Masseführung - wo beim Verstärkerbau das Kabel für Minus und null Volt entlang muß
Masseführung: Verhindern von Brummschleifen und Rückkopplung
Alle Leitungen werden hier hinsichtlich ihres Widerstandes und ihrer ungewollten magnetischen Antennenwirkung betrachtet. Auch ein Kupferdraht hat nur einen endlichen Leitwert. Der spezifische Leitwert des Kupfers beträgt 58 S (Siemens). Der Leitwert G ist der Kehrwert des Widerstandes.
G = 1/ R.
Ein Kupferdraht von 1m Länge und 1mm2 Querschnitt hat demnach einen Widerstand von 0,017 Ohm. Ein ungeregeltes Netzteil wie es in Endstufen zu finden ist, hat eine Brummspannung von typisch bis zu 15% der Spitzenspannung bei Vollast. Soweit die Schaltkreise nicht stromstabilisiert sind, was insbesondere bei der Lautsprecherausgangsstufe nicht zu erwarten ist, wird sich das NF-Signal auch in einer Welligkeit des Betriebsstromes niederschlagen. So wird auf der Zuleitung eine entsprechende Spannung anfallen, welche sich nicht in Reihe zum Eingangssignal befinden darf, da sonst das Ergebnis ein vielleicht leises, aber störendes Brummen im Lautsprecher ist. Oder es kommt zu HF-Schwingungen durch Rückkopplung. Brummspannungsquellen sind außerdem die Zuleitungen zwischen Netztrafo, Gleichrichter und Ladeelko. Dort befinden sich die Ladestromimpulse des Ladeelkos. Diese können leicht 5x größer als der mittlere Betriebsstrom sein. Dadurch kann es zu magnetischen Einstreuungen in den Verstärker direkt kommen.
1) Verstärker mit externem Hilfsnetzteil
Bei kleinen Geräten die mit einem externen Steckernetzteil betrieben werden, kann die Strom-Eingangsbuchse einfach mit dem Metallgehäuse verschraubt werden. Dort sollte man die Masseleitung so kurz wie möglich machen und einen stärkeren Draht (1,5mm^2) verwenden. Wenn die Platine mit dem Verstärker nicht näher an den Masseanschluß herangebaut werden soll, dann kann man noch versuchen, die Zusatzladeelkos von der Platine -bis auf 100µF- zum Stromanschluß hin zu verlagern. Die HF-Abblockung von ca. 100nF muß auf jeden Fall direkt auf der Platine erhalten bleiben.
2) Verstärker mit internem Netzteil und einfacher UB
Bei Verstärkern deren Netzteil im Gehäuse untergebracht ist, hat man schon mal ein Problem weniger. Die Verbindung vom Trafo über den Gleichrichter zu den Ladeelkos stellt hinsichtlich einer galvanischen Einkopplung in die Masseleitung kein Problem dar, da der Massepunkt erst dahinter kommt. Um Einstrahlungen zu verhindern, sollte dieser Teil aber in einer getrennten Sektion des Gerätes plaziert werden.
Da die Elkos den ganzen Platz auf der Verstärkerplatine verschwenden und das Layout verbauen würden, werden sie am besten dem Netzteil zugeordnet und entsprechend auf die Netzteilplatine direkt aufgebaut. Außerdem würden bei Stereo sonst auch zwei Massepunkte entstehen. Auf den Endstufenmodulen verbleiben, auch hier 100nF- Abblockkondensatoren, damit es nicht zu HF-Schwingungen kommt. Man beachte hierbei, daß es nun ohne Schutzschaltung beim versuchsweisen Anklemmen der Betriebsspannung vom Netzteil zur Endstufe zu heftigem Knacken in den Lautsprechern kommen kann, also Vorsicht, nicht etwa hinter dem Netzteil noch einen Schalter einbauen! Probehalber kann man noch 100µF auf die Verstärkerplatinen bauen. <
Bei einem einfachen Konzept wird man die NF-Eingangsbuchsen nicht vom Gehäuse isolieren, sondern ganz gewöhnlich ans Gehäuse schrauben. Nun gibt es also eine Minusleitung vom Netzteil, eine vom Verstärkermodul und das Gehäuse. Außerdem sei das Gehäuse geerdet.
Der Ansatzpunkt für die NF-Signalmasse ist die Verbindung zwischen Lautsprechermasse und NF-Eingangsmasse. Die Lautsprechermasse wird direkt neben der Gehäuse-Erde angeschlossen. Darüber kommt die Verstärkermasse und oben drauf der Netzteil- Minusanschluß, sodaß man einen Massestern erhält. Hauptsache, zwischen Lautsprechermasse und NF-Masse fließt kein Wechselstrom. Hier noch mal der Massestern im Überblick - vom Gehäuse aus nach oben betrachtet:
1. Lautsprechermasse
2. Verstärkermasse (=Minus)
3. Netzteilmasse (auch Minus)
3) Verstärker mit dualer UB (+UB...0...-UB)<
Hier sieht es nicht viel anders aus, als mit nur einer einzelnen UB. Wieder fällt aber eine Sorge weg, und zwar kann zwischen + und - auf den Verstärkermodulen großzügiger mit Elkos abgeblockt werden, da die Masseleitung nun nicht mehr mit Minus verbunden ist und die UB sowieso einen Brummanteil enthält.
1. Verstärkermasse - die nun kaum noch Strom hat
2. Lautsprechermasse (null V)
3. Netzteilmasse - auch null V (und nicht Minus)
Von der Lautsprechermasse zur Netzteilmasse fließt bei hoher Laatsstärke ein erheblicher Niederfrequenzstrom. Deswegen werden ihre Anschlüsse vorsichtshalber direkt übereinander angeordnet. Die beiden Elkos des Netzteils werden mit kurzen dicken Leitungen angeschlossen, und möglichst in der Mitte zwischen beiden die NT-Masse abgezweigt - natürlich nicht vor dem Mittelpunktanschluß des Trafos, sondern am Kreuzungspunkt. Der Kreuzungspunkt ist nicht besonders kritisch, da die Spannung an den Elkos sowieso verbrummt ist. Es ist also nicht notwendig und auch nicht elektrisch oder vernünftig mechanisch möglich, den Mittelanschluß der Elkos auf einen Punkt zu reduzieren.
4) Verstärker mit dualer UB und vom Metallgehäuse isolierten NF-Buchsen
Wenn man gehäusemäßig masse-isolierte NF-Buchsen verwendet, dann wird die Masse über 1k-Ohm//1nF an das Gehäuse angekoppelt. Durch die dosierte Isolation gegen Erde werden Brummschleifen zu anderen Geräten vermieden, ohne auf die Abschirmwirkung des Gehäuses zu verzichten. Dies ist ein Masseleitungsschaltplan mit Leitungswiderständen und Knotenpunkten:
Jeder Widerstand steht hier stellvertretend für eine Leitungsverbindung zwischen zwei Punkten, oder für eine Knotenverbindung zweier Leitungen. Letztere hat auch einen gewissen Widerstand.
R1 sollte 2,5mm^2 stark sein und idealerweise nicht mehr als 15cm lang. Hier fließen starke Lade-Impulsströme mit entsprechen starken Magnetfeldern, daher darf man keine NF-Leitungen in die Nähe bringen. Ansonsten ist dieser Widerstand unkritisch. Ähnliches gilt für R2 (und sein Spiegelbild), allerdings bietet es sich an, ihn nicht länger zu machen, als für die Verbindung der nebeneinanderstehenden Ladeelkos unbedingt notwendig, daher sollten 5cm das Maximum sein. R3 könnte brummtechnisch gesehen 50cm lang sein, ohne den "Ripple" wesentlich zu erhöhen; das würde aber zu Übersprechen führen, außerdem gibt es für ihn kein mechanisches Hindernis - ergo: R3 = eine Schraube. Somit ist der Knoten K1 schon mal abgehakt.
R4 ist die Lautsprecherleitung, mit einer Länge von gut und gerne 5m, Querschnitt 1,5mm2. K2 ist sehr wichtig, denn hier setzen sowohl Lautsprecher, Gegenkopplung (an Verstärkermasse) als auch das Eingangssignal an und man muß sich genau überlegen, wo relevante Ströme fließen. Über die Eingangsmasse fließt so gut wie garnichts, R8 ist auch nur deswegen kurz zu halten, um Einstreuungen zu umgehen. Genauso schnuppe ist R9, eigentlich gibt es ihn gar nicht, obwohl er ruhig 10 Ohm haben dürfte, wenn er wollte. Für R5 wäre nochmal eine Scheibe oder Schraube fällig, um nicht mit den R6 undefiniert zwischen die R4 zu geraten. Für R6 würde ich vorsichtshalber 1mm^2 nehmen, dort fließt immerhin der Strom des Gegenkopplungsspannungsteilers aus dem Verstärker. Für R7 darf eine Lötstelle genügen. R10 und C1 können direkt von den Eingangbuchsen ans Gehäuse. Wenn es trotzdem noch brummt, dann hilft es nur noch woanders abzugucken.