Arten von MOSFET-Verstärkern
MOSFET-Verstärker sind in Audioanwendungen unerlässlich, und verschiedene Typen können für die Konstruktion von Audioleistungsverstärkern verwendet werden. Ein Operationsverstärker mit MOSFET am Ausgang wird als MOSFET-Operationsverstärker bezeichnet. Audiosignale werden auf höhere Leistungspegel verstärkt, sodass Lautsprecher mit minimaler Verzerrung angesteuert werden können.
Häufige Arten von MOSFET-Verstärkern umfassen:
- Push-Pull-Verstärker: MOSFETs werden verwendet, um einen Verstärker zu konstruieren, der die Effizienz verbessert und die harmonische Verzerrung reduziert. In diesem Verstärker leiten zwei aktive Bauelemente abwechselnd für beide Hälften des Ausgangssignals. Ein komplementärer Push-Pull-Verstärker verwendet N-Kanal- und P-Kanal-MOSFETs.
- Kaskadenverstärker: Ein Kaskadenverstärker ist ein Gerät mit mehreren Verstärkungsstufen. In dieser Verstärkerschaltung wird das Eingangssignal kapazitiv an die erste Stufe gekoppelt, und der Ausgang wird von der letzten Stufe entnommen und über einen Widerstand an die nächste Stufe angeschlossen. Die Verstärkung und die Eingangs-/Ausgangsimpedanz des Verstärkers können erhöht werden.
- Common-Source-Verstärker: Ein Common-Source-Verstärker ähnelt einem Bipolartransistorverstärker (BJA), der in einer Common-Emitter-Konfiguration konfiguriert ist. Das Eingangssignal wird zwischen Gate- und Source-Anschluss angelegt. Der Spannungsabfall zwischen Drain- und Gate-Anschluss ist das Ausgangssignal. Dieser Verstärker kann eine hohe Verstärkung erzeugen und wird hauptsächlich in einer Signalverarbeitungsschaltung verwendet.
- Class-D-Verstärker: Verstärker, die ein Class-D-Modulationsschema verwenden, um mit hohen Wirkungsgraden zu arbeiten. Das Eingangssignal ist ein Pulsweitenmodulationssignal, das eine schaltende Ausgangsstufe ansteuert. Die Ausgangsstufe besteht aus zwei Schaltbauelementen, üblicherweise einem N-Kanal- und einem P-Kanal-MOSFET. Sie schalten abwechselnd als Reaktion auf das modulierte Signal.
- Stromverstärker: Dieser Verstärker kann den Strom einer Niedrigstrom-Spannungsquelle erhöhen, um eine Niedrigresistenzlast anzusteuern. Er hat eine Spannungsfolgerkonfiguration, um eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz zu bieten. Die Zenerdiode liefert die Referenzspannung, um den Ausgangsstrom konstant zu halten.
Funktion und Eigenschaften von MOSFET-Verstärkern
Ein Leistungs-MOSFET-Verstärker ist eine Art von Verstärker, der einen Leistungs-MOSFET-Transistor verwendet, um die Leistung, Spannung oder Stromstärke eines Signals zu erhöhen. Das Ziel ist es, eine Last wie einen Lautsprecher von Audiosignalen mit niedrigem Pegel aus eigener Kraft anzusteuern. Diese werden manchmal als Leistungsverstärker oder Ausgangsstufen bezeichnet und sind entscheidend, um ein Signal auf den für die Ansteuerung einer Last erforderlichen Pegel zu verstärken.
Wenn beispielsweise das Signal, das aus einem CD-Player oder einer anderen Audioquelle kommt, nicht stark genug ist, um einen Lautsprecher anzusteuern, kann man einen Leistungsverstärker verwenden, um die Leistung dieses Signals zu erhöhen, sodass es die Lautsprecher ordnungsgemäß ansteuern kann. Die Transistoren in Leistungsverstärkern können höhere Ströme und Spannungen verarbeiten als die in Vorverstärkern oder anderen Niederpegelstufen vorkommenden, wodurch sie Lasten direkt ansteuern können. Leistungsverstärker werden manchmal auch als Ausgangsstufen bezeichnet, da sie etwas ansteuern sollen, während vorherige Stufen nur dazu da waren, ein Signal auf niedrigem Pegel zu verarbeiten.
Zu den Funktionen von MOSFET-Verstärkern gehören:
- Verstärkung: Um die Amplitude schwacher Eingangssignale für die Übertragung oder Ansteuerung von Lautsprechern zu erhöhen.
- Mischen: In einigen Fällen kombinieren Verstärker verschiedene Frequenzsignale vor der Übertragung.
- Modulation: Hochfrequenzsender verwenden Verstärker, um Trägerwellen zu modifizieren, indem informationsführende modulierte Wellen hinzugefügt werden.
- Demodulation: Empfängerverstärker extrahieren Basisbandsignale aus modulierten Trägerwellen.
- Filterung: Verstärkungsstufen enthalten oft Filter, die unerwünschtes Rauschen oder Oberwellen aus dem Ausgangssignal entfernen.
- Impedanzanpassung: MOSFET-Verstärker passen Impedanzen zwischen verschiedenen Schaltungsblöcken an, um eine maximale Leistungsübertragung und minimale Signalverluste zu erreichen.
Zu den Merkmalen von MOSFET-Verstärkern gehören:
- Gewinnregelung: Rückkopplungs- und Steuerschaltungen passen die Verstärkung eines Verstärkers an spezifische Anforderungen oder Betriebsbedingungen an.
- Eingangs-/Ausgangsschnittstellen: Verstärker verfügen über Standard-Steckverbinder zum Empfang von Eingangssignalen und zum Senden von verstärkten Ausgangssignalen, z. B. Cinch, XLR, TRS oder Lautsprecher-Klemmen.
- Schutzschaltungen: Einige Verstärker verfügen über eingebaute Schutzschaltungen, die Schäden durch Überstrom, Überhitzung, Spannungsspitzen oder Kurzschlüsse verhindern.
- Stromversorgung: Verstärker benötigen stabile Stromversorgungen, um einwandfrei zu funktionieren und entsprechende Spannungen und Ströme entsprechend den Designspezifikationen bereitzustellen.
- Konstruktionsmaterialien: Die in Verstärkergehäusen verwendeten Materialien können sich auf ihre Wärmeableitungsfähigkeit, die Abschirmungsleistung gegenüber elektromagnetischen Störungen (EMI) und die Gesamtbeständigkeit auswirken. Üblicherweise werden Aluminium- und Stahlgehäuse bevorzugt, da sie leicht, leitfähig, robust und in der Lage sind, Wärme effektiv abzuführen.
- Größe und Gewicht: Abhängig von den Anwendungsanforderungen können Verstärker kompakt oder sperrig sein. Da sie schwerer sind, müssen sie möglicherweise tragbar sein oder fest in einem Rack installiert werden.
Szenarien für die Verwendung von MOSFET-Verstärkern
- Gitarren: Gitarristen verwenden MOSFET-Verstärker, um ihre Verstärker aufzudrehen, um einen natürlichen Overdrive und eine Verzerrung zu erhalten. Dies ist wie bei den klassischen Pedalen, aber der Verstärker kann ihnen verschiedene Verzerrungsstufen liefern, abhängig davon, wie stark sie spielen. Ihre Verstärker verfügen auch über viele Kanäle, sodass verschiedene Stile gespielt werden können. Hochverstärkungs-Kanal-Stacking ermöglicht es Heavy-Metal-Musikfahrern auch, Kanaleinstellungen zu haben.
- Bass: Bassisten bevorzugen möglicherweise FETs in der Vorverstärkerstufe, da die Eingangskapazität niedriger ist als bei Röhrenvorverstärkern. Dies verschafft ihnen mehr Headroom und Dynamik, insbesondere bei höheren Lautstärken. Bassisten benötigen echten Headroom und eine schnelle, saubere Stromversorgung von ihren Verstärkern. Viele moderne Bassverstärker verwenden Leistungsverstärkersektionen, die an klassischen Röhrenkonstruktionen modelliert sind.
- Gesang: Für Sänger bringt die Verwendung eines Solid-State-Vorverstärkers mit >FETs aufgenommenen Gesang näher an Live-Sounds. Es verbessert auch die Transientenantwort und den Frequenzbereich, wodurch das Mikrofon und der Sänger besser zusammenarbeiten, indem ungewollte Obertöne und Harmonien getrennt werden.
- Aufnahme/Mischen: Toningenieure verwenden oft Studioverstärker mit Clean Mixern und Kopfhörerausgängen, um die Mixe zu beurteilen, die in der Regel zweikanalig stereo sind. Diese Verstärker bieten einen hohen Ein-/Ausgabepegel, einen niederohmigen Ausgang und eine robuste Vorverstärkerstufe mit FETs, die einen Frequenzbereich und eine dynamische Reaktion gewährleisten. Verschiedene FETs können den Klang verändern und werden verwendet, wenn mehr Verstärkung benötigt wird.
- Keyboard: Tragbare Keyboard-Verstärker verwenden kleine Combos mit 1 bis 2 Lautsprechern zum Üben oder für Auftritte. Sie können Line-Ins und gute Vorverstärker mit separaten Kanälen für Mikrofone, Gitarren, Bässe und elektrische/akustische Saiteninstrumente haben. Sie bieten saubere, breitbandige und niederohmige Eingänge, aber es ist auch bequem für jedes Instrument oder jeden Musiker, sich anzuschließen.
So wählen Sie MOSFET-Verstärker aus
Beim Kauf eines MOSFET-Verstärkers sollten die Leute die Leistung und das Budget herausfinden. Wird der Verstärker zum Üben des Gitarrenspielens oder für Live-Auftritte verwendet? Wenn man dies weiß, kann man sich ein Bild von der benötigten Leistung machen. Der Preis des Verstärkers hängt auch von den oben genannten anderen Faktoren ab. Verstärker mit mehr Funktionen kosten mehr.
- Neu oder gebraucht: Es gibt großartige neue Verstärker auf dem Markt, aber auch legendäre gebrauchte. Wenn die Leute nach einem gebrauchten suchen, sollten sie sicherstellen, dass er von einem bekannten Verkäufer stammt. Wenn Sie einen brandneuen Verstärker kaufen, fragen Sie nach Garantien und anderen Funktionen, die möglicherweise unklar sind.
- Funktionen und Bedienelemente: Verstärker sind nicht das, was sie auf den ersten Blick scheinen. Sie haben verschiedene Kanäle, EQ-, Gain- und Lautstärkeregler, Presence- und Resonanzregler sowie Fußschalter. Wenn der Verstärker verwendet wird, um verschiedene Musikstile zu spielen, suchen Sie nach einem Verstärker mit mindestens 2 Kanälen und einem großen Funktionsumfang.
- Leistung & Budget: Anfänger können Verstärker kaufen, die schon für ein paar hundert Dollar zu haben sind. Professionelle Verstärker können jedoch mehrere tausend Euro kosten. Die Leistung des Verstärkers hilft auch bei der Preisfindung. Verstärker mit geringerer Leistung sind ideal zum Üben, während Modelle mit höherer Leistung für Live-Auftritte benötigt werden.
- Einfluss des Verstärkers: Verschiedene Verstärker bieten Gitarren und anderen Musikinstrumenten unterschiedliche Dienste an. Die Clean-Tone-Verstärker dienen als Pedale für Verzerrung, Fuzz und Overdrive, um einen Klang zu erzeugen. Hochverstärkungs-Verstärker sind hingegen bei Heavy-Metal-Musikern beliebt.
- Vollröhre: Abgesehen von den Funktionen, der Leistung und dem Einfluss ist eines der wichtigsten Unterscheidungsmerkmale bei Verstärkern, ob sie vollröhrenbasiert sind. Röhrenverstärker sind dafür bekannt, Musikinstrumenten einen volleren Klang zu verleihen und dynamische Reaktionen detailliert zu bewältigen, insbesondere wenn sie verzerrt sind. Sie sind jedoch nicht so tragbar oder erschwinglich wie ihre Solid-State-Pendants.
MOSFET-Verstärker Q&A
F1: Was zeigen die unterschiedlichen Leistungsangaben von MOSFET-Verstärkern an?
A1: Die verschiedenen Leistungsangaben zeigen die Belastbarkeit und Lautstärke an, die der Verstärker erzeugen kann. Sie beeinflusst den Schalldruckpegel, den ein Car-Audio-System ohne Verzerrung erreichen kann. Die Angaben geben eine Vorstellung von der maximalen Ausgangsleistung und dem Wirkungsgrad des Verstärkers.
F2: An wie viele Lautsprecher kann ein MOSFET-Verstärker angeschlossen werden?
A2: Die Anzahl der Lautsprecher, an die ein MOSFET-Verstärker angeschlossen werden kann, hängt von der Konstruktion des Verstärkers und der Nennimpedanz des Verstärkers und der Lautsprecher ab. Wenn die Verkabelung nicht richtig konfiguriert ist, kann es zu einer ungleichen Verteilung des elektrischen Stroms kommen, was zu Überhitzung und Schäden an den Lautsprechern oder dem Verstärker führen kann.
F3: Welche Faktoren sollten bei der Auswahl eines MOSFET-Verstärkers für die Heim-Audioanlage berücksichtigt werden?
A3: Die eigenen Hörgewohnheiten, die Kompatibilität des Verstärkers mit anderen Audiokomponenten, die Funktionen und Bedienelemente des Verstärkers sowie die Garantie und der Kundensupport des Verstärkers sind einige Faktoren, die bei der Auswahl eines MOSFET-Verstärkers für die Heim-Audioanlage zu berücksichtigen sind.
F4: Benötigen MOSFET-Verstärker zusätzliche Schutzschaltungen?
A4: Nein, sie benötigen keine zusätzlichen Schutzschaltungen, da sie über integrierte Schutzfunktionen verfügen. Diese Schutzfunktionen schützen vor Kurzschlüssen, thermischen Überlastungen und Gegen-EMK. Es ist jedoch ratsam, zusätzlich zum Schutzsystem des Verstärkers Sicherungen und andere Schutzvorrichtungen zu verwenden, um Schäden durch Spannungsspitzen und elektrische Gefahren zu vermeiden.
F5: Welche Bedeutung hat eine Fernbedienung für den Basspegel in einem Autoverstärker?
A5: Eine Fernbedienung ermöglicht die schnelle und einfache Anpassung des Basspegels während der Fahrt. Diese Funktion verbessert das Hörerlebnis im Auto, indem sie Komfort und Flexibilität bietet. Sie erhöht die Sicherheit der Benutzer, indem sie die Ablenkung minimiert, die durch manuelles Einstellen der Regler am Verstärker entsteht.
