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Leistungsverstärker-Verstärkungs-Rechner

Berechnet die Spannungsverstärkung (V/V und dB) und Leistungsverstärkung des Verstärkers aus Eingangs-/Ausgangs-Spannungs- und Leistungsmessungen.

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Formel

Av_dB = 20·log₁₀(V_out/V_in)

Av— Voltage gain (V/V or dB)
Ap— Power gain (W/W or dB)

Wie es funktioniert

Die Verstärkungsstärke beschreibt, um wie viel das Ausgangssignal größer als das Eingangssignal ist. Die Spannungsverstärkung (Av) ist das Verhältnis von Ausgangs-Effektivspannung zu Eingangs-Effektivspannung: Av = V_out/V_in. In Dezibel: Av_dB = 20·log( Av). Die Leistungsverstärkung (Ap) ist das Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung: Ap = P_Out/P_In. In Dezibel: Ap_dB = 10·log( Ap). Bei einem Leistungsverstärker bezieht sich die Eingangsleistung auf die von der Verstärker-Eingangsstufe verbrauchte Leistung (eine kleine Signalleistung), während die Ausgangsleistung die Schallleistung ist, die an die Lautsprecherlast abgegeben wird. Leistungsverstärker zeichnen sich durch ihre Empfindlichkeit aus (die Eingangsspannung, die zur Erzeugung der Nennausgangsleistung erforderlich ist), typischerweise 0,775 V (0 dBu) oder 1,0 V für professionelle Geräte. Die Spannungsverstärkung professioneller Leistungsverstärker beträgt in der Regel 20—40 dB (10× bis 100× Spannungsverstärkung), während die Leistungsverstärkung 60—80 dB oder mehr betragen kann.

Bearbeitetes Beispiel

Leistungsverstärker: 1 V RMS-Eingang, 28 V RMS-Ausgang, Eingangsleistung = 0,1 mW, Ausgangsleistung = 100 W. Spannungsverstärkung: Av = 28/1 = 28 V/V Av_dB = 20 · logarithmetisch (28) = 28,9 dB Leistungsverstärkung: Ap = 100 W/(0,1 × 10³ W) = 1.000.000 W/W Ap_dB = 10 · logarithmetisch (1.000.000) = 60 dB Überprüfung der Empfindlichkeit des Verstärkers: Bei 1 V RMS-Eingang → 28 V RMS-Ausgang → P = 28²/8 = 98 W in 8 Ω ≈ 100 W Nennleistung. Empfindlichkeit = 1,0 V (der Eingangspegel für die Nennleistung) — Standard für professionelle Endstufen. Für einen Eingangsstandard von 0,775 V (0 dBu): Erforderlicher Av = 28/0,775 = 36,1 V/V = 31,2 dB

Praktische Tipps

  • ✓Wenn Sie Verstärkerstufen kaskadieren, fügen Sie Spannungsverstärkungen in dB hinzu: Ein Vorverstärker mit +20 dB gefolgt von einem Leistungsverstärker mit +29 dB ergibt eine Gesamtspannungsverstärkung von +49 dB. Für V/V-Verhältnisse multiplizieren Sie: 10 × 28 = 280 V/V insgesamt.
  • ✓In den Datenblättern von Leistungsverstärkern kann die „Empfindlichkeit“ (Eingangspegel für die Nennausgangsleistung) und nicht die Verstärkung angegeben werden. Umrechnen: AV_dB = 20·log( v_Rated_Output/v_Sensitivity). Für einen Verstärker mit einer Empfindlichkeit von 1 V und einer Ausgangsspannung von 100 V in 8 Ω gilt: AV_dB = 20·logzwei (100) = 40 dB.
  • ✓Die tatsächliche Verstärkung des Verstärkers ist über die gesamte Frequenz hinweg nicht perfekt konstant. Sehen Sie sich die Frequenzganggrafik im Datenblatt an — die meisten Audioleistungsverstärker haben einen gleichbleibenden Wert von ±0,1 dB zwischen 20 Hz und 20 kHz, aber einige preisgünstige Designs zeigen an den Extremfrequenzen einen Rolloff, der die Verstärkung um 1—3 dB reduziert.

Häufige Fehler

  • ✗Verwendung der Spannungsverstärkung in dB für Leistungsberechnungen — die Spannungsverstärkung verwendet den Faktor 20·log, während die Leistungsverstärkung 10·logverwendet. Eine Spannungsverstärkung von 28 dB ist keine Leistungsverstärkung von 28 dB. Der Unterschied zwischen dem Faktor 10 und 20 ist der häufigste Berechnungsfehler in Dezibel.
  • ✗Vergleich der Verstärkungsspezifikationen des Verstärkers ohne Berücksichtigung der Eingangsimpedanz — die vom Eingang verbrauchte Leistung hängt sowohl von der Eingangsspannung als auch von der Eingangsimpedanz ab. Ein Verstärker mit 10 kΩ Eingang bei 1 V verbraucht P = 1²/10000 = 0,1 mW. Ein Verstärker mit 600 Ω Eingang bei 1 V verbraucht P = 1²/600 = 1,67 mW. Gleiche Spannung, sehr unterschiedliche Werte für die Leistungsverstärkung.
  • ✗Verwechslung von Verstärker-Verstärkung und Signalpegel — ein 30-dB-Verstärkungsverstärker benötigt einen −20 dBu-Eingang und erzeugt eine Ausgangsleistung von +10 dBu. Die Verstärkung ist fest; der Ausgangspegel hängt vom Eingangspegel ab. Verwechseln Sie die Verstärkung (ein Verhältnis) nicht mit dem Ausgangspegel (ein absolutes Maß).

Häufig gestellte Fragen

Professionelle Leistungsverstärker haben typischerweise eine Spannungsverstärkung zwischen 23—40 dB (14× bis 100× V/V). Ein Verstärker mit 26 dB Verstärkung (20 × V/V) erzeugt eine Ausgangsleistung von 20 V RMS aus einem 1-V-RMS-Eingang und liefert etwa 50 W an 8 Ω. Ein 40-dB-Verstärker erzeugt 100 V aus 1 V und liefert ~1250 W in 8 Ω — typisch für großformatige Touring-Verstärker.
dBV bezieht sich auf 1 V RMS (0 dBV = 1 V). dBu bezieht sich auf 0,7746 V RMS (0 dBu = 0,7746 V, die Spannung, die 1 mW in 600 Ω abgibt). Ein 0 dBu-Eingang liegt 2,21 dB unter 0 dBV. Prüfen Sie beim Vergleich der Spezifikationen für die Empfindlichkeit des Verstärkers, ob der Hersteller dBu oder dBV verwendet, um einen systematischen Fehler von 2,21 dB zu vermeiden.
Da für die Leistungsverstärkung 10·logund für die Spannungsverstärkung 20·logverwendet werden, ergibt ein Spannungsverhältnis von 28× AV_dB = 28,9 dB, entspricht aber einer Leistungsverstärkung von AP_dB = 60 dB, wenn die Eingangsimpedanz (10 kΩ) viel höher ist als die Ausgangslast (8 Ω). Die Leistungsverstärkung beinhaltet sowohl die Spannungsverstärkung als auch den Impedanztransformationseffekt.

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