Leistungsverstärker TDA2002

Ausgangsleistung für den Funktionsgenerator

Der Sinusgenerator könnte für manche Anwendungen etwas mehr Leistung gebrauchen. Deshalb wird hier ein einfacher Ausgangsverstärker vorgestellt, der sich natürlich auch für andere Anwendungen wie Aktivboxen oder ähnliches eignet. Die hier vorgestellte Schaltung hat eine Ausgangsleistung von ca. 5 Watt an 4 Ohm und eine Spannungsverstärkung von 10.

Der integrierte Verstärker TDA2002 wurde ursprünglich als Lautsprecherverstärker in Autoradios entwickelt. Das IC wurde bei Modul-Bus auch als digitaler Leistungsausgang eingesetzt. Inzwischen werden dafür andere Treiber verwendet. Deshalb findet man den TDA2002 preiswert im Online-Shop von AK-Modul-Bus.

Die Schaltung des Verstärkers erinnert an einen Operationsverstärker. Ein entscheidendender Unterschied ist aber, dass die Eingänge kein Gleichspannungssignal bekommen dürfen, da die Vorspannung intern erzeugt wird.

Die Verstärkung des TDA2002 kann extern über den Spannungsteiler R1/R2 eingestellt werden. Ursprünglich wurde das IC für eine Verstärkung von 100 entwickelt. Versuche haben gezeigt, dass man eine Verstärkung von 10 nicht wesentlich unterschreiten darf, da sonst Eigenschwingungen einsetzen. Ein zusätzliches Dämpfungsglied 1 Ohm / 0,1 µF dient ebenfalls zur Sicherstellung der Stabilität und verhindert hochfrequente Eigenschwingungen. Da Leistungsverstärker insgesamt eine sehr hohe Stromverstärkung benötigen, sind immer besondere Maßnahmen zur Verhinderung ungewollter Schwingungen erforderlich.

Eigenschwingungen bei ca. 1 MHz

Für die Aufgabe als Nachverstärker für einen Funktionsgenerator muss auf einen geeigneten Frequenzgang geachtet werden. Da der Generator bis herunter zu 100 Hz arbeitet, muss die untere Grenzfrequenz ausreichend niedrig sein. Dies erreicht man durch große Koppelkondensatoren.

Während sich durch den Frequenzgang bei Sinussignalen nur die Amplitude ändert, erkennt man bei anderen Kurvenformen, dass unterschiedliche Frequenzanteile unterschiedlich verstärkt werden. Die untere Grenzfrequenz lässt sich leicht mit einem Dreiecksignal beurteilen. Wenn aus den Dreiecken Haifischzähne werden, sollten größere Kondensatoren eingesetzt werden. Noch deutlicher wird der Effekt bei Rechtecksignalen. Aus geraden Abschnitten werden hier Abschnitte von Entladungskurven.

Verzerrungen durch den Frequenzgang

Ein Rechtecksignal nach einem RC-Glied

Die gezeigten Effekte treten nur am unteren Frequenzbereich sichtbar auf, während Signale um 1 kHz unverändert übertragen werden. Mit einem Oszilloskop und einem Funktionsgenerator lässt sich also grundsätzlich der Frequenzgang eines Verstärkers beurteilen. Wenn es dabei um Audioverstärker geht, sollte man bei der Beurteilung bedenken, dass das Oszilloskop hier wesentlich strenger ist als das menschliche Ohr. Die gezeigten Oszillogramme gehören also noch zu durchaus brauchbaren Frequenzgängen für Audio-Anwendungen.

Nicht tolerierbar sind dagegen nichtlineare Verzerrungen, die z.B. durch Übersteuerung des Verstärkers entstehen. Denn dabei entstehen neue Frequenzanteile, die ursprünglich nicht zum Eingangssignal gehörten.

Übersteuerung mit einem Dreiecksignal

Das Prinzip des Leistungsverstärkers: Grundlagen des Gegentaktverstärkers