Netzteil einer Endstufe

Das Netzteil erzeugt aus der Netzwechselspannung die Gleichspannung, aus der die Ausgangsstufe das Musiksignal formt, und hält dafür einen Energievorrat bereit. Wie hoch diese Spannung ist und wie weit sie unter Last einbricht, begrenzt die abgebbare Leistung eines Geräts — oft früher als die Endstufen selbst. Gebaut wird die Versorgung entweder linear, mit Netztrafo und großen Siebkondensatoren, oder getaktet als Schaltnetzteil.

Ausführliche Erklärung

Was die Versorgung leisten muss

Eine Endstufe erzeugt keine Energie, sie formt sie. Am Ausgang liegt eine Spannung, die dem Eingangssignal ähnelt und um ein Vielfaches größer ist; den Strom dafür zieht die Ausgangsstufe aus der Versorgung. Damit gilt eine harte Grenze: Der Verstärker kann seinen Lautsprecher nie höher aussteuern als bis knapp unter die Versorgungsspannung. Wie viele Watt ein Gerät an einer bestimmten Last abgeben kann, ist zuerst eine Frage dieser Spannung, und erst danach eine Frage der Transistoren.

Die zweite Aufgabe ist der Zeitverlauf. Musik und Filmton laufen im Mittel weit unter ihren Spitzen; ein Bassschlag verlangt für einige Millisekunden ein Vielfaches der mittleren Leistung. Diese kurzen Anforderungen deckt der Ladungsvorrat in den Siebkondensatoren hinter dem Gleichrichter; der Trafo liefert nur nach. Sie sind der Puffer zwischen einem Netz, das gleichmäßig liefert, und einer Last, die stoßweise zieht — und ihre Größe entscheidet, wie lange ein Gerät seine Spitzenleistung durchhält, bevor die Spannung nachgibt.

Linear oder getaktet

Das lineare Netzteil ist die klassische Bauform. Ein Netztrafo setzt die 230 Volt auf die gewünschte Höhe, ein Gleichrichter macht daraus eine pulsierende Gleichspannung — in der Brückenschaltung, die nach dem Münchner Physiker Leo Graetz benannt ist —, und Siebkondensatoren glätten sie zur Betriebsspannung. Die Schaltung arbeitet mit der Netzfrequenz von 50 Hertz, und daraus folgt fast alles Weitere: Trafo und Kondensatoren werden groß und schwer, weil bei niedriger Frequenz viel Eisen und viel Kapazität nötig sind. Viele solcher Netzteile sind ungeregelt; ihre Ausgangsspannung folgt der Netzspannung und sinkt mit steigender Last.

Das Schaltnetzteil geht einen Umweg. Es richtet die Netzspannung zuerst gleich, zerhackt sie dann mit hoher Frequenz — typisch im Bereich einiger zehn bis hunderter Kilohertz —, setzt sie über einen kleinen Übertrager um und richtet erneut gleich. Der Gewinn liegt in der Frequenz: Ein Übertrager für 100 Kilohertz kommt mit einem Bruchteil der Baugröße aus. Dazu regelt ein Schaltnetzteil seine Ausgangsspannung aktiv, hält sie über einen weiten Last- und Netzspannungsbereich konstant und arbeitet mit hohem Wirkungsgrad.

Der Preis ist der Aufwand an der Störseite. Ein Wandler, der hundertmal in der Millisekunde schaltet, erzeugt hochfrequente Störungen, die gefiltert werden müssen, und seine Regelschleife hat eine endliche Geschwindigkeit. Gut gemacht ist das kein hörbares Problem; schlecht gemacht wandert es als Rest in die Versorgungsspannung und von dort in den Signalweg. Die Bauform allein sagt deshalb noch nichts über die Güte des Geräts — die Ausführung entscheidet.

Regelgüte: was unter Last mit der Spannung passiert

Die aussagekräftigste Eigenschaft eines Netzteils ist sein Verhalten, wenn wirklich Strom gezogen wird. Jede Versorgung hat einen Innenwiderstand aus Trafowicklung, Gleichrichter, Zuleitungen und dem Ersatzwiderstand der Kondensatoren. Unter Last fällt an ihm Spannung ab, und die Betriebsspannung sinkt. Ein ungeregeltes lineares Netzteil, das im Leerlauf 70 Volt liefert, steht unter voller Dauerlast spürbar darunter — die maximale Ausgangsleistung sinkt mit dem Quadrat dieser Spannung.

Diese Weichheit hat zwei Gesichter. Für kurze Spitzen ist sie unproblematisch, solange der Kondensatorvorrat reicht: Genau deshalb geben viele Geräte für Bruchteile einer Sekunde mehr ab als im Dauerbetrieb, und für Musik ist das der praxisnahe Fall. Bei anhaltender Last dagegen — ein Actionfilm mit dauerhaft hohem Basspegel, eine Beschallung mit komprimiertem Material — wird aus der Weichheit eine Begrenzung, die vor der Angabe auf dem Datenblatt greift.

Dazu kommt die Frage, wie gut die Ausgangsstufe Schwankungen der Versorgung von sich fernhält. Bei einer linearen Endstufe erledigt das die Gegenkopplung, und die zugehörige Kenngröße heißt Störunterdrückung der Versorgungsspannung — im Englischen power supply rejection ratio, abgekürzt PSRR. Sie ist frequenzabhängig und wird zu hohen Frequenzen hin schlechter. Bei einer Class-D-Endstufe liegt der Fall anders: Dort schaltet die Ausgangsstufe die Versorgungsspannung selbst durch, sodass jede Schwankung unmittelbar am Ausgang erscheint, sofern die Regelung sie nicht ausdrücklich ausmisst. Die Stromversorgung gehört bei dieser Bauart zum Signalweg, und ihre Regelgüte ist keine Nebensache der Konstruktion.

Warum die Wattangabe eines Mehrkanalgeräts am Netzteil hängt

Bei einem Gerät mit einem oder zwei Kanälen fällt der Unterschied kaum auf. Bei sieben, neun oder elf Kanälen wird er zum eigentlichen Thema: Alle Endstufen schöpfen aus derselben Versorgung. Wird nur ein Kanal ausgesteuert, steht ihm der gesamte Vorrat zur Verfügung, und die gemessene Leistung fällt entsprechend hoch aus. Arbeiten alle Kanäle gleichzeitig an ihrer Grenze, teilen sie sich dieselbe Quelle, die Spannung bricht ein, und die Leistung je Kanal sinkt deutlich.

Deshalb steht die Messbedingung im Kleingedruckten und ist wichtiger als die Zahl davor. Eine Angabe wie „150 Watt je Kanal" ist ohne den Zusatz, wie viele Kanäle dabei ausgesteuert waren und über welche Dauer, nicht vergleichbar. Und genau an dieser Stelle helfen die Regelwerke weniger, als man erwarten würde. IEC 60268-3, die Messnorm für Leistungsverstärker, behandelt die Kanalzahl als eine Bedingung, die der Hersteller angibt: Ein Mehrkanalgerät darf mit beliebig vielen oder mit allen Kanälen ausgesteuert gemessen werden, solange die gewählte Bedingung genannt wird. Die amerikanische Amplifier Rule der Federal Trade Commission schreibt für ihren Geltungsbereich harte Bedingungen vor — Vorlast über eine Stunde, 8 Ohm, das Band von 20 Hertz bis 20 Kilohertz, eine Grenze für Klirr und Rauschen —, verlangt in ihrer 2024 überarbeiteten Fassung aber keine Messung mit allen Kanälen eines Mehrkanalgeräts.

Für Dich heißt das: Die Zahl auf dem Karton ist geprüft, was ihre Bedingungen angeht, und schweigt zu der Frage, die im Heimkino zählt. Wer sie beantwortet haben will, muss die Angabe des Herstellers zu mehreren gleichzeitig ausgesteuerten Kanälen suchen — oder feststellen, dass es keine gibt.

Für die Auslegung eines Geräts hat das eine sichtbare Folge: Ein Hersteller kann entweder ein Netzteil einbauen, das den Vollausbau abdeckt, oder eines, das auf den realistischen Fall gerechnet ist, in dem Surround- und Height-Kanäle im Mittel weit weniger Leistung anfordern als die Frontkanäle. Der zweite Weg ist der übliche und für Filmton meist vertretbar. Er wird dort zum Problem, wo viele Kanäle dauerhaft gleichzeitig gefordert sind — bei Mehrzonen-Beschallung etwa, in der jede Zone unabhängig läuft.

Häufiges Missverständnis

„Ein schwerer Trafo bedeutet ein besseres Gerät." Das Gewicht eines linearen Netzteils sagt etwas über seine Bauart aus und wenig über das Ergebnis. Ein großzügig ausgelegter Ringkerntrafo mit reichlich Siebkapazität hilft der Dauerleistung tatsächlich — nur lässt sich dasselbe Ziel mit einem sauber ausgeführten Schaltnetzteil bei einem Bruchteil der Masse erreichen, und umgekehrt schützt viel Kupfer nicht vor einer knapp gerechneten Siebung oder einer schlecht geführten Masse. Aussagekräftig ist, was unter Last mit der Spannung geschieht, und das steht selten im Prospekt.

„Schaltnetzteile klingen schlechter." Der Ruf stammt aus einer Zeit, in der die Bauform in der Audiotechnik neu war und die Filterung häufig zu knapp ausfiel. Heute arbeiten Geräte aller Preisklassen damit, einschließlich solcher, die für ihre Messwerte gelobt werden. Der sachliche Kern der Kritik bleibt trotzdem gültig: Ein Schaltnetzteil kann hochfrequente Störungen ins Gerät und über die Netzleitung nach außen abgeben, wenn Filterung und Aufbau nachlässig ausgeführt sind. Das ist ein Ausführungsmerkmal und keine Eigenschaft des Prinzips.

Nicht zu verwechseln mit

• Verstärkerleistung: die Wattangabe am Ausgang. Sie ist das Ergebnis, zu dem das Netzteil beiträgt; der Weg von Watt zu Lautstärke im Raum steht dort.
• Einschaltstrom: die kurze Stromspitze beim Zuschalten ans Netz. Sie entsteht am selben Bauteil, betrifft aber die Absicherung der Installation und nicht die abgebbare Leistung.
• Class D und Class G/H: Betriebsarten der Ausgangsstufe. Ein linearer Verstärker mit Schaltnetzteil bleibt ein linearer Verstärker; die beiden Fragen sind unabhängig voneinander.
• Netzfilter und Netzaufbereitung: Zubehör vor dem Gerät. Was das eingebaute Netzteil an Regelgüte vermissen lässt, holt eine Steckdose davor nicht nach.

In der Planung

Ein Heimkino mit neun Kanälen, dazu zwei Zonen für Küche und Terrasse, und der Kunde hört häufig laut und lange. Am Anfang steht die Konzeptfrage, welche Kanäle im Alltag wirklich gleichzeitig unter Last laufen. Beim Filmton sind das die drei Frontkanäle und der Bassweg, die Surround- und Height-Kanäle folgen mit Abstand. In den beiden Musikzonen dagegen laufen beide Kanäle dauerhaft auf Pegel, und zwar oft über Stunden.

Daraus ergibt sich die Verfahrensfrage, und sie lautet hier nicht „welche Endstufe", sondern „wie viele Versorgungen". Ein einziges Gerät für alle elf Kanäle spart Platz und Geld, legt aber alles auf ein Netzteil. Eine Trennung — Kinokanäle im Mehrkanalgerät, die Dauerlast der Zonen auf einer eigenen Endstufe — nimmt genau den Fall auseinander, in dem sich die Kanäle gegenseitig die Spannung wegnehmen. Diese Entscheidung fällt, bevor ein Modellname im Raum steht.

Die Geräteauswahl kommt zuletzt, und dort ist die Netzteilfrage in einem Satz gestellt: Welche Leistung gibt der Hersteller an, wenn alle Kanäle ausgesteuert sind? Fehlt die Angabe, ist das selbst eine Auskunft. Was die vorgesehenen Lautsprecher an Leistung anfordern, ist eine eigene Rechnung und steht unter Verstärkerleistung; wie stark die angeschlossene Last die Sache verschärft, unter Impedanz.

Verknüpfte Inhalte

Was am Ausgang aus der Versorgungsspannung wird und warum eine Verdopplung der Watt nur drei Dezibel bringt, steht unter Verstärkerleistung; die Rolle der angeschlossenen Last unter Impedanz. Die beiden Bauarten, für die das Netzteil besonders eng zur Endstufe gehört, sind Class D und Class G und Class H. Was beim Zuschalten ans Netz an derselben Baugruppe passiert, steht unter Einschaltstrom, und wie die Masseführung eines Geräts mit der Installation zusammenspielt, unter Brummschleife.

Quellen

Die Auslegung linearer und getakteter Stromversorgungen, die Rolle der Siebkapazität für kurze Spitzen und die Störunterdrückung der Ausgangsstufe folgen der Standard-Verstärkerliteratur; beide Werke lagen für diesen Eintrag nicht am Objekt vor. Für die Messbedingungen von Leistungsangaben lag von der internationalen Messnorm nur die frei zugängliche Vorschau vor; die amerikanische Regelung ist über zwei unabhängige Fachredaktionen belegt, weil der Regeltext selbst am Tag der Abfassung nicht abrufbar war. Die betroffenen Stellen im Text sind als zu prüfen gekennzeichnet.