Verstärker Brückenschaltung

 

4. Verstärker in Brückenschaltung

 

Da ein Verstärker immer einen begrenzten Ausgangssignalpegel hat, gibt es eine maximal mögliche Ausgangsleistung die vom Widerstand der Last abhängt. Der genaue Zusammenhang lautet:

Der Lastwiderstand R ist im Audio Bereich durch die Impedanz des verwendeten Lautsprecher festgelegt. Ein typischer Wert wäre hierfür 4 Ohm. Beträgt die Versorgungsspannung des Verstärker also 12V, ist eine maximale Leistung von

möglich. Die Leistung würde bei einer sinusförmigen Eingangsspannung wie folgt verlaufen:

Da sich der Widerstand des Lautsprächers natürlich nicht verändern lässt, ist die einzige Möglichkeit die Leistung zu erhöhen, die Amplitude der Ausgangsspannung zu vergrößern. Da diese quadratisch in die Leistungsleichung eingeht, bewirkt eine Verdopplung der Ausgangsspannung eine vierfache Leistung im Verbaucher. Um die Ausgangsamplitude zu vergrößern, kann zum einen die Eingangsspannung des Verstärkers erhöht werden, was jedoch bei batteriebetriebenen Geräten bzw. im Car-HiFi Bereich nur durch komplizierte und verlustbehaftete DC/DC Wandler möglich ist. Die andere Möglichkeit ist die Verwendung eines zweiten Verstärkers in einer sog. Brückenschaltung.

Einfache Verstärkerschaltung:

Brückenschaltung:

 

Die beiden Verstärker besitzen dabei die gleichen Betriebsparameter, arbeiten jedoch um 180° Phasenverschoben. D.h. bei maximaler Eingangsspannung, steuert einer bis zu seiner maximalen Spannung aus, der andere gibt den kleinstmöglichen Pegel aus. Folgende Grafik soll dies veranschaulichen:

Die oberen beiden Kurven zeigen jeweils die Ausgangsspannung eines Verstärkers. Die Unterste zeigt die an der Last anliegende Spannung. Diese entricht dem Verlauf der ersten, und damit dem verstärkten Eingangssignal, jedoch bei doppelter Amplitude. Diese Beträgt an ihren Maxima nun folglich +-24V. Damit sollte nach obiger Formel eine maximale Leistung von

möglich sein. Das wäre wie bereits erwähnt, aufgrund des quadratischen Zusammenhangs eine Vervierfachung der Leistung.

Die grünen Linien entsprechen jeweils der Brückenschaltung, die roten zeigen zum Vergleich die Verläufe im ungebrückten Betrieb. Man sieht deutlich dass sich Strom und Spannung jeweils verdoppeln, die Leistung sich vervierfacht hat. Die Form und Phase der Signale ist jedoch unverändert geblieben.

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