Der einfache Transistor-Verstärker eignet sich nicht sehr gut für Lautsprecherverstärker, weil er eine große Verlustleistung aufweist. Steuert man den Kollektorstrom um einen Mittelwert herum aus, dann wird elektrische Leistung auch dann in Wärme umgewandelt, wenn gerade nur sehr leise Signale verstärkt werden. Man nennt dies einen Verstärker der Klasse A. Alte Röhrenradios aus den 50er Jahren arbeiteten immer mit Klasse-A-Verstärkern. Für eine maximale Ausgangsleistung von 5 W wurde permanent eine Verlustleistung von 12 W benötigt.
Prinzip des Klasse-A-Verstärkers
Klasse-A-Verstärker sind nur für kleine Leistungen, also z.B. für Kopfhörerverstärker sinnvoll. Für größere Leistungen setzt man Gegentaktverstärker ein. Zwei Transistoren arbeiten dabei zusammen und verstärken jeweils nur eine Halbwelle des tonfrequenten Wechselstroms. Damit ist es möglich, ohne Aussteuerung einen sehr geringen oder sogar keinen Ruhestrom zu verwenden. Strom fließt also nur dann, wenn er entsprechend der Lautstärke benötigt wird. Die ersten Gegentaktverstärker wurden mit Transformatoren aufgebaut, über die beide Halbwellen wieder zusammengesetzt wurden.
Prinzip des Gegentaktverstärkers mit Transformatoren
Kurzvortrag:
Gegentaktverstärker
Beide Transistoren des Gegentaktverstärkers sollten möglichst exakt gleiche Daten aufweisen, damit beide Halbwellen gleich verstärkt werden und keine Verzerrungen entstehen. Man kann daher speziell ausgemessene Paare gleicher Transistoren kaufen.
Heute versucht man meist Trafos zu vermeiden, weil sie teuer sind und selbst Verzerrungen erzeugen können. Statt dessen setzt man komplementäre Transistoren, also NPN- und PNP-Transistoren gleicher Daten ein, die ja vom Prinzip her unterschiedliche Stromrichtungen verstärken. Meist werden die Transistoren in Kollektorschaltung betrieben.
Prinzip der komplementären Gegentaktendstufe
Die sehr einfache Grundschaltung funktioniert noch nicht verzerrungsfrei, weil bei kleinen Signalen die Basis-Emitter-Schwellspannung der Transistoren noch nicht erreicht wird, kleine Signale also überhaupt nicht verstärkt werden. Man muß daher eine geeignete Basis-Vorspannung verwenden, die einen kleinen Ruhestrom bewirkt. Mit Si-Dioden zur Spannungsstabilisierung stellt sich eine Vorspannung von ca. 0,6 V ein. Problematisch ist, daß eine konstante Basisspannung beim Erwärmen des Transistors zu einem höheren Kollektorstrom führt, so daß der Arbeitspunkt thermisch weglaufen kann. Dieser Effekt kann z.B. durch kleine Emitterwiderstände gemindert werden.
Ein vollständiger Gegentaktverstärker wird meist mit einer Treiberstufe kombiniert. Außerdem kommt eine Gegenkopplung über den gesamten Verstärker zu Einsatz. Man kann mit einer einfachen Betriebsspannung auskommen, wenn man den Lautsprecher über einen großen Elektrolytkondensator ankoppelt. Der Kondensator wird bei der positiven Halbwelle geladen und wirkt während der negativen Halbwelle als Stromquelle, ersetzt also die zweite Batterie.
Ein vollständiger Gegentaktverstärker für Batteriebetrieb
Die Schaltung weist
einen Ruhestrom von ca. 10 mA auf. Bei einer Versorgungsspannung von 6
V wird mit Kleinleistungstransistoren BC548/BC558 ohne besondere Kühlung
eine Leistung von ca. 0,5 W erreicht, was für viele Fälle, wie
z.B. Radios, Gegensprechanlagen usw. ausreicht.
Gegentaktverstärker mit Einzelhalbleitern werden nur noch selten
verwendet und eignen sich hauptsächlich für eigene, kleine Versuche.
Statt dessen verwendet man oft integrierte Leistungsverstärker, die
ebenfalls Gegentaktverstärker enthalten. Ein preiswerter und einfach
einsetzbarer integrierter Lautsprecherverstärker ist der TBA820M.
Er eignet sich für Batteriebetrieb von 6V bis 12 V und liefert eine
maximale Ausgangsleistung von 1 W.