techn. Frage Verstärker (Elkos)

[Dome87]

Hallo,

wenn man mal den Yamaha A-S2100 und den Denon PMA2500NE nimmt, so haben diese beiden Verstärker fast die gleiche Ausgangsleistung, der Yamaha allerdings mit 4 Elkos mit jeweils 22.000μF, während der Denon "nur" 2 Elkos mit jeweils 12.000μF hat, wie gleicht der Denon technisch gesehen den geringere Kapazität aus? Noch ein Beispiel wäre die Onkyo Endstufe M-5000R, die bei ähnlicher Leistung sogar 4 27.000er Elkos hat. Früher (80er/90er) waren Kondensatoren ja der Hinweis auf Leistung schlechthin.

Dazu noch eine Frage: Frühere Verstärker hatten weit höhere Leistungsaufnahmen hinten aufgedruckt als heute (Pioneer A-90 1000W, der aktuelle Yamaha 370W bei ähnlicher Leistung)

Und dann interessiert mich noch, wieso digitale Endstufen überhaupt nicht mehr auf große Siebkondensatoren angewiesen sind.

Vielleicht findet sich ja ein Spezialist, der meine Fragen beantworten kann

 

[miac]

Die dicken Elkos braucht man nur zur Spannungsstabilisierung und Ausgleich von Lastspitzen. Eine Dauerleistung können diese nicht erbringen. Normalerweise hat das Netzteilsignal eine Frequenz von 100 Hz, in denen das Signal "einbricht".

Im Zweifel hat der Denon einfach das bessere Netzteil.

Bei Netzteilen mit Schaltnetzteil hat man eine sehr hohe Frequenz, die stabilisiert werden muß. Dadurch hat man aber nur sehr geringe "Pausen" aus der Gleichrichtung. Deshalb braucht man auch nur kleinere Kondensatoren und zusätzlich welche, die auch mit den hohen Frequenzen klarkommen.

Zu den Leistungsangaben.
https://de.wikipedia.org/wiki/Musikleistung

 

[Dome87]

Vielen Dank!

Mit der Leistungsaufnahme meinte ich allerdings, das was bei Geräten hinten aufgedruckt ist, also das, was aus der Steckdose gezogen wird. Ich habe irgendwo gelesen, dass früher tatsächlich der Maximalwert angegeben wurde, heute nur noch ein Normwert, stimmt das?

 

[miac]

Da kann ich jetzt tatsächlich nichts zu sagen, ob früher andere Angaben auf den Typenschildern gemacht wurden. Meist sollte aber draufstehen, ob die Nennleistung gemeint ist.

 

[Mickey Mouse]

der Reihe nach:
1) was haben die Puffer-Kondensatoren (Elkos) denn direkt mit der Leistung zu tun?
wie der Name schon sagt müssen die nur die Lastspitzen und die "Täler" der 50Hz Netzspannung puffern!
Liefern Netzteil/Trafo schnell genug die Energie nach, dann brauchen auch die Elkos nicht so riesig sein.
für 160W an 4 Ohm benötigt man gute 25Veff also 2*35Vss. Ein Elko ist für jeweils eine Hälfte zuständig, wird also grob mit 35V versorgt (in der Praxis ist das etwas mehr, rechnen wir mal mit 40V).
E=1/2CU^2 -> in einem der 22.000µF Elkos vom Yamaha sind bei 40V also knappe 18Ws gespeichert während der Denon nur auf knapp 10Ws kommt und nur zwei Elkos hat, also steht es (über den groben Daumen): gute 70Ws gegen knappe 20Ws.

Rein theoretisch müssen die Elkos ja Abe nur die "Lücken" zwischen den Spitzen der 50Hz Netzspannung überbrücken. Jeder für seine Hälfte also 25Hz -> 0,04s
die Energie 20Ws auf 0,04s umgerechnet entspricht einer einer Leistung von 500W für 0,04s

Natürlich kann man das nicht so einfach rechnen, weil man nicht die gesamte gespeicherte Energie im Elko nutzen kann (die Spannung sinkt ja ab) usw. aber so als ganz grober Anhalt hilft das schon.

Ich weiß nicht ob die Anekdote stimmt, aber es geht das Gerücht, dass Rolls Royce früher die Leistung mit "ausreichend" angegeben hat und Bentley das mit "ausreichend plus 50%" gekontert hat.
So ähnlich ist es hier halt auch.

Wobei sich die Gelehrten seit der Urzeit der Audio Verstärker darüber streiten, ob ein "hartes" oder "weiches" Netzteil nun besser ist. Die Energie in den Elkos kann ja nicht mehr gezähmt werden und man muss die Endstufen mit entsprechenden Schutzschaltungen sichern, was auch wieder negativ sein kann. Hat man erst gar nicht solche Energie Mengen gespeichert, dann braucht man vielleicht auch den maximalen Ausgangsstrom nicht limitieren, weil "langfristig" eh nicht mehr aus den Elkos kommt. Kurzzeitig kann man aber alles hergeben was geht.

2) Leistungsaufnahme Daten
früher galt: "big is beautiful", heute nicht mehr...
die Hersteller geben die Aufnahmeleistung nach verschiedenen (selbst gemachten) "Normen" an. Das kann auch gut mal die "durchschnittliche Aufnahme bei "normaler" Nutzung sein" oder so etwas.
Alleine bei meiner Endstufe gibt es viele verschiedene Angaben für verschiedene Regionen obwohl das immer dasselbe ist. Das geht mit 550W los und endet bei 1500W

3) Class-D Endstufen sind genauso auf die Elkos angewiesen wie klassische Class-A/B Endstufen.
Nur müssen die nicht so "protzen"!
die Leute mit gefährlichem Halbwissen glauben eben, dass die nicht darauf angewiesen sind
die Gesetze der Physik gelten für Class-D genauso wie für andere Systeme...

 

[Dome87]

Viel zu lesen, danke! Versuche das jetzt mal zu verstehen

Ergänzung (6. Juli 2016)

Ich schrieb wegen Class D ja auch "nicht auf große" und nicht auf keine angewiesen

Also unterm Strich etwas laienhaft ausgedrückt - großer Trafo und kleine Elkos sind im Prinzip genauso stark wie ein kleinerer Trafo mit größeren Elkos (ich weiß "groß" und klein" stimmt nicht wirklich physikalisch), solange die Spannung stabil bei den Endstufen ankommt.

Ja aber welches der beiden Arten ist jetzt prinzipiell besser, die des Denon oder des Yamaha? Von der Leistung her ist es egal, wenn ich es richtig verstanden habe.

Am Ende also eine glaubensfrage, bzw. "ich habe die größeren Töpfe".
Und zu den Class-D Verstärkern - der Pioneer A-70DA hat zwei 10.000μF Elkos, ist das dann nicht schon fast "mit Kanonen auf Spatzen"?

 

[Mickey Mouse]

wie gesagt, eine Class-D benötigt ähnlich große Elkos wie Class-A/B.
Ok, der Wirkungsgrad liegt bei Class-D bei 90% und bei Class-A/B bei Vollaussteuerung im Bereich von gut 60%, also dürfen die Elkos bei gleicher "Leistung" 1/3 kleiner sein, aber im Prinzip benötigt eine Class-D eben "ähnlich große" Elkos!

und ja, es ist am Ende dieselbe Frage ob ein 2l Turbo oder ein 5L Saugmotor der bessere Antrieb ist. Beides hat Vor- und Nachteile!
Wie gesagt, ein "weiches" Netzteil spart viel Aufwand bei den Schutzschaltungen!
Nehmen wir zwei Beispiele:
a) "unendlich" viel Energie in den Elkos
aber damit die Endstufen im Falle eines Falles nicht durchbrennen wird der Ausgangsstrom auf 10A begrenzt, weil diese 10A (oder noch mehr) für "längere" Zeit von den Elkos gespeist werden können.
b) die Energie in den Elkos ist so bemessen, dass sie die Endstufen nicht beschädigen kann.
da hier keine Limitierung nötig ist, kann auch mal ein Strom von 30A oder mehr fließen. Bevor der einen Schaden anrichten kann sind die Elkos "leer".

am Ende "klingt" die b) Endstufe besser und "freier", obwohl sie eigentlich die schwächere ist!

das schreibt jemand, der lange mit einem 2x60W Vollverstärker statt 190W Endstufe gehört hat, weil der "Kleine" einfach besser ist, der kann eben kurzfristig 30A oder mehr liefern.

 

[Dome87]

Hab da nochmal eine Frage wegen der Elkos, macht es einen Unterschied im HiFi-Bereich, wie hoch die Voltzahl der Elkos sind?

Zum einen hat der Denon 71V 12.000μF und der Onkyo zwar 27.000μF aber nur 56V. Auf jeden Fall ist ein Kondensator mit steigender Spannungsfestigkeit größer bei gleicher Kapazität?

Irgendetwas muss das ja über die Schaltung / das Netzteil aussagen.

Lg

 

[gintoki]

Kann, muss aber nicht.

Also nochmal zusammengefasst.
Die Pufferkondensatoren stellen Energie bereit während die netzseitige Wechselspannung unter den Ausgangswert fällt. Wie viel Kapazität benötigt wird hängt nur in geringem Maß (Effizienz) von der Schaltung (Class-A/AB/D und Unterarten) ab. Bei einem Schaltnetzteil können die Kondensatoren wesentlich kleiner ausfallen, als bei einem klassischen Netzteil. Wichtig ist letztendlich die benötigte Ausgangsleistung und die Lade-/Entladegeschwindigkeit der Kondensatoren.

Höhere Spannungsfestigkeit bedeutet "nur", dass der Kondensator mit höherer Spannung betrieben werden kann. Man müsste sich die komlette Netzteilsektion anschauen um irgendetwas konkretes darüber sagen zu können.

Rein theoretisch müssen die Elkos ja Abe nur die "Lücken" zwischen den Spitzen der 50Hz Netzspannung überbrücken. Jeder für seine Hälfte also 25Hz -> 0,04s die Energie 20Ws auf 0,04s umgerechnet entspricht einer einer Leistung von 500W für 0,04s

Da ist aber was schief gelaufen Die Dauer der halben 50 Hz Schwingung beträgt 0,01 s.

 

[Mickey Mouse]

natürlich, da war ich etwas verwirrt...
mal-2 oder durch-2 ist doch fast dasselbe, wenn man sich vom Frequenz und den Zeit-Bereich begibt, dann dreht sich das halt um

für die "Wirkung" der Elkos ist nicht wichtig was drauf steht sondern mit welcher Spannung sie dann tatsächlich "betrieben" werden, die darf natürlich nicht über der Belastungsgrenze liegen.

Wie schon geschrieben, der Energie Inhalt eines Elkos berechnet sich nach E=1/2*C*U^2, also quadratisch zur Spannung!
ein 10.000µ Elko aufgeladen auf 25V hält dieselbe Energiemenge wie ein 2500µ Elko der auf 50V aufgeladen wurde.

angenommen die Verstärker würden die Elkos ohne Reserven komplett "ausnutzen", dann wären in:
12.000µF/71V -> 30Ws
27.000µF/56V -> 42Ws
gespeichert, also trotz mehr als doppelter Kapazität gerade mal 1,5x mehr Energie!

Wie gesagt, das sind nur "Überschlagsrechnungen", wie die gespeicherte Energie dann genutzt werden kann ist eine ganz andere Sache. Und kein Hersteller wird die Elkos bis ans Limit ausreizen. Im Gegenteil, wer etwas auf sich hält wird immer genug Reserve einrechnen und damit die Lebensdauer erweitern.

 

[Dome87]

Danke euch Beiden