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Impedanzanpassung

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thunderWorm
Schaut ab und zu mal vorbei
#1 erstellt: 03. Okt 2004, 17:32
Hallo!

Also eine ganz grundlegende Frage (mit der Suche nichts gefunden!):

In der Regel ist es ja so, dass der Verstärker und die Boxen/Kopfhörer die selbe Impedanz besitzen sollen, um maximalen Leistungstransfer zu garantieren?
Wenn jetzt die Boxen jedoch eine geringere Eingangsimpedanz besitzen als der Verstärker, dann sind sie lauter?
Dies verwirrt mich ein wenig, da doch für maximale Leistung die Impedanzen gleich sein müssen?
Dabei wird ja der Verstärker überlastet, dies kann bis zur Beschädigung des Verstärkers führen.
Bei tragbaren Geräten ist dies doch auch so? Wieso kann man dann z.B. zwei Kopfhörer an einen CD-Player anschliessen (halbe Impedanz)?

Ich bin nämlich auf der Suche nach einem Kopfhörer für den iPod. Da der iPod ja nicht die beste Tonqualität besitzt (z.B. hoher Klirrfaktor) frage ich mich, ob ein höherohmiger Kopfhörer (>=32 Ohm) sinnvoll ist? Denn da würde ich ja den Verstärker mehr aufdrehen müssen.

Besten Dank schon mal für das durchlesen der Fragen
sakly
Inventar
#2 erstellt: 04. Okt 2004, 06:30
Für maximale Leistung muss der Wderstand (die Impedanz) minimal sein. Allerdings sind dem Grenzen durch den maximalen Strom der Ausgangsstufe gesetzt. Dieser darf nicht überschritten werden, so dass dann eine Mindestimpedanz gefordert ist (bei Verstärkern eben meist 4 Ohm). Wenn beide Kopfhörer eine hohe Impeddanz haben und die Ausgnagsstufe die halbe Impedanz stabil versorgen kann, so erhält jeder Kopfhörer soviel Leistung, als wäre er allein angeschlossen, die Stufe muss also doppelt soviel Leistung abgeben.
Wird die Impedanz höher, so ist schnell die Leistungsgrenze erreicht, da die Spannung nicht erhöht werden kann und der Strom klein bleibt. Für hohe Lautstärken brauchst du also kleine Impedanzen (bis zur Grenzimpedanz), für niedrigen Klirr besser hohe Impedanzen.
Krümelmonster
Inventar
#3 erstellt: 04. Okt 2004, 17:02
Hi Thunder Worm
Was Du da meinst wäre eine Leistungsanpassung. Sprich die Endstufe hätte eine Ausgangsimpedanz von 4 Ohm (einfache Röhrenendstufen ohne GK) dann brauchst Du auch einen 4 Ohm Lautsprecher um die maximale Leistung rauszubekommen. Eine normale Transistorendstufe (oder auch IC) hat einen seeehr niederohmigen Ausgangswiderstand vom <<0,2 Ohm (ideal 0, typisch ca. 0.08 Ohm; bei 0,08 Ohm und 8 Ohm Last=Dämpfungsfaktor 100=ein Standartwert), weil sie ja gegengekoppelt sind. Somit stimmt in etwa die Aussage vom Sakly.
Man darf halt nicht den maximalen Ausgangsstrom, den die Endstufe bringt, übersteigen, weil sonst die Verlustleistung an den Transistoren zu groß werden würde und sie evtl. kaputt gehen können.
MfG
thomas
thunderWorm
Schaut ab und zu mal vorbei
#4 erstellt: 04. Okt 2004, 20:17
Danke für Eure Antworten. Jetzt stimmt mein Weltbild wieder so halb .

Also mit Leistungsanpassung wird die bestmögliche Leistung erzielt.. das ist in diesem Fall auch gut möglich... denn wären die Lautsprecher 'niederohmiger' als der Verstärker, würde zwar der Strom ansteigen, jedoch auch die im Verstärker umgesetzte Verlustleistung? Also die Leistung an den Boxen würde zunehmen (P=R x I^2), aber der Wirkungsgrad nimmt ab?

Und zurück zum Beispiel: Wenn ich an einen portablen CD-Spierler 2 Kopfhörer parallel anschliesse, dann würde der doch überlastet werden? Was mich so irritiert ist, dass es solche Adapter zu kaufen gibt. Wird da einfach die vom Hersteller miteingerechnete Toleranz ausgenutzt?
Krümelmonster
Inventar
#5 erstellt: 05. Okt 2004, 05:01
..naja, ich würde das jetzt gar nicht sooo drastisch sehen. Viele Kopfhörer haben ja 32 Ohm und wenn man dann 2 reinsteckt, sinds immer noch 16 Ohm. Das können die dann schon. Bei einer Versorgungsspannung von ca.2,4V-3V kann der Strom garnicht so hoch werden, daß sowas ein Problem wird. Es gibt ja auch manchmal kleine Boxen, die dann nur 8 Ohm haben.
Ich würde sagen, das geht schon.
MfG
thomas
zucker
Moderator
#6 erstellt: 05. Okt 2004, 07:17
Hallo,

eine kleine Anmerkung am Rande zum Abschlußwiderstand bei Gegentakt.

Der Abschlußwiderstand darf nicht kleiner werden als:
RL > Ub / (2 x IclT) das entspricht: RL > Ub² / (4 x pi x PvlT)

IclT steht für den maximal zulässigen Kollektorstrom.
PvlT steht für die maximal zulässige Verlustleistung Ptot eines T.

Bsp. für einen T mit 16AIcmax und 250WPtotmax
104V / 32A = 3,25R Lastminimum
10816 / 3140 = 3,44R Lastminimum

Die 2. Gleichung ist besser, weil dabei der Iclmax nicht erreicht wird.
Man nennt das dann auch die kritische Betriebsspannung und dieser Zustand soll nicht erreicht werden. Deshalb soll der Lastwiderstand immer höher sein, als berechnet.
Krümelmonster
Inventar
#7 erstellt: 05. Okt 2004, 15:41
Hi
Frage an Henry:
Wie dimensioniere ich einen Endtransistor!?
-Muss der DC-mäßig den ganzen Arbeitsbereich (innerhalb der SOAR) abdecken (abhängig von UBmax und RL), oder dimensioniert man da so, daß man kurzzeitig über den DC-Bereich hinausfährt. Gepulst darf man ja, in gewissen Grenzen, etwas über die DC-mäßige Ptot.
Ich hoffe, Du verstehst, wie ich das meine.
Grüße,
thomas
zucker
Moderator
#8 erstellt: 05. Okt 2004, 15:52
Hallo Thomas,

so ganz versteh ich Deine Frage nicht. Die obige Rechnung besagt eigentlich nur das Mögliche, ohne Wärmeabfuhr Probleme und so.
Ich wollte damit eigentlich nur zeigen, wie sich der Lastwiderstand am Ausgang zusammensetzt.
Wenn es an diese Grenze kommt, bzw wenn man den T sicher in der SOAR betreiben will, dann muß man halt soviele T parallel schalten, bis diese niedrigeren Werte erreicht sind.
@thunderWorm hatte da P = I² x R geschrieben. Das ist für den eff. Wert im Wechselstromkreis ja ok aber der T muß mehr abkönnen.
Krümelmonster
Inventar
#9 erstellt: 05. Okt 2004, 15:58
...naja, ich meine, in der SOAR gibt es ja einen DC-bereich, den so ein Transistor sicher immer aushält.
Bei Pulsbelastungen darf man aber über diesen Bereich für gewisse Zeit.
Dimensioniert man den Endtransistor für eine Endstufe (für Neuentwicklung oder Ersatz eines defekten Endtransistors, der schwer/teuer zu beschaffen ist) also für den DC-Fall oder den Puls-Fall!? Weil eine Gleichspannung kommt ja normalerweise nicht aus einer Endstufe; könnte man ihn ja teoretisch etwas über den DC-Bereich 'überfahren'? Oder macht man das nicht?
Grüße,
thomas
zucker
Moderator
#10 erstellt: 05. Okt 2004, 16:39

eine Gleichspannung kommt ja normalerweise nicht aus einer Endstufe; könnte man ihn ja teoretisch etwas über den DC-Bereich 'überfahren'?


Am Ende steht eine U~, das ist klar. Die beiden T bringen ja aber wechselseitig ihre Ub zum Ausgang und daraus setzt sich die U~ zusammen. Diese Ucs, gepaart mit dem Ics, die durch den T müssen, sind für die Auswahl des T entscheidend. Dazu war die Formel gedacht.
Wenn also 104V Uss am Ausgang anliegen, dann muß je ein T 52V durchlassen und das bringt dann eben bei 4R Last 9,16A Ics. Bei 2R wären es 18,3A Ics und um in den SOAR zu bleiben, (was weiß ich 4A Ic bei 25°C oder so) muß man eben wenigstens 4 Parallel nehmen. Dazu kommt dann eben noch die Verlustleistung und die geht nicht mit dem Ics mit, sie wird eher erreicht.
Das war eigentlich mein Einwurf, denn über P = I² x R kann man es so nicht berechnen, weil die P des LS eine eff. Last ist, aus eben U~eff und I~eff.
Krümelmonster
Inventar
#11 erstellt: 05. Okt 2004, 16:52
Also sehe ich das dann so, daß man lieder im DC-Bereich bleibt.
Mit P=UxI kann man doch, bei verschiedenen Spannungsbereichen immer in Schrittchen die Pv ausrechnen und schauen, ob sie in der SOAR liegt oder nicht.Mit Gleichstrom gedacht, steigt
mit kleinerer Ua die Spannung an der Uce aber der Strom sinkt. Daraus ergibt sich eine Verlustleistung. Beispiel:
-50V Ub
-5Ohm Rl
-Positive Halbwelle
Bei 1V Uaus verheizt der Tr: 9,8W
Bei 5V Uaus verheizt der Tr: 45W
Bei 10V Uaus verheizt der Tr: 80W
Bei 20V Uaus verheizt der Tr: 120W
Bei 30V Uaus verheizt der Tr: 120W
Bei 40V Uaus verheizt der Tr: 80W
Bei 50V Uaus (Clipping) verheizt der Tr: 0W (wenn UCEsat=0V)

Würde mir in diesem Beispiel ein 150W Transistor ausreichen, wenn die Werte innerhalb der SOAR-Kennlinie liegen, sehe ich das so richtig??
Grüße,
thomas
zucker
Moderator
#12 erstellt: 05. Okt 2004, 17:27
Dem kann ich so nicht folgen.
Die Verlustleistung kann man überschlagen.
P Ausgang zb. 100W, dann muß P Eingang ca. 145W sein ( ca 70% Wirkungsgrad). Die 45W müssen als Wärme verbraten werden, also 22,25W von jedem T.
Eine genaue Berechnung erfolgt hiermit:
Ptotmax = ((Ub x Iruhe) / 4 ) + (Ub² / (4 x pi² x (Rlast + Re))

Du könntest jetzt dazu eine Excelblatt erstellen, wo Du halt für die einzelnen Ub die Werte einträgst. Dann kann man die Verlustleistung bei jedem einzelnen Volt sehen.

Bei Deinen 50V und 5R (ich gehe mal von 4R Last + 1R EmitterR aus und 40mA Iruhe) wäre folgendes für einen T : ca. 13,2W Ptot,
50V - 2V RestU über den T = 48V / 2 = 24V Ucs / 1,4142 = 16,97VUa~eff ins Quadrat = 287,98 / 4RLast = 72W / 16,97VUa~eff = 4,24AIa~eff x 1,4142 = 6AIcs.
72W als 70% = 102W Gleichstromleistung
72W + 13,2W + 13,2W = 98,4W
Der Überschlag war also in etwa richtig. Um den Wirkungsgrad genau auszurechen, bedarf es noch ein paar Zahlen mehr.

Das sagt aber jetzt noch nichts über die Wärmeableitung aus. Man kann aber von den errechneten Ptotmax Werten auf die Größe des Kühlers kommen.

Aber sag mal, wir kommen doch jetzt vom Thema ab.
Krümelmonster
Inventar
#13 erstellt: 05. Okt 2004, 17:45
ja, ok. lassen wir das.
Man kann so viele Schaltungsbeispiele oder auch ICs bekommen, daß ich warscheinlich sowas eh nicht ausrechnen werde.
Trotzdem Danke.
Mfg
thomas
zucker
Moderator
#14 erstellt: 05. Okt 2004, 17:52

daß ich warscheinlich sowas eh nicht ausrechnen werde.

Du hast doch etwas gebaut (hab ich in einem anderen Thread zumindest gelesen), da muß doch auch berechnet worden sein. 190W Ausgangsleistung sind kein Pappenstiel.
Krümelmonster
Inventar
#15 erstellt: 05. Okt 2004, 17:58
ja,... naja...
nicht entwickelt.
Es gibt da eine Schaltung von Silicon Chip, die 175W/4Ohm liefert, die ich nachgebaut habe. Ich habe mir das Heft gekauft, das Layout rausgemalt, die LP geätzt und bestückt und ein Gehäuse rum gebaut. Nur die Endtransistoren hatte ich nicht bekommen (MJL21193 und -94), deshalb hab ich andere genommen.
Die Ub für die Treiberstufe ist etwas höher, so kam ich auf die 190W.
Mittlerweile gibts die sogar noch etwas erweitert auf ca. 350W. http://www.siliconch...rticles/section.html
MfG
thomas


[Beitrag von Krümelmonster am 05. Okt 2004, 18:03 bearbeitet]
zucker
Moderator
#16 erstellt: 05. Okt 2004, 18:10
Na gugge, bei 4R Last kann die 350W Stufe rein rechnerisch sogar 590W, mit 17AIc bei 140V Ub. Da hat dann bestimmt die SOAR zugeschlagen und man hat eben die Leistung begrenzt.


[Beitrag von zucker am 05. Okt 2004, 18:11 bearbeitet]
Krümelmonster
Inventar
#17 erstellt: 05. Okt 2004, 18:14
Vielleicht,...
aber man geht ja von den +-70V von der Leerlaufspannung aus. Die knackt bestimmt auf +-55V zusammen mit 4Ohm und nem Sinuston mit 1%Klirr. Je nach Netzteil halt.
..komisch, dann komm ich aber immernoch auf gut 600W an 4Ohm!?
Naja,....!?
MfG
thomas
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