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Audio-Endstufe
www.elektor-magazine.de | September 2013 | 21
rem Endverstärker wird nur der positive Zweig
der Betriebsspannung überwacht, denn sie ist die
Betriebsspannung der Schutzschaltung (T6...T10).
Wenn die Betriebsspannung ausfällt, kann durch
die Relaiswicklung kein Strom fließen.
Die DC-Sicherung besteht aus den Transistoren T7
und T8 sowie der RC-Kombination R23/C15, die
Zeitkonstante beträgt 3,3 s. Das erscheint zwar
recht lang, doch mit steigender Gleichspannung
am Ausgang verkürzt sich die Zeit, bis T7 oder
T8 den Kondensator C16 entladen. Sobald eine
positive Offset-Spannung am Ausgang den Wert
0,55 V übersteigt, leitet T8, so dass das Relais
über T9 und T10 abgeschaltet wird. Bei einer
negativen Offset-Spannung am Ausgang unter
-0,85 V wird T7 aktiv.
Ferner werden die Trafospannungen überwacht,
so dass das Relais nach Unterbrechen der Netz
-
spannung oder Ausfall einer Sicherung abschal-
tet. Damit keine Masseschleife entsteht, sorgt
Optokoppler IC3 für die galvanische Trennung
zwischen Trafo- und Schutzschaltung. Span
-
nungsteiler R19/R20 ist so bemessen, dass die
LED des Optokopplers bereits bei Ausfall einer
Trafo-Halbspannung verlischt. C16, R25 und R26
bestimmen die Zeit, die vergeht, bis das Relais
die Lautsprecherbox nach Einschalten der Netz
-
spannung anschaltet (etwa 6 s).
Das Relais ist ein Typ, der mit 48 V gesteuert
wird, seine Wicklung liegt über 1 kΩ (R29) an
der positiven Betriebsspannung +56 V. Falls ein
48-V-Relais nicht beschaffbar ist, kann ein 24-V-
Typ als Ersatz dienen. Dann muss R29 den Wert
Wechselspannung 2 ∙ 40 V~ bereit. Für den Mus
-
teraufbau des Endverstärkers kam ein preis-
günstiger 500-VA-Trafo zum Einsatz, dessen
Ausgangsspannung bei hoher Belastung relativ
stark einbrach. Mit einem Netztrafo, der sich sta
-
biler verhält, sind Ausgangsleistungen höher als
angegeben erreichbar.
Schutzmaßnahmen
Zwar ist zu hoffen, dass der Endverstärker stets
problemlos seinen Zweck erfüllt. Doch leider lehrt
die Erfahrung, dass jedes elektronische System
(auch eine Audio-Endstufe...) ausfallen kann.
Bei fortdauernder Vollaussteuerung und unzu
-
reichender Kühlung können sich die Endtransis-
toren stark aufheizen, was die Lebensdauer die-
ser Halbleiter verkürzt. Defekte Transistoren ver-
halten sich meistens wie Kurzschlüsse zwischen
den Anschlussleitungen. Wenn die Ströme nicht
von Sicherungen abgeschaltet werden, gelan
-
gen hohe Gleichspannungen zum Verstärker-
ausgang, sie können die angeschlossene Laut-
sprecherbox irreparabel beschädigen. Deshalb
gehört eine DC-Sicherung grundsätzlich in jeden
Audio-Endverstärker.
Nach dem Einschalten braucht der Endverstärker
einige Sekunden, bis sich die Gleichspannungs
-
einstellung stabilisiert hat. Wie auch bei anderen
Endverstärkern üblich wird die Lautsprecherbox
von einem Relais angeschaltet. Die Relaiskontakte
dürfen erst schließen, wenn die Betriebsspan
-
nung ihre volle Höhe erreicht hat und der Aus-
gang nahezu gleichspannungsfrei ist. Bei unse-
Kühlung
Nicht nur für die Treiber- und Endstufentransistoren, auch für den LME49811 (IC1) müssen Maßnahmen zur Kühlung
getroffen werden. Von IC1 wird die Wärme über eine 2,5 ∙ 8 cm große und 2 mm starke Kühlplatte aus Aluminium
abgeleitet. Bei der Betriebsspannung ±56 V werden hier etwa 2 W in Wärme umgesetzt.
Der Kühlkörper der Endtransistoren stellt einen Kompromiss zwischen der geschätzten mittleren Verstärkeraussteuerung
und den Abmessungen dar. Permanente Vollaussteuerung würde einen überdimensionalen Kühlkörper oder eine Kühlung
mit einem leistungsstarken Lüfter erfordern. Der empfohlene Kühlkörper von Fischer erlaubt Spitzenbelastungen des
Endverstärkers während kurzer Perioden bis hin zu einigen Minuten. Mit 10 cm Höhe ist dieser Kühlkörper noch immer
vergleichsweise stattlich. Der thermische Widerstand beträgt 0,7 W/K, wegen der potentiellen Gefahr der Überhitzung darf
er keinesfalls höher sein.
Im Detail betrachtet: Mit der stabilisierten Betriebsspannung ±56,8 V liefert der Audio-Endverstärker an 4 Ω fast 300 W,
wobei die Verzerrungen 0,1 % betragen. Wenn der Wirkungsgrad 68,5 % beträgt, müssen 137 W als Wärme abgeführt
werden. Unter der Annahme, dass das Signal sinusförmig ist, würde die Temperatur der Endtransistoren im Dauerbetrieb
die Umgebungstemperatur um mehr als 90 °C übersteigen. Auch die Emitterwiderstände R10 und R11 (5-W-Typen) wären
an der Grenze ihrer Belastbarkeit angekommen. Eine solche extreme Situation kann bei der Wiedergabe von Musiksignalen
nicht eintreten. Ergänzend sei hinzugefügt, dass die Hersteller von Audioverstärkern die Kühlung ihrer Endstufen niemals für
Dauerspitzenbelastungen mit sinusförmigen Signalen auslegen.