Verstärker Class AB

3. Klasse-AB-Verstärker

3.1 Grundschaltung

Wie der Name bereits vermuten lässt, vereint der AB-Verstärker die Vorteile des A-Verstärkers, nähmlich die verzerrungsfreie Signalübertragung, und den Vorteilen des B-Verstärkers. Dies wird im wesentlichen durch einen kleinen Ruhestrom durch die beiden komplementären Transistoren erreicht, wodurch das Übernahmeverzerren vermieden werden kann. Der Klasse-AB-Verstärker ist der meist eingesetzte Verstärker in der Unterhaltungselektronik, da er einen guten Kompromiss aus Klangqualität und Wirtschaftlichkeit darstellt.

 

Die Schaltung zeigt neben den Spannungsquellen U1 und U2 noch eine weitere Veränderung zum Klasse-B-Verstärker. Zwischen die Emitter der Transistoren und den Ausgang sind zwei Widerstände geschaltet, die der Stabilisierung der Arebitspunktes dienen. Dieser kann durch den Ruhestrom und die damit verbundene etwaige Erwärmung der Transistoren. Die Widerstände wirken diesem Effekt in Form einer Stromgegekopplung entgegen. Je größer die Widerstände gewählt werden, desto besser ist die Stabilisierung allerdings senken sie den Wirkungsgrad des Verstärkers stark ab und sollten daher so klein wie möglich dimensioniert werden. Die durch die Spannungsquellen U1 und U2 erzeugte Potentialdifferenz zwischen dem Eingang und den Basen der Transistoren wird Vorspannung genannt und liegt meist zwischen 0,7 und 2V. Durch die Vorspannung fließt bei kleinen Eingangsspannungen ein Strom durch beide Transistoren, wodurch die Unempfindlichkeit des Verstärkers für kleine Eingangssignale auf Kosten der Verlustleistung verbessert wird.

 

3.2 Kennlinien

Durch die Vorspannung und den damit erzeugten Ruhestrom durch die Transitoren, kommt es um den Nullpunkt nur noch zu einem Abflachen der Kennlinie.

Wird die obige Schaltung mit einer Sinusspannungs mit einer Amplitude von 10V angeregt, zeigen sich folgene Verläufe:

grün: Eingangsspannung Ue, rot: Ausgangsspannung Ua, blau: Ie1, gelb Ie2

Für die Widerstände R1 und R2 wurden jeweils 10Ohm vewendet. Anderst als beim Klasse-B-Verstärker folgt die Ausgangsspannung dem Eingang auch um den Nullpunkt. Die Ströme durch die Transistoren (gelb und blau) werden jeweils erst Null, wenn der andere Transistor bereits leitend geworden ist. Beide Effekte sind Folge der Vorspannung, die in diesem Beispiel jeweils 1V betragen.

 

3.3 Beispielschaltung

Die folgende Schaltung zeigt einen einfachen Klasse-AB-Verstärker, bei dem die Vorspannung über 2 Dioden erzeugt wird. Ein und Ausgang sind über Kondensatoren Entkoppelt, wodurch nur Wechselsignale verstärkt werden. Die obere Grenzfrequenz hängt dabei von den verwendeten Transistoren ab.

 

Die Widerstände R3 und R4 sollten möglichst groß gewählt werden, da sie sich negativ auf den Eingangswiderstand des Verstärkers auswirken. Sie müssen jedoch so groß gewählt werden, dass es zu einer ausreichend großen Vorspannung über den Dioden kommt.

Hier wurden für R3 und R4 5KOhm gewählt, R1 und R2 betragen jeweils 10Ohm, für C1 und C2 wurden 10µF Kondensatoren verwendet. Der Lastwiderstand beträgt 50 Ohm. Damit zeigt sich bei einer Frequenz von 1Khz folgendes Bild:

grün: Eingangsspannung Ue, rot: Ausgangsspannung Ua

Durch die Kondensatoren ist eine leichte Phasenverschiebung entstanden. Davon abgesehen wird das Eingangssignal verzerrungsfrei auf dem Ausgang ausgegeben.

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