Tipps & Tricks

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Korrekter Anschluss der Netzphase

10. Juli 2021

Wie bekannt, kann ein Netzstecker in zwei Positionen in die Steckdose gesteckt werden. Grundsätzlich sollte es keinen Unterschied zwischen beiden Positionen geben. Allerdings sind nicht alle Geräte netzseitig symmetrisch aufgebaut. Dies gilt insbesondere für Geräte mit dem zweipoligen Eurostecker (EN 50075, auch als Typ C „CEE 7/16“ bezeichnet, 250 V/2,5 A). Aus diesem Grund lohnt es sich, die folgende Messung an seinen Audiogeräten durchzuführen und die Netzstecker entsprechend den Messergebnissen „korrekt” in die Steckdose zu stecken.

  1. Alle Verbindungen des zu messenden Audiogeräts zu anderen Komponenten der Audioanlage müssen getrennt werden. Verbunden sein darf nur noch der Netzstecker selbst.
  2. Mithilfe eines handelsüblichen Digitalmultimeters wird nun die AC-Spannung zwischen dem Schutzleiter der Steckdose und einem Massepunkt des Audiogeräts gemessen. Am einfachsten geht das am Außenanschluss eines Cinch-Steckers.
  3. Nach der ersten Messung schaltet man das Gerät aus und dreht den Netzstecker in der Steckdose um 180°. Danach wird das Gerät wieder eingeschaltet.
  4. Die AC-Spannung wird nun erneut wie unter 2. beschrieben gemessen.
  5. Die Messung mit der kleineren Spannung ergibt die korrekte Audioposition des Netzsteckers.

Wie man sieht, benötigt man kein überteuertes Phasenmessgerät aus dem Audiohandel. Alles, was man braucht, ist ein günstiges Digitalmultimeter aus dem Elektronikhandel. Der schöne Nebeneffekt dabei ist, dass sich mit diesem Messgerät auch diverse andere Messungen durchführen lassen.

DC-Filter für die 230V/AC Netzzuleitung

10. Juli 2021

Die Beschreibung eines DC-Filters habe ich erstmals auf der Website www.saque.de gefunden.

Welche teilweise „deutlichen“ Veränderungen bei dem Einsatz einer DC-Filterung in der 230-Volt-Wechselstrom-Zuleitung eines Audiogerätes auftreten, erlebte ich zum ersten Mal bei meiner kleinen Zen-Endstufe. Seit dieser Zeit kommt der im Folgenden beschriebene Filter in jede Netzzuleitung meiner DIY-Audio-Komponenten.

Der physikalische Effekt dieses Filters ist leicht erklärt:
Analysiert man die Spannung aus der Steckdose genauer, so können je nach geografischer Lage und Tageszeit teilweise erschreckende Ergebnisse auftreten. Die Spannung ist nicht immer sinusförmig, und es kommen auch Gleichspannungsanteile vor. Genau um diese Gleichspannungsanteile geht es hier. Sie verursachen eine Vormagnetisierung der Transformatoren in den Audiogeräten, was sich stark auf den Klang des Geräts auswirken kann. Der hier beschriebene Filter „blockiert“ diese DC-Anteile und verhindert so die negativen Effekte der Vormagnetisierung der Netztransformatoren – es ist also überhaupt kein Voodoo im Spiel!

230V/AC DC-Filter

Die Schaltung des beschriebenen DC-Filters ist im obigen Bild zu sehen. Die Kapazitäten (C1 und C2) sperren den DC-Anteil, während die Dioden des Brückengleichrichters (BR1) dafür sorgen, dass die Spannung an den Kondensatoren nicht zu groß werden kann (hier zwei Diodenstrecken, was etwa 1,2 V entspricht). Ich habe zwei Kondensatoren antiparallel verschaltet, wodurch sich die Kapazitätswerte addieren. Allerdings muss man in Kauf nehmen, dass während einer Halbwelle der Netzfrequenz immer ein Kondensator falsch gepolt ist. Meiner Erfahrung nach funktioniert das gut, solange die maximale Spannung auf 1,2 V begrenzt ist und die Kondensatoren eine Spannungsfestigkeit von mindestens 25 V haben. Wer auf Nummer sichergehen will, sollte zwei Kondensatoren in Reihe schalten (entweder beide Minus-Pole oder beide Plus-Pole zusammengeschaltet) und erhält somit einen bipolaren Kondensator, wobei sich die Kapazität halbiert.

Bei der Dimensionierung des Filters muss man davon ausgehen, dass die Spannung über den Kondensatoren bei maximalem Strom kleiner als die Diodenspannung bleiben muss. Am Beispiel meiner Zen-Endstufe möchte ich die Dimensionierung durchführen.

Der Trafo hat auf der Sekundärseite 2× 15V / 5,7A. Dies ergibt eine Leistung von

P=U⋅I=2⋅15V⋅5.7A≈171VAP = U\cdot I = 2\cdot 15\text{V}\cdot 5.7\text{A} \approx 171\text{VA}

Daraus ergibt sich ein Strom auf der Primärseite (wenn man den Trafo als verlustfrei annimmt) von

I=PU=171VA230V≈0.74AI = \frac{P}{U} = \frac{171\text{VA}}{230\text{V}} \approx 0.74\text{A}

Bei zwei Dioden in Reihe muss die resultierende Spannung über der Impedanz der Kondensatoren kleiner als 1,2V sein. Damit ergibt sich

XC≤1.2V0.74A≈1.62ΩX_C \le \frac{1.2\text{V}}{0.74\text{A}} \approx 1.62\Omega

Aus

XC=12π⋅f⋅CX_C = \frac{1}{2\pi\cdot f\cdot C}

erhält man damit für die Kapazität

C=12π⋅f⋅XC=12π⋅50Hz⋅1.62Ω≈1900μFC = \frac{1}{2\pi\cdot f\cdot X_C} = \frac{1}{2\pi\cdot 50\text{Hz}\cdot 1.62\Omega} \approx 1900\mu\text{F}

Wenn man einen Kondensator mit 1900 μF verwendet, hat man allerdings keine Reserve für den DC-Offset beim oben berechneten Nennstrom. Der Grund ist, dass der Spannungsabfall über der Impedanz des Kondensators so groß ist, dass die Dioden des Brückengleichrichters leitend werden. Aus diesem Grund muss die Kapazität größer gewählt werden. In meinen Zen-Endstufen habe ich 2 x 10.000 μF eingesetzt. Als guten Anhaltswert kann man von folgender Faustformel ausgehen:

pro 100VA ≈ 10000μF

Diese Dimensionierung ergibt einen Spannungsabfall über der Impedanz XC des Kondensators von

UC=I⋅XC=PUAC⋅12π⋅f⋅C=100VA230V⋅12π⋅50Hz⋅10000μF≈0.14V\begin{aligned} U_C &= I\cdot X_C\\ &= \frac{P}{U_{AC}}\cdot\frac{1}{2\pi\cdot f\cdot C}\\ &= \frac{100\text{VA}}{230\text{V}}\cdot\frac{1}{2\pi\cdot 50\text{Hz}\cdot 10000\mu\text{F}}\\ &\approx 0.14\text{V} \end{aligned}

Damit ergibt sich eine Sperrwirkung von annähernd 1V (bei 2 Dioden in Reihe) für den DC-Anteil in der 230V Wechselspannung.

Für meine Zen Endstufen ergibt sich letztendlich ein Wert von

UC=171VA230V⋅12π⋅50Hz⋅20000μF≈0.12VU_C = \frac{171\text{VA}}{230\text{V}}\cdot\frac{1}{2\pi\cdot 50\text{Hz}\cdot 20000\mu\text{F}} \approx 0.12\text{V}

Snubber Netzwerk

21. April 2014

Betreibt man einen Trafo zusammen mit einem Gleichrichter – was bei fast jedem Netzteil der Fall ist, so stellt sich auf der Gleichspannung eine hochfrequente Schwingung ein. Im Internet gibt es einige sehr gute Artikel, die diesen Effekt beschreiben und auch theoretische und mathematische Modelle herleiten, die zeigen, wie ein Netzwerk entworfen wird, das diese Schwingung dämpft. Leider benötigt man für diese Berechnungen genaue Daten des Trafos und der Gleichrichterdioden. Diese zu ermitteln, ist mitunter nicht einfach.

Auf diyaudio.com findet man eine sehr interessante Diskussion über die Ermittlung der Netzwerkparameter mithilfe einer Testschaltung. Deren ausführliche Beschreibung steht als PDF-Datei im ersten Beitrag zum Download bereit.

Simple, no-math transformer snubber using Quasimodo test-jig

Ich habe mir die Messschaltung aufgebaut und zum ersten Mal Snubber-Netzwerke in meinen XA30.5-Nachbau eingebaut. Auf den folgenden beiden Bildern ist die Messung des Trafos ohne (links) bzw. mit (rechts) angepasstem Snubber-Netzwerk für eine Sekundärwicklung zu sehen.

Der Kanal B (blau dargestellt) zeigt die Schwingung an einer Sekundärwicklung des Transformators. Dabei sollte man die horizontale Auflösung (500ns) und die vertikale Auflösung (10V) beachten.

Heute baue ich kein Audio-Netzteil mehr ohne Snubber-Netzwerke. Sie sind ein fester Bestandteil all meiner aktuellen Schaltungen.