Konzeptvergleich Class A versus Class B

[Gyrator]

Wo liegen hier die technischen und akustischen bzw. elektroakustischen Besonderheiten zwischen beiden unterschiedlichen Konstruktionstechniken?

-Wirkungsgrad
-Kleinsignalverhalten bei für Zimmerlautstärke
-Konzeption der Ausgangsendstufe
-Verhalten bei großen Eingangs-Amplitudensprüngen
-Verzerrungen im Allgemeinen

[Markus Berzborn]

Einen ganz interessanten Artikel zum Thema gibt es hier:

http://sound.westhost.com/class-a.htm

Gruß,
Markus

[DB]

Hallo,

fangen wir der Reihe nach an:

Generelle Unterscheidung nach dem Stromflußwinkel durch das verstärkende Bauelement (Transistor, Röhre): für A-Betrieb 360°, für B-Betrieb 180°. Von daher lassen sich nur A-Verstärker als Eintaktstufen aufbauen, B-Betrieb für NF-Verstärkung erfordert zwingend Gegentaktschaltungen.

Der Wirkungsgrad (nur die Endstufe betrachtet) liegt für A-Betrieb bei max. 50%, für B-Betrieb bei 78,5%.
Während die Stromaufnahme einer A-Endstufe über die Aussteuerung konstant ist, steigt sie bei B-Endstufen mit der Aussteuerung an. Eine B-Endstufe benötigt daher eine besonderst stabile Spannungsversorgung.

Demgegenüber haben B-Endstufen üblicherweise einen höheren Klirrfaktor bei kleiner Aussteuerung, weil hier im stärker gekrümmten Bereich der Bauelementekennlinien gearbeitet wird.

Eine Sache ist noch interessant, die Verlustleistung: bei A-Endstufen ist sie (ohmsche Last) ohne Signal am höchsten, bei B-Endstufen liegt das Maximum bei ca. 64% Aussteuerung.

Wenn man diese Dinge durchgeht, könnte man meinen, daß B-Endstufen nur für minderwertige Zwecke verwenden kann. Nun, dem ist nicht so: die alten röhrenbestückten McIntosh laufen samt und sonders im B-Betrieb.

MfG

DB

[mash]

Den Ausführungen von DB ist vielleicht noch hinzuzufügen, dass es reine B-Endstufen eigentlich nicht gibt, weil durch Übergangsverzerrungen der Klirrfaktor bei geringer Lautstärke zu hoch wäre. Deshalb fließt ein geringer Ruhestrom immer, um den Arbeitspunkt aus dem nichtlinearen Bereich 'herauszuschieben'.

Ein Mittelding sind s.g. AB-Verstärker (Edwin). Hier arbeitet der Verstärker bei geringen Leistungen im A-Betrieb, bei höheren geht er in den B-Betrieb über. Hierfür gab es in der Zeitschrift Elektor in den 70er Jahren diverse Bauanleitungen.

Da aber bei modernen Halbleitern der Klirrfaktor bei B-Verstärkern ausreichend gering ist, haben sich A- und AB-Verstärker kaum durchgesetzt.

[DB]

Man sollte noch zwischen den in Röhrenschaltungen üblichen Varianten des AB-Betriebes unterscheiden. Also zuerst mal kennzeichnet AB-Betrieb eine Arbeitspunktlage zwischen A und B.

Hier gibt es noch die Möglichkeit, den AB-Betrieb so auszuführen, daß bei kleiner Aussteuerung A-Betrieb herrscht und bei großer Aussteuerung der Arbeitspunkt zum B-Betrieb hin sinkt. Das hatten die Röhrenverstärker in der Mehrzahl der Fälle. Es gibt auch die Möglichkeit des sog. D-Betriebes, das ist AB-Einstellung, die sich bei wachsender Aussteuerung aber nicht verschiebt.

MG

DB

[capstan]

Prinzipiell ist zur Frage eigentlich schon alles wesentliche gesagt.
Ergänzung:
Der klassische A-Betrieb ist praktisch nur für Leistungsbereiche unter 1W gebräuchlich, da im Ruhezustand (also ohne Signal) der Endstufentransistor (Röhre) sich im mittleren Bereich der Arbeitskennlinie befindet und somit bereits ein hoher Leistungsanteil in Wärme umgesetzt wird. Der Wirkungsgrad bei dieser Betriebsart ist deshalb nicht besonders hoch. Bei diesen kleinen Leistungen wird außerdem oft mit einem Übertrager gearbeitet, der die sehr niedrige Impedanz des Lautsprechers an den Transistorkreis anpassen soll. Außerdem wird damit erreicht, daß der Lautsprecher nicht mit einem Bias-Strom betrieben wird, der die Membran im Ruhezustand bereits erheblich auslenken würde. Ein direkter Anschluß des Lautsprechers in den Collektorkreis würde Dimensionierungsprobleme für den Emitterwiderstand bzw.Stabilitätsprobleme des Arbeitspunktes bringen, wenn nicht die Verwendung eines mittelohmigen Lautsprechers (ca.50 Ohm) in Betracht kommt.

Für moderne hochwertige Verstärker mit niedrigstem Klirrgrad verwendet man den A-A- bzw.A-A-A-Betrieb. Bei dieser Betriebsart liegt der Lautsprecher an einem Stromverstärker dessen Betriebsspannung proportional zum Einganssignal über einen Spannungsverstärker geteuert wird.

Die modernste Betriebsart stellt wohl der C-Betrieb dar, hier fließt ohne Ansteuerung kein Ruhestrom durch die Endstufe, die Transistoren befinden sich im sicheren Sperrzustand. Diese Betriebsart bleibt den rentablen Digitalendstufen vorbehalten.

[dl2jas]

D-Betrieb:

Wenn ich mich recht erinnere, ist das reiner Schaltbetrieb bzw. Impulsbetrieb. Der Wirkungsgrad liegt bei annähernd 100%.
Dieses Schaltungsprinzip wird gern bei Hochfrequenzsendern eingesetzt. Sinngemäß hängt an der Antenne ein Schwingkreis, der durch die Antenne bedämpft wird. Der Verstärker gibt Impulse in den Schwingkreis, damit dieser mit konstanter Amplitude weiterschwingt.
Sowas in der Richtung gibt es auch für Audio, die Verstärker für Beschallungsanlagen, z.B. Rockkonzert, arbeiten nach diesem Prinzip.
Bei dieser Betriebsart entstehen prinzipbedingt sehr viele Oberwellen = Klirr, die herausgefiltert werden müssen. Bei einem Hochfrequenzsender mit konstanter Frequenz geht das ganz gut, bei Audio mit sich ständig ändernder Frequenz ist es etwas schwieriger.

Andreas, DL2JAS

[highlander]

So ganz verstanden habe ich noch nicht, wann man A-, B-, C- oder D-Verstärker einsetzt. Wieso sollte man z.B. D einsetzen, wenn man umständlich die Oberwellen herausfiltern muss? Liefert er etwa Leistungen, die andere Verstärkerarten nicht zu diesem Preis/dieser Baugröße bieten?

Und was würde C für den Klang bedeuten? Liegt dieser qualitativ oberhalb von A?

Woher kommt eigentlich die Einteilung in diese Buchstaben?

[DB]

Heutzutage nennt man D-Endstufen solche, die das NF-Signal mittels PWM zusammenfummeln.
C-Betrieb ist nur für Sender interessant, hier fließt im Transistor/Röhre weniger als 180° Strom. Mächt aber nix, weil das verstärkende Bauteil auf einen Resonanzkreis arbeitet, der immer nur angeschoben werden muß. Der Stromfluß im Resonanzkreis ist dennoch sinusförmig.

Ansonsten, welche Betriebsart man für eine Endstufe wählt, kommt auf die Anforderungen an: Wirtschaftlichkeit, Verzerrungsarmut, Leistungsausbeute,...

MfG

DB

[mash]

Sony hatte mal eine D-Endstufe für den HIFI-Bereich. Die musste man mit abgeschirmten Lautsprecherkabel betreiben, weil sonst die ganze Umgebung HF-mäßig 'verseucht' wurde. Entstanden war sie zu einer Zeit, als die Digitalwelle durch die CD losschwappte. Die Philosophie war eben, den Signalweg von der CD bis zum Lautsprecher komplett digital zu haben. Nach kurzer Zeit verschwand sie wieder vom Markt.

[dl2jas]

highlander postete
So ganz verstanden habe ich noch nicht, wann man A-, B-, C- oder D-Verstärker einsetzt. Wieso sollte man z.B. D einsetzen, wenn man umständlich die Oberwellen herausfiltern muss? Liefert er etwa Leistungen, die andere Verstärkerarten nicht zu diesem Preis/dieser Baugröße bieten?

Und was würde C für den Klang bedeuten? Liegt dieser qualitativ oberhalb von A?

Woher kommt eigentlich die Einteilung in diese Buchstaben?

Wer das mit den Buchstaben eingeführt hat, weiß ich nicht. Grob kann man sagen, A liefert ein sehr sauberes Signal, bei D sind nur noch "Bruchstücke" vorhanden. Mit steigendem Buchstaben verbessert sich der Wirkungsgrad, bei D liegt er bei annähernd 100 %.
Der Wirkungsgrad ist gerade bei größeren Verstärkern sehr interessant. Nehme einen normalen Hifi-Verstärker und lasse ihn eine Stunde bei 20 Watt pro Kanal laufen. Der wird ernsthaft warm. Ein heutiger D-Verstärker liefert bei gleicher Baugröße etwa 1000 Watt.

C-Verstärker kenne ich nur von der Funktechnik, kleine Sendeendstufen mit konstanter Leistung. Würde man einen C-Verstärker für Audio verwenden, käme das nicht gut. Laute Passagen werden nur mit einer Halbwelle verstärkt. Leise Teile werden einfach abgeschnitten. Ein C-Verstärker kommt erst in Wallung, wenn eine gewisse Mindestspannung am Eingang anliegt.

Für die (klassische) Audiotechnik sind eigentlich nur Verstärker im A-Betrieb oder AB-Betrieb interessant. A-Betrieb trifft man häufig im Signalweg an, Endstufen arbeiten fast alle im AB-Betrieb.

Andreas, DL2JAS

[dl2jas]

Wiki hat auch was zu Verstärkern:

http://de.wikipedia.org/wiki/Leistungsverst%C3%A4rker

Andreas, DL2JAS

[highlander]

Wenn ich mich recht entsinne, hat man die Class-A-technik erst Ende der 70er/Anfang der 80er Jahre werbewirksam ausgeschlachtet. Was hatten denn die Verstärker davor? Waren alle Brauns, Grundigs, Telefunkens oder Sabas Class-B? Gab es - außer bei den Japanern - Ausnahmen?

[Markus Berzborn]

Die GANZ alten Röhrenverstärker waren zum großen Teil Class A, weil es die ursprünglichste und simpelste Schaltungsvariante ist. (Ich nehme an, dass es dewegen auch Class A heißt, das ist jedenfalls keine Qualitätsbezeichnung im Sinne von "Güteklasse A" oder so.) Wenn bei den alten, hocheffizienten Kinolautsprechern von Altec oder Klangfilm 8 Watt reichten, um einen ganzen Saal zu beschallen, brauchte man sich ja auch keine großen Gedanken um mehr Leistungsausbeute zu machen.

Gruß,
Markus

[Markus Berzborn]

dl2jas postete
Wiki hat auch was zu Verstärkern:

http://de.wikipedia.org/wiki/Leistungsverst%C3%A4rker

Habe gerade bemerkt, dass die da Class A und Eintakt nicht ganz sauber auseinanderhalten. Ein Class A-Verstärker kann auch in Push-Pull-Konfiguration aufgebaut werden.

Gruß,
Markus

[dl2jas]

highlander postete
Wenn ich mich recht entsinne, hat man die Class-A-technik erst Ende der 70er/Anfang der 80er Jahre werbewirksam ausgeschlachtet. Was hatten denn die Verstärker davor? Waren alle Brauns, Grundigs, Telefunkens oder Sabas Class-B? Gab es - außer bei den Japanern - Ausnahmen?

Echter B-Betrieb wird bei Hifi-Verstärkern eigentlich nicht angewendet, es fließt normalerweise immer etwas Ruhestrom. Deswegen spricht man auch von AB-Betrieb. So wird eine klassische Transistorendstufe aufgebaut.
Röhrenverstärker, ich meine jetzt die in alten Röhrenradios, arbeiten eigentlich alle im A-Betrieb. Der Ruhestrom ist in der Größenordnung des Stroms, der bei maximaler Leistungsabgabe fließt.
Die Ausnahmen, Transistorverstärker (mit Gegentaktendstufe) im A-Betrieb, kaufen z.B. Highender, seltener highlander. Ich nehme zum Spiegeleier braten lieber Herd und Pfanne...

Andreas, DL2JAS

[highlander]

dl2jas postete
Die Ausnahmen, Transistorverstärker (mit Gegentaktendstufe) im A-Betrieb, kaufen z.B. Highender, seltener highlander.

Doch, doch, ich habe 2 Class-A-Verstärker im Einsatz

[DB]

Markus Berzborn postete
Die GANZ alten Röhrenverstärker waren zum großen Teil Class A, weil es die ursprünglichste und simpelste Schaltungsvariante ist.... Wenn bei den alten, hocheffizienten Kinolautsprechern von Altec oder Klangfilm 8 Watt reichten, um einen ganzen Saal zu beschallen, brauchte man sich ja auch keine großen Gedanken um mehr Leistungsausbeute zu machen.

Wobei gerade damals peinlich genaue Untersuchungen hinsichtlich Endstufenwirkungsgrad gemacht wurden, im Barkhausen ist das ausführlich erläutert.
Wenn es gelang, mit kleinen (=billigeren) Endröhren eine hinreichende Leistung zu erzielen, dann wurde das auch getan. Gerade als man für Leistungsverstärkung nur Trioden hatte, waren derlei Betrachtungen auch abhängig vom Arbeitspunkt enorm wichtig.
Hier lag der Endstufenwirkungsgrad im A-Betrieb meist um etwa 25%.

MfG

DB