Brücken einer Endstufe und das Anhängen diverser Lasten

Das Kreuz mit der Brückerei einer Endstufe.

Oftmals kommen Anfragen über das Brücken einer Endstufe. Ob diese generell dazu ausgelegt ist, muß jeder in seiner Bedienungsanleitung einsehen. Hier geht es nur um das Prinzip und was beim Brücken passiert.

Zunächst folgen 2 Bilder mit möglichen Lastbeschaltungen und den dazugehörigen Impedanzen, Spannungen und Strömen. Hierbei wird im Bsp. von 20V Ua~ eff ausgegangen, welche in der Praxis an 4R Last 100W sin ergeben. Im Übrigen ist eine Endstufe in unserem Sinne ein Stromverstärker. Um Strom zu transportieren benögt man eine Spannung, welche DIE aussagekräftige Komponente in der Praxis ist. Eine genügende Stromvorrätigkeit ist dabei zwingend, sonst ist die mögliche Leistung (P = U x I) nicht zu erreichen.
Jeder Limiter, jedes Mischpult auch ein LS, beziehen sich immer auf die Größe Spannung, angegeben in dbu (0.775V), dbV (1V), db/m in W bei 2.83V (Last 8R) wobei sich hier eigentlich ein Fehler eingeschlichen hat, denn einen Bezug zu einer Größe stellt immer der Suffix nach db dar. Im Bezug auf den LS haben wir es mit dem Wirkungsgrad zu tun, welcher sich aber auch wieder durch die Spannungswerte errechnen lässt.

Findet man Angaben mit der Bezeichnung dbm, so spricht man von einer absoluten Größe. Hierbei bezieht sich das db nicht nur auf die Spannung (obwohl auch sie als Grundlage genutzt wird), sondern auch auf die Leistung. 0dbm entsprechen 0.775V an 600R und ergeben 1mW Leistung. Der Stromfluß liegt hier bei 1.29mA
R = U/I
R = 600 Ohm

Diese Aussage ist deshalb absolut, weil sie keine anderen Schlüsse zulässt. Ausgehend von dieser Größe ist in jedem Fall eine Berechnung aller zugehörigen Größen (R, I, U, P) innerhalb der Verstärkungskette möglich.

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Bild 1
Mögliche Verknotungen der Last (LS) und ihre Auswirkungen auf Impedanz, Spannungsabfall und Stromfluß anhand von 8R Lasten.



Reihenschaltung von Widerständen:
Rges = R1 + R2 + R...

Parallelschaltungen von Widerständen:
1/Rges = 1/R1 + 1/R2 + 1/R...

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Bild 2
Verdeutlichung von zugeführter Betriebsspannung, Stromstärken und Leistungen im Anwendungsfall von Parallel-, Reihen oder Parallel-Reihenschaltungen der Last.



Letzterer Fall an 2R Last zeigt den deutlich gestiegenen Stromfluß, hier 10A~eff, gegenüber 8 oder 16R. Diese 10A müssen mit Wurzel 2 multipliziert werden, um den Spitzenstrom errechnen zu können. Im angegebenen Fall müssen also 14.2A von der Stromquelle zugeführt werden (Trafo) und durch die Lastbauteile (Endtransistoren) auch verwaltet werden können!

Spätestens hier dürfte jedem klar werden, welche gewaltigen Ströme bei 2R Betrieb und 1.5KW fließen!

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Was passiert innerhalb des Leistungsteils der Endstufe?
Anbei ist ein skizzierter Plan der letzten Stufe einer Endstufe, sinnigerweise auch Endstufe genannt.

Wir legen 2 x 40V Gleichspannung an und öffnen per negativer Ansteuerung den unteren Transistor T2. Er öffnet, T1 schließt. Durch das Öffnen von T2 wird die Betriebsspannung samt Strom an die Last transportiert. Da das Potential gegenüber Masse (da hängt die Last mit einer Seite dran) negativ ist, fließt der Strom von Masse über die Last und T2 nach Ub- (wird positiv angesteuert, er4gibt sich selbiges für den positiven Zweig der Amplitude, hier dan von Ub+ nach Masse).

Rein rechnerisch wäre bei 80V (2 x 40) Ub an 8R folgende Leistungsabgabe möglich:
40V - 3V Verlust (T, R usw) = 37V / 1.4142 = 26.2V~eff
Diese Spannung kann also nun max erzeugt werden.
26.2V² = 686
Diese quatrierte Spannung ist nun für weitere Zwecke unser Ausgangspunkt:
686 / 8R = 85.75W sin = 3.27A~eff
686 / 4R = 171.50W sin = 6.55A~eff
686 / 2R = 343.00W sin = 13.1A~eff

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Jetzt kommt die Brückenschaltung. Hier arbeiten 2 Endstufen auf eine Last, welche nicht mehr zwischen Masse und den jeweiligen Betriebsspannungen klemmt, sondern hier wird die Last über die jeweils diagonal gegenüberliegenden Endtransistoren immer an der vollen Betriebsspannung betrieben. Daher auch der Name "Brücke".
Die Ansteuerung erfolgt ebenfalls als Brücke, also an einer Endstufe die positive, an der anderen die negative Eingangsspannung und genauso wird die Amplitude verstärkt wieder an die Last abgegeben.

Unschwer ist zu erkennen, das Spannung, Strom und Leistung erheblich größer geworden sind.



Wir müssen jetzt die vollen 80V zur Berechnung hernehmen, ca. 6V Verlustspannungen abziehen und erhalten als Spitzenspannung 74V.
74V / 1.4142 = 52.3V~eff
52.3V² = 2735.3
Selbes Spiel wie oben:

2735.3 / 8 = 342W sin = 6.54A~eff
Mit einer Last von 8R ist also die gebrückte Endstufe jetzt schon bei einem Stromfluß angekommen, wie er normalerweise mit 4R an einem normalen Endstufenkanal fließt.

Würde man nun 4R als Brückenlast anhängen, dann ergibt sich eine Leistung und ein Strom von:
2735.3 / 4 = 684W sin = 13.1A~eff
Jetzt ist eine 2R stabile Endstufe am Ende.

Bei gar nur 2R Last im Brückenbetrieb ergibt sich folgendes:
2735.3 / 2 = 1368W sin = 26.15A~eff

Hier wird mit ziemlicher Sicherheit nix mehr gehen. Zu den obigen Berechnungen müssen außerdem noch diverse Sicherheitszuschläge gemacht werden. Da ist zb. ganz wichtig das Rechteckausgangssiganl, zwar absolut unerwünscht aber die Endstufe muß das abkönnen. Hier ist dann im allerbösesten Fall mit den Spitzenwerten Uss und Iss an den Rdc der Last zu rechnen. Wo das hinführt kann jeder selber mal überschlagen.

Glücklicherweise dürfte jede gute Endstufe Stromfühler in der Betriebsspannungszuführung haben und deshalb die max Leistung begrenzen.

Tiefere Einsichten in die Materie dürften hier den Thread sprengen, sind für den Anwender sicherlich auch uninteressant.

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Ein paar Bilder von Anschlußfeldern einiger Endstufen.
Im 1. Bild ist eine Alesis Matica 900 zu sehen. Sie ist 2R stabil, kann demnach an 4R Last gebrückt werden. Bei ihr wird dazu der Schiebeschalter im rechten unteren Bildrand nach rechts gedrückt in die Stellung "bridged".
Das Signal wird nun an den beiden inneren Schraubklemmen abgenommen. Als Eingang ist Kanal 1 wirksam, wie eigentlich immer im Brückenbetrieb. Kanal 2 bleibt unbelegt auch sein Volumensteller ist außer Kraft gesetzt, kann demnach auf Anschlag "links = 0" verbleiben.

Im Bild steht die Endstufe auf "Dual Channel", also auf Normalbetrieb Stereo.

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Hier ist eine KME SPA 500F zu sehen. Es dürfte eine der kleinsten im PA Sektor sein, die mit 1 HE auskommt. Auch sie ist brückbar. Das gebrückte Signal wird hier an der mittleren Speakonbuchse abgegriffen, Eingang ist wiederum nur Kanal 1 (A)
Diese Endstufe ist nur 2 x 4R stabil, wodurch die Brückenlast 8R nicht unterschreiten darf.



Die KME wird von der Frontseite her auf Brückenmodus umgeschalten. Ein zusätzliches Gutes ist die Anzeige mittels gn LED "Bridge". Hier haben wir auch 3 mögliche Schalterstellungen, einmal Mono (auch mit gn LED Anzeige), einmal Stereo in Mittelstellung und einmal Bridged.
Die Stellung "Mono" schaltet beide Kanäle auf einen Eingang, hier wiederum Kanal 1 (A). Andere Hersteller nennen das "Parallel".

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Das nächste Bild zeigt eine Ecler APA 1400. Hier steht zum Umschalten eine Art Hebelschalter zur Verfügung. Durch Unachtsamkeit ist ein unbemerktes Umschalten leichter möglich als bei versenkten Schiebeschalter.
Diese Stufe ist 2R stabil, kann also mit 4R Last in Brücke betrieben werden.

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Als nächstes eine Ecler XPA 11000. Auch sie ist 2R stabil, kann also auch mit 4R Last in Brücke gefahren werden.
Hier wird der Brücknemodus per rt LED über dem Schiebeschalter angezeigt, Parallel (Mono) und Stereo kann ebenfalls gefahren werden.
Kleines Schmankerl hier ist der rechte obere Schiebeschalter, mittels dem eine Umstellung von 0dbu (0.775V) auf 0dbV (1V) oder +6dbu (1.44V) möglich ist. Diese Umstellung ermöglicht ein leichteres anpassen mehrere Endstufen unterschiedlicher Bauart an die Quelle.

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Die nächste Endstufe ist eine Ecler PAM 1400 (ein Vorläufer der APA und XPA Serie), welche wiederum hinten mittels Schiebeschalter in den Brückenmodus versetzt werden kann. Auch sie ist 2R stabil, so daß eine Brückenlast von 4R angehangen werden kann.



Zur Anzeige des Brückenmodus ist auf der Frontseite eine rt LED angebracht.

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Als nächstes eine Phonic MAX 2500. Sie ist nicht 2R stabil, wodurch die Brückenlast 8R nicht unterschreiten darf. Hier kann wieder mittels Schiebeschalter unten rechts zwischen Bridged, Stereo und Parallel umgeschalten werden.



Das Speakonanschlußfeld zeigt hier sehr deutlich, wie man abgreifen kann.
Kanal 1 -
1+/1- für Kanal 1 und gleichzeitig 2+/2- für Kanal 2
ODER
1+/2+ für den Brückenmodus



Im Normalfall wird das Brückensignal an Kanal 1 1+/2+ abgenommen, bzw. zur Verfügung gestellt. Es ist jedoch DRINGEND auf die Bedienungsleitung der jeweiligen Geräte zu achten, um keine Fehlanschlüsse zuzulassen.

Diskussionen, Fragen und Anregungen werden hier behandelt.