Schaltung: 555-Class-D-Audioverstärker

Ursprünglich als Timer entwickelt, hat sich der legendäre 555-IC als weit vielseitiger erwiesen, als seine Entwickler je beabsichtigten, und tauchte im Laufe der Jahrzehnte in einer erstaunlichen Vielzahl von Schaltungen auf. In diesem Projekt übernimmt er eine klar moderne Aufgabe: Er steuert einen kompakten Class-D-Stereo-Audioverstärker mithilfe der Oszillator- und Modulationsfunktionen des Chips. Diese Schaltung aus dem Jahr 2014 ist erfrischend einfach und dadurch ein zugängliches DIY-Projekt – sowie eine unterhaltsame Möglichkeit, zu hören, was dieser Klassiker abseits von Impulsen und Verzögerungen leisten kann.

Der Aufbau

Sehen Sie sich den nebenstehenden Schaltplan für die vollständige Stereo-Version des Class-D-Verstärkers auf Basis des 555-IC an. Eine einfache Einschaltverzögerungsschaltung ist enthalten.
 

„In einem Class-D-Audioverstärker wird das analoge Audiosignal in ein pulsweitenmoduliertes Signal umgewandelt, das die Ausgangstransistoren steuert“, erläutert der Entwickler Frederik Crevits. „Hier wird dies umgesetzt, indem der 555 als astabiler Multivibrator eingesetzt wird und das analoge Audiosignal zur Modulation der Spannung für den Lade-/Entladekondensator (C2) genutzt wird … Hier laden wir den Kondensator mit konstantem Strom anstelle einer konstanten Spannung. Dies geschieht über eine Stromquelle um T2 sowie einen Spannungs-Strom-Wandler um T3 und T4. Das führt zu einer ziemlich linearen Dreiecksspannung an C3, und das Verhältnis zwischen dem PWM-Ausgangssignal des 555 und dem Eingangssignal ist nahezu linear. Das Eingangssignal am Anschluss K1 beeinflusst über T1 die Lade-/Entladezeit des Kondensators und moduliert so das Ausgangssignal. Die Schaltfrequenz beträgt etwa 250 kHz.“

Das Layout der Leiterplatte ist großzügig und übersichtlich gestaltet, mit ausreichend Platz für einen Aluminium-Kühlkörper für die MOSFETs, obwohl die Verlustleistung dank der effizienten Class-D-Architektur minimal bleibt.
 

Crevits erläutert außerdem: „Für die frequenzbestimmenden Kondensatoren C2 und C16 sollten Sie die bestmöglichen Bauteile verwenden. Polypropylen und Silberglimmer sind beides gute Optionen. Um die Temperaturkoeffizienten der Stromquellen T2 und T11 möglichst gering zu halten, sollten die (rechteckigen) LEDs D9 und D10 möglichst nah an den jeweiligen Transistoren (T2 und T11) angebracht werden. Daher sind diese Bauteile auf der Leiterplatte nah beieinander platziert. Für die Ausgangsfilter (L1/C12 und L2/C26) werden Murata-Topfkerne und Polypropylen-Kondensatoren empfohlen.“

Beim Prototyp wurden die MOSFETs auf dem Aluminium-Kühlblech montiert. Der Entwickler verwendete Schrauben mit 3-mm-Isolierscheiben und Keramikisolatoren.
 

Das 555-Class-D-Audioverstärker-Projekt

Der Originalartikel „555-Audioverstärker“ erschien in Elektor Januar/Februar 2014. Lesen Sie den Artikel.