Einschaltknackser. Wie verhindern?

[cdj74]

Hallo,
bei einigen älteren Verstärkern/Receivern in meinem Gerätepark kommt es konstruktionsbedingt leider (auch mit Volume-Regler in niedrigster Position) zu Einschaltknacksern (meistens eher dieses tiefe "FUUUUUMP", der Knackser kommt eher beim Ausschalten). Nicht nur nervig, sondern auch alles andere als ideal für die Boxen.
Meine Frage ist, ob es möglich ist einen Schutzmechanismus (eine Verzögerung?) nachzurüsten. Wie würde sowas aufgebaut werden? Welche Möglichkeiten gibt es?

[mash]

Ältere Verstärker haben keine elkolosen Verstärkerausgänge. Nach dem Einschalten müssen die Elkos erst mal auf halbe Versorgungs aufgeladen werden. Der Stromfluss erfolgt über die angeschlossenen Lautsprecher.

Hier eine Schaltung mit der man das Geräusch verhindern kann.
http://www.epanorama.net/circuits/ampdelay.html

Evt. muss man noch einen Widerstand von 1 bis 10 KOhm vom Elkoausgang gegen Masse legen, damit auch ohne Lautsprecher ein Ladestrom fließen kann.

[dl2jas]

Hallo cdj74!

Sowas kann man recht einfach mit einem Relais aufbauen. Das Relais verbindet Endstufe und Lautsprecher, wenn der Verstärker im eigentlichen Betriebszustand ist. Die meisten Verstärker sind komplementär und haben einen DC-Ausgang. Sie werden in der Größenordnung +-36 Volt mit Betriebsspannung versorgt. Nehme ein Relais 12 Volt und schalte eine Zenerdiode 24 Volt in Serie. Das ist die einfachste Möglichkeit. Das Relais zieht erst an, wenn nahezu die volle Betriebsspannung anliegt. Beim Ausschalten fällt das Relais recht früh ab, etwa wenn die Betriebsspannung 30 Volt unterschreitet. Wünschenswert ist noch eine Einschaltverzögerung von ca. 3 Sekunden. Man schaltet das Relais über einen zusätzlichen Transistor NPN. Die Basis wird über einen hochohmigen Widerstand mit der Betriebsspannug verbunden. Hinter dem Widerstand wird ein Elko angeschlossen. Beim Einschalten fließt zuerst Strom in den Elko. Ist dessen Spannung hoch genug, kann der Transistor durchschalten. Elko und Widerstand bilden ein RC-Glied, die Zeitverzögerung. Beim Ausschalten ändert sich nichts.
Sehr alte Transistorendstufen haben einen dicken Elko am Ausgang. Beim Einschalten wird der auf halbe Betriebsspannung über den Lautsprecher geladen. Eine reine Einschaltverzögerung bringt da nichts, es "fumpt" eher noch lauter. Wenn Du an den Endstufenausgang einen Widerstand 100 Ohm 1 Watt schaltest, kann sich der Elko in der Verzögerungszeit nahezu aufladen.
Es gibt noch eine ganz einfache Methode: Wenn ein Schalter für die Lautsprecher vorhanden ist, erst Verstärker einschalten und dann den Lautsprecherschalter drücken. Beim Ausschalten genau anders herum.

Andreas, DL2JAS

[cdj74]

Danke Michael und Andreas
für die detailierte Auskunft. Die Möglichkeit mit dem Schalter für die Boxen entfällt leider (es gibt auch keinen Umschalter A/B). Daher läuft wohl alles auf eine Modifikation hinaus. Da ich nicht wirklich ein Lötkolbenschwinger bin, werde ich mich mal Umhören, wer so einen Umbau vornehmen könnte. Eilt nicht, bloß bei einem meiner Verstärker würde ich mir das schon wünschen.

[dl2jas]

Das ist eine kleine Beispielschaltung, wie ich mir so eine Verzögerung vorstelle. Die Werte der Bauteile müssen vermutlich etwas angepasst werden. Ich bin grob von 36 Volt positiver Betriebsspannung und Relais 12 Volt ausgegangen.

Andreas, DL2JAS

[Gyrator]

Kleine Frage zu oben dargestellter Schaltung mit induktiver Last!

Ich weiß das es Relais mit integrierter Freilaufdiode gibt, jedoch sehe ich hier keinen Hinweis darauf. Um die Lebenserwartung des Schalttransistor zu maximieren würde ich dem Relais noch eine Freilaufdiode parallel schalten, d.h. Kathode an Ub und Anode zum Kollektor des Transistors.
Es ist natürlich denkbar, dass hier im speziellen Fall durch das relativ langsame Abfallen (herunterfahren) der Versorgungsspannung keine übergroßen Induktionsspannungen an der Relaisspule entstehen und so die Freilauf-Diode entfallen kann.

Gruß

Thomas

[dl2jas]

Hallo Thomas!

Auf die Freilaufdiode kann man verzichten, da ja nicht hart geschaltet wird. Beim Ausschalten der Betriebsspannung (langsames Absinken) ist der Transistor ja immer noch durch den Elko leitend.

Andreas, DL2JAS

[Gyrator]

Hi Andreas,

dies gilt aber nur für den Spannungsbereich Ub >= Uz !
Unter dieser genannten Spannung wird der Transistor sperren!
Der Kondensator wird dann über R=22kOhm und über Ibe des Transistors entladen.

Tau = R*C
Erforderlichen Basisstrom von etwa 0,2mA
Wenn man dann sehr einfach rechnet, so erhält man nach 24V/0,2mA = 120kOhm
22kOhm parallel 120kOhm sind fast immer noch 22kOhm. Also vernachlässigbar!

Ergibt Tau = 22kOhm* 0,1*10hoch-3F
Tau = 2,2 Sekunden
wenn ich mich nich recht entsinne entspricht 1 Tau etwa 63% der Ladung, somit schon unter 24V!

Hoffentlich habe ich mich jetzt nicht verrechnet.

Gruß
Thomas

[dl2jas]

Hallo Thomas!

Die Rechnung stimmt, der Anzatz ist nicht ganz sauber. Tau = 2,2 s ist richtig. In der Zeit der Verzögerung fließt kein Basisstrom, das verhindert wirkungsvoll die Zenerdiode. Der Basisstrom ist 12 Volt/ 22 kOhm = 0,55 mA im normalen Betrieb.
Wenn sich der Kondensator entladen will (Gerät ausgeschaltet) geht das nur über den Widerstand 22 kOhm und die "Spannungsquelle" Ub mit 0 Volt.

Andreas, DL2JAS

[Gyrator]

Lieber Andreas,

Dein Ansatz betrachtet einen fließenden Basisstrom bei anliegender und voll aufgebauter Versorgungsspannung.
Ich habe deshalb von einen erforderlichen Basisstrom gesprochen, da dieser Schätzungsweise noch erforderlich ist um das Relais zu halten. Dieser Strom wird nahezu bis Uz+Ube noch fließen. Aber mein Ansatz ist auch aus dieser Warte nicht sauber.
Der springende Punkt ist aber, ab der Zeit wo kein Basisstrom mehr fließt wird das Relais spontan Spanungsfrei (es ist hierbei uninteressant ob die Schaltkontakte schon abgefallen sind. Im Falle der spontanen Spannungsfreiheit der Relaisspule, wird die Spule daran kein gefallen finden keine Strom mehr zu erhalten, so dass sie unbedingt den Strom aufrechterhalten möchte. Hierzu wird eine entsprechend der gespeicherten Energie eine Gegenspannunginduziert, welche über die CE Strecke des Transistors geleitet wird und zu einem Durchschlag der CE-Strecke des Transistors führen kann.
Was meinst Du Andreas, sehe ich den Verlauf im Zeitraum der Spannungsabfalls für Deine Schaltung richtig?

Gruß

Thomas

[dl2jas]

Hallo Thomas!

klares nein
An der Uni hat man meist vorgegaukelt bekommen, daß ein Transistor exakt bei 0,7 Volt leitet und darunter nicht mehr. Das mit den 0,7 Volt ist nur eine einfache Näherung. Ein Transistor leitet auch schon bei 0,5 Volt. Bei hohen Strömen CE geht Ube auch über 1 Volt. Soll heißen, der Transistor ist beim Ausschalten einige Zeit (Sekunden!) im Verstärkerbetrieb. Das bischen in der Spule gespeicherte Energie hat also genug Zeit, sich in Wärme zu verwandeln, ohne schwarze Flecke in der CE-Strecke zu hinterlassen.

Für alle anderen Leser, die mit einem Transistor ein Relais ansteuern wollen:
Auf jeden Fall eine Freilaufdiode einbauen. Wenn "hart" geschaltet wird, also steilflankiges Rechtecksignal, ist die Selbstinduktion der Relaisspule im Gegensatz zum oben genanntem Beispiel wirklich nicht zu vernachlässigen.

Andreas, DL2JAS

[Gyrator]

Hi Andreas,

klar! Der Transistor ist kein Schwellwertschalter und die Spannung Ube nicht für alle Arbeitspunkte konstant ist. (Siehe h-parameter und Kennlinen des Datenblattes)
Ohne die gespeicherte Rest-Energie der Spule spontan ermitteln zu können, hast Du wahrscheinlich recht, dass es hier nicht kritisch wird, da auch im Verstärkerbetrieb der Transistor durch die Last nicht in den Bereich seiner Verlusthyperbel kommt bzw. eine zu hohe Induktionsspannung ensteht.

Gruß
Thomas

[dl2jas]

Hallo Thomas!

Ich habe spaßeshalber in meiner alten Formelsammlung nachgesehen, die in der Spule gespeicherte Energie berechnet sich so:
0,5 x L x I x I
Pi mal Daumen habe ich angenommen, daß die Spule eine Induktivität von 100 mH hat und ein Strom von 100 mA fließt. Dann steckt in der Spule eine Energie von 0,5 mWs. Das ist nicht viel aber auch nicht vernachlässigbar, wie aus der Praxis bekannt...

Andreas, DL2JAS