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Oszilloskop-Technik

Wie gut passt die Komponente zum System?

3. November 2020, 13:10 Uhr | Nicole Wörner

Bild 1: Das Bode-Diagramm des Verstärker-Ausgangssignals zeigt im Leerlauf, d.h. ohne Last, maximale Verstärkung.

Datenblätter sind geduldig. Oft sind die darin enthaltenen Angaben nicht sehr aussagekräftig, wenn es darum geht, den Anwender auf die Bereiche hinzuweisen, in denen die Bauteile oder Geräte an ihre Grenzen kommen. Abhilfe schaffen Bode-Plots mit einem Oszilloskop.

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Von Patrik Gold, Technical Support & Application Manager bei Siglent

Siglents Oszilloskope SDS5000X, SDS2000X Plus und die Vierkanalgeräte der Serie SDS1000X-E kommen ab Werk mit der kostenlos integrierten Dreikanal-Bode-Plot-Funktion. Sie erlaubt es, viele Messungen effizient zu automatisieren und zu prüfen, ob die Komponente in die Anwendung passt, für die sie vorgesehen ist. Das Regelverhalten eines Schaltnetzteils ist dabei ebenso schnell erfasst wie die Impedanz beliebiger Netzwerke.

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Ein Beispiel aus der Praxis

Als Beispiel dient hier ein Verstärker für KFZ-Audiosysteme, der mithilfe der Bode-Plot-Funktion vermessen wird. Das Ziel ist es, zu prüfen, ob der Verstärker zu dem System passt, in dem er später eingesetzt werden soll. Diese Messung lässt sich analog auf beliebige andere Verstärker übertragen.

Ein Audioverstärker hat grundsätzlich die Aufgabe, die niedrige Ausgangsspannung einer Quelle – die selbst meist einen hohen Ausgangswiderstand hat – auf die niederohmige Last eines Lautsprechers anzupassen. Für die Auswahl eines Verstärkers spielen vor allem die Verzerrungsfreiheit und ein stabiler Frequenzgang eine Rolle. Je nach Einsatzgebiet kommen weitere Faktoren wie eine große Übertragungsbandbreite und Impulstreue dazu. Das Ziel ist es, von 20 Hz bis 20 kHz eine möglichst linearere Verstärkung zu liefern. Beispielhaft wurden Messungen an einer Endstufe aus dem Automotive-Bereich durchgeführt.

Die Bilder 1 bis 3 zeigen drei Frequenzgänge. Der erste zeigt einen nahezu idealen Verlauf mit ~0,2 dB Amplitudenänderung von 30 Hz bis 20 kHz (Bild 1). Dieser Frequenzgang ist der im Datenblatt beworbene, aber leider auch der ohne angeschlossenen Lautsprecher. Die folgenden Frequenzgänge zeigen einmal das Frequenzverhalten mit einem 4-Ohm-Lautsprecher (Bild 2) und einem 8-Ohm-Lautsprecher (Bild 3). Bei 4 Ohm bleibt der Ausgang zwar sehr stabil, allerdings kann man bei 8 Ohm gut sehen, wie sich die Fehlanpassung auf die Stabilität des Ausgangs auswirkt, obwohl das Gerät auch für 8 Ohm spezifiziert ist.

In der Praxis sind Abweichungen von 0,5 dB für das menschliche Ohr nicht erkennbar. Auch Abweichungen von etwa 1,5 bis 2 dB gelten hörtechnisch als nicht störend. Daher soll der Frequenzgang innerhalb dieser Spezifikationen möglichst linear verlaufen. Ideal ist eine zu den höheren Frequenzen hin leicht abfallende Kurve.

Wir sehen also, dass – obwohl der Verstärker entsprechend spezifiziert ist – die Signalintegrität nicht gewährleistet ist. Das wird in Kombination mit einem Lautsprecher, der einen ähnlichen Frequenzgang aufweist, schnell sehr problematisch. Idealerweise sucht man nach einer Kombination aus Lautsprecher und Verstärker, die gemeinsam auf einen neutralen Frequenzgang kommen.

Soll ein Verstärker in ein System integriert werden, ist es wichtig zu wissen, ob er mit diesem harmoniert. Wie die oben durchgeführten Messungen aufgezeigt haben, zeigen sich große Differenzen zwischen den im Datenblatt angegebenen Werten und dem Verhalten in der tatsächlichen Anwendung. Kommt es zu Fehlanpassungen, Überlastungen oder anderen Störungen, werden die ausgegebenen Signale meist unbrauchbar. Das gilt nicht nur für den Bereich Audio, sondern lässt sich auf Verstärker aller Arten übertragen.

Die automatisierte Frequenzganganalyse der Oszilloskope von Siglent bietet eine schnelle und effektive Lösung, um zu prüfen, ob ein Verstärker zu dem System passt, in dem er verwendet werden soll.