Umbau eines Vermona­verstärkers – Teil III

Die Endstufe und ihr Dämpfungsfaktor

Nun die Schaltung der Endstufe.  Verwendet wurde eine Scan von der Seite http://www.guitarelectric.eu/view/Firmowe/VERMONA – der Scan hatte noch die beste Qualität.  Die folgende Abbildung 2.1 zeigt die Schaltung des Endstufenmoduls für mehrere verwandten Verstärker (VM30 und VM60, Gitarren- und Bassverstärker).

Hierbei fällt auf, dass Vermona offensichtlich stark im Baukastensystem gearbeitet hat, soll sagen, Gitarren­verstärker, Bass­verstärker und möglicherweise auch Keyboard­verstärker wurden mit der gleichen oder einer ähnlichen Endstufe bestückt.  Weiterhin unterscheiden sich die Verstärker mit 25 Watt und mit 50 Watt Ausgangsleistung lediglich in einigen Details, die im Schaltplan mit Fußnotenzeichen „1)“ bzw. „2)“ notiert sind.  Sie betreffen die Belastbarkeit verschiedener Halbleiter, Netztrafo und Netzteilelkos, den Laut­sprecher und den Widerstand R₂₉ zur Stromgegenkopplung der Endstufe.  Insgesamt kann man sagen, dass die sich die Verstärkerversion mit 50 Watt von der mit 25 Watt dahingehend unterscheidet, dass sie mit halber Laut­sprecher­impedanz und doppeltem Ausgangsstrom (und offensichtlich auch mit doppelt so stromstarkem Netzteil) arbeitet.

Klanglich wie auch schaltungs­technisch interessant an der Endstufen­schaltung ist die Realisierung von Gegen­kopplung und Dämpfungsfaktor.  In den 80er und frühen 90er Jahren wurde bei einigen Herstellern von Transistor­gitarren­verstärkern (Hughes & Kettner, Marshall, Peavey und eben auch Vermona) versucht, eine Transistorendstufe in Richtung des (unverzerrten) Klangs einer Röhrenendstufe zu bringen, indem man deren Dämpfungsfaktor verschlechtert. 

Der Dämpfungsfaktor sagt aus, wie gut der Verstärker in der Lage ist, die Eigenbewegungen, Resonanzen etc. des Laut­sprechers zu dämpfen.  Allgemein gilt, dass eine höhere Dämpfung des Laut­sprechers den Klang verbessert, was sich durch einen hohen Dämpfungsfaktor ausdrückt.  Elektronisch betrachtet steht ein hoher Dämpfungsfaktor (als Quotient von Laut­sprecher­impedanz und dem dynamischem Innenwiderstand des Verstärkers) für einen geringen dynamischen Innenwiderstand (bitte nicht mit der Ohm-Angabe an Verstärkerausgang und Box verwechseln) am Verstärkerausgang. Dieser geringe dynamische Innenwiderstand sorgt dafür, dass der Verstärker die oben genannten Eigenheiten und Resonanzen des Laut­sprechers umso mehr unterdrückt oder besser gesagt kurzschließt, je geringer dieser Innenwiderstand ist. 

Um es kurz zu machen – für Gitarren­verstärker gilt das nicht unbedingt, hier sind die Hörerwartungen durch den Klang von Röhrenverstärkern geprägt, die im Allgemeinen einen geringeren Dämpfungsfaktor haben. Hersteller von Transistor­gitarren­verstärkern wie eben Vermona versuchen dieses Verhalten in einer Transistorendstufe schaltungs­technisch nachzuahmen.  Dies erfolgt über eine partielle Stromgegen­kopplung, das heißt, um den dynamischen Innenwiderstand zu vergrößern und den Dämpfungsfaktor zu verringern, wird der Ausgangsstrom in die Gegen­kopplung der Endstufe einbezogen. 

Wie wird das im Verstärker VM30⁄VM60 umgesetzt?  Zunächst zeigt die Schaltung der gesamten Endstufe (siehe obige Abbildung 2.1) am Eingang der Endstufe einen Operations­verstärker (VI₁), an dessen nicht­invertierenden Eingang das Eingangssignal der Endstufe anliegt, während das Signal der Gegen­kopplung an den invertierenden Eingang geführt wird. 

Wie wird das im Verstärker VM30/VM60 umgesetzt?  Zunächst zeigt die Schaltung der gesamten Endstufe (siehe obige Abbildung 2.1) am Eingang der Endstufe einen Operations­verstärker (VI₁), an dessen nicht­invertierenden Eingang das Eingangssignal der Endstufe anliegt, während das Signal der Gegen­kopplung an den invertierenden Eingang geführt wird. 

Wie wird das im Verstärker VM30 / VM60 umgesetzt?  Zunächst zeigt die Schaltung der gesamten Endstufe (siehe obige Abbildung 2.1) am Eingang der Endstufe einen Operations­verstärker (VI₁), an dessen nicht­invertierenden Eingang das Eingangssignal der Endstufe anliegt, während das Signal der Gegen­kopplung an den invertierenden Eingang geführt wird. 

Der folgende Schaltungs­ausschnitt in Abbildung 2.2 zeigt die Details der Gegen­kopplung.  Hinter den Endstufen­transistoren (hier im Bild ist nur VT₉ bezeichnet) folgt zuerst das Boucherout-Glied (R₂₃ und C₉) und ein Spannungs­teiler für den Kopfhöhrerausgang (R₂₅ und R₂₇).  Das Netzwerk für die Gegen­kopplung besteht aus den Widerständen R₂₄, R₂₆ und R₂₈ sowie dem Kondensator C₁₀ zur Gleich­spannungs­trennung. 

Der Widerstand R₂₈ (0,22 Ω) liegt in Reihe mit dem Laut­sprecher und wird vom Ausgangsstrom durchflossen.  Über diesem Widerstand, parallel zum Laut­sprecher, liegt mit R₂₄ und R₂₆ (39 kΩ und 1 kΩ) ein Spannungsteiler eins zu vierzig, dessen Ausgang auf den invertierenden Eingang des Operations­verstärkers VI₀₁ geführt wird.  Das heißt, ein Vierzigstel der Ausgangs­spannung sowie die über R₂₈ abfallende, dem Ausgangsstrom proportionale Spannung  I_Ausg. · 0,22 Ω  bilden das Gegenkopplungs­signal der Endstufe.  Die Gegen­kopplung setzt sich also aus Anteilen der Ausgangs­spannung und des Ausgangsstroms zusammen. 

Der Ausgangswiderstand lässt sich nun als Quotient von (gedachter) Ausgangs­leerlauf­spannung und (gedachtem) Ausgangs­kurzschlusstrom abschätzen:  Bei einer Eingangs­spannung von beispielsweise 100 mV müsste auch ein Gegen­kopplungssignal von 100 mV erzeugt werden.  Im Leerlauffall hätte der Verstärker eine Ausgangs­spannung von 4 Volt – im Leerlauf fällt auf R₂₈ keine Spannung ab, weil kein Ausgangsstrom fließt, so dass die 4 Volt Ausgangs­spannung über R₂₆ und R₂₈ zu 100 mV Gegen­kopplungssignal geteilt werden. 

Im gedachten Kurzschlussfall wiederum sind R₂₄ und R₂₆ stromlos, das Gegen­kopplungssignal entsteht ausschließlich an R₂₈.  Um an R₂₈ einen Spannungsabfall von 100 mV zu erzeugen, muss der Ausgangsstrom etwa 450 mA groß sein. 

Damit ergibt sich hier ein dynamischer Innenwiderstand als Quotient von Leerlauf­spannung (4 V bei _e = 100 mV) und Kurzschlusstrom (450 mA bei _e = 100 mV) von etwa 9 Ω und ein Dämpfungsfaktor von ungefähr 1. 

Was ist nun mit R₂₉?  Erste Antwort – siehe Anmerkung „1)“ im Schaltplan in Abbildung 2.1: R₂₉ entfällt für den kleineren VM30. Zweite Antwort:  Wie oben gschrieben, unterscheiden sich die beiden Verstärker VM30 und VM60 dadurch, dass der VM60 bei gleicher Ausgangs­spannung und doppeltem Ausgangsstrom die doppelte Ausgangsleistung an 4 Ω anstatt an 8 Ω abgibt.  Das heißt, für den gleichen Klang und den gleichen Dämpfungsfaktor muss der Spannungs­abfall an R₂₈ bei doppeltem Ausgangsstrom, gleich groß sein.  Deshalb muß zu R₂₈ ein gleichgroßer R₂₉ parallel­geschaltet werden. 

Soweit zumindest die Schaltung nach Schaltplan.  Bemerkenswert war allerdings die praktische Realisierung von R₂₈ / R₂₉ – anstelle eines Lastwiderstands 0,22 Ω, wie man ihn heutzutage fertig bei Conrad etc. kaufen könnte, findet sich auf der Platine das Mäandern eines doppelseitigen Leiterzuges, der irgendwo mit einem Klecks Lötzinn kurzgeschlossen wird.  Quasi eine Stromautobahn mit Wendekurzschluss zur Widerstands­einstellung.