Verstärkerverzerrung

Verstärkerverzerrung bezeichnet die Abweichung der Ausgangssignals von der idealen, proportional zur Eingangsgröße. Sie entsteht, wenn der Verstärker bei größeren Signalen die lineare Übertragung verlässt oder durch Betriebsgrenzen beeinträchtigt wird. Dadurch werden dem Ausgangssignal zusätzliche Frequenzkomponenten, insbesondere Harmonische, beigemischt.

Zu den Hauptarten gehören: Harmonische Verzerrung (THD) durch nichtlineare Übertragung; Intermodulationsverzerrung (IMD), wenn mehrere Signale gleichzeitig verarbeitet werden; Clipping, wenn die Versorgungs- oder Aussteuerungsgrenze erreicht wird; Crossover-Verzerrung in Class-B-/AB-Verstärkern; Slew-Rate-Begrenzung, die die maximale Ausgangsänderung pro Zeiteinheit beschränkt.

Messungen der Verzerrung erfolgen typischerweise mit Kennzahlen wie THD, THD+N und IMD. Dabei werden Tests mit Sinus- oder Mehrtonsignalen durchgeführt, um die spektrale Verteilung der Verzerrungsprodukte zu bestimmen. Die Messbedingungen hängen von Frequenz, Pegel und Signalgattung ab und liefern Hinweise auf die Linearität des Verstärkers in relevanten Betriebsbereichen.

Auswirkungen der Verzerrung sind je nach Anwendung unterschiedlich: Im Audiobereich kann Verzerrung als hörbares Harshness oder Musikalität wahrgenommen werden und den Dynamikbereich beeinflussen. In Hochfrequenz- und Kommunikationstechnik führt Verzerrung zu Spektralvergrößerung, Interferenzen und ineffizienter Nutzung des Spektrums, was Störaussendungen erhöhen kann.

Abhilfen umfassen Designentscheidungen zur Verbesserung der Linearität: Einsatz von Topologien mit höherer Linearität (häufig Class-A), ausreichender Headroom, negative Rückkopplung oder Vorwärtslinearisation, Predistortion und präzise Bias-Steuerung. In RF-Anwendungen kommen zudem Techniken wie Feed-forward-Linearisation zum Einsatz.