Standard-Nf-Baugruppen

 

Vor- und Endverstärker mit bipolaren Transistoren

Der Aufbau von Hifi-Verstärkern mit sehr geringem Klirrfaktor ist heute ohne Transistoren kaum noch vorstellbar. Seit einigen Jahren werden in Hifi-Endstufen auch sehr gern MOS-Leistungstransistoren eingesetzt, wodurch sich häufig der Aufwand erheblich reduzieren läßt und die Temperaturstabilität der Schaltung wesentlich verbessert wird. Feldeffekt-Transistoren haben es allerdings trotz ihrer hervorragenden Eigenschaften bis heute nicht vermocht, den bipolaren Transistor ganz zu verdrängen. Man findet ihn nach wie vor in Vor- und Leistungsverstärkern. Die typischen, bewährten Standard-Schaltungen werden hier besprochen.

 

Niederfrequenzverstärker

Ein moderner Hifi-Stereo-Versläi- ker enthält zwei identische Verstärkerkanäle und verfügt im allgemeinen über mehrere Eingänge für unterschiedliche Signalquellen, die über Schalter oder Taster wählbar sind (z.B. Tuner, Bandgerät oder Kassetten-Rekorder, Plattenspieler und Leitungseingänge). Jeder der beiden Verstärkerzüge enthält eine entsprechend leistungsfähige Endstufe zur Speisung des Lautsprechers oder komplexerer Lautsprechersysteme. Für die meisten praktischen Anwendungen kann man sich jeden Kanal aus drei Einzelblöcken aufgebaut denken, siehe Bild 1.

Bild 1. Grundbausteine eines Kanals in einem Niederfrequenzverstärker.

 

Der erste Block enthält den Eingangswahlschalter und den oder die Vorverstärker. Man kann so jedem Eingang einen passenden Vorverstärker zuordnen, der entweder als Linearverstärker mit geeignetem Verstärkungsfaktor oder auch als Entzerrer-Vorverstärker (z.B. für magnetodynamische Tonabnehmer von Plattenspielern) ausgelegt sein kann. Am Ausgang dieses Vorverstärker-Blockes steht dann ein Signal geeigneten Pegels, das sich leicht weiterverarbeiten läßt.

Der zweite Verstärkerblock ist für die Lautstärkeeinstellung und die Frequenzgangkorrektur vorgesehen. Hier findet man beispielsweise gehörrichtige Lautstärkesteller, deren Korrekturnetzwerke häufig auch abschaltbar sind, die Baß- und Höheneinsteller sowie den Balancesteller. Der Block kann außerdem noch weitere Filter, wie Rausch- oder Rumpelfilter enthalten. Überdies könnten hier mehrere Eingänge miteinander gemischt werden, falls die Vorverstärker getrennt zugänglich sind.

Der letzte Block enthält den Leistungsverstärker, der für die gewünschte Leistung ausgelegt sein muß. Der Leistungsbereich umfaßt einige hundert Milliwatt bis mehrere 100 W. Die Endstufen sind auf minimalen Klirrfaktor getrimmt und für den Hörfrequenzbereich ausgelegt, wobei häufig die obere Grenzfrequenz über 100 kHz liegt. Weiterhin sind bei modernen Verstärkern die Endstufen mit einer automatischen Überlastsicherung und Schutzschaltungen gegen thermische Instabilität der Endstufen gesichert.

Alle drei Verstärkerblöcke werden in der Regel von einem gemeinsamen Netzteil gespeist, das durchaus sehr aufwendig gestaltet sein kann. So müssen beispielsweise die drei Verstärkerblöcke voneinander entkoppelt sein, um Rückwirkungen zu verhindern. Die Versorgungsspannungen der einzelnen Blöcke sind im allgemeinen elektronisch stabilisiert. Die Speisespannung für die Endstufe ist häufig nicht stabilisiert, da hier kurzzeitig in den Leistungsspitzen sehr hohe Ströme abgegeben werden müssen, so daß die elektronische Regelschaltung mit sehr leistungsfähigen und teuren Transistoren bestückt sein müßte. Abhilfe bei der Speisung von Hochleistungsendstufen bringt immer ein Elektrolyt-Kondensator besonders hoher Kapazität, der den Spitzenstrom liefert.

 

Einfache Vorverstärker

Der Vorverstärker muß richtig an die Signalquelle angepaßt sein und deren Signal entweder linear oder über ein Frequenzgangkorrektur- Netzwerk soweit verstärken, daß bei einer mittleren Eingangsspannung eine Ausgangsspannung von etwa 100 mV zur Verfügung steht. Da die Vorverstärker im allgemeinen niederohmige Ausgänge besitzen, ist ausgangsseitig die Gefahr der Brummeinstreuung oder der Beeinflussung durch irgendwelche andere Störungen schon wesentlich geringer. Das 100-mV-Signal gelangt dann an den Eingang des zweiten Verstärkerblocks.

Mikrofone und Abtastsysteme für Plattenspieler sind in zwei unterschiedlichen Konfigurationen erhältlich: als magnetodynamische (MD-) oder Keramik- bzw. Kristall- Systeme. Eine Ausnahme bilden die Elektret-Mikrofone. Dynamische Mikrofone bzw. MD-Abtastsysteme liefern eine sehr geringe Ausgangsspannung an einer niedrigen Ausgangimpedanz. Die nominelle Ausgangsspannung eines MD-Systems beträgt etwa 2 mV. Man benötigt daher zunächst Vorverstärker mit hoher Verstärkung. Keramik- bzw. Kristallsysteme haben eine hohe Ausgangsimpedanz und liefern Spannungen in der Größenordnung von etwa 100 mV. Für diese Signalquellen benötigt man daher Vorverstärker mit hoher Eingangsimpedanz und geringer Verstärkung.

Die meisten Mikrofone weisen einen verhältnismäßig geraden Frequenzgang auf, so daß man mit einem linearen Vorverstärker zurechtkommt. Der in Bild 2 angegebene Vorverstärker weist eine hohe Eingangsimpedanz auf, so daß Bild 2. Vorverstärker hoher Eingangsimpedanz für Kristall- oder Keramik-Tonabnehmersysteme.

Keramik- oder Kristallsysteme oder hochohmige Mikrofone direkt anschließbar sind. Der Verstärkungsfaktor hat den Betrag 1. Die Schaltung arbeitet als Emitterfolger mit einem Bootstrap-Netzwerk (C2-R3) und bietet eine Eingangsimpedanz von etwa 2 M Ω. R5 und C5 dienen zur Versorgungsspannungs-Entkopplung.

Die Schaltungen der Bilder 3 und 4 eignen sich als Mikrofon-Vorverstärker für dynamische Mikrofone.Bild 3. Vorverstärker für dynamische Mikrofone mit 45 dB Verstärkung.

 

Bild 4. Vorverstärker für dynamische Mikrofone mit 76 dB Verstärkung.

 

Der einstufige Verstärker in Bild 3 liefert etwa 45 dB Verstärkung (200-fach) und reicht für die meisten dynamischen Mikrofone aus. Der zweistufige Mikrofon-Vorverstärker in Bild 4 liefert 76 dB Spannungsverstärkung und ist speziell für dynamische Mikrofone geringer Empfindlichkeit ausgelegt. Wichtig ist, daß man für derartige Vorverstärker rauscharme Transistoren verwendet.

 

Entzerrer-Vorverstärker

Bild 5 zeigt die bei der Schallplattenaufnahme verwendete Schneidkennlinie, die von einer Frequenz- verzerrer-Schaltung erzeugt wird. Die gestrichelte Linie zeigt den idealisierten Verlauf dieser Frequenzgangkurve, während die durchgezogene Linie den tatsächlichen, in der Praxis vorkommenden Verlauf darstellt.

Betrachtet man die idealisierte (gestrichelte) Linie in Bild 5 genauer, sieht man, daß der Frequenzgang zwischen 500 Hz und 2120 Hz gerade ist, oberhalb 2120 Hz mit 6 dB pro Oktave (20 dB pro Dekade) ansteigt und unterhalb 2120 Hz mit 6 dB pro Oktave bzw. 20 dB pro Dekade zwischen 500 Hz und 50 Hz abfällt. Unterhalb 50 Hz ist der Frequenzgang wieder gerade.

Es gibt viele und sehr gewichtige Gründe, weshalb Schallplatten mit einem Frequenzgang nach Bild 5 geschnitten werden. Das wichtigste Ergebnis sind Aufnahmen mit einem großen Signal/Störabstand und hohem Dynamikbereich. Beim Abspielen einer derart aufgenommenen Schallplatte muß das Ausgangssignal des Abtastsystems einem Vorverstärker zugeführt werden, der ein Frequenzgang-Kompensationsnetzwerk enthält, das exakt den invertierten Verlauf des in Bild 5 dargestellten Frequenzgangs aufweist, so daß der Frequenzgang des ursprünglich auf die Schallplatte aufgezeichneten Signals zurückgewonnen wird.

Bild 5. Typische Wiedergabe-Kennlinie einer Schallplatte ohne Entzerrung (Aufnahme-Schneidkennlinie).

 

Die in Bild 6 dargestellte Kurve entspricht der ‘RIAA’-Entzerrung, die von der Record Industry Association of America festgelegt wurde. Diese Entzerrerkurve stimmt bis auf geringfügige Verschiebungen mit der DIN-Entzerrung überein. Ein Vorverstärker mit RIAA-Ent- zerrung läßt sich leicht herstellen, indem zwei frequenzabhängige RC-Gegenkopplungsnetzwerke in einen Linearverstärker eingefügt werden, so daß die Verstärkung bei steigender Frequenz abnimmt. Das eine Netzwerk ist zur Korrektur des Bereiches 50 Hz... 500 Hz verantwortlich, das zweite für den Frequenzbereich 2120 Hz.. .20 kHz. Der Vorverstärker in Bild 7 weist genau diesen Frequenzgang auf.

Bild 6. Wiedergabe-Entzerrung nach RIAA-Norm.

Die Korrekturschaltung nach Bild 7 kann mit jedem beliebigen Tonabnehmersystem verwendet werden. Bei einer Eingangsfrequenz von 1 kHz und 6 mV Eingangsspannung liefert der Verstärker etwa 1 V Ausgangsspannung. Die Entzerrerkurve weicht zwischen 40 Hz und 12 kHz nur um etwa 1 dB von der Standard-Entzerrerkurve ab. Der Transistor T3 arbeitet als Emitterfolger bzw. Pufferstufe und stellt ein niederohmiges Ausgangssignal an RV1 zur Verfügung.

 

Bild 7. Vorverstärker mit RIAA-Entzerrer-Kennlinie für magnetodynamische Tonabnehmersysteme (MD-Systeme).

Keramische bzw. Kristalltonabnehmersysteme liefern eine schlechtere Signalqualität als MD-Systeme, geben dafür aber wesentlich höhere Spannungen ab. Für diese Systeme genügt ein einfaches Entzerrernetzwerk. In den Bildern 8 und 9 sind zwei brauchbare Entzerrervorverstärker für keramische bzw. Kristalltonabnehmersysteme angegeben.

Bild 8. Vorverstärker mit RIAA-Entzerrung für Keramik- oder Kristall-Tonabnehmersysteme.

Die Schaltung in Bild 8 eignet sich für jedes keramische Abnehmersystem, dessen Kapazität zwischen 1000 pF und 10000 pF liegt. Der Verstärker enthält zwei Entzerrernetzwerke (C1-R2 und C2-R3). Die Abweichung von der Standard-Entzerrerkurve zwischen 40 Hz und 12 kHz ist nicht größer als 1,6 dB.

Die Entzerrer-Vorverstärker-Schaltung in Bild 9 eignet sich nur für Keramik- bzw. Kristall-Tonabnehmer-Systeme, deren Eigenkapazität im Bereich 5000 pF.. . 10000 pF liegt, da diese Kapazität einen Teil des Gegenkopplungsnetzwerkes darstellt. Der zweite Teil des Netzwerkes wird von C1-R3 gebildet. Bei einer Eingangsfrequenz von 50 Hz bietet dieser Vorverstärker eine hohe Eingangsimpedanz (ca. 600 kΩ ) und belastet das Tonabnehmersystem nur geringfügig. Bei steigender Frequenz nimmt die Eingangsimpedanz des Vorverstärkers ab und belastet das System stärker. Dadurch nimmt die Ausgangsspannung des Abtastsystems ab und man erreicht so den gewünschten Effekt. Die Entzerrung ist für die meisten praktischen Anwendungen völlig ausreichend.

Bild 9. Alternativer Schaltungsvorschlag eines Vorverstärkers mit RIAA-Entzerrung für Keramik- oder Kristall-Tonabnehmer.

 

Universal-Vorverstärker

Nf-Verstärkeranlagen benötigen oft einen Vorverstärker mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften: zum Beispiel hohe Verstärkung und linearer Frequenzgang für dynamische Mikrofone, geringe Verstärkung und linearer Frequenzgang für den Tuner und hohe Verstärkung .und entsprechende Entzerrung für MD-Tonabnehmer-Systeme.

Um all diese Forderungen erfüllen zu können, verwendet man im Normalfall nur einen Vorverstärker, jedoch mit umschaltbarer Entzerrung, wie er in Bild 10 gezeigt ist. Diese Schaltung besteht aus einem Linearverstärker mit sehr hoher Grundverstärkung, der Frequenzgang läßt sich durch umschaltbare RC-Netzwerke im Gegenkopplungszweig verändern. Steht beispielsweise der Eingangsschalter in der oberen Position, legt S1a den Verstärkereingang auf den Eingang für MD-Tonabnehmersysteme, S1b schaltet das aus C4-R7-C5 bestehende Gegenkopplungsnetzwerk ein. Mit den übrigen Schalterpositionen von S1a lassen sich die anderen Eingänge wählen, wobei S1b entsprechende Gegenkopplungswiderstände Gegenkopplungswiderstände (R8, R9 und R10) in den Gegenkopplungspfad des Vorverstärkers legt. Die Werte der Gegenkopplungswiderstände müssen an die Signalquellen angepaßt werden. Sie liegen im allgemeinen zwischen 10 kΩ und 10 MΩ .

Bild 10. Schaltung eines universellen Vorverstärkers.

Lautstärkesteller

Die Lautstärkesteller liegen normalerweise zwischen dem Ausgang des Vorverstärkers und dem Eingang des Netzwerkes zur Frequenzgangbeeinflussung. Als Lautstärkesteller findet man sowohl Stufenschalter als auch Potentiometer. Das Potentiometer kann Bestandteil einer aktiven Schaltung sein, wie in den Bildern 7...9 gezeigt. Nachteilig ist hier allerdings, daß ein schnelles Verstellen des Potentiometerabgriffs einen Gleichspannungssprung auf die folgende Stufe überträgt, wodurch undefinierbare Einflüsse auf die nachfolgenden Verstärkerstufen stattfinden und meistens recht laute Kratz- und Knackgeräusche hörbar werden.

Die Blockdarstellung in Bild 11 zeigt die ideale Beschaltung und Einbauposition eines Lautstärkestellers. Das Potentiometer ist über den Koppelkondensator C1 gleichspannungsmäßig vom Ausgang des Vorverstärkers abgetrennt. Zwischen dem Abgriff des Potentiometers und dem Eingang der nachfolgenden Stufe liegt ebenfalls ein Trennkondensator (C2); somit fließt kein Gleichstrom durch das Poti, es entstehen erst gar keine Gleichspannungssprünge, die nach hinten übertragen werden könnten. Für RV1 ist naturgemäß ein Potentiometer mit logarithmischer Kennlinie zu verwenden.

Bild 11. Ideale Anordnung und Gestaltung eines Lautstärkestellers.

 

Passive frequenzabhängige Netzwerke

Das Netzwerk zur Frequenzgangbeeinflussung ‘verbiegt’ den  Gesamtfrequenzgang des Verstärkers, um ihn an die erforderlichen Gegebenheiten anzupassen oder bestimmte Effekte zu erzielen. Man kann so beispielsweise die tiefen Frequenzen anheben, falls die Lautsprecher nicht in der Lage sind, tiefe Frequenzen vernünftig wiederzugeben oder hohe Frequenzen absenken, falls man ältere Schallplatten abspielt, die schon ein wenig rauschen.

Netzwerke zur Beeinflussung des Frequenzgangs bestehen im Prinzip immer aus RC-Gliedern, die im Signalpfad angeordnet sind. Da keine aktiven Bauelemente in diesen Netzwerken Vorkommen, wird man immer mit einer Signalabschwächung rechnen müssen. Die Netzwerke können natürlich auch in die Gegenkopplungspfade von einfachen Transistorverstärkern eingefügt werden, womit man einen Verstärker mit ‘verbogenem’ Frequenzgang enthält. Derartige Schaltungen nennt man ‘aktiv’.

In Bild 12a ist eine typische Schaltung zur Beeinflussung der tiefen Frequenzen angegeben. Die Bilder 12b... 12d vermitteln einen Eindruck über den Einfluß von unterschiedlichen Einstellungen des Potentiometers RV1 (Anhebung, Absenken, gerader Frequenzgang).

Bild 12. Schaltung eines Frequenzgang-Korrekturnetzwerkes für niedrige Frequenzen und die Verhältnisse bei signifikanten Stellungen des Potentiometers.

 

Bei der tiefsten Frequenz sind C1 und C2 sehr hochohmig, so daß nach Bild 12b (Baßanhebung) die Schaltung einem Spannungsteiler 111 kΩ : 101 kΩ entspricht und die tiefen Frequenzen nur geringfügig abschwächt. In Bild 12c (Baßabsenkung) wirkt die Schaltung wie ein Spannungsteiler 110 kΩ : 1 kΩ und bringt ungefähr 40 dB Signalabschwächung. Befindet sich RV1 in der Mittenposition, wie sie in Bild 12d dargestellt ist (90 kΩ oberhalb des Abgriffs von RV1 und 10 kΩ unterhalb) bildet die Schaltung einen Spannungsteiler 100 kΩ : 11 kΩ und bewirkt bei allen Frequenzen eine Abschwächung von etwa 20 dB. Man erreicht mit dieser einfachen Schaltung eine Anhebung oder Absenkung der tiefen Frequenzen von 20 dB in Bezug auf den mittleren, geraden Frequenzgang.

Die Schaltung in Bild 13 dient zur Beeinflussung der hohen Frequenzen. Diese Schaltung liefert ebenfalls maximal 20 dB Anhebung oder Abschwächung, bezogen auf den geraden Frequenzgang, wenn der Abgriff von RV1 in der Mitte steht.

Bild 13. Schaltung eines Frequenzgang-Korrekturnetzwerkes für hohe Frequenzen.

 

Bild 14 zeigt eine Kombination der Schaltungen aus Bild 12a und Bild 13a und arbeitet als wirkungsvolles Frequenzgangkorrektur-Netzwerk, mit dem sich sowohl die tiefen als auch die hohen Frequenzen beeinflussen lassen. Der Eingang dieses Netzwerkes kann mit dem Abgriff des Lautstärkestellers verbunden sein. Der Ausgang der Schaltung führt dann auf den Endverstärker. Widerstand R5 zwischen dem Baß und dem Höhen-Netzwerk dient zur Entkopplung und verhindert Rückwirkungen.

Bild 14. Passives Frequenzgang-Korrekturnetzwerk für hohe und niedrige Frequenzen.

 

Aktive frequenzabhängige Netzwerke

Die Signalabschwächung des passiven Netzwerkes ist eine unangenehme Eigenschaft. Wenn man dagegen ein frequenzabhängiges Gegenkopplungsnetzwerk in einer Verstärkerstufe verwendet, so beeinflußt man hierdurch frequenzabhängig die Verstärkung und vermeidet die Signalabschwächung des passiven Netzwerkes. Eine einfache, aber sehr wirkungsvolle Schaltung, die die eben geschilderten Nachteile des passiven Netzwerkes vermeidet, zeigt Bild 15.

Bild 15. Aktive Frequenzgang-Korrektur für hohe und niedrige Frequenzen.

 

Bei genauer Betrachtung dieser Schaltung fällt auf, daß der Zweig, der die tiefen Frequenzen beeinflußt, einer vereinfachten Version der in Bild 12a dargestellten Schaltung entspricht, wobei die zwei Kondensatoren aus Bild 12a durch einen einzigen 39-nF-Kondensator (C2) ersetzt sind. Ebenso entspricht auch der Teil zur Höhenbeeinflussung einer vereinfachten Version der Schaltung in Bild 13a. Die beiden Widerstände RI und R2 der Schaltung in Bild 13a fehlen. Die Widerstände R3 und R4 passen die unterschiedlichen Amplitudengänge des Höhen- und Tiefennetzwerkes an.

 

Mischer

Eine sehr sinnvolle Maßnahme im Bereich der Lautstärke- und Frequenzgangkorrektursteller eines Nf-Verstärkers ist der Einbau eines sogenannten Mischers, mit dem sich mehrere Signalquellen mischen lassen.

In Bild 16 ist eine sehr einfache Mischschaltung angegeben, die über drei Eingänge verfügt. In jedem Eingang dient ein 100-nF-Kondensator (CI) und ein 100 kΩ - Widerstand (RI) zur Entkopplung der einzelnen Eingänge und bietet den Signalquellen eine Eingangsimpedanz von etwa 100 kΩ . Diese Schaltung ist natürlich nicht auf nur drei Eingänge beschränkt.

 

Bild 16. Mischer für drei Nf-Signalquellen.

 

Der Mischer sollte zwischen dem Ausgang des Frequenzkorrekturnetzwerkes und dem Eingang des Leistungsverstärkers angeordnet werden. An den einen Eingang geht dann der Ausgang des Frequenzgangkorrekturnetzwerkes. Auf die anderen Eingänge arbeiten die anderen Signalquellen; sind diese nicht angeschlossen bzw. nicht eingeschaltet, sind also Eingänge des Mischers frei, so sollten diese geerdet werden.

 

Hoch- und Tiefpaßfilter (Rausch- und Rumpelfilter)

Beim Abspielen älterer Schallplatten treten häufiger Rausch- und Rumpelgeräusche auf, letztere werden auch oft vom Abspielgerät verursacht. Das Rauschen besteht aus höherfrequenten Anteilen (meistens oberhalb 10 kHz), die durch Ungleichmäßigkeiten der Rillenoberfläche entstehen. Das Rumpelgeräusch setzt sich ausschließlich aus tieffrequenten Anteilen zusammen (normalerweise unter 50 Hz) und entsteht im allgemeinen durch geringfügige Drehzahlschwankungen des Motors oder durch mangelhafte Zentrierung der Platte.

Beide Störeinflüsse lassen sich erheblich vermindern, indem zwischen Plattenspielerausgang und Verstärkereingang geeignete Filter eingeschleift werden, die die störenden Frequenzanteile unterdrücken. Geeignete Schaltungen sind in den Bildern 17 und 18 dargestellt.

Das Rumpelfilter in Bild 17 arbeitet als Hochpaß, dessen Verstärkung bei Frequenzen über 50 Hz gerade 1 beträgt. Bei Frequenzen unterhalb 50 Hz beträgt der Verstärkungsabfall 12 dB pro Oktave. Das bedeutet, daß Frequenzen von 5 Hz gegenüber Signalanteilen von 50 Hz bereits 40 dB abgeschwächt sind.

Bild 17. 50-Hz-Rumpel- oder Hochpaßfilter.

 

T1 arbeitet hier als Emitterfolger. Der Arbeitspunkt wird mit dem Spannungsteiler R1/R2 eingestellt. R2 ist mit C3 wechselspannungsmäßig überbrückt. Der Filtereffekt entsteht durch das Gegenkopplungsnetzwerk R3/C2/C1/R4, so daß die Gesamtschaltung als sogenanntes aktives Filter arbeitet. Die Grenzfrequenz läßt sich durch Ändern der Werte von C1 und C2 auf jeden beliebigen Wert einstellen. Zu beachten ist, daß C1 und C2 gleiche Werte aufweisen müssen. Halbiert man beispielsweise die Werte von C1 und C2 (110 nF), steigt die Grenzfrequenz auf 100 Hz.

Das Rauschfilter in Bild 18 arbeitet als Tiefpaß, dessen Verstärkung für Frequenzen unterhalb 10 kHz gerade 1 beträgt. Für Signalanteile oberhalb 10 kHz beträgt der Abfall 12 dB pro Oktave. Die Schaltung entspricht im Prinzip der von Bild 17, allerdings sind hier anstelle der Widerstände Kondensatoren eingebaut und anstelle der Kondensatoren Widerstände. Das Netzwerk aus C2/R4/C4/R5 bildet das Filter. Mit den Werten von C2 und C4 kann man die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters verändern. Werte von 3,3 nF für C2 und C4 bewirken zum Beispiel eine Verringerung der Grenzfrequenz auf 7,5 kHz.

 

Bild 18. 10-kHz-Rausch- oder Tiefpaßfilter.

 

Man kann beide Filter (Hoch- und Tiefpaß) kombinieren, so daß ein Rumpel- und Rauschfilter entsteht. Beide Filter können bedenkenlos hintereinander geschaltet werden. Wird die Filterwirkung nicht benötigt, kann man das eine oder auch beide Filter mit einem Schalter überbrücken. Diese Anordnung ist in der Blockdarstellung Bild 19 angegeben.

Bild 19. Kombiniertes Rumpel/Rauschfilter mit Umschaltmöglichkeit.

 

Einfache Nf-Leistungs-verstärker

Der einfachste Weg, einen Niederfrequenz-Leistungsverstärker geringer bis mittlerer Ausgangsleistung zu realisieren, besteht in der Verwendung eines der auf dem Markt angebotenen ICs. Häufig sind jedoch Transistoren vorhanden, aus denen sich ein brauchbarer Verstärker aufbauen läßt. Die Standard-Schaltungen sind nämlich recht einfach. Typische Beispiele sind in den Bildern 20.. .22 angegeben.

Bild 20 zeigt einen Kleinleistungsverstärker mit hoher Gesamtverstärkung, dessen Endstufe im A-Betrieb arbeitet. Der Lastwiderstand (Lautsprecher, Kopfhörer) muß größer als 65 £2 sein, damit der Endstufen-Transistor nicht  überlastet wird. Der typische Ruhestrom der Schaltung beträgt etwa 20 mA. Er läßt sich durch Vergrößern des Wertes von R3 verringern.

T1 und T2 arbeiten in Emitterschaltung. Der Kollektor von T1 ist direkt mit der Basis von T2 verbunden. Die Verstärkung dieser Schaltung beträgt typisch etwa 80 dB. Der Emitterwiderstand von T2 (R3) ist mit C3 überbrückt, um die Gegenkopplung für Wechselspannungen unwirksam zu machen. Die Emitterspannung von T2 folgt so der mittleren Kollektorspannung von T1. Die Basisvorspannung für T1 wird über R2 vom Emitter des Transistors T2 abgeleitet. Dank der Gleichstromgegenkopplung sind die Arbeitspunkte beider Transistoren stabilisiert. Mit dem Potentiometer RV1 läßt sich die Eingangsempfindlichkeit den jeweiligen Erfordernissen anpassen.

Bild 20. Kleinleistungs-Nf-Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor für allgemeine Anwendungen. 

 

Bild 21 zeigt die einfachste Form eines Niederfrequenzverstärkers mit Komplementär-Gegentaktendstufe, die im AB-Betrieb arbeitet. Dieser Verstärker kann knapp 1 W an einen 4-Ω-Lautsprecher abgeben. T1 arbeitet in Emitter-Schaltung. Als Kollektorwiderstand von T1 wirken (gleichstrommäßig) der Lautsprecher LS1 (vernachlässigbar), der Widerstand R1 und das Poti RV2.

Bild 21. Einfacher 1-W-Nf-Verstärker.

R1 liegt nicht direkt an der Speisespannung, sondern an der Verbindung C2/LS1. Durch diese Schaltungsauslegung (bootstrap) wird eine hohe Wechselspannungsverstärkung bei geringer Gleichstromverstärkung erreicht, wodurch die Arbeitspunkte stabil bleiben. Die Basis von T1 erhält ihren Steuerstrom über den Widerstand R4. Diese Gleichstrom-Gegenkopplung vom Ausgang des Verstärkers auf die Basis des Eingangstransistors bewirkt eine weitere Stabilisierung.

R2 muß so eingestellt werden, daß bei geringer Aussteuerung nur geringfügige Verzerrungen hörbar werden. Diese Verzerrungen nennt man Übernahmeverzerrungen. Da jeder der beiden Komplementär-Transistoren in der Endstufe nur eine Halbwelle des Wechselspannungssignals verstärkt, müssen die Übergänge beider Halbwellen sehr genau zusammenpassen, damit der Gesamtklirrfaktor niedrig bleibt. Stellt man mit RV2 einen falschen Arbeitspunkt ein, wird der Übergang beider Halbwellen im Nulldurchgang  eben nicht genau erreicht. Ein guter Kompromiß liegt im Bereich 10 mA... 15 mA.

Die Schaltung in Bild 22 bietet einen etwas komplexeren Aufbau. Dafür kann dieser Verstärker auch etwa 10 W an einen 8-Ω-Lautsprecher abgeben, bei einer Speisespannung von 30 V. Es wird eine Quasi-Komplementär-Endstufe (T3... T6) verwendet.

 

Bild 22.10-W-Nf-Verstärker 

 

Die Arbeitspunkteinstellung geschieht mit der „Transistordiode“ T1. Der Hauptarbeitswiderstand (Kollektorwiderstand) R2 des Transistors T2 wird über C2, der am Ausgang liegt, für Wechselspannungen scheinbar erhöht. R3 dient zur Arbeitspunkteinstellung von T1, der so eingestellt werden muß, daß die mittlere Ausgangsspannung etwa der halben Speisespannung entspricht. Notfalls muß man vorübergehend für R3 ein Potentiometer einbauen, dann den Arbeitspunkt korrekt einstellen, den Wert von R3 ausmessen und einen entsprechenden Festwiderstand einbauen. Die obere Grenzfrequenz des Verstärkers wird durch den Kondensator C3 bestimmt, der zur Stabilität der Schaltung entscheidend beiträgt. C5/R8 dienen ebenfalls zur Stabilisierung und verhindern wildes Schwingen.