Verlustleistung an Leistungsverstärkern

bei google verlustleistung eintippen ist nicht schwer. gleich die erste seite ist wikipedia wo alles mehr als ausreichend beschrieben ist.

Danke, hätte ich auch drauf kommen können.

Also entsteht die Verlustleistung durch den Widerstand des Leistungstransistors, dem Spannungsabfall über diesem und dem Strom, der durch ihn fließt (also, wie weit er "aufgesteuert" wird) ? Ist das richtig ?

(Edit: zu langsam)

Grüße, Tobi

Also, mal angenommen ich hätte 1 Watt Leistung an 8 Ohm, entsprechend 2,8 V, dann müßte der +Transitor ja bei +60 V Versorgungsspannung gut 58 V "wegregeln", oder, und der andere ebenso im Minusbereich, oder ?

Korrekt. Der Leistungstransistor fungiert quasi ans Spannungsteiler der Versorgungsspannung. Daher ist der Wirkungsgrad gängiger AB-Verstärker im unteren Leistungsbereich auch so miserabel.

Das heißt also bei einer Stromverstärkung von 10 und angenommenen 10 mA am 8 Ohm Widerstand müßte er 9 mA bei 58 V wegregeln ?

Hallo,

zur vereinfachung bertachten wir eine idealisierte Momentaufnahme:

Versorgungsspannung = 60V
am 4 Ohm Lautsprecher liegen 10V an ergibt 2,5A
Der momentan aktive Endtransistor liegt in Reihe zum Lautsprecher.
An diesem müssen die restlichen 50V abfallen und 2,5A durchfließen.
Ergibt 50V x 2,5A = 125W Verlustleistung

Da aber der Lautsprecher normalerweise nicht mit konstantem Strom versorgt wird, ist die richtige Berechnung komplexer.

Stimmen würde dir Rechnung bei einem Rechtecksignal.

Grüße
Thomas

Und hier noch ein Diagramm:

http://www.hifi-foru...rum_id=103&thread=68

Hallo,

der Wirkungsgrad einer Gegentaktendstufe liegt bei 78,5% abzüglich Ruheströme und Gleichspannungsabfall. Die Lautsprecher kommen auf 1-2%, Hörner auf 10%.

Hi On,
wie kommst Du auf diese 78,5% - Sinus, Vollaussteuerung, ohne Restspannungs-abfall an den End-T´s?
Frage nur mal.
Hmeck

Hi Hmeck,

ein Eta von 0,785 ergibt sich aus dem Verhältnis des 1/ Pi - Integrals der Sinusleistung über den Phasenwinkel am Lastwiderstand und der Verlustleistung an den Transistoren, bzw. der zugeführten Leistung. Muß ich das jetzt vorrechnen? Mit viel Überlegung geht es auch irgendwie einfacher, ich kann es aber jetzt nicht aus dem Ärmel schütteln. Siehe z.B. hier: https://dokumente.unibw.de/pub/bscw.cgi/d351196/pa1_new.pdf

Hier steht´s: http://www.loetstelle.net/grundlagen/verstaerker/verstaerker2.php

Hallo On,

danke für die schnelle Antwort. Geht über meinen mathemantischen Horizont, hätte deswegen vielleicht gar nicht nachfragen sollen - aber die Ansätze werden schon klarer, besonders im 2. Link.

Ich hätte vermutlich die erreichbare Effektivleistung bei Vollaussteuerung genommen, und sie ins Verhältnis zur Gesamtleistungsaufnahme gesetzt. Da muss zumindest was recht ähnliches rauskommen.

Grüße, Hmeck

Die UB wird ja als konstant angenommen. Außerdem braucht man nur eine Halbwelle zu berechnen, da beide symmetrisch sind.

Wenn die Leistung

P = Ieff^2 x R (Ohmsches Gesetz),

ist und mit dem Spitzenstrom

Ieff = Is / SQR(2),

ist, dann ist

P = (Is / SQR(2))^2 x R
P = Is^2 x 1/2 x R

Normiert man auf R = 1, Us = 1, dann erhält man Is = 1
Somit ist

Pmittel,aus = I^2 x 1/2 x R
Pmittel,aus = 1^2 x 1/2 x 1
Pmittel,aus = 1/2 W

Pmittel,ein = U x Imittel .....hier ist der Knackpunkt:
Imittel ist der Gleichrichtwert! , da UB = konstant. Also ist

Imittel = 2 / Pi x 1V = 0,6366 W

Der Wirkungsgrad ist

n = Pab/ Pzu
n = 0,5W / 0,6366W = 0,785

Das ganze ist proportional zum Aussteuergrad, also mal 0...1

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/1005241.htm

Sowohl der Effektivwert als auch der Gleichrichtwert werden allerdings nur mit Intregralrechnung ermittelt.

Gut, das ist ein schöner Wert, aber doch reichlich praxisfremd. Wann steuert man seine Stufen schon mit Sinustönen voll aus?

Stark komprimierte Musik hat immer noch einen Crest-Faktor von vlt 6 db - d.h. Vollaussteuerung ist hier erreicht bei einem Viertel der Dauerausgangsleistung. Laut Ons Berechnung (die ich jetzt nicht nachgeprüft habe) macht das noch knapp 20% Wirkungsgrad.

Bei "mittelstark" komprimierter Musik ist locker 10db (->Vollaussteuerung bei 1/10 der Dauerleistung) an Dynamik vorhanden -> Wirkungsgrad irgendwo bei 7%.

Danke, danke,

So langsam machts Klick. Das bedeutet also, das die höchste Verlustleistung bei mittlerer Leistung am Lautsprecher zu erwarten ist ?
Bei einem impedanzkritischen und wirkungsgradschwachem Lautsprecher ist es möglich das die Endstufe schon bei geringer Leistungsabgabe ins Schwitzen und an ihre Grenzen kommt ?

Um das einfache Beispiel von Thomas oben zu nennen, entstehen hier bei 25 Watt an 4 Ohm 125 Watt Verluste ?

Schau mal z.B. hier rein:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm3886.pdf ->Seite 15

Da siehst du die dissipierte Leistung in Abhängigkeit von Aussteuerung, Versorgungsspannung und Belastung.

Hallo,

meine "Rechnung" stimmt nur für den Fall, dass die Ausgangsspannung rechteckförmig ist.
Die Ansteuerung mit einem Rechtecksignal erzeugt in einen Verstärker die höchste Verlustleistung bei 50% Ausgangsspannung. Das macht kein vernünftig dimensionierter Verstärker lange mit.

Bei sinusförmiger Ausgangsspannung wird's komplizierter.
Siehe oben.

Prinzipiell ist es schon so:
Um so niederiger die Lautsprecherimpedanz, um so größer die Verlustleistung im Verstärker.

Bei Musiksignalen wird ein Verstärker über einen längeren Zeitraum gemittelt (wenn er nicht brutalst übersteuert wird) nicht mehr als 1/10 bis höchstens 1/6 seiner Nennleistung abgeben.(siehe oben)

Grüße Thomas

Bei Vollaussteuerung mit Rechtecksignal ist die Ausgangsleistung übrigens doppelt so hoch. Ich baue meine Endstufen immer so, daß sie auch Rechtecke mitmachen und finde das auch vernünftig - sonst muß diese abschalten, die Lautstärke automatisch runterregeln oder einen Lüfter anschalten.

Hier nochmal ein paar Formeln:

a ist der Aussteuergrad (0...1)

Wirkungsgrad:
η = a * π / 4

Verlustleistung:
Pv = 4a / π - a^2

Betriebsleistung:
Pb = 4a / π

Die Verlustleistung bei Sinusansteuerung ist bei einem Aussteuergrad von 2 / π = 0,64 am größten. Die Betriebsleistung ist bei maximaler Aussteuerung am größten. Also, wenn der Verstärker heiß wird, einfach lauter drehen