Page 16

EM_22_04-16

feature Strom wird übertragen. Abbildung 9 zeigt den resultierenden Spannungs-verlauf 16 | 17 einer PWM. Diese Pulswei-tenmodulation kann auch für ande-re Anwendungen genutzt werden. Sie kennen sicher das Phänomen flim-mernder LEDs auf Keyboards und an-deren technischen Geräten in Inter-netvideos. Die Helligkeit der LEDs wird ebenfalls mit einer PWM-Schal-tung gesteuert. Da LEDs sehr schnell reagieren, flimmern sie tatsächlich, was das Auge auf Grund seiner Träg-heit in der Realität aber nicht wahr-nimmt. Da Videos mit einer nicht zur Schaltfrequenz synchronen und rela-tiv geringen Bildfolge aufgezeichnet werden, wird die LED mal im ein- und mal im ausgeschalteten Zustand foto-grafiert und das Flimmern wird deut-lich sichtbar. Bei schlecht realisierten und mit langsamen Schaltfrequenzen ausgeführten PWM-Schaltungen ist dieses Flimmern auch mit bloßem Auge erkennbar. Wer auf dem Weih-nachtsmarkt schnell den Kopf bewegt wird merken, dass viele der aufge-hängten LED-Lichterketten ebenfalls durch Flimmern auffallen. Zurück zum Klasse D-Betrieb eines Audioverstär-kers. Die Effektivspannung am Aus-gang der Schaltung entspricht propor-tional dem Eingangssignal der Puls-weitenmodulation, ist jedoch mit der hohen Schaltfrequenz überlagert. Aus diesem Grund muss dem Ausgang ein Tiefpassfilter nachgeschaltet wer-den, welches die unerwünschten Fre-quenzen entfernt. Das eigentliche Pro-blem stellen jedoch nicht die hochfre-quenten Störanteile selbst, sondern ihre Intermodulationsprodukte dar. Diese können nicht alle mit Filtern entfernt werden, da sie zum Teil bis ins Audioband hineinreichen. Es müs-sen also andere Lösungen gefunden werden, um die Entstehung von In-termodulationsverzerrungen direkt zu verringern. Mit steigender Audiofre-quenz wird es schwieriger hohe Leis-tungen zu erzeugen. Hierfür müsste die Schaltfrequenz drastisch erhöht werden, was sehr schnelle Bauteile erfordert. Da diese jedoch zurzeit noch aufwändig und teuer sind, ha-ben sich einige Hersteller von aktiven Studiomonitoren dazu entschieden, gemischte Verstärker zu verwenden (Abbildung 10). Für den Hochtonbe-reich kommen leistungsfähige AB-End-stufen zum Einsatz. Für den Bassbe-reich kann jedoch eine sehr effektiv arbeitende Digitalendstufe verwen-det werden. Die Schaltfrequenz muss hier nicht übertrieben hoch sein, was die Unterdrückung von Intermodula-tionen deutlich erleichtert. Auch der Einsatz eines Glättungsfilters am Aus-gang spielt hier keine negative Rolle, da das Nutzsignal sowieso durch ei-ne Frequenzweiche im Hochtonbereich abgetrennt wurde. Obwohl Digitalver-stärker in den ersten Jahren ihrer all-gemeinen Verbreitung keinen beson-ders guten Ruf genossen haben, wird ihr Einsatz mit der Zeit immer stär-ker akzeptiert. Zumindest im Bassbe-reich konnte durch Hörvergleiche und Messungen nachgewiesen werden, dass ein Unterschied zu einer analo-gen Endstufe bei guten Designs nicht mehr wahrgenommen werden kann. Gerade Subwoofer benötigen sehr viel Leistung, die mit Endstufen in Klasse D-Betrieb extrem effizient und vor allem auch mit geringem Platz- und Kühlaufwand bereitgestellt wer-den kann. Temperaturdrift und Gegenkopplung Verstärkerelemente sind weder line-ar, noch besonders stabil. Vor allem Transistoren sind sehr empfindlich gegen Hitze und verschieben ihren Arbeitspunkt mit zunehmender Er-wärmung. Vor allem Verstärker in Ge-gentakttechnik bekommen große Pro-bleme durch die Temperaturverände-rung im Laufe des Betriebs, da die Hitze unterschiedlich auf die sym-metrisch angeordneten Bauteile ein-wirkt. Die Hersteller von Operations-verstärkern versuchen daher, die Ge-samtschaltung um die Ausgangsstufe gleichmäßig zu erwärmen, indem sich die unterschiedlichen Komponenten gegenseitig heizen und so eine aus-geglichene Gesamttemperatur über die komplette Schaltung herrscht. Di-es hilft die Verschiebungen weitge-hend zu kompensieren. Andere Nicht-linearisierungen können mit einer Gegenkopplung ausgeglichen wer-den. Hierbei wird das Ausgangssi-gnal des Verstärkerelementes über ei-nen Rückkoppler (zum Beispiel ein Widerstandsteiler) erneut auf seinen Eingang geführt und zwar so, dass es dem Eingangssignal entgegen-wirkt. Dies führt zu einer Reduzierung der maximalen Verstärkung. Die Ver-stärkung eines Transistors und einer Röhre ist für sich gesehen nicht fre-quenzlinear. Bei niedrigen Frequenzen steigt die Verstärkung an, oder umge- Abbildung 10: Die Adam SX-Serie gehört zu den Lautsprechern mit gemischten PWM- und AB-Verstärkern


EM_22_04-16
To see the actual publication please follow the link above