Verstärker

Verstärker

Unter einem Verstärker versteht man ein elektronisches Gerät, das ein eingehendes Analogsignal so verarbeitet, dass die Ausgangsgröße größer wird als die Eingangsgröße. Der Ausgang des Verstärkers muss dazu mehr Leistung abgeben können, als der Eingang aufnimmt. Hierfür ist eine Energiequelle erforderlich, die sowohl aus einer Batterie als auch aus einem Netzteil bestehen kann. Ein wesentliches Kennzeichen eines Verstärkers ist die sogenannte Linearität. Das heißt, eine Verdoppelung der Eingangsgröße muss auch zu einer Verdoppelung der Ausgangsgröße führen. Entsprechende Abweichungen werden als Verzerrungen bezeichnet.

Verstärker mit unterschiedlichen Leistungen von vielen verschiedenen Herstellern sind im Fachhandel erhältlich. Je nach Modell verfügt ein Verstärker über einen oder mehrere analoge Ein-und Ausgänge zum Anschluss an eine HiFi-Anlage. Für die Leistungsmöglichkeiten eines Verstärkers ist auch die Zahl der Lautsprecheranschlüsse zum Anschluss der entsprechenden Anzahl von Boxen wesentlich. Verstärker werden aber nicht nur bei Musikanlagen eingesetzt, sondern beispielsweise auch bei elektrischen Musikinstrumenten wie E-Gitarren. Erwirbt man eine Stereo-Anlage oder ein sogenanntes Surround-System, ist der Verstärker meist im Lieferumfang bereits enthalten.

Bei Verstärkern wird zwischen verschiedenen Arten von unterschieden. Es gibt sogenannte Vorverstärker, die das Eingangssignal aufbereiten, oder auch Verstärker, die die Frequenz entzerren. Zur individuellen Regulierung werden meist Zwischenverstärker eingesetzt. Die meisten Stereo- und Musikanlagen sind mit einem Endverstärker ausgestattet, mit dem sowohl die Lautstärke als auch die Balance und die Frequenz geregelt werden.

Bestandteil einer Stereo-HiFi-Anlage

Verstärker als Bestandteil einer Stereo-HiFi-Anlage sind auch unter den Begriffen Vollverstärker oder Stereo-Verstärker bekannt. Meist setzt sich eine Stereoanlage aus einem Verstärker, einem CD-Player, einem Radio und einem oder mehreren Lautsprechern zusammen. Der Verstärker ist für die Leistungsverstärkung zwischen den Quellgeräten zuständig. Das eingehende Musiksignal wird durch den Verstärker mit einer höheren Spannung wieder ausgegeben. HiFi-Amps sind in der Lage, sowohl Signale einer analogen Anlage als auch einer digitalen Anlage zur verstärken. Die Nutzung eines Verstärkers ist also sowohl bei einem digitalen CD-Player als auch bei einem analogen Schallplattenspieler möglich.

Am Verstärker kann nicht nur die Lautstärke der wiedergegebenen Musik geändert werden, sondern auch die Balance der Lautsprecher. Unterschiede bei Verstärkern liegen in erster Linie in der Ausgangsimpedanz, dem Dämpfungsfaktor und der jeweiligen Gegenkopplung. Wünschenswert bei einem guten Verstärker ist eine möglichst geringe Ausgangsimpedanz. Im Normalfall liegt die Ausgangsimpedanz eines Verstärkers in einem zwei- bis dreistelligen Milliohm-Bereich. Der jeweilige Dämpfungsfaktor gibt das Verhältnis zwischen dem Ausgangswiderstand und der Impedanz des Verstärkers wieder.

Hohe Wattzahl

Die vielen verschiedenen Hersteller von Verstärkern preisen ihre Geräte gerne mit besonders hohen Wattzahlen an. Wesentlich für die Leistung eines Verstärkers ist jedoch nicht allein die Wattzahl, sondern die sogenannte Sinus-Dauerleistung, die nach der DIN-HiFi-Norm berechnet wird. Nach dieser DIN-Norm muss ein Audio-Verstärker über einen Zeitraum von zehn Minuten die angegebene Leistung mit einem maximal zulässigen Klirrfaktor abgeben.

Aber neben der Sinus-Dauerleistung ist auch die bei den Verstärkerwerten angegebene Musikleistung nicht außer Acht zu lassen. Die Musikleistung gibt an, wieviel Watt der Verstärker bei kurzen Impulsspitzen abgeben kann. Die Sinus- und die Musikleistung eines Verstärkers unterscheiden sich dadurch, dass die Spannungsversorgung des Verstärkers meist nie stabilisiert ist. Auch bei relativ leiser Musik steht daher eine etwas höhere Betriebsspannung zur Verfügung als bei sehr starker Belastung.

Die Bestandteile eines Verstärkers

In einem Verstärker befindet sich ein aktives elektronisches Bauelement, das für die eigentliche Verstärkung verantwortlich ist. Zu diesen Bauelementen zählen beispielsweise Transistoren und Elektronenröhren, aber auch Magnetverstärker, die als Transduktoren bezeichnet werden. Neben diesen aktiven Bauelementen sind jedoch auch passive Bauelemente in einem Verstärker erforderlich, die nicht nur der Energieversorgung, sondern auch der Stabilisierung und der Impedanzanpassung dienen. Diese passiven Bauelemente werden als Widerstände, Kondensatoren oder Transformatoren bezeichnet.

Verzerrungen

Beim Einsatz von HiFi-Amplifiers entstehen je nach Modell und Leistungsmerkmalen des Gerätes Verzerrungen, die sich als lineare und als nichtlineare Verzerrungen ergeben können. Bei einer linearen Verzerrung sind die Frequenzabhängigkeit und damit entstehende Phasenwinkelabweichungen betroffen. Bei Verstärkern, die zum Hören von Musik dienen, finden sich häufig Klangregler, womit die Töne an den individuellen Geschmack angepasst werden können. Bei einer linearen Verzerrungen entstehenden bei der gleichzeitigen Verstärkung mehrerer Frequenzen keine neuen Kombinationsfrequenzen, die sich im ursprünglichen Signal nicht finden.

Nichtlineare Verzerrungen treten im Gegensatz dazu dann auf, wenn sich die Ausgangsspannung nicht im gleichen Verhältnis zur Eingangsspannung ändern. Eine solche Verzerrung wird als Übersteuerung bezeichnet. Durch mangelhafte Amplitudenlinearität wird hier im Verstärker ein Klirrfaktor erzeugt. So entstehen immer neuer Frequenzen, die im ursprünglichen Signal nicht enthalten sind. Bei der Speisung des Verstärkers mit einer einzigen Frequenz spricht man die neu entstandenen Frequenzanteile als harmonische Frequenz. Bei der Einspeisung von mehreren Frequenzen gleichzeitig entstehen immer Kombinationsfrequenzen. Diese Art der Verstärkung ist beispielsweise bei einem Gitarrenverstärker oder einem Mischer erwünscht.

Röhrenverstärker oder Transistorverstärker?

Anhänger von Röhrenverstärkern schwören auf die Eigenschaften dieser Geräte, die zu den ersten Verstärkern überhaupt auf dem Markt gehören. Röhrenverstärker haben einen geringeren Dynamikumfang und einen deutlich höheren Klirrfaktor als Transistorverstärker. Der maßgebliche Unterschied zwischen Transistor- und Röhrenverstärker liegt hauptsächlich im Frequenzgang, der durch den hohen Ausgangswiderstand im Röhrenverstärker verursacht wird. Der Ausgangswiderstand bildet mit der Impedanz des angeschlossenen Lautsprechers einen Spannungsteiler. Liebhaber von Röhrenverstärkern empfinden den Klang dieser Geräte als wärmer und angenehmer als bei einem Transistorverstärker. Vor allen Dingen bei Verstärkern von elektrischen Gitarren, bei denen der Klang ja über den übersteuerten Verstärker erzeugt wird, sind Röhrenverstärker sehr gefragt.

Einsatzgebiete von Verstärkern

In fast allen Bereichen der Elektrotechnik kommen Verstärker zum Einsatz. Nicht nur in der Unterhaltungselektronik, wie wir sie in unserem privaten Bereich zum Hören von Musik nutzen, sondern auch bei der Nutzung elektrischer Musikinstrumente oder Synthesizer dienen Verstärker der Optimierung des Klangs und Steuerung der Lautstärke. Aber auch in Festplatten im PC oder bei Tonbandgeräten kommen Verstärker zum Einsatz. Und auch bei CD- und DVD-Spielen sind elektrische Verstärker erforderlich, mittels derer Laserdioden betrieben oder die Signale von Fotodioden verstärkt werden.

Störungen und Rauschen

Beim Verstärken analoger Signale kommen häufig Störungen wie Rauschen zustande. Auch Fremdspannungen wie Reste der versorgenden Netzwechselspannung beeinträchtigen das Ergebnis. Beim Kauf eines Verstärkers ist daher auf den angegebenen Störabstand oder den Fremdspannungsabstand zu achten, die entsprechend angegeben werden. Die elektromagnetische Verträglichkeit eines Verstärkers beschreibt die Empfindlichkeit des Gerätes gegenüber externen elektromagnetischen Feldern, wie sie beispielsweise durch Rundfunksender oder Mobiltelefone erzeugt werden.