Unter Strom

Wir bauen einen Audioverstärker
benjamin.fillei
16.08.17 | Benjamin Fillei

Unter Strom


Seit Jänner 2017 zähle ich Elektronik zu meinen Hobbys und möchte diese Gelegenheit nutzen um meine Begeisterung zu Teilen. Wir beginnen so, wie ich begonnen habe: mit einem Audioverstärker.

Warum ein Audioverstärker? Musik ist ja bekanntlich etwas, was Menschen verbindet und ein Audioverstärker ist auch eine gute Einstiegsmöglichkeit in die Materie. Aber nun, ohne weiteres Zögern, an die Arbeit!

Das Herzstück eines jeden Lautsprechers ist ein Audioverstärker. Diese kommen in vielen verschiedenen Varianten. Die bekanntesten sind A, B und AB. Heute werde ich auf den Typ AB näher eingehen und erklären, wie man sich daraus einen eigenen Lautsprecher bauen kann.

Was man vorher wissen muss


Damit all jene, die sich noch nie mit Elektronik auseinandergesetzt haben diesem Tutorial ebenfalls folgen können, werden in den folgenden Absätzen die verwendeten Bauteile erklärt.

Widerstand

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Ganz einfach gesagt: Ein Widerstand drosselt den Stromfluss (Ampere) und regelt Spannungsverhältnisse (Volt) in einem Schaltkreis. Der Wert des Wiederstandes ist als Farbcode auf dem Gehäuse sichtbar und wird in „Ohm“ angegeben.

Kondensator

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Ein Kondensator verhindert, dass sich eine Spannung an einem gewählten Punkt im Schaltkreis spontan ändern kann. Wird ein Kondensator zwischen zwei unterschiedliche Spannungspunkte gesetzt, so kann die Spannung je nach Wert des Kondensators nur langsam ansteigen bzw. fallen. Es gibt nicht polarisierte und polarisierte Kondensatoren. Eine Linie am Gehäuse symbolisiert die negative Seite. Der Wert der Kondensatoren ist auf das Gehäuse geschrieben und wird in „Farad“ angegeben.

Diode

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Eine Diode funktioniert wie ein Einwegventil. Sie lässt Strom nur in eine Richtung fließen. Die Richtung ist im Diagramm durch einen Pfeil und auf dem Gehäuse durch einen Ring gekennzeichnet.

Transistor

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Ein Transistor verhält sich wie eine regelbares Ventil. Liegt eine kleine Spannung an den Terminals, die mit dem Pfeil verbunden sind an (rot), kann eine größere Spannung zwischen den zwei Terminals unter dem Strich fließen (grün). Je höher die kleine Spannung, desto mehr Strom kann fließen. Es gibt zwei Arten von Transistoren, npn und pnp. Das „Pinout“ des Transistors, oder welches Füßchen welcher Terminal ist, wird in seinem Datenblatt angegeben.

Verstärker der Klasse AB

Für unseren Lautsprecher werden wir einen Verstärker der Klasse AB verwenden, genauer gesagt den LM386.

Bei einem Klasse AB Verstärker werden zwei Transistoren verwendet um mittels eines kleinen Signals einen großen Stromfluss und eine große Spannung zu regeln. Mit dem Signal werden die Transistoren ein und ausgeschaltet, was ein gleiches, aber viel stärkeres Signal am Ausgang erzeugt, welches man zum Beispiel an einem Lautsprecher anschließen kann.

Hier werden Dioden verwendet, um die Transistoren mit einer „Vorspannung“ zu versorgen. Mehr dazu aber in einem zukünftigen Blogbeitrag.

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Die Einkaufsliste


Wie schon erwähnt werden wir für unseren kleinen Verstärker einen integrierten Schaltkreis, den LM386 verwenden. Das ist eine optimierte Variante eines AB Verstärkers und bietet eine ausgezeichnete Audioqualität.


Was wir sonst brauchen:

1 × LM386

1 × Widerstand 10 Ohm.

1 × Widerstand 15000 Ohm (15 Kilo Ohm)

1 × Kondensator 0,0001 Mikrofarad

4 × Kondensator 0,1 Mikrofarad

2 × Kondensator 10 Mikrofarad

1 × Kondensator 1000 Mikrofarad

1 × Kondensator 1000 Mikrofarad oder höher.

1 × Diode

1 × 9V Batterie

1 × Mono-Audio Stecker (z.B.: von alten Kopfhörern)

2 × 8 Ohm Lautsprecher (z.B.: von einem alten Radio)

1 × Steckbrett

1 × Leiterplatine mit Kupferpunkten (optional)

1 × Lötkolben und Lötzinn (optional)

1 × Verbindungskabel

6 × Krokodil-Klemmen

Um unseren Schaltkreis zu testen verwenden wir ein Steckbrett, weil man damit einfach Bauteile tauschen kann. Wenn alles funktioniert kann man ihn auf die Platine löten.

Wie wird’s gebaut

Der LM386 hat acht Füßchen. Eine Einkerbung markiert die Vorderseite. Die Füßchen sind von dort aus gegen den Uhrzeigersinn um den Chip herum (das genaue „Pinout“ steht auch nochmals im Datenblatt) angeordnet. Die Füßchen werden wie folgt mit den Bauteilen verbunden, aber zuerst stecken wir den LM386, den 1000 Mikrofarad Kondensator und die Diode wie im Foto auf das Steckbrett. Schließe die Batterie noch nicht an!

Die positive Seite des Schaltkreises ist die rechte Steckleiste, die negative die linke.

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Füßchen #1 wird durch den 15000 Ohm Widerstand mit einer unbenutzten Steckreihe verbunden.

#2 wird mit der positiven Seite (die Seite ohne Strich) eines 10 Mikrofarad Kondensators verbunden. Die andere Seite des Kondensators ist unser Audio-Eingang und kommt zu einem Kabel des Mono-Audio Steckers. Das andere Ende des Steckers wird mit der negativen Seite der Batterie verbunden.

Stecke einen 0,1 Mikrofarad Kondensator und den 0,0001 Mikrofarad Kondensator zwischen Audio-Eingang und dem negativen Pol der Batterie. Diese Kondensatoren agieren als Filter, um zu hohe Frequenzen aus dem Audiosignal zu entfernen.

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#5 wird mit der negativen Seite über einen 10 Mikrofarad Kondensator und einen 10 Ohm Widerstand verbunden. Das hilft das Ausgangssignal zu stabilisieren. Auch ein 0,1 Mikrofarad Kondensator wird von #5 zu dem 15000 Ohm Widerstand aus Schritt 1 verbunden. Diese beiden Bauteile helfen dabei ein mögliches statisches Rauschen zu verhindern.

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#5 wird auch noch mit der positiven Seite des 1000 Mikrofarad (oder höher) Kondensators verbunden, dessen negative Seite unser Audioausgang ist.

#6 und #7 werden über 0.1 Mikrofarad Kondensatoren mit #4 verbunden. Das hilf die Versorgungsspannung des LM386 zu stabilisieren und verhindert ungewolltes Rauschen.

#8 Bleibt unbenutzt.

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Nun verbinde den Audiostecker mit dem Audioeingang und der negativen Seite (hier in Gelb) und den Lautsprecher mit dem Audioausgang und der negativen Seite (hier in Grün und Weiß. ACHTUNG! Manche Lautsprecher sind Polarisiert). Zum Schluss schließe eine schwarze Krokodil-Klemme an den negativen und eine rote an den positiven Pol der 9V Batterie. Wenn du nun deinen mp3 Player/Smartphone etc. anschließt, Musik spielst und dann schwarz an die negativen Seite und rot an die positiven Seite des Schaltkreises anschließt, solltest du deutlich die Musik hören können.

Wenn nicht dann stecke die Batterie ab, kontrolliere die Schaltung und versuche es nochmals.

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Der LM386 misst den Spannungsunterschied zwischen Füßchen #3 (unserem Audio-Eingang) und Füßchen #2. Das dadurch entstandene Signal wird an einen Typ AB Verstärker zwischen #6 und #4 im LM386 geleitet, welcher das Signal verstärkt und zu #5 schickt.

Besonders abenteuerliche Musikliebende können Füßchen #1 und #8 mit einem 10 Mikrofarad Kondensator verbinden um noch einen extra Boost an Lautstärke zu erhalten.

Wenn das Signal instabil ist kann es sein, dass sich am Steckbrett statische Ladungen bilden, oder das ein Teil nicht richtig steckt.

Wenn man mit dem eigenen Schaltkreis zufrieden ist, kann man ein kleines Stück aus der Platine schneiden und den Schaltkreis darauf löten. Hier ist mein Ergebnis. ich habe Kupferband verwendet um die Verbindungen zu machen, aber man kann auch die Kupferpunkte zusammenlöten. Eine Schicht Nagellack wirkt Wunder, um die Unterseite nochmals zu isolieren. Ich verwende einen extra Versorgungsschaltkreis, deswegen sind hier die Diode und der 1000 Mikrofarad Kondensator nicht zu sehen.

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Viel Spaß beim Basteln!