Funktionsgenerator XR2206

Anwendungen: Untersuchung eines NF-Verstärkers

Eine typische Anwendung für einen Funktionsgenerator ist die Untersuchung von NF-Verstärkern. Fragen nach der Verstärkung, der maximalen Ausgangsleistung, nach Verzerrungen und Frequenzgang können mit einfachen Mitteln untersucht werden. Das soll hier an einem Verstärker mit einem VMOS-Transistor BUZ 45 gezeigt werden.

Für den Versuch erhält der Funktionsgenerator ein zusätzliches Potentiometer zur Einstellung der Ausgangsspannung, um den Verstärker beliebig auszusteuern. Der Rechteckausgang wird mit dem Triggereingang des Oszilloskops verbunden. So erhält man auch bei kleinsten Signalspannungen immer stehende Bilder.

Der Arbeitspunkt des Klasse-A-Verstärkers wurde mit dem 100 kOhm-Poti auf einen Drainstrom von 1 A eingestellt. Es wurde eine Gatespannung von 4 V gemessen. Ohne Aussteuerung ergibt sich damit eine Source-Drainspannung von 7 V. Am Transistor wird 7 W in Wärme umgesetzt, so dass man schon nicht mehr ohne einen großen Kühlkörper auskommt. Am Ausgangswiderstand ergibt sich eine Verlustleistung von 5 W. Mit dem Oszilloskop wird nun die Ausgangsspannung gemessen. Zunächst sollte die Verstärkung bestimmt werden. Dazu wurde ein Dreiecksignal so weit ausgesteuert, dass am Ausgang eine Spannung von 1 Vss zu messen war.

Spannung am Drain, Y-Eingang AC, 0,5V/Skt, X-Einstellung 1 ms/Skt

Spannung am Gate, gleiche Einstellungen

Spannung am Gate, gemessen mit 50 mV/Skt

Die Messungen zeigen ein verzerrungsfreies Dreiecksignal am Ausgang. Die Signalspannung am Eingang ist etwa zehnfach kleiner. Für eine genauere Messung wurde der Messbereich umgeschaltet. Man erkennt nun ein Eingangssignal mit 80 mVss. Daraus ergibt sich eine Spannungsverstärkung von ca. 12,5. Die Steilheit Des FET kann daraus für den eingestellten Arbeitspunkt mit 2500 mA/V bestimmt werden.

Die Schaltung eignet sich prinzipiell als Lautsprecherverstärker. Gegenüber einem Gegentaktverstärker hat dieser Klasse-A-Verstärker eine erheblich größere Verlustleistung bei allerdings relativ bescheidener Ausgangsleistung. HiFi-Freunde schätzen jedoch den besonders verzerrungsarmen Klang besonders bei leisen Musikpassagen, weil im Klasse-A-Betrieb keine Übernahmeverzerrungen auftreten. Beim Gegentaktverstärker dagegen wird jede Halbwelle von einem eigenen Transistor verstärkt, wobei es zu Problemen beim Übergang kommen kann, die zu höheren Verzerrungen gerade bei leisen Signalen führen.

Drainspannung, 5 V/Skt, 0,5 ms/Skt

Gatespannung, 0,5 V/Skt, 0,5 ms/Skt

Ein wichtiges Kriterium für einen Verstärker ist auch, wie er sich bei Übersteuerung verhält. Allgemein wird es als angenehm empfunden, wenn der Verstärker "weich" in die Begrenzung fährt und nicht etwa nur noch Rechecksignale abgibt. Bei einer Ansteuerung bis 10 Vss findet man diese "weiche" Begrenzung. Zusätzlich fallen aber eigenartige Verzerrungen im mittleren Bereich auf. Man findet hier Bereiche mit übergroßer Steilheit, aber auch Einsattelungen. Auf der Suche nach den Ursachen wurde auch wieder die Gatespannung untersucht. Hier zeigten sich dann ähnliche Verzerrungen schon im Eingangssignal.

Die beobachteten Verzerrungen sind auf eine starke Rückwirkung vom Ausgang auf den Eingang des FET zurückzuführen. Die relativ große Rückwirkungskapazität ist auch noch spannungsabhängig. Da der Verstärker hochohmig angesteuert wurde, ergeben sich die beobachteten Verzerrungen. Die Untersuchung hat also gezeigt, dass man einen Power-FET niederohmig ansteuern muss. Das ist auch leicht machbar. Wenn als Signalquelle ein Walkman oder ein CD-Player verwendet wird, erhält man man ein sehr verzerrungsarmes und gut klingendes Ergebnis. Beim direkten Anschluss eines Lautsprechers ohne einen Übertrager muss allerdings die hohe Gleichstrombelastung berücksichtigt werden.

Musiksignal am Ausgang, 2 V/Skt, 1 ms/Skt