Funktionsweise Automotive Endstufen erklärt - Vergleich HiFi

eyjin (Beitrag #1) schrieb:

Ich frage mich wie bei so geringer Versorgungsspannung entsprechend hohe Leistungen erreicht werden und habe gefunden, dass dies mittels Gegentaktendstufen umgesetzt wird?

Diese Frage kannst Du auch umdrehen.
'Wie kann aus so einer hohen (Netz-)Spannung nur so wenig Leistung entstehen?'
Das Zauberwort heisst Netzteil, nicht Gegentakltendstufe. Bei Home-HiFi ist das eins von 240V auf weniger, im Auto von 12V auf mehr.

Heim-Hifi und Car-Hifi Endstufen unterscheiden sich im Prinzip nur durch das Netzteil.

Wenn ich die Endstufe z.B. mit 40 Volt betreiben will, so muß ich bei der Heim HiFi-Endstufe die 230 Volt aus der Steckdose auf 40 Volt heruntertransformieren und die Wechselspannung gleichrichten, denn Endstufen arbeiten gewöhnlich mit Gleichspannung.
Das geschieht da im Netzteil.

Bei CarHifi-Endstufen kann ich mir die Gleichrichtung im Prinzip sparen, dort muß ich nur die 12 Volt auf 40 Volt hochtransformieren.
Das wird ebenfalls im Netzteil erledigt.
In der Praxis werden aber wegen des besseren Wirkungsgrades und des kleineren Platzbedarfs Schaltnetzteile eingesetzt.
Da braucht man dann wieder die Gleichrichtung.

Durch die unterschiedliche Quellspannung bei Heim- und Ca-Hifi ist aber die Stromaufnahme unterschiedlich.

40 Volt an 4 Ohm entsprechen 400 Watt.
2x 400 Watt sind 800 Watt, eine Class A/B-Endstufe hat einen Wirkungsgrad von ca. 50%, die Leistungsaufnahme der Endstufe beträgt also 1600 Watt.

Bei 1600 Watt fließen bei 230 Volt nur 1600/230 = 6,96 Ampere Strom.
Bei 12 Volt fließen da 1600/12 = 133,33 Ampere Strom!

Dadurch, das bei CarHifi viel mehr Strom fließt, müssen die Stromversorgungskabel bei CarHifi sehr viel dicker ausfallen als bei Heim-Hifi.

Bei Autoradios werden i.d.R. BTL-Endstufen eingesetzt, da man da die Spannung heraufsetzendes Netzteil auskommen will.
Dadurch verdoppelt sich die Leistung auf ca. 18 Watt pro Kanal.
Mehr ist auch mit BLT aus 12 Volt ohne Netzteil nicht herauszuholen.
Die bei den meisten Radios zu findenden Angaben von 40, 50 oder gar 60 Watt pro Kanal sind reine Phantasieangaben der Hersteller.

Es gab auch eine Handvoll Autoradios mit Netzteil. Deren Leistung betrug ca. 27 Watt pro Kanal.
Mehr ist da praktisch auch nicht möglich, da man im engen Radioschacht die Abwärme der Endstufen einfach nicht los wird.
Deshalb haben die Hersteller die Radios mit Netzteil auch wieder begraben.

Grüße
Roman

Passat (Beitrag #3) schrieb:

40 Volt an 4 Ohm entsprechen 400 Watt.

Hi,

mal ne blöde Frage. Wie kann man das berechnen? Physik war nie so meine Stärke

LG

U² /R

Hierbei ist aber der Effektivwert der Wechselspannung am Ausgang gemeint, nicht die Gleichspannung im Netzteil.

Genauso.

Man braucht für die Geschichte eigentlich nur 2 Formeln und etwas Mathekenntnisse 7. Klasse:
U*I = P
U/I = R

U = Spannung in Volt
I = Strom in Ampere
R = Widerstand in Ohm
P = Leistung in Watt

Und wie kommt man jetzt auf U²/R?

Ganz einfach:
Umstellen der zweiten Formel nach I und Einsetzen der Formel in die erste Formel:
I = U/R

Eingesetzt in die erste Formel:
U * U/R = P, entspricht U²/R = P

Damit kann man aus einer vorhandenen Leistung und einem Widerstand die Spannung errechnen.

Falls die Spannung und der Widerstand bekannt ist, nimmt man einfach die zweite Formel:
40 Volt / 4 Ohm = 10 Ampere
Das Ergebnis setzt man in die erste Formel ein:
40 Volt * 10 Ampere = 400 Watt

Grüße
Roman

Bei Autoradios werden i.d.R. BTL-Endstufen eingesetzt, da man da die Spannung heraufsetzendes Netzteil auskommen will. Dadurch verdoppelt sich die Leistung auf ca. 18 Watt pro Kanal. Mehr ist auch mit BLT aus 12 Volt ohne Netzteil nicht herauszuholen.

Bedeutet nach Ohmschen Gesetz I=P/U es fließen nur 1,5A. Kann die Autobatterie und damit der Amp nicht einen viel höheren Strom (40A o.Ä.)
Dadürch würde dann doch auch die Leistung signifikant steigen?!

Der sich fließende Strom ergibt sich automatisch durch die Impedanz der Lautsprecher (Ohmsches Gesetz U/R = I)

Bei 12 Volt Ausgangsspannung und 4 Ohm fließt ein Strom von 3 Ampere.
Bei 10 Volt Ausgangsspannung und 4 Ohm fließt ein Strom von 2,5 Ampere.
Bei 12 Volt Ausgangsspannung und 8 Ohm fließt ein Strom von 1,5 Ampere.
Bei 24 Volt Ausgangsspannung und 4 Ohm fließt ein Strom von 6 Ampere.
etc.
Die Leistung steigt also nur, wenn man die Ausgangsspannung erhöht oder die Lautsprecherimpedanz verringert.
Viele ab Werk verbaute Lautsprecher haben deshalb eine Impedanz von 3 oder gar nur 2 Ohm.
Da die Ausgangsspannung ohne ein die Spannung heraufsetzendes Netzteil nicht größer sein kann als die Eingangspannung, limitiert die Eingangsspannung die Ausgangsleistung.
Und was 12 Volt angeht:
Das ist Gleichspannung, Musik ist dagegen Wechselspannung.
D.h. der Spitzenwert der Spanung kann nicht größer als 12 Volt sein, der Effektivwert beträgt Wurzel aus 2 weniger.
D.H. bei 12 Volt Spitzenspannung beträgt der Effektivwert nur 8,49 Volt.

Was Autoradios angeht:
Die haben i.d.R. 4 Endstufen, d.h. 4x 18 Watt = 72 Watt.
Da die Class A/B-Endstufen nur einen Wirkungsgrad von ca. 50% haben, zieht ein Autoradio, das 4x 18 Watt abgibt, 144 Watt Leistung, also bei 12 Volt satte 12 Ampere. In der Praxis ists mehr, denn die übrige Elektronik im Radio braucht ja auch noch ein wenig Leistung.

Grüße
Roman

Du darfst dabei jetzt erstmal nicht vergessen, dass du ja schon mindestens zwei Kanäle (bei Stereo) hast.
Sind also in deinem Beispiel schon mal 3A. Die durch den Wirkungsgrad vorgegebene Verlustleistung kommt auch noch hinzu. Normale Autoradios sind mit 10A abgesichert. Bei 4 Kanälen wären das deine 4x1,5A = 6A, 4A wären dann noch für die Verlustleistung über, was hier einem Wirkungsgrad von 60% entsprechen würde.

Alleine schon die standardmäßig im Auto verlegten Kabelquerschnitte lassen da gar keine wesentlich höheren Ströme zu.

Lichtmaschine und Batterie könnten natürlich bedeutend mehr Strom zur Verfügung stellen. Es gibt halt nur keine (erstens) günstigen Bauelemente, die (zweitens) in das Autoradio rein passen und die (drittens) mehr als die bislang übliche Leistung von ~18W je kanal bereitstellen können.

Dafür gibt es ja externe Verstärker, die (erstens) oft den Preis eines Autoradios um ein mehrfaches übersteigen, die (zweitens) genügend Platz für die benötigten Bauteile beinhalten und (drittens) bei entsprechender Stromversorgung auch entsprechende Leistung bereitstellen.

hallo

soweit alles richtig hier

aber ihr bwegt euch nur im bereich analoge endstufen , mittlerweile ist auch 0,5 Kw im 1 din format technisch möglich mit digitalstufen mit wirkungsgrad bis 80-85 % was auch weniger verlustleistung bedeutet

ein netzteil braucht das dann aber auch , das ist klar und endsprechende verkabelung

klangliche aspekte auch aussen vor gelassen

Mfg Kai

Klar bewegen wir uns hier bei Class A/B, Class D habe ich bei Autoradios noch nicht gesehen.

Grüße
Roman

hallo

class D gibt`s aber mittlerweile zumindest teilweise im VAG regal , zwar nicht zur leistungsteigerung sondern zur verkleinerung und reduzierung des strombedarf sowie verringerung der verlustleistung

Mfg Kai