Klasse-AB-Verstärker erklärt: Vor- und Nachteile, Effizienz und Auswahl

Was ist ein Verstärker der Klasse AB ?

Klasse AB ist eine lineare Gegentaktverstärkertopologie, bei der zwei komplementäre Ausgangstransistoren etwas mehr als die Hälfte des Signalzyklus leiten. Durch die Überlappung zwischen der positiven und der negativen Hälfte wird die Übergangskerbe beseitigt, die die Hauptschwäche des reinen Klasse-B-Betriebs darstellt, während der Ruhestrom so niedrig bleibt, dass der Wirkungsgrad weit über Klasse A bleibt. Das Ergebnis ist ein sauberer, analoger Klang mit einem sehr praktischen thermischen Nachteil.

Wie der Leitungswinkel funktioniert

Denken Sie an einen einzelnen Zyklus einer Audio-Sinuswelle. In einer Klasse-A-Stufe leitet der Ausgangstransistor die gesamten 360 Grad. In einer Klasse-B-Stufe leitet das positive Gerät einen Halbzyklus und das negative Gerät den anderen, jeweils etwa 180 Grad, was Vorspannungsleistung spart, aber eine sichtbare Lücke erzeugt, wenn das Signal den Nullpunkt überschreitet. Eine Klasse-AB-Stufe ist so vorgespannt, dass jedes Gerät je nach Ruhestromeinstellung zwischen etwa 180 und 220 Grad leitet. Da beide Geräte beim Nulldurchgang leicht aktiv bleiben, geht das eine problemlos an das andere über. Laut Wikipedias Übersicht über Leistungsverstärkerklassen dominieren Klasse AB und Klasse D seit mindestens 2010 den Audiomarkt, wobei AB immer dann bevorzugt wird, wenn Verzerrung und Linearität wichtiger sind als reine Effizienz.

Warum der Bias-Punkt wichtig ist

Der Ruhestrom einer Klasse-AB-Stufe wird durch das Vorspannungsnetzwerk eingestellt, normalerweise ein VBE-Multiplizierer oder ein dedizierter Vorspannungstransistor, der auf demselben Kühlkörper wie das Ausgangspaar montiert ist. Wenn Sie den Wert zu niedrig einstellen, bewegt sich die Bühne in Richtung Klasse B, die zwar kühler ist, aber hörbare Crossover-Verzerrungen erzeugt. Wenn Sie den Wert zu hoch einstellen, nähert sich die Bühne der Klasse A an, mit schönem Klang, aber hohem Leerlaufstrom, der den Kühlkörper auch bei Stille erhitzt. Ein gut konzipiertes Modul hält die Vorspannung über die Temperatur hinweg stabil, weshalb das thermische Design der Ausgangsstufe und des Kühlkörpers untrennbar mit der Verstärkerklasse verbunden ist.

Klasse AB vs. Klasse A, B und D: Die praktischen Kompromisse

Hier ist das Ranking, das für eine Kaufentscheidung ausschlaggebend ist: Klasse A ist klanglich sauber, aber ineffizient, Klasse B ist effizient, aber zu verzerrt für Audio, Klasse D ist effizient und kompakt, bringt aber Umschaltartefakte mit sich und Klasse AB ist der Kompromiss, der für die unterschiedlichsten Lautsprecheranwendungen am besten funktioniert. Wenn Sie sich für eine Verstärkerklasse für ein neues Design oder ein Upgrade entscheiden, ist Klasse AB selten die falsche Wahl unter einigen hundert Watt pro Kanal.

Stellen Sie sich einen Hersteller vor, der einen aktiven 100-W-PA-Lautsprecher baut. Die Route der Klasse AB erfordert einen größeren Transformator, mehr Kühlkörper und ein schwereres Gehäuse. Klasse D liefert die gleiche Leistung mit einem Bruchteil der Wärme, aber die Qualität der Eingangsfilterung, Erdung und des Ausgangsfilters entscheidet nun über den Klang. Bei Studiomonitoren und Instrumentenverstärkern fällt die Wahl oft auf AB, da sein Verhalten am Rande der Übersteuerung nachsichtiger und musikalischer ist.

Lesen Sie die Kompromisse für Ihren Lautsprecher

Effizienzzahlen, die Sie planen können

Der Wirkungsgrad steuert direkt die Größe des Netzteils und die Masse des Kühlkörpers. Bei einer Dauerleistung von 100 W führt eine Klasse-A-Stufe mit 25 % Wirkungsgrad etwa 300 W Wärme ab, eine Klasse-AB-Stufe mit 55 % Wirkungsgrad etwa 82 W und eine Klasse-D-Stufe mit 88 % Wirkungsgrad etwa 14 W. Aus diesem Grund fühlen sich Klasse-AB-Verstärker immer schwerer an: Das Metall leistet echte Arbeit.

Vor- und Nachteile: Was Sie tatsächlich bekommen

Für die meisten Aktivlautsprecher, Instrumentenverstärker und Hi-Fi-Designs, Klasse AB bleibt der einfachste Weg, einen natürlichen Klang zu erzielen, ohne die Ingenieursrechnung der Klasse D zu bezahlen. Die beiden tatsächlichen Kosten sind Wärme und Gewicht.

Wo die Klasse AB gewinnt

• Geringe Übergangsverzerrung ohne komplexe Korrekturschaltungen
• Stabiles Verhalten bei reaktiven Lautsprecherlasten, ohne dass ein Ausgangsfilter erforderlich ist
• Verzeihendes Clipping, das im Overdrive weniger hart klingt
• Einfache, reparierbare Topologie, die den meisten Servicetechnikern gut bekannt ist
• Geringes Grundrauschen bei Kombination mit einer linearen Transformatorversorgung

Wo die Klasse AB Sie kostet

• Ein Wirkungsgrad von 45–65 % bedeutet, dass 35–55 % der Eingangsleistung bei moderatem Niveau in Wärme umgewandelt werden
• Größere Kühlkörper, schwerere Transformatoren und größere Gehäuse
• Eine kontinuierlich hohe Leistung erfordert ein gezieltes Wärmemanagement und Schutz

Wo Verstärker der Klasse AB immer noch die erste Wahl sind

In professionellen Studiomonitoren, mittelgroßen PA-Topboxen, High-End-Gitarrenverstärkern und vielen integrierten Heimverstärkern findet man immer noch Klasse AB. Sein Dämpfungsfaktor in den Basstreibern ist normalerweise höher als bei einem durchschnittlichen Design der Klasse D, was ein straffes, kontrolliertes Tieffrequenzverhalten ermöglicht. Da sich der Klang bei Überlastung allmählich verschlechtert, wird die Klasse AB in realen Spiel- und Gesangssituationen oft als musikalischer beschrieben.

Für Designer macht die Arbeit mit einer bekannten Leistungsstufe den Rest des Systems vorhersehbar. Dies ist ein Grund Audioverstärkermodule verbessern die Klangqualität in Lautsprechersystemen hauptsächlich durch konsistente Linearität und stabile Dämpfung und nicht durch auffällige Spezifikationen. Eine separate, aber ebenso praktische Frage ist wie Verstärkermodule auf unterschiedliche Lautsprecherimpedanzen reagieren ; Designs der Klasse AB bleiben normalerweise stabil bei 4 oder 8 Ohm, wenn die Stromversorgung und der Schutz richtig ausgelegt sind. Bevor Sie sich für ein Board entscheiden, ist es auch hilfreich, es zu überprüfen was ein Audiomodul in einem Aktivlautsprecher eigentlich enthält Daher werden die Leistungsstufe, die Vorverstärkerstufe und die DSP-Funktionen als ein zusammenhängendes System ausgewählt.

Aufbau eines Aktivlautsprechers der Klasse AB: Passend zum Front-End-Modul

Eine Endstufe ist nur die Hälfte des Verstärkers. Das Frontend-Modul steuert Verstärkung, Entzerrung, Mischung und Schutz, also die Funktionen, die Benutzer tatsächlich berühren. Wenn eine Class-AB-Stufe Teil eines Aktivlautsprechers ist, ist ein analoges Funktionsmodul oft der direkteste Weg, da es keine Latenz verursacht, wenig kostet und mit einfachen Potentiometern getrimmt werden kann.

Für ein Zwei-Wege- oder Fullrange-Design mit einer Ausgangsstufe der Klasse AB ist die pl1 Höhen- und Bass-EQ-Steuermodul für Verstärker der Klasse AB Bietet eine unkomplizierte Klangformung sowie einen Mix-Ausgang. Wenn der Lautsprecher auch über einen Mikrofoneingang verfügt, wie er bei tragbaren PA- und Installationslautsprechern üblich ist, ist der PL35 symmetrisches Mikrofon- und Line-Eingangsmodul mit 5-Band-Grafik-Equalizer fügt Kanalaufbereitung und einen musikalischen 5-Band-EQ hinzu. Für einen einfachen Aktivmixer oder Säulenlautsprecher ist der PL3 5-Band-Grafik-Equalizer mit Mikrofoneffektmodul vereint EQ und Echo auf einem kompakten Board.

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Diese Module sind für Verstärkersysteme der Klasse AB konzipiert, da sie eine saubere, lineare Eingangsstufe mit vorhersehbarer Impedanz voraussetzen. Die Leistungsstufe, der Transformator und der Kühlkörper müssen noch entsprechend Ihrer angestrebten Ausgangsleistung und Gehäusegröße ausgewählt werden. Bei Produkten mit höherer Leistung wechseln viele Hersteller zu Leistungsstufen der Klasse H mit linearen Netzteilen, wenn sie den analogen Charakter bei höherer Ausgangsleistung bewahren möchten, oder zu Modulen der Klasse D mit LLC-Resonanznetzteilen, wenn Gewicht und Wärme die begrenzenden Faktoren sind.

Häufig gestellte Fragen