Endstufe

Ab endstufe1.png Als Endstufe bezeichnet man die letzte Stufe eines Verstärkers. Da sie grundsätzlich die größte Leistung aller Verstärkerstufen zu bringen hat, muss bei größeren Leistungen für eine geeignete Form der Wärmeabfuhr gesorgt werden (Anwendung von Kühlkörpern, Ventilatoren, bei sehr großen Leistungen auch Wasserkühlung).

Betriebsarten

Es gibt verschiedene Betriebsarten für Endstufen:

A-Betrieb: hier fließt immer Strom durch die Endstufen - er schwankt lediglich im Signaltakt. A-Endstufen haben zwar ein verzerrungsarmes Ausgangssignal, aber der Wirkungsgrad ist sehr gering (< 40%).
B-Betrieb: Eine Gegentakt-Schaltung, bei der der Strom in jeweils einem Zweig null werden darf. B-Endstufen haben einen hohen Wirkungsgrad (theoretisch bis nahe 70%), aber es treten sogenannte Übernahme-Verzerrungen auf.
AB-Betrieb: hier wird der Strom im Brückenzweig nie ganz null - es fließt auch ohne Signal ein sogenannter Ruhestrom. Diese Betriebsart ist häufigste bei NF-Verstärkern und stellt einen Kompromiss für guten Wirkungsgrad und geringe Verzerrungen dar.
C-Betrieb: hierbei kommt es ausschließlich auf den Wirkungsgrad an, Strom fließt nur während eines Teiles der Wechselspannung. C-Endstufen werden nur in Sendern für eine feste Frequenz eingesetzt, da sie nur mit einem Schwingkreis zufriedenstellend arbeiten.
D-Betrieb: hier wird die Ausgangs-Wechselspannung mit pulsweitenmodulierten Schaltstufen und nachgeschalteten LC-Tiefpässen erzeugt. Solche D-Verstärker haben einen sehr hohen Wirkungsgrad und werden für NF-Ausgangsleistungen im kW-Bereich, zunehmend jedoch auch im Kleinleistungsbereich eingesetzt. Aufgrund der verwendeten sehr hohen Schaltfrequenzen (MHz-Bereich) besteht das Risiko von Störabstrahlungen und Interferenzen.

Da die Betriebsspannung einer Endstufe umso höher sein muss, je höher die Ausgangsleistung ist (P=U²/R), werden kräftige Endstufen in Kraftfahrzeugen mit Schaltnetzteilen zur Spannungsversorgung ausgestattet. Sie erhöhen die Speisespannung (normalerweise 14,4 Volt) um ein vielfaches (beispielsweise 60V), haben aber einen wesentlich geringeren Platzbedarf als eine Endstufe mit nachgeschaltetem Transformator.
Für geringere Leistungen verwendet man im KFZ-Bereich Vollbrückenverstärker, bei denen die beiden Lastanschlüsse gegenphasige Wechselspannungen erhalten (push-pull-Betrieb).
Auch an größeren Verstärkern gibt es oft diese Betriebsart, um zwei Kanäle zu einem Kanal erhöhter Leistung kombinieren zu können.

Gefahren für die Endstufe

Kurzschluss oder zu geringe Lautsprecherimpedanz (Parallelschaltung!) bei einer Transistorendstufe kann zur Überschreitung des maximalen Kollektorstroms und zur thermischen Überlastung führen.
Leerlauf bei einer Röhrenendstufe kann zu einem Überschlag im Ausgangstransformator führen. Dabei kann die Isolierung beschädigt werden.
Fehlanpassung bei Hochfrequenzsendern führt zur thermischen Überlastung, da die reflektierte Energie von der Endstufe aufgenommen und in Wärme umgesetzt wird.

Schutz der Endstufe

Durch geeignete Maßnahmen kann sichergestellt werden, insbesondere wenn Endverbraucher wie Lautsprecher oder Antennen nicht fest eingebaut sind, dass die Endstufe keinen Schaden nimmt.

Strombegrenzung bei Transistor-Endstufen im Audiobereich (in Verstärker - Schaltkreisen sind solche Schutzschaltungen meistens mit integriert)
Überspannungsableiter bei Röhrenendstufen im Audiobereich
SWR-Schutzschaltung bei Sendeendstufen

Gefahren für die Last

Es ist zu beachten, dass es bei Verzerrungen zu einem Zerstören der Hochtöner der Lautsprecherboxen kommen kann, da dann der Anteil hoher Frequenzen stark zunimmt. Auch die Basslautsprecher können Schaden nehmen, da manche Endstufen auf Übersteuerung mit einem Gleichstromanteil am Ausgang reagieren. Daher ist an den meisten Endstufen eine so genannte "Clipping LED", die dem Benutzer anzeigt, ab wann es zu Verzerrungen kommt, die noch nicht hörbar, aber schädigend sind.
Das sog. soft clipping soll jedoch vorwiegend den Klang bei sporadisch hohen Signalpegeln verbessern, da das Ohr extrem empfindlich auf die bei harter Begrenzung auftretenden Oberwellen reagiert.

Sendeendstufen hoher Leistung können zu einem Spannungsüberschlag im Antennenkabel führen. Bei Rundfunksendern wird das Antennenkabel daher meistens fernüberwacht.

Siehe auch

Leistungsverstärker | Verstärker (Technik)

Weblinks