Gegentakt-Ausgangsstufe.

 

Sehr einfach gestaltet sich der Aufbau von Tongeneratoren mit dem Timer-Baustein 555 in der Betriebsweise als astabiler Multivibrator.

Bild 37 zeigt eine Schaltung mit der CMOS-Version 7555. Anschluß 4 ist mit einem Spannungsteiler verbunden, dessen oberer Widerstand fotoempfindlich ist. Sobald Licht auf den ORP 12 fällt, startet der Generator. Im Dunkelbetrieb (Normalzustand) nimmt die Schaltung nur 80 µA Strom auf. Liegt Anschluß 4 auf +Ub - wobei der Spannungsteiler entfällt - dann arbeitet der Generator im Dauerbetrieb, falls die Speisespannung anliegt.

Bild 37. Der CMOS-Timer 7555 als Multivibrator zur Tonerzeugung. Der Tongenerator arbeitet nur dann, wenn Licht auf den Fotowiderstand fällt.

 

In Bild 38a ist die Grundschaltung für einen 800-Hz-Generator mit dem Baustein 555 angegeben. Die Anordnung arbeitet bei Speisespannungen zwischen 5 V und 15 V und mit Lautsprecherimpedanzen >75 Ohm. Bei Lautsprechern mit niedrigerem Anschlußwiderstand muß Rx in Reihe geschaltet werden, so daß der Gesamtwiderstand wieder mindestens 75 Ohm beträgt, da der 555 nicht mehr als 200 mA abgeben kann. Die verfügbare Ausgangsleistung hängt sowohl von der Speisespannung als auch vom Lautsprecherwiderstand ab. An einen 75-Ohm-Lautsprecher gibt die Schaltung bei 15 V Speisespannung 750 mW ab. Die Anordnung kann dahingehend abgeändert werden, daß sie Alarm gibt bei Dunkelheit (b), Lichteinfall (c), Untertemperatur (d) oder Übertemperatur (e). Anschluß 4 liegt dann nicht mehr an der Speisespannung, sondern wird von einem Auslösekreis gesteuert, der mit T1 aufgebaut ist. Der LDR (Bild 38b, c) soll im Schaltpunkt einen Widerstandswert zwischen 470 Ohm und 10 kOhm aufweisen. Dasselbe gilt für den NTC in Bild 38d, e.

Bild 38. Einfacher Tongenerator mit dem Timer-Baustein 555 und Erweiterungsmöglichkeiten für licht- und temperaturabhängige Arbeitsweise.

 

Das IC 556 ist ein Doppeltimer mit zwei Einheiten vom Typ 555. In Bild 39 ist die vordere Einheit als monostabiler Multivibrator (One Shot) geschaltet, die zweite Einheit wie zuvor als astabiler Multivibrator zur Tonerzeugung. Dessen Steuereingang Pin 10 muß auf positiver Spannung liegen, damit der Generator arbeitet. Im Ruhezustand führt der Ausgang Pin 5 des astabilen Multivibrators jedoch ‘Low’-Signal. Er geht für eine von R1 und C1 abhängige Zeit (hier ca.Das IC 556 ist ein Doppeltimer mit zwei Einheiten vom Typ 555. In Bild 39 ist die vordere Einheit als monostabiler Multivibrator (One Shot) geschaltet, die zweite Einheit wie zuvor als astabiler Multivibrator zur Tonerzeugung. Dessen Steuereingang Pin 10 muß auf positiver Spannung liegen, damit der Generator arbeitet. Im Ruhezustand führt der Ausgang Pin 5 des astabilen Multivibrators jedoch ‘Low’-Signal. Er geht für eine von R1 und C1 abhängige Zeit (hier ca.1 s) auf ‘High’, wenn der Taster betätigt wird. Anstelle des Tasters kann natürlich auch ein elektronischer Schalter, ein Gatterausgang usw. den Startvorgang auslösen.

Bild 39. Der Doppel-Timer 556 erzeugt in dieser Schaltung nach Betätigen des Tasters ein ‘getimetes’ Meldesignal.

 

Pulstongeneratoren

Gegenüber einem Dauerton wird ein in regelmäßigen Abständen unterbrochener Ton (Puls- oder Intervallton) eher als Alarmsignal empfunden und ist in einer mit akustischen Signalen stark belasteten Umgebung besser auszumachen. Pulstongeneratoren können auf verschiedene Weise aufgebaut werden, das Prinzip ist jedoch immer gleich: Ein auf niedriger Frequenz arbeitender Intervallgenerator taktet den eigentlichen Tongenerator.

In Bild 40 sind beide Einheiten mit je einem Unijunction-Transistor aufgebaut. Am Emitter e von T1 (Punkt A) entsteht eine Sägezahnspannung, deren Frequenz sich im wesentlichen durch R2 und C1 bestimmt und hier ca. 5 Hz beträgt. Die Spannung am Emitter von T2 (Punkt B) folgt über R3 dem Punkt A, falls R4 fehlt. R4 ist nun so zu wählen, daß C2 zusätzlich Ladestrom erhält, so daß die Triggerspannung von T2 erreicht wird und die Anordnung T2, R4 und C2 sicher schwingt, unterbrochen nur vom 5-Hz-Takt des linken Generators. Mit Werten zwischen ca. 2 kOhm und ca. 100 kOhm für R4 (bei C2 = 47 n) läßt sich die Tonfrequenz im Bereich einiger hundert Hertz bis zu einigen kHz wählen. Mit einem Trimmer, z. B. 100 k, anstelle von R4, ist die Frequenz einstellbar, allerdings ist dem Trimmer ein Schutzwiderstand 1 k in Reihe zu schalten. Ersetzt man R4 durch einen LDR - mit einem Strombegrenzungswiderstand 4k7 in Reihe - so ertönt der Pulston bei Lichteinfall, wobei die Tonfrequenz mit der Lichtintensität zunimmt.

Bild 40. Pulstongenerator mit zwei Unijunction-Transistoren.

 

In Bild 41 sind Puls- und Tongenerator mit je zwei Gattern aus dem CMOS-IC 4011B aufgebaut. Der Pulsteil links erzeugt eine 10-Hz-Rechteckspannung, während der Tongenerator mit IClc, d auf ca. 5 kHz schwingt. Mit nur je einem Gatter aus dem 4fach-CMOS- Schmitt-Trigger 4093 B sind die beiden Generatoren in Bild 42 aufgebaut.

Bild 41. Pulstongenerator mit NAND-Gattern und Steuereingang.

 

Die ‘schnellen’ Impulse des 2-kHz-Tongenerators ICla werden von Gatter IClc nur dann fortgeschaltet, wenn der mit ca. 2 Hz recht langsame Pulsgenerator IClb eine positive Spannung (log. ‘1’) auf den Eingang Pin 4 legt. Die Schaltung wird mit log. ‘1’ an Punkt A aktiviert. Das vierte Gatter Die ‘schnellen’ Impulse des 2-kHz-Tongenerators ICla werden von Gatter IClc nur dann fortgeschaltet, wenn der mit ca. 2 Hz recht langsame Pulsgenerator IClb eine positive Spannung (log. ‘1’) auf den Eingang Pin 4 legt. Die Schaltung wird mit log. ‘1’ an Punkt A aktiviert. Das vierte Gatter des 4093 kann zur Umkehrung der Steuerfunktion benutzt werden. Schaltet man die 1-Gatter-Generatoren aus Bild 42 in Reihe, so läßt sich, wie Bild 43 zeigt, ein weiteres Gatter einsparen.

Bild 42. Varinante des Pulstongenerators. Das Vierte Gatter IC1d des 4093B kann zur Umkehrung der Steuerfunktion eingesetzt werden.

Bild 43. Pulstongenerator mit zwei Gattern. Die Lautsprecher-Treiberstufe ist für die Beschaltung mit einem Piezo-Hochtonlautsprecher ausgelegt.

 

Als Lautsprecher ist hier ein preiswerter Piezo-Hochtöner vorgesehen.Wie ein Pulstongenerator mit Timer-Bausteinen aufgebaut werden kann, geht aus Bild 44 hervor. IC1 schaltet über Dl den 800-Hz-Tongenerator ein und aus, die Pulsfrequenz liegt bei 1 Hz.

Bild 44. Zwei Timer-Bausteine 555 in einem Pulstongenerator.

 

Zweitongeneratoren

Die einfachste Form eines tonhöhenmodulierten Signals liefert der Zweitongenerator. Zur Wiedergabe eignen sich breitbandige Piezo- schallwandler und Lautsprecher.

Bild 45 zeigt eine Schaltung, die - sozusagen zur Abwechslung - mit dem wohl am meisten verbreiteten TTL-Logikbaustein, dem 4 fach-NAND-Gatter 7400 aufgebaut ist. Wie ersichtlich, kann ein TTL-Ausgang einen 8-Ohm-Lautsprecher unmittelbar treiben, allerdings reduziert der erforderliche Vorwiderstand den Wirkungsgrad beträchtlich. Zwei astabile Multivibratoren, die mit den Gattern 3 und 4 bzw. 5 und 6 aufgebaut sind, erzeugen zwei Tonsignale mit unterschiedlicher Frequenz. Ein dritter Multivibrator gleichen Typs mit den Gattern 1 und 2 schaltet wechselweise die Tongeneratoren ein. Deren Ausgangssignale gelangen über die Koppelkondensatoren C7 bzw. C8 auf den Lautsprecher.

Bild 45. Fast schon ein Oldtimer: das TTL-1C 7400 (genauer: 1 1/2 x 7400) in einem Zweitongenerator.

 

Mit Timer-ICs ist der Zweitongenerator etwas einfacher zu realisieren. Die Schaltung in Bild 46 erzeugt einen ‘Sound’ nach Art des englischen Polizeihorns. IC2 ist als Tongenerator geschaltet, IC1 als astabiler Multivibrator mit einer Rechteckfrequenz von 1 Hz. Mit diesem Signal wird IC2 über R3 frequenzmoduliert. Die Ausgangsfrequenz von IC2 wechselt zeitlich symmetrisch zwischen 500 Hz und 440 Hz, wobei jeder Schaltzyklus 1 s dauert.

Bild 46. Zweitongenerator mit Timer-Bausteinen 555.

 

Sirenen

Nicht nur für Spielzeug, sondern auch für Alarmanlagen und zur besseren Unterscheidbarkeit verschiedener Alarmfälle bieten sich Sirenen an. In Bild 47 erzeugt der mit T1, R1... R3 und C1 aufgebaute Generator eine Spannung, die (grob) einen sägezahnförmigen zeitlichen Verlauf hat. Die Generatorfrequenz liegt mit der angegebenen Dimensionierung bei einigen Hertz. Diese Spannung dient zur Frequenzmodulation des mit dem Timer-Baustein IC1 aufgebauten Rechteckgenerators am Steueranschluß Pin 5. Das Ergebnis ist ein Ton, dessen Frequenz periodisch zunächst schnell ansteigt, dann relativ langsam abnimmt. Dabei ist die Sirene allerdings so ‘schnell’, daß der Vorgang akustisch kaum bewußt verfolgt werden kann; vielmehr wird ein nicht allzu unangenehm klingender Sirenenton wahrgenommen.

Bild 47. Tongenerator mit dem ‘Sound’ einer Sirene.

 

Die Schaltung in Bild 48 erzeugt einen Alarmton, der dem amerikanischen Polizeihorn ähnlich ist. IC1 stellt einen astabilen Multivibrator dar, der mit ca. 6 s Periodendauer schwingt. Die an C1 entstehende annähernd dreieckförmige Spannung wird über den Emitterfolger T1 und den Widerstand R4 auf den Generator IC2 geführt, der auf diese Weise frequenzmoduliert wird. IC2 schwingt mit einer Mittenfrequenz von etwa 800 Hz. Beim Einschalten der Sirene hat die Frequenz zunächst einen niedrigen Wert, steigt dann 3 s an, fällt innerhalb der nächsten 3 s auf den Anfangswert usw.

Bild 48. Sirene. Signal: ähnlich dem amerikanischen Polizeihorn.

 

Kriegerische Töne schlägt die Schaltung in Bild 49 an. Das Signal startet bei einer niedrigen Frequenz, steigt dann innerhalb von 1,15 s auf eine hohe Frequenz an, setzt 0,35 s aus und beginnt wieder ‘unten’. Das Ganze klingt wie ‘klar zum Gefecht’ auf Kriegsschiffen. IC1 ist ein astabiler, unsymmetrischer Multivibrator; C1 wird fortwährend über R1, D1 geladen und über R2 entladen, so daß an C1 eine Sägezahnspannung mit steiler steigender Flanke und flacher Rückflanke entsteht. Diese Spannung liegt über Emitterfolger T1 und R5 an Anschluß 5 von IC2; somit erfolgt hier wie in Bild 48 wiederum Frequenzmodulation, jedoch mit einem ganz anderen Verlauf der Steuerspannung. Das an Anschluß 3 von IC1 erzeugte Rechtecksignal wird dazu benutzt, IC2 über Transistor T2 in bestimmten Phasen regelmäßig abzuschalten, nämlich während der raschen Reduzierung der Signalfrequenz auf den Anfangswert.

Bild 49. Kriegsschiff-Sirene.

 

‘Viel Alarm für wenig Geld’ bieten die folgenden Schaltungen, die sich zur Steuerung von Lautsprechern mit einer Belastbarkeit von 5 W, 10 W oder 20 W eignen. Da es nicht auf ‘hohe Wiedergabetreue’, sondern auf einen hohen Wirkungsgrad ankommt, sollte man den hart aufgehängten Typen den Vorzug geben oder gleich zu preiswerten Piezo-Hochtönern greifen.

 

Signalgeneratoren für hohe Ausgangsleistungen

In Bild 50 bilden die Transistoren T2, T3 einen astabilen Multivibrator, dessen Rechteckspannung einen Leistungstransistor vom Typ 2N3055 (T4) steuert, der seinerseits einen 8-Ohm-Lautsprecher treibt. Über Widerstand R3, der in einfachen Generatoren dieses Typs zwischen der Basis von T3 und +Ub liegt, wird hier die Generatorfrequenz moduliert. Der Unijunction-Transistor T1 bildet mit seiner Beschaltung einen Sägezahngenerator, dessen Frequenz mit dem Stellwiderstand RV1 beeinflußt werden kann. Mit dieser Sägezahnspannung erfolgt über R3 die Modulation des Tongenerators, so daß ein Sirenensignal erzeugt wird. Ersetzt man R3 durch eine Reihenschaltung aus Trimmer 100 k und Widerstand 680 Ohm, so entsteht eine weitere Möglichkeit zur Klangbeeinflussung.

 

Bild 50. Sirene mit Leistungsendstufe.

 

Die Schaltung Bild 51 erzeugt mit zwei Gattern des 4001 B ein unmoduliertes Rechtecksignal, das über eine Kette aus drei Transistorstufen mit zunehmender Verlustleistung läuft. Über zwei Verstärkerstufen T1, T2 und die ‘Leistungsendstufe’ T3, die jedoch ‘nur’ als Leistungsschalter fungiert, gelangt das Signal zum Lautsprecher. Für alle drei Transistoren sollte eine geeignete Kühlung vorgesehen werden. Als Ausgangsleistung wird ein Richtwert von 18 W bei 15 V Speisespannung angegeben.

 

Bild 51. Einfacher Tongenerator mit einer Ausgangsleistung von ca. 18 W an 4 Ohm.

 

Speziell auf die Verwendung eines Hochtonhorns als Signalgeber ist die Schaltung in Bild 52 zugeschnitten. Wie in ähnlich konfigurierten Sirenenschaltungen (siehe ‘Sirenen’, vorstehendes Kapitel) erzeugt ein Timer 555 (IC1) ein Signal, mit dem ein zweiter, ebenfalls astabil geschalteter Timer (IC2) über Pin 5 frequenzmoduliert wird. Das erzeugte Signal soll laut Schaltungsentwickler ähnlich klingen wie die ‘Viktorianische Ambulanz’ - was immer das sein mag. Ersetzt man R1 und R2 durch einen Trimmer 100 mit einem Vorwiderstand, wie im Bild angedeutet, so läßt sich die Modulationsfrequenz zwischen ca. 1 Hz und ca. 7 Hz einstellen. Zur Erhöhung der Lautstärke kann dem Lautsprecher ein zweites typengleiches Exemplar parallelgeschaltet werden. Weitere Hinweise: Wenn der Ausgang mit zwei Lautsprechern belastet ist und/oder die Speisespannung 6 V oder darüber beträgt, müssen für die Transistoren der komplementären Endstufe angemessene Kühlmaßnahmen vorgesehen werden; außerdem empfiehlt es sich dann, die Kapazität von C4 und C5 jeweils auf 470 µ heraufzusetzen. Auf C6 kann aufgrund der im Betrieb stark schwankenden Stromaufnahme in den meisten Fällen wohl nicht verzichtet werden. Mit C4, C5 = 220 µ und einem 8-Ohm-Lautsprecher gelten für die Stromaufnahme der Schaltung folgende Richtwerte:

 

4,5 V 100 mA

6 V 160 mA

9 V 250 mA

12 V 320 mA

15 V 400 mA

 

Sind zwei 8-Ohm-Lautsprecher angeschlossen, so verdoppelt sich jeweils die Stromaufnahme.

Bild 52. Sirene für 1.. .2 Piezo-Hochtonlautsprecher mit minimal 5 W Belastbarkeit.

 

Breitbandige Piezoschallgeber

Erst in jüngster Zeit sind sogenannte breitbandige Piezoschallgeber auf dem Markt erschienen. Die an anderer Stelle in den Laborblättern angegebenen Schalldruckkurven zeigen starke Schwankungen des Schalldrucks über der Frequenz. Daher ist beim Einsatz dieser Bauelemente Vorsicht geboten. Zwar können sie ohne weiteres einen schmalbandigen Typ ersetzen, wenn man sie auf einer günstigen Frequenz, also bei hohem Schalldruck betreibt. Die Breitbandcharakteristik soll jedoch den Einsatz in Signalgeneratoren mit veränderlicher Tonfrequenz ermöglichen. Vielleicht ist der noch unbefriedigende Frequenzgang die Ursache für den zögernden Einsatz dieser Bauelemente und der Grund für die geringe Anzahl bekannt gewordener Applikationsschaltungen. Praktisch ausgeschlossen ist die Verwendung breitbandiger Piezoschallgeber in solchen Schaltungen, in denen das Bauelement selbst zusammen mit (veränderlichen, gesteuerten) Widerständen und Kapazitäten zu den frequenzbestimmenden Elementen gehört. Hier treten beim Anstieg oder bei der Abnahme der Frequenz außer Schalldrucksprüngen auch die damit zusammenhängenden Impedanzsprünge des Wandlers störend in Erscheinung, so daß das Frequenzband nicht gleichmäßig ‘durchfahren’ wird. Das erzeugte Signal ist das Gegenteil von wohlklingend.

Besser ist das Ergebnis, wenn die (frequenzvariable) Generatorschaltung unabhängig von den Impedanzsprüngen des Schallgebers arbeiten und dem Element jede Frequenz ‘aufzwingen’ kann. Die Bilder 53...55 zeigen Schaltungen, die für breitbandige Piezoschallgeber der Serie SAT (Sonitron) angegeben werden. Der Dreitongenerator in Bild 53 ist grundsätzlich ähnlich aufgebaut wie andere Gatter- oder Invertergeneratoren. An der Entladung des frequenzbestimmenden Kondensators C1 sind hier jedoch zwei Gatter (1,2) beteiligt, die unabhängig von einander durch ‘ 1 ’- Signale an den Steuereingängen A und B ‘eingeschaltet’ werden können. Bei unterschiedlicher Einstellung von RV1 und RV2 ergeben sich, wie die Tabelle zeigt, die drei verschiedenen Tonfrequenzen 1, 2 und 3. Sind beide Eingänge log. ‘0’, so arbeitet der Generator nicht. Die als Inverter geschalteten Gatter 3 und 4 entkoppeln den Piezowandler vom Tonerzeugungsteil (Gatter 3) und erzeugen das invertierte Signal zur Erhöhung der Amplitude am Wandler (Gatter 4).

Bild 53. Gatter-Tongenerator für Piezoschallgeber. Über zwei Steuereingänge können drei verschiedene Tonhöhen mit Logiksignalen vorgegeben werden.

 

Bild 54 zeigt einen vergleichsweise aufwendigen Generator, dessen Frequenz mit RV1 eingestellt werden kann. Für RV1 ist ggf. ein veränderlicher Widerstand (LDR, NTC) oder ein steuerbarer Widerstand einzusetzen, so daß ein frequenzveränderliches Tonsignal erzeugt wird. Ein Operationsverstärker IC1b und seine Beschaltung bilden den Generator. IC1a teilt die Speisespannung und stellt sowohl den Generator als auch dem Piezotreiber IC1d auf eine mittlere Ausgangsspannung von 1/2 + Ub ein, so daß die maximale Signalamplitude bzw. Aussteuerung erreicht wird. IC1c ist als invertierter Impedanzwandler geschaltet; dieser OpAmp erzeugt das zu IC1d invertierte Signal, so daß sich die am Piezowandler auftretende Signalamplitude verdoppelt.

Bild 54. Generatorschaltung mit OpAmps für einen breitbandigen Piezoschallgeber.

 

Die in Bild 55 angegebene Schaltung ist ein (linearer) Verstärker mit Piezowandler als Schallgeber für Voice-Synthesizer. Die Operationsverstärker IC1a, c und d erfüllen dieselben Aufgaben wie in Bild 54. IC1b ist hier nicht als Generator geschaltet, sondern als NF-Verstärker. Legt man ein Audiosignal auf den Eingang, so läßt sich die Qualität eines breitbandigen Piezoschallwandlers im Vergleich zu einem Miniaturlautsprecher beurteilen. Die Schaltung ist jedoch, wie erwähnt, als NF-Endstufe in Voice-Synthesizern (elektronische Spracherzeugung) vorgesehen. RV1 dient hier zur Einstellung der Verstärkung (Lautstärke).

Bild 55. Verstärkerschaltung für Voice-Synthesizer mit Wiedergabe über einen breitbandigen Piezoschallgeber.

 

Tonfolgen, Melodien, Gong

Zum Abschluß dieser Laborblätter über die Erzeugung akustischer Signale sollen der Vollständigkeit halber auch einige jener Generatorschaltungen gezeigt werden, die im weitesten Sinne melodische Signale erzeugen. Solche Signale werden meistens spielerisch als Türglocke eingesetzt, lassen sich aber gelegentlich auch als Meldesignale nutzen.

Die Bilder 56.. .58 zeigen Tonfolgen- und Melodiegeneratoren. Die Schaltung Bild 56 enthält einen bistabilen Multivibrator oder Flipflop (IC 1), einen Transistorschalter (T1), zwei astabile Multivibratoren mit dem Timerbaustein 555 (IC2, IC4) und einen Dekadenzähler 4017B (IC3). Zwei Gatter des NOR-Bausteins 4001B bilden das Flipflop, das den Schalttransistor T1 steuert; dieser verbindet im aktivierten Zustand die beiden Timer- ICs mit der Speisespannung. Im Ruhezustand ist der Ausgang Pin 4 log. ‘1’, T1 sperrt also. In dieser Situation nehmen IC2 und IC4 keine Leistung auf; der Stromverbrauch der CMOS-ICs IC1 und IC3 ist vernachlässigbar. Die Gesamtstromaufnahme der Schaltung im Standby-Zustand liegt somit in der Größenordnung  1 µA Wird nun Taster S1 betätigt, so schaltet das Flipflop, sein Ausgang steuert T1 in den Leitzustand; die beiden als astabile Multivibratoren geschalteten Timer erhalten nun Speisespannung und erzeugen Rechteckimpulse. Die Impulsfrequenz von IC2 liegt bei einigen Hertz; dieser Baustein liefert also ‘langsame’ Takt- bzw. Zählimpulse für den Dekadenzähler IC3. Von den zehn Ausgängen des Dekadenzählers ist jeweils nur einer auf log. ‘1’; bei jedem Impuls am Takteingang wird der jeweils nächste Ausgang aktiviert. Die Widerstandskette R7... R1 1 liegt im frequenzbestimmenden Kreis des Tongenerators IC4, der den Lautsprecher unmittelbar steuert. Die Tonfrequenz hängt davon ab, an welcher Stelle die Widerstandskette mit Plus verbunden wird. Eine Tonfolge läßt sich nun durch bis zu neun Verbindungen zwischen den neun Dioden D1. . ,D9 und den Punkten A. . .E der Widerstandskette programmieren. Die Tonfolge besteht also aus bis zu neun Tönen mit fünf verschiedenen Tonhöhen. Läßt man eine Diode aus, so entsteht an dieser Stelle eine Pause. Nach dem Start der Tonfolge mit S1 erfolgt ein einmaliger Durchlauf der hier benutzten neun Zählerausgänge. Beim Eintreffen des zehnten Taktimpulses von 1C2 geht der Ausgang Pin 11 des Zählers auf log. ‘1’. Über R3 erfolgt dann der Reset des Flipflops in den Standby-Zustand, T1 sperrt und schaltet die beiden Timer-ICs ab. Ein einzelner Durchlauf der Tonfolge dauert 2 s.. .3 s.

Bei Dauerbetätigung des Tasters S1 repetiert die Schaltung ständig ihr Tonfolgeprogramm.

Bild 56. Türglocke mit neun Tönen in fünf verschiedenen Tonhöhen.

 

Das IC AY3-1350 von General Instruments (Bild 57) ist ein spezielles, vielseitiges Melodie-IC mit einem nordatlantischen Programm (siehe Tabelle I). Außer den 25 gespeicherten Melodien stehen drei Spezialklänge zur Verfügung. Maximal können vier Taster angeschlossen werden. Der zulässige Speisespannungsbereich ist mit 4,5 V. . .7 V angegeben. Die Stromaufnahme beträgt maximal 55 mA. Bild 57 zeigt die vollständige Beschaltung des ICs als maximal ausgebaute Türglocke. Zur Stromversorgung dient eine 9-V-Batterie, die im Standby-Zustand nur geringfügig belastet wird. Zum Betätigen der Türglocke wird einer der Taster Sa. . .Sc geschlossen. IC1 schaltet daraufhin den Transistor T1 in den Leitzustand; darin verbleibt T1 auch nach Loslassen des Tasters dank einer Steuerspannung, die nach dem Starten am Ausgang Pin 12 von IC1 erscheint. Nach Durchlauf der Melodie schaltet das IC den Transistor und damit sich selbst automatisch aus. Mit den Schaltern S1 und S2 kann jede der in der Tabelle angegebenen 25 Melodien gewählt werden. Mit dem Trimmer P1 läßt sich die Tonhöhe einstellen, mit P2 das Tempo. Beim Betätigen von Sc ertönt eine der Melodien aus der Gruppe AO. . .E0 in Abhängigkeit von der Schalterstellung S1. Wünscht man eine andere Fünfergruppe, so ist Pin 16 mit einem der Melodiewahl-Eingänge 1... 4 (Pins 9, 18, 19 oder 20) zu verbinden. Ist zum Beispiel Pin 16 mit Pin 18 (Melodiewahl 3) verbunden und steht der Schalter S1 in Stellung B, so ertönt die Melodie B3 (siehe Tabelle). Steht Schalter S1 in Stellung F, so ertönt keine Melodie. Die Taster haben dann folgende Funktion: Sa - Westminster-Gong; Sb - fallende Tonleiter (Standardfunktion); Sc - Zweiton-Gong.

Bild 57. Universelle Türglocke mit 25 gespeicherten Melodien und drei Zusatzklängen: Westminster-Gong, fallende Tonleiter, Zweiklang-Gong.

 

Tabelle I. Hit-Parade der im AY3-1350 gespeicherten Melodien.

 

Bild 58 zeigt das AY3-1350 in einer anderen Beschaltung. Die Schalter S1 und S2 entfallen, mit SD kann eine Melodie gewählt werden. Nach dem Durchlauf prüft das IC, ob zwischen den Anschlüssen 9 und 10 noch eine Verbindung besteht; ist der Taster noch gedrückt, so ertönt die nächste Melodie in der Reihenfolge nach Tabelle I. Nach Betätigen von SA wird die letzte Melodie wiederholt. Die beiden Taster SB und SC haben dieselbe Funktion wie in der Schaltung Bild 57. ln der Schaltung Bild 58 kann die Versorgungsspannung nicht - wie in Bild 57 - elektronisch abgeschaltet werden.

Bild 58. Türglocken-Schaltung mit vier Tastern und Folgemelodie-Automatik.

 

Mit dem SAB 0600 hat Siemens einen wohlklingenden, melodiösen elektronischen Dreiklang-Gong herausgebracht, der sich als Meldesignal für zahlreiche Zwecke einsetzen läßt. Siemens selbst schlägt vor, das IC als Rückfahrgong im Automobil zu verwenden. Die Ruhestromaufnahme des SAB 0600 liegt typisch unter 1 µA. Als Spitzenausgangsleistung gibt der Hersteller 160 mW an 8 Ohm an (beim dritten Ton des Gongs). Bild 59 zeigt eine Schaltung, bei der der Dreiklang-Gong mit dem Taster S1 ausgelöst wird. Die Stellung des Trimmers RV1 beeinflußt die Tonhöhe. Der Speisespannungsbereich wird von Siemens mit 7 V... 11 V angegeben.

Bild 59. Einfache, typische Schaltung für das IC SAB 0600 (Dreiklang-Gong).

 

Bild 60 zeigt eine erweiterte Schaltung mit dem SAB 0600, bei der mit zwei Tastern S1 und S2 zwei in Frequenz und Ablaufgeschwindigkeit unterschiedliche Meldesignale (Dreiklang-Gong) erzeugt werden. Bei Betätigen von S1 bestimmen R1 und C2 in üblicher Weise den Klangcharakter. Wird S2 betätigt, so schaltet ein aus zwei Transistoren T1, T2 diskret aufgebauter Thyristor den Widerstand R2 parallel zum frequenzbestimmenden Kondensator C2 nach Masse.

Bild 60. Rufunterscheidung mit zwei Tastern für das Dreiklang-Gong-IC SAB 0600.