Schnupperstudium S. Tschirley Audioverstärker letzte Änderung: 4. Februar 2009 Einführung Einer der Schwerpunkte im Studiengang Kommunikationstechnik und Elektronik der TFH Berlin ist die analoge Schaltungstechnik. Sie lernen mit analogen Bauelementen wie Widerständen, Kondensatoren und Transistoren Schaltungen zu entwerfen und in Betrieb zu nehmen. Weiterhin lernen Sie integrierte Schaltungen kennen, die größere Schaltungen in einem Gehäuses zusammenfassen. Heute beschäftigen Sie sich mit einem Teilgebiet der analogen Schaltungstechnik, dem Aufbau eines Leistungsverstärkers für die Verstärkung von Audiosignalen. Solche U Eingang U Ausgang Verstärker werden in allen Leistungsstufen verwendet und finden Anwendung in z. B. Stereoanlagen in der Anwendung zu Hause und im Auto Bühnenverstärker für Beschallungsaufgaben bei Veranstaltungen und Konzerten MP3-Playern und Handys als Kopfhörerund Lautsprecherverstärker Aufbau einer Audioverstärkerschaltung Der Verstärker, den Sie aufbauen werden, hat eine maximale Ausgangsleistung von 10W. Das ist im Allgemeinen ausreichend, um einen Wohnraum zu beschallen. Als Quelle kann ein MP3- Player oder ein tragbarer CD-Spieler dienen. Die Versorgungsspannung liegt bei 12V, somit ist der Verstärker auch automobiltauglich oder für den mobilen Einsatz brauchbar. Schnupperstudium Seite 1 von 5
Beschreibung, Schaltung und verwendete Bauteile Kurzbeschreibung Der Mono-Verstärker basiert auf einem integrierten Baustein (IC1), der einen kompletten Audioverstärker für automotive und mobile Anwendungen enthält. Die externe Beschaltung kommt mit wenig Bauelementen aus. Der Baustein ist kurzschlussfest und schaltet bei Überhitzung automatisch ab. Die erzielbare Ausgangsleistung liegt bei P Ab,Sinus = 10W an einer Last von R L = 2Ω, an einer 8Ω-Box werden immer noch P Ab,Sinus = 2W erzielt. Das Eingangssignal wird über eine Cinch- Buchse angelegt. Mit den Potentiometern P 1 und P 2 werden Lautstärke und Klang eingestellt. Hinweis Für den Betrieb zu Hause benötigen Sie eine Audioquelle (MP3-Player, etc. ), ein Adapterkabel für das Audiosignal (üblicherweise 3,5mm-Klinkenstecker auf Cinch) und eine Stromversorgung, die bei einer Spannung von 12V einen Strom von I = 2, 5A liefern kann. Für einen Stereoverstärker benötigen Sie einen weiteren Endstufenbausatz. Achtung Beim Betrieb mit mittlerer oder maximaler Leistung kann der Kühlkörper heiss werden. Ein Anschlussplan für einen Mono-Verstärker am MP3-Player ist in der folgenden Abbildung gegeben: Stromversorgung Cinch Stecker Gabriella Cilmi Lessons to be learned 00:01:00 J1 J2 J3 Lautsprecher Verstärker 3,5mm Klinkenstecker Schnupperstudium Seite 2 von 5
Schaltplan und Stückliste Stück Bauteil Wert 1 R1 2,7 kω 1 R2 39Ω 1 R3 2,2Ω 1 R4 220Ω 1 R5 1Ω 1 R6 47 kω 1 R7 5,6 kω 2 1 TR1; TR2 C1 100 kω 220 nf 1 C2 33 nf 1 C3 2,2 nf 1 C4 470 µf Stück Bauteil Wert 2 C5; C10 100 nf 1 C6 150 nf 1 C7 47 nf 2 C8; C11 1000 µf 1 C9 22 nf 1 D1 1N4936 1 IC1 TDA2003 2 J1; J3 Anschlusskl. 2-pol. 1 J2 Cinchbuchse 1 KK1 Kühlkörper 1 - Halteklammer R1 2,7 k rot violett rot gold R2 39 orange weiß schwarz gold R3 2,2 rot rot gold gold R4 220 rot rot braun gold R5 1 braun schwarz gold gold R6 47 k gelb violett orange gold R7 5,6 k grün blau rot gold Aufgaben Aufbau Bauen Sie die Schaltung auf. Beachten Sie dabei folgendes: Beginnen Sie mit den flachen Bauelementen wie Widerständen und Dioden. Achten Sie bei den großen Elektrolytkondensatoren auf die richtige Polung ein ist auf das Bauelement aufgedruckt, auf der Platine finden Sie ein. Schnupperstudium Seite 3 von 5
Löten Sie zügig und vermeiden Sie langes Herumbraten, hierbei nehmen die Bauteile Schaden Bei der Montage von IC3 und Kühlkörper kann die Anzahl Ihrer Hände möglicherweise nicht ausreichend sein holen Sie sich Hilfe. Inbetriebnahme Die Inbetriebnahme geschieht in zwei Schritten. Erst wird die Schaltung geprüft und an die Betriebsspannung angeschlossen. Danach wird ein Audiosignal verstärkt und die Schaltung ausprobiert. Zur Inbetriebnahme der Schaltung gehen Sie wie folgt vor überprüfen Sie Ihre Schaltung visuell: Sind alle Lötsstellen wirklich gelötet? Haben Sie keine Bauteile verwechselt? Stimmt die Polung von Dioden und Kondensatoren? Stellen Sie die Betriebsspannung von 12V am Labornetzteil ein. Stellen Sie die Strombegrenzung so ein, dass nur ein Strom von I = 200mA fließen kann. Schließen Sie die Verstärkerschaltung an das Labornetzteil an. Vergewissern Sie sich dass Ruhestrom I < 100mA fließt. Messen Sie mit dem Voltmeter nach, ob die Versorgungsspannung an allen Bauelementen der Schaltung anliegt. Erstes Ziel Ihre Schaltung funktioniert gleichspannungsmäßig. Nun soll ein Audiosignal verstärkt und angehört werden. Zunächst schalten Sie die Versorgungsspannug aus (das tut man immer, wenn man an einer Schaltung arbeitet) Schließen Sie eine Audiosignalquelle an den Eingang der Audioeingang der Verstärkerschaltung an, wie in der Kurzbeschreibung gezeigt. Schließen Sie einen Lautsprecher an. Drehen die Lautstärke herunter. Schalten Sie die Versorgungsspannung ein. Erhöhen Sie die Lautstärke hören Sie etwas? Zweites Ziel Ihre Schaltung funktioniert! Schauen Sie sich Ihre Musik einmal mit dem Oszilloskop an. Schnupperstudium Seite 4 von 5
Messungen Nun können Sie einige Messungen an der Schaltung vornehmen. Bei einem Verstärker sind die Spannungsverstärkung im Leerlauf und Ausgangsleistung am angeschlossenen Lastwiderstand von Interesse. Beides soll messtechnisch bestimmt werden. Für beide Messungen wird ein sinusförmiges Eingangssignal aus dem Funktionsgenerator verwendet. Spannungsverstärkung im Leerlauf Stellen Sie eine Signalamplitude (positiver Maximalwert der Spannung û Eingang ) von u Eingang = 1V bei einer Frequenz von 1kHz ein. Sie messen das mit dem Oszilloskop. Der Lautsprecher wird nicht angeschlossen. Nun Messen Sie mit dem Oszilloskop das Ausgangssignal des Verstärkers. Welche Amplitude hat das Ausgangssignal? Welche Spannungsverstärkung errechnen Sie? Tipp: Die Formel dafür ist V U,0 = ûausgang û Eingang Ausgangsleistung Sie wählen weiterhin das Eingangssignal aus der vorherigen Aufgabe. An Stelle des Lautsprechers wird ein Lastwiderstand angeschlossen. Messen Sie mit dem Oszilloskop, welche Ausgangsspannung û Ausgang am Lastwiderstand anliegt. Bestimmen Sie die Ausgangsleistung mit ˆp = û2 Ausgang R Was passiert, wenn Sie die Lautstärke verändern? Was passiert, wenn Sie die Frequenz verändern? Und sonst? Kombinieren Sie doch die Ihren Mono-Verstärker und dem der Nachbargruppe zu einem Stereo- Verstärker. Literatur zum Verstärkerbaustein Datenblatt zum Bausatz: http://www.pollin.de/shop/downloads/d810043b.pdf Datenblatt zum integrierten Baustein: http://www.st.com/stonline/books/pdf/docs/1449.pdf Schnupperstudium Seite 5 von 5