Analogtipp

Stapel-Endstufe für besseren Wirkungsgrad

02.11.2009 | Autor / Redakteur: Michael Franke* / Kristin Rinortner

Schaltung der Endstufe
Schaltung der Endstufe

Die im HiFi-Sektor immer noch bevorzugten analogen AB-Endstufen erreichen theoretisch einen Wirkungsgrad von 78%. Eine deutlich bessere Energiebilanz ist an gestuften Betriebsspannungen möglich.

Moderne Class-D-Audioverstärker erreichen einen Wirkungsgrad von etwa 90%, haben aber Probleme mit Verzerrungen und der EMV. Die im HiFi-Sektor deswegen immer noch bevorzugten analogen AB-Endstufen erreichen theoretisch einen Wirkungsgrad von 78%; bei 1/3 des Hubes (Pmax/9) sind es nur noch 26%. Die Differenz zwischen Betriebs- und Ausgangsspannung wird in den Transistoren verheizt, im Diagramm a geschwärzt dargestellt.

Eine deutlich bessere Energiebilanz (b) ist an gestuften Betriebsspannungen möglich. In der gezeigten Prinzipschaltung sind zunächst nur T1, T4 und Ub1 aktiv. Bei einem größeren Signal, z.B. bei einem Momentanwert von ± 5 V, arbeitet T2 (T5) im Linearbetrieb, D1 (D5) ist gesperrt, die Leistung wird von ±Ub2 geliefert.

Sinngemäß dasselbe gilt für noch höhere Pegel und T3, T6, D3, D7 und Ub3. Die dabei jeweils „tieferen“ Transistoren sind voll durchgesteuert. Der theoretische Wirkungsgrad bei Sinus-Maximalhub beträgt 88% und bei Pmax/9 immer noch 78%. Das ist deutlich besser als mit einer klassischen AB-Endstufe erzielt werden kann. Für T1 bis T6 sind Typen mit kleinstmöglicher Kniespannung UCE, rest und sehr hohem Beta notwendig, wie es bei den Transistoren ZTX1051/ZTX790 (Hersteller Zetex) der Fall ist.

Das vorgestellte Konzept ist integrationstauglich. Ub1 bis Ub3 können effizient und störarm mit Ladungspumpenkonvertern erzeugt werden. Die linear arbeitende Endstufe bleibt frei von Schaltvorgängen und Störungen und steht hinsichtlich Wirkungsgrad und minimalem Kühlbedarf dem Class-D-Prinzip nur wenig nach.

*Michael Franke ist Inhaber des Ingenieurbüros Elektronikmanufaktur Mahlsdorf in Berlin.

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