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Verstärker: was bedeutet Class A/B/AB/D

Verstärkerklassen A, B, AB und D erklärt
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Die grundlegende Funktion eines Verstärkers ist es, ein schwaches Signal stärker zu machen. Das Signal kann eine direkte Quelle sein, wie z.B. ein Mikrofon, ein Musikinstrument oder ein Signal, das zwischen Vorstufenschaltungen (in Equalizern, Filtern etc.) korrigiert wird.

Verstärker werden in verschiedene Klassen eingeteilt (A, B, AB, D). Diese Klassen beziehen sich nicht auf die aktiven Komponenten eines Verstärkers (Röhren, bipolare Transistoren oder MOS), sondern auf Art und Weise, wie das Eingangssignal bearbeitet wird:

  • Class A: bearbeitet das gesamte Eingangssignal (100%) und hat daher einen Bearbeitungsgrad von 360°
  • Class B: bearbeitet das halbe Signal (50%) mit einem Bearbeitungsgrad von 180°
  • Class AB: verwendet mehr als die Hälfte des Signals (zwischen 50 und 100%), das entspricht somit 180 bis 360°.

 

Diese Verstärker nennt man Analogverstärker, da sie einen Teil des Signals oder das Gesamtsignal zur Verstärkung nutzen. Die Bearbeitung erfolgt mit Transistoren oder aktiven Röhrenkomponenten. Abhängig von der jeweiligen Klasse funktionieren Verschaltung und Polarität (beim Einschalten) dieser Komponenten unterschiedlich.

Class A

Die Ausgangsstufe (direkt vor dem verstärkten Ausgang) hat nur ein aktives Element (entweder Transistor oder Röhre), welches immer arbeitet. Weil es das gesamte Eingangssignal verstärkt, wird dieses am wenigsten verfälscht (es besitzt die höchste Linearität) und Verzerrungen am Ausgangssignal sind am geringsten. Die Leistung ist allerdings begrenzt, da diese Schaltung einen schlechten Wirkungsgrad (das Verhältnis zwischen eingebrachter und verbrauchter Energie) aufweist, da der konstante Energieverbrauch beträchtlich ist. Dieser Verstärkertyp hat in der Regel nicht mehr als 20 Watt und wird eher bei Gitarren- als bei Bassverstärkern eingesetzt. Er benötigt ebenso ein stärkeres Eingangssignal, wenn man den Wirkungsgrad erhöhen will.

Class B

Die aktiven Komponenten dieser Schaltung bearbeiten nur eine Hälfte des Signals. Eine Class-B-Schaltung verstärkt nur eine Halbwelle des Eingangssignals. Da hierbei harmonische Verzerrungen erzeugt werden, wird das sogenannte "Push-Pull-Prinzip" angewandt, bei dem zwei aktive Komponenten in der Ausgangsstufe eingesetzt werden (z.B. zwei Transistoren). Diese teilen sich die Arbeit, wobei der erste Transistor die negative Halbwelle, der zweite die positive Halbwelle bearbeitet. Auf diese Weise wird das Gesamtsignal verstärkt, wodurch sich der Wirkungsgrad erhöht, die Verzerrungen aber gering bleiben. Verstärker dieses Typs können sehr hohe Leistungen erzeugen, haben allerdings einen Nachteil: zwischen dem positiven und dem negativen Signal (das Signal wechselt dabei ständig zwischen positiv und negativ) entsteht ein nichtlinearer Bereich, der mit "Übernahmeverzerrung" bezeichnet wird. Diese werden insbesondere bei niedrigen Signalen hörbar. Deswegen wurde eine neue Verstärkerklasse entwickelt: Class AB.

Class AB

Diese Klasse stellt eine Mischung aus den beiden vorgenannten dar. Solange die Leistung gering ist (bis 20 Watt), arbeitet der Verstärker in Class A.

Sobald diese Leistungsgrenze überschritten wird, schaltet der Verstärker das B-System hinzu und die Ausgangsstufe setzt beide Polaritäten ein. Dieses System ist bis heute in Verstärkern und Combos üblich. Der erste Vorteil des ersten Modus ist der, dass unter 25 Watt die Übernahmeverzerrungen geringer sind; der zweite Vorteil ist, dass die höhere Leistung von Class B zur Verfügung steht.

Class D, E und F

Dann gibt es neue Verstärkerklassen, die sogenannten Schaltverstärker (Class D, Class E und Class F). Sie fallen nicht in die üblichen Klassen, da sie aufgrund ihrer Arbeitsweise einen Bearbeitungsgrad von 0° aufweisen (sie verstärken nicht direkt das Originalsignal). Deshalb werden sie nach der verwendeten Technologie eingeteilt. In unserem Bereich ist Class D am weitesten verbreitet.

Im Gegensatz zur landläufigen Meinung hat Class D nichts mit dem Wort "digital" zu tun. D kommt in der Buchstabenfolge nach C, weil Class-D- nach Class-C-Verstärkern folgte (die hier nicht behandelt werden, da sie zumeist in Funksendern eingesetzt werden).

Das Prinzip dieses Verstärkers ist es, das Eingangssignal buchstäblich abzuschneiden: das erste Signal wird moduliert (mit Pulsweitenmodulation). Die Kurve wird zu einem Rechtecksignal mit zwei Zuständen, wobei Amplitude und Frequenz konstant bleiben und nur die Pulsweite (abhängig von der Höhe des Eingangssignals) variiert.

Da die Amplitude konstant ist, können die Verstärkerkomponenten als Schalter fungieren. Sie sind dann entweder geöffnet oder gesperrt und übertragen das Signal mit einer unschlagbaren Leistung. Danach werden mit einem Tiefpassfilter bei der Modulation erzeugte und nicht erwünschte Oberwellen aus dem Ausgangssignal herausgefiltert. Somit findet sich am Ausgang ein Signal, das dem Eingangssignal gleicht, aber verstärkt ist. Die Qualität des Filters ist für die Linearität des Ausgangssignals verantwortlich.

Aber warum ein anspruchsloses Eingangssignal auf diese Art und Weise umwandeln? Wie ich bereits erklärt habe, geht es um Effizienz. Ein weiterer Vorteil ist ein einfacheres Handling: der Energieverlust ist sehr gering, also wird nur wenig Abwärme während der Verstärkung erzeugt. Daher ist das Class-D-System kein so großer Energiefresser (da die Bauteile lediglich schalten). Deshalb reicht hier der Einsatz von Belüftungen (Kühlkörpern) und kleineren Netzteilen.

Man profitiert also von der Baugröße. Hinzu kommt, dass bei der Verwendung von Schaltnetzteilen das System noch leichter wird. Denk dran: der Netztrafo macht das System so sperrig und schwer. Aber jetzt höre ich besser auf, damit ich nicht auch den letzten Leser verliere und ich mich auf Gebiete jenseits meines Kenntnisstands vorwage.

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